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食品生物技术导论答案最终讲解
食品生物技术
绪论
名词解释
1食品生物技术
食品生物技术(foodbiotechnology):
是现代生物技术在食品领域中的应用,是指以现代生命科学的研究成果为基础,结合现代工程技术手段和其它学科的研究成果,用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料
2基因工程
基因工程:
通过一系列技术操作过程,获得人们预先设计好的生物,该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。
是用人工的方法把不同生物的遗传物质(基因)分离出来,在体外进行剪切,拼接,重组形成基因重组体,然后再把重组体引入宿主细胞或个体中得以高效表达,最终获得人们所需要的基因产物。
3细胞工程
细胞工程(cellengineering):
在细胞水平研究、开发、利用各类细胞的工程。
是人们利用现代细胞分子生物学的研究成果,根据需求设计改变细胞的遗传基础。
4蛋白质工程
蛋白质工程(proteinengineering):
通过对Pr化学、Pr晶体学和动力学的研究,获得有关Pr理化特性和分子特性的信息,以此为基础有目的设计改造编码蛋白的基因,通过基因工程技术获得可以表达Pr的转基因生物系统,该生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物,或细胞系统。
最终产出改造过的Pr
5酶工程
酶工程(enzymeengineering):
利用酶催化作用进行物质转化的技术,是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合而形成的一门新技术
6发酵工程
发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程等学科基本原理有机结合,是建立在基因工程技术基础上的一门应用技术性学科。
7生物工程下游技术
生物工程下游技术(biotechniquedownstreamprocessing):
将发酵工程、酶工程、蛋白质工程和细胞工程生产的生物原料,经过提取、分离、纯化、加工等步骤,最终形成产品的技术
二问答题
1食品生物技术研究内容包括哪些?
内容:
基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程、生物工程下游技术、现代分子检测技术
2食品生物技术在食品工业发展的地位如何?
地位食品生物技术研究内容已涉及到食品工业的方方面面,从原料到加工无处不存在食品生物技术的痕迹。
利用基因工程技术以根据人类的需要人为地设计新型的食品及食品原料,基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工株,促进食品发酵工业的发展。
(1)基因工程将处在21世纪食品工业的核心位置;
(2)发酵技术很早被人们用于生产食品,食品发酵工程在食品工业中占有举足轻重的作用;(3)食品与酶的关系密切,食品生产离不开酶处理,蛋白质工程和酶工程在食品工业中所占比重将会更大;(4)生物工程下游技术作为现代食品工业不可缺少的部分将对食品工业的发展起到推动作用。
3叙述一下你对生物技术食品的安全性,特别是转基因食品的安全性有何看法?
①转基因食品中外源基因对人健康的潜在危险;
②转基因作物新基因对食物链其它环节的不良后果;
③转基因植物对生物多样性的影响。
第二章
一、名词解释
1基因工程
基因工程:
通过一系列技术操作过程,获得人们预先设计好的生物,该生物所具有的特性往往是自然界不存在的。
是用人工的方法把不同生物的遗传物质(基因)分离出来,在体外进行剪切,拼接,重组形成基因重组体,然后再把重组体引入宿主细胞或个体中得以高效表达,最终获得人们所需要的基因产物。
2基因工程载体
基因工程载体(vectororcarrier):
在细胞内具有自我复制能力的、运载目的基因进入宿主细胞的运载体。
3限制性内切酶
限制性内切酶(restrictionenzyme:
RE):
在特定部位限制性地切割DNA分子的酶。
通过该酶作用,生物基因被切成许多独立小片段,从中分离出目的基因,进一步克隆、鉴定它们。
有三种限制性内切酶!
4黏性末端
有些限制性内切酶切割DNA后产生5’磷酸基团突出的末端和3’羟基突出的末端,统称为黏性末端。
5平末端
一些在切割两条链两端平整(平末端)的DNA分子,这些末端叫平末端(bluntend)。
6DNA连接酶
能将两段DNA拼接起来的酶称DNA连接酶(ligase)
7高拷贝数质粒与低拷贝数质粒。
有些质粒在每个宿主细胞中有10-100个拷贝,称高拷贝数质粒;
一些质粒在每个细胞中有1-4个拷贝,称低拷贝数质粒。
8窄宿主范围质粒与广宿主范围质粒。
有些质粒的复制起始点特异强,只能在一种特定宿主细胞中复制,称窄宿主范围质粒;
有些质粒的复制起始点特异性弱,可在许多种细菌细胞中复制,称广宿主范围质粒。
9穿梭载体
酵母质粒载体既可在大肠杆菌中复制与扩增,又可在酵母系统中复制与扩增,又称为穿梭载体(shuttlevector)。
10Ti质粒
Ti质粒是天然的优质基因工程载体,通过感染植物(特别是双子叶植物)伤口,诱发伤口组织形成冠瘿瘤(crowngalltumour),并在冠瘿瘤内合成精氨酸衍生物即冠瘿碱(opines)—章鱼碱(octopine)和胭脂碱(nopaline)。
11Ri质粒
土壤发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)也能侵染大多数双子叶植物,并在伤口处引起植物细胞迅速扩增,形成大量根毛,这些根毛是由病菌中的Ri质粒(Root-inducingplasmid)引起的。
12黏性质粒载体
黏性质粒载体(cosrmidvector),也称柯斯质粒,指含有抗性基因、单一克隆位点及λDNAcos位点的细菌质粒。
13外源基因
插入到载体内的非自身的DNA片段称为外源基因(foreigngene)。
14目的基因(objectivegene)
目的基因(objectivegene),又叫靶基因(targetgene),是指根据基因工程的目的和设计所需要的某些DNA分子的片段,含有一种或几种遗传信息的全套密码(code)。
15人工接头
人工接头(linker)是人工合成的具有特定限制性内切酶识别和切割序列的双股平端DNA短序列,将其接在基因片段和载体DNA上,使它们具有新的内切酶位点,用相应的内切酶切割,就可以分别得到互补的黏性末端
16转化与转染
转化(transformation)使重组体DNA分子在热休克(heatshock)的短暂时间内被导入受体。
转染未包装病毒DNA导致基因转移的现象。
17受体细胞
受体细胞也叫宿主细胞,分原核受体细胞(最主要是大肠杆菌)、真核受体细胞(最主要是酵母菌)、动物细胞和昆虫细胞(真核受体细胞)。
18DNA体外重组
将目的基因与载体连接在一起,称DNA体外重组。
19基因重组(generecombination)
是基因工程的核心,利用限制性内切酶和其他一些酶类,切割和修饰载体DNA和目的基因,并将两者连接起来
20亚克隆(sub-cloning)
把DNA片段从某一类型的载体无性繁殖到另一类型载体的过程称亚克隆(sub-cloning)。
21同族酶
同族酶也叫同裂酶(isoschizomer),指来源于不同机体但具有相同识别和切割序列的酶。
22克隆(cloning)
目的基因与载体连接成重组DNA后,将其导入受体细胞进行扩增和筛选,得到重组子,这就是外源基因的无性繁殖—克隆(cloning)。
23热休克
24体外包装(invitropackage)
在体外将重组体DNA放置到噬菌体蛋白质外壳内,再通过正常噬菌体感染过程导入宿主细胞。
将重组子噬菌体包装成噬菌体颗粒,使其能够感染细菌,并在宿主菌体内扩增和表达外源基因。
25共转化(co-transformation)
将外源基因与报告基因(reportgene)共同导入感受态真核细胞的方法,称“共转化”(co-transformation)。
26电转化(electro-transformation)
电转化(electro-transformation)也称高压电穿孔法(high-voltageelectroporation,简称电穿孔法electro-poration),向受体细胞施加短暂的高压脉冲电流,使质膜形成纳米大小微孔,DNA直接通过这些微孔,或作为微孔闭合时所伴随发生的膜组分重新分布而进入细胞质中。
27微注射技术(micro-injection)
微注射技术(micro-injection)也称直接显微注射技术(directmicro-injection),用微吸管吸取供体DNA溶液,在显微镜下准确插入受体细胞核中,将DNA注射进去。
此法常用于转基因动物的基因转移。
28脂质体(liposome,人工膜泡)
脂质体(liposome,人工膜泡)作为体内或体外输送载体的方法,一般都需要将DNA或RNA包囊于脂质体内,然后进行脂质体与细胞膜的融合,通过融合导入细胞。
39重组DNA载体转化法
简称载体法,是以载体为媒介的基因转移,即将目的基因连接于某一载体DNA上,然后通过宿主感染受体植物而将外源基因转入植物细胞的方法—最常用。
30反义RNA(antisenseRNA)
反义RNA(antisenseRNA)指有义(sense)DNA链转录成的、与特异靶RNA互补结合并能抑制靶RNA表达的一段序列。
31反义基因(antisensegene)
转录产生反义RNA的基因称之为反义基因(antisensegene)。
二简答题
1基因工程基本过程
基因工程基本过程:
利用重组DNA技术,经体外“cut”和“splice”等方法,改造和重组生物基因,再导入受体细胞中增殖、表达,产出人类需要的基因产物。
2基因工程主要内容
基因工程主要内容:
切、接、贴和检查、修复等。
基因工程操作4步骤
①由供体分离出目的基因or人工合成目的基因并制备运载体(质粒、病毒或噬菌体);
②目的基因经DNA连接酶接入运载体—重组体;
③将重组体引入宿主细胞;
④筛选、鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体。
3Ⅱ型限制性内切酶命名原则:
Ⅱ型限制性内切酶命名原则:
有机体属名第一个字母(大写、斜体)和种名前两个字母(小写、斜体)构成基本名称,株系数字通常省略;若酶存在于一种特殊菌株中,在基本名称后面加上菌株名称符号;罗马数字表示从同一个细菌中分离出来的不同限制性内切酶。
4Ⅱ型限制性内切酶作用特点与主要用途
特点:
①位点特异性酶,识别双链DNA分子中特异序列,在特异部位水解双链DNA中每一条链上的磷酸二酯键,造成双链缺口,切断DNA分子。
②识别位点为4、5、6、8个或更多碱基对
③缺口DNA序列大多呈回文结构(正、反读一样)。
主要用途:
①在特异位点将DNA切成片段;
②建立DNA分子的限制性内切酶物理图谱;
③构建基因文库;
④切出相同的黏性末端,以便重组DNA。
5DNA连接酶用途
用途:
①连接带匹配黏端的DNA分子;②使平端双链DNA分子互相连接或使合成的接头相连接
6大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ有哪些酶活性?
说明该酶的主要用途
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ有三种酶活性:
5’→3’DNA聚合酶活性;3’→5’外切核酸酶活性;5’→3’外切核酸酶活性。
用途:
①用切口平移方法标记DNA(可作杂交探针);
②用其5’→3’外切核酸酶活性降解寡核苷酸作为合成cDNA第二链的引物;
③对DNA分子3’突出末端标记,用于DNA序列分析。
7Klenow片段有几种酶活性?
说明其主要用途。
Klenow片段有5’→3’聚合酶活性和3’→5’外切酶活性,无5’→3’外切酶活性。
主要用途:
①补平限制性内切酶切割DNA产生的3’凹端;
②用[32P]dNTP补平3’凹端,末端标记DNA片段;
③对带3’突出端DNA末端标记;
④cDNA克隆中,用于合成cDNA第二链;
⑤在体外诱变中,从单链模板合成双链DNA;
⑥应用双脱氧链末端终止法进行DNA测序。
8试述T4噬菌体DNA聚合酶作用特点与主要用途
特点:
相对分子质量114000,功能与Klenow片段相似。
有5’→3’聚合酶活性及3’→5’外切核酸酶活性,3’→5’外切酶活性。
对单链DNA作用比对双链DNA更强,外切核酸酶活性比Klenow片段强200倍。
用途:
①补平或标记限制性内切酶消化DNA产生的3’凹端
②对带有3’突出端的DNA分子末端标记;
③标记用作探针的DNA片段;
④将双链DNA末端转化成为平端;
⑤延伸结合于单链DNA模板上的诱变寡核苷酸引物。
9耐热DNA聚合酶的主要用途
(1)DNA测序;
(2)PCR对DNA片段进行体外扩增。
10末端转移酶的主要用途
用途:
①给载体或cDNA加上互补同聚尾;②DNA片段3’末端放射同位素标记。
11碱性磷酸酶的主要用途
(1)除DNA和RNA的5’-磷酸基,然后在T4多聚核苷酸激酶催化下,用[α-32P]ATP末端标记后进行序列分析;
(2)去除载体DNA的5’磷酸基,防止自我环化,降低成本,提高重组DNA检出率。
12S1核酸酶主要用途
①除DNA片段的单链突出端,使之成为平端,利于某些情况下片段间连接;
②去除cDNA合成时形成的发夹结构;
③施行S1核酸酶保护试验,分析转录产物;
④成熟mRNA与基因组DNA杂交后,S1核酸酶水解可确定内含子在基因组DNA中定位;
⑤修整、渐进性删除突变末端。
13逆转录酶有几种活性
逆转录酶有三种活性:
①RNA指导的DNA合成反应;②DNA指导的DNA合成反应;③RNA的水解反应。
14理想的基因工程载体应具备的特征有哪些?
常见基因载体有哪些?
特征:
①在宿主细胞内独立、稳定地自我复制。
外源DNA插入其DNA之后,仍保持稳定复制能力和遗传特性。
②易于从宿主细胞中分离,并进行纯化。
③在DNA序列中有限制性内切酶单一酶切位点—位于DNA复制非必需区,在这些位点上插入外源DNA不影响载体自身DNA复制。
④有能直接观察的表形特征(报告基因),插入外源DNA后,这些特征可作为重组DNA选择标记。
常见的基因载体:
细菌质粒载体、农杆菌质粒载体、λ噬菌体载体、柯氏质粒载体和病毒载体等。
15如何命名质粒?
质粒命名用小写“p”代表质粒,用一些英文缩写或数字描述这个质粒。
pBR322:
BR—研究出该质粒的研究者Bolivar和Rogigerus,322—与研究者有关的数字编号。
16酿酒酵母表达系统的优缺点
酿酒酵母表达系统的优缺点:
酵母是生产外源蛋白的最佳表达盒(expressionbox)包括有效的启动子序列(诱导型或组成型)、目的蛋白cDNA和转录终止序列。
注意产生蛋白是胞内表达还是向外分泌。
用酿酒酵母表达系统应考虑:
①选择启动子和终止子;②表达盒稳定性;③外源蛋白累积部位;④产量高低。
17Ti质粒载体转化法优点
Ti质粒载体转化法优点:
①寄主范围广,可浸染多种双子叶及少数单子叶植物(约93科331属643种双子叶植物对Ti质粒敏感);②操作简单,不需特殊组织培养技术;③转化频率和重复性高。
④目的基因能较完整地转入受体细胞,整合到染色体上,并以孟德尔方式遗传和表达。
18常用的噬菌体载体有哪些?
各有什么特点?
∙λ噬菌体:
λ噬菌体是温和噬菌体,注入的DNA整合到大肠杆菌染色体中,与染色体一起复制,在某种营养或环境胁迫条件下,整合的λ噬菌体DNA被切割出来,进入裂解循环。
λ噬菌体是一种线状双链分子,其中大约20kb对于整合/切割过程极为关键,称整合/切割(I/E)区域。
构建核基因文库来时,将这20kbDNA片段去掉,强迫重组λ噬菌体进入裂解循环。
∙M13载体:
M13载体是一种细丝状的特异性大肠杆菌噬菌体—单链噬菌体载体。
可插入外源DNA而不影响噬菌体增殖。
M13感染细菌后呈双链复制型(RF)DNA。
允许包装大于病毒单位长度的外源DNA;感染细菌后复制环状DNA经包装形成噬菌体颗粒,分泌到细胞外而不溶菌。
这些特性便于分离单链DNA,且在产生大量的单链DNA中,含有外源DNA序列。
可用于DNA序列分析、制备杂交探针、定点突变等。
19获得目的基因的方法有哪些?
鸟枪法(shotgun);物理化学法(①密度梯度离心法、②单链酶法、③分子杂交法);化学合成法;酶促逆转录合成法;PCR扩增法
20目的基因如何测序?
DNA序列分析指测定某段DNA分子或片段的核苷酸(A、T、G、C)顺序。
测序常用于转化子的序列分析,可最直接、最客观反映转化子中有无目的基因。
DNA测序方法:
化学降解法、酶促法(双脱氧终止法)、自动测序法及PCR法等。
21连接目的基因与载体的方法有哪些?
亚克隆、黏性末端连接、平端连接、人工接头连接、同聚物加尾连接等。
22举例说明重组DNA导入受体细胞的方法。
①转化(transformation)②转染(transfection):
③微注射技术(microinjection):
④电转化法(electrotranformation);⑤微弹技术(microneblasttechnique):
⑥脂质体介导法(liposomemediatedgenetransfer);⑦其它方法:
23什么是报告基因?
常用的报告基因有哪些?
报告基因:
是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因,也就是说是一个表达产物非常容易被鉴定的基因。
常用的:
GUS基因、NPTII基因、CAT基因、NOS基因、LUC和GFP基因
24如何筛选与鉴定重组体
鉴定
∙报告基因的检测法
(2)目的基因分子杂交检测方法
筛选:
在利用载体间接转化外源基因或直接转化处理之后,大部分受体细胞是没有被转化的,这就需要采用特定的方法将转化细胞与未转化细胞区分开来。
为了淘汰未转化的细胞,人们试验了各种不同的基因作为转化的报告基因(reportergene),包括一些显性的选择标记基因,以及可用特定方法检测其蛋白质产物的基因。
其中GUS基因和NPTII基因能耐受氨基末端融合、检测简单,是目前应用最多的报告基因。
在植物基因工程中双子叶植物如番茄、辣椒、马铃薯的转化及部分单子叶植物的转化用NPTII基因所抗的卡那霉素(kanamycin)来筛选。
25什么是基因探针?
制备基因探针的方法有哪些?
基因探针(probe)是一段与目的基因互补的核酸序列:
DNA或RNA,用来待测样品DNA或RNA进行核酸分子杂交,可判断两者的同源程度。
制备方法:
(1)缺口平移法
(2)随机引物标记法(3)生物素标记法(标记方法可分为参入法、末端标记法和光化学法)(4)酶标记法(5)半抗原标记法
26简述反义基因技术的基本概念、原理及其特点,并举例反义基因技术在食品产业中的应用。
概念:
转录产生反义RNA的基因称之为反义基因(antisensegene)
原理:
把一段DNA序列以反义方向插入到合适的启动子和终止子之间,然后把此基因构建体转化到受体细胞中去(常用农杆菌转化),通过选择培养获得转化生物体的技术。
反义基因转录生成的mRNA可抑制同源性内源基因的表达,该法可获得特定基因表达受阻而其它不相关基因的表达不受影响的转基因植株。
特点:
①反义RNA可以高度专一地调节某一特定基因的表达,不影响其它基因的表达。
②转到植物中的反义RNA作用类似遗传缺陷型,表现为显性。
避免了二倍体内等位基因的显隐性干扰。
③反义基因整合到植物的基因组中可独立表达和稳定遗传,后代符合孟德尔遗传规律。
④反义基因不必了解其目的基因所编码的蛋白质结构,省去对基因产物的研究工作。
⑤反义基因不改变目的基因结构,应用更加安全
应用:
(1)改造食品微生物------改良微生物菌种;改良乳酸菌遗传特性(抗药基因、风味物质基因、产酶基因、耐氧相关基因、产细菌素基因);酶制剂的生产;
(2)改善食品原料的品质------改良动物食品性状;改造植物食品原料(提高植物食品氨基酸含量、增加食品的甜味、改造油料作物、改良植物食品蛋白质品质、改善园艺产品采后品质);
(3)改进食品生产工艺------利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法;改良啤酒大麦的加工工艺;改良种子贮藏蛋白的烘烤特性;改善牛乳加工特性;
(4)生产食品添加剂及功能性食品------生产氨基酸;生产黄原胶;超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程;生产保健食品有效成分
27简述利用生物技术的方法如何调控乙烯的生物合成。
乙烯在果实成熟过程中具有重要意义。
近十余年来分子生物学研究为乙烯合成的控制提供了新途径,采用基因工程手段控制乙烯生成已取得了显著的效果,如导入反义ACC合成酶基因;导入反义ACC氧化酶基因;导入正义细菌ACC脱氨酶基因;导入正义噬菌体SAM水解酶基因。
28简述你对基因工程两面性的理解(提示:
从造福人类和危害人类两方面)
第三章
名词解释:
1细胞的全能性
植物细胞全能性(totipotency):
已分化的植物细胞在合适的条件下具有潜在的发育成完整植株或个体的能力
2细胞培养
细胞培养包括微生物的培养,动物培养和植物培养。
通过细胞培养可以得到大量的细胞或其代谢物。
是生物技术中最核心最基础的技术
3细胞融合
细胞融合:
一定条件下将两个或多个细胞融于一个细胞过程,又称细胞杂交。
4共栖现象
只有一种微生物得益,如细菌产生酶来分解抗生素,使其同伴能够生长。
5广义植物细胞培养
广义植物细胞培养将离体单个游离细胞在人工控制的环境里无菌培养,以获得再生的完整植株或生产有经济价值的生物产品的一种技术。
6固定化细胞培养
固定化细胞培养(immobilizationculture)把细胞固定在惰性材料如琼脂、藻酸盐、聚丙烯酰胺、纤维或膜上面或里面,细胞不运动,营养液可在细胞间流动。
7原代培养
原代培养(primaryculture):
从供体取得组织细胞后在体外进行的首次培养。
原代培养的组织由多种细胞成分组成,较复杂。
8传代
传代(subculture):
细胞由原培养瓶内分离稀释后转到新培养瓶的过程。
9细胞系
进行一次分离再培养,称传一代,初次培养的首次传代成功后,即成细胞系,一般可传30-50代。
10血清
血清(serum)天然培养基中最有效和最常用的培养成分。
含许多维持细胞生长繁殖和保持细胞生物学性状不可缺少的未知成分。
11融合过程
细胞融合过程:
细胞+促融因子→凝集细胞间质膜粘连→细胞融合→培养、核融合→杂种细胞。
12融合子
融合子:
来自两融合亲本的遗传物质经过交换并发生重组而形成的子代,又称融合重组子。
13细胞拆合
细胞拆合:
从活细胞中分离出细胞器及其组分,然后在体外将不同细胞来源的细胞器及其组分重新装配,使其成为有生物活性的细胞或细胞器。
问答题:
1细胞工程的基本原理
细胞培养基础:
已分化的植物细胞在合适的条件下具有潜在的发育成完整植株或个体的能力—细胞全能性(totipotency)。
2简述细胞工程基本操作的三种技术及其具体方法。
(1)无菌操作技术-------①无菌室定期消毒;实验前后消毒。
②进无菌室前换鞋、更衣、戴帽,操作时双手戴无菌手套。
所有操作在超净台上进行。
③实验用生物材料彻底消毒与除菌。
④实验用一切器械、器皿和药品灭菌或除菌。
(2)细胞培养技术-----①取材和除菌。
淋巴细胞直接抽取;植物材料取材后,动物材料取材前表面清洗消毒;特定酶处理得分散细胞。
②生物材料接种于培养基中后放入培养室或培养箱中培养,至一定生物量时收获或传代。
(3)细胞融合技术-------①制备原生质
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