生物技术与工程 基础扫盲 2024—2025学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

生物选必 3《生物技术与工程》基础扫盲 第 1章 发酵工程 1.培养基五大基本营养物质？碳源分哪两大类？生长因子主要是哪三个？ ①碳源、氮源、无机盐、生长因子、水 ②碳源：有机碳源(单糖、双糖、多糖...),是异养微生物的碳源 无机碳源(CO2、碳酸盐...),是自养微生物的碳源 ③生长因子：维生素、氨基酸、碱基(嘌呤和嘧啶) 天然物质(如：酵母浸粉、牛肉浸膏、植物组织提取液)中往往含生长因子 注意：自养微生物的培养基不需要加碳源，不是不需要碳源，而是碳源不需要培养基提 供，用空气中的 CO2 2.哪些微生物生长不需要生长因子？ 自养微生物、大肠杆菌 3.培养基的分类？ ①按培养基成分来源分： 天然培养基(含有化学组成不确定的成分，如含：蛋白胨、牛肉膏、酵母浸粉等) 合成培养基(化学成分完全确定) ②按培养基物理状态分： 固体培养基(琼脂 1.5%-2%)：常用于微生物分离、鉴定、计数、菌种保存 半固体培养基(琼脂 0.3%-0.7%)：常用于观察微生物运动和分类鉴定 液体培养基(不含琼脂)：常用于微生物的大量培养 注意：琼脂是凝固剂，不提供营养! ③按培养基基本用途分： 通用培养基：营养物质齐全，可以满足多种微生物的营养需求。 如：牛肉膏蛋白胨培养基 选择培养基：有利于目的微生物生长，抑制杂菌生长，即只有目的微生物才能生长。 如：以...为唯一碳源/氮源的培养基，添加了抗生素的牛肉膏蛋白胨培养基 鉴别培养基：区分和鉴定不同微生物，即所有微生物都可生长，但目的微生物有不 同现象。如：大肠杆菌在伊红美蓝培养基上呈金属光泽的紫黑色 4.无菌技术定义？方法？ ①防止纯种微生物被其他微生物污染，且自身也不污染操作环境的技术 ②具体方法 灭菌(强烈)： 高温灭菌：高压蒸汽灭菌(121℃，15-30min，能杀死一切微生物及其孢子） 干热灭菌：火焰灼烧灭菌、烘箱干燥灭菌 过滤除菌：将含菌的液体或气体通过高温灭菌的过滤介质，可用于含有热敏感物质 (如尿素)的培养基、好氧发酵所需无菌空气 辐射灭菌：电离辐射、紫外线辐射，可用于超净工作台内部、无菌室等 消毒(较温和)：一般对环境、手等进行消毒 5.培养基配制步骤？ 称量→溶解→(定容→)调 pH→分装→灭菌→倒平板 注意：灭菌步骤前均无需无菌操作，倒平板需无菌操作！ 6.倒平板注意事项？（培养基温度？培养皿如何放在台面上？） ①培养基冷却至 50℃左右倒平板 温度过高则培养皿盖上会出现冷凝水污染平板，温度过低则琼脂会凝固 ②待培养基凝固后，培养皿需倒放，防止培养皿盖上的水落入培养基造成杂菌污染 7.分离和纯化微生物用什么培养基？什么方法及分别用的器具？对微生物计数的方法？ ①分离纯化的培养基：固体培养基 ②分离纯化的接种方法： 稀释涂布平板法：涂布棒、移液器、酒精灯... 平板划线法：接种环、酒精灯... ③计数方法：稀释涂布平板法(只计活菌) 显微镜计数法(活菌死菌都计，适用于较大且运动能力不强的微生物) 8.稀释涂布平板法计数一般结果会偏大还是偏小？原因？ 偏小：只记活菌； 有部分细菌残留在涂布棒上； 可能多个菌体连在一起只能观察到一个菌落 9.巴氏消毒法条件？ 低温杀菌，62℃，30min，主要用于杀死液体中的病原菌 10.乳酸菌、酵母菌、醋酸菌分别是什么菌？（从对氧气的需要程度及细胞结构看） ①乳酸菌：厌氧菌，原核生物 ②酵母菌：兼性厌氧菌（有无氧都可存活，但大量氧气时才能大量繁殖），真核生物 ③醋酸菌：好氧菌，原核生物(无线粒体，但有进行有氧呼吸所需要的酶！) 11.果酒、果醋、酸奶制作的实验原理？ ①果酒：先有氧，酵母菌有氧呼吸(有机物彻底氧化分解为 CO2和 H2O)，大量繁殖； 后无氧，酵母菌无氧呼吸(酒精发酵，产生酒精和 CO2!） ②果醋：醋酸菌有氧呼吸(乙醇→乙醛→醋酸) ③酸奶：乳酸菌无氧呼吸(乳酸发酵,只产生乳酸不产生气体!) 12.微生物菌种来源？ ①自然界中分离得到的野生型菌株，筛选、纯化 ②对野生型菌株进行诱变育种或基因工程改造 13.发酵之前用什么方法对发酵罐、培养基、附属设备灭菌？ 高压蒸汽灭菌 14.发酵过程控制参数主要包括？溶解氧水平与什么参数有关？ ①温度、pH、溶解氧、搅拌转速、通气量、营养物浓度、泡沫(可用消泡剂消除)... ②溶解氧水平与无菌空气的通气量及搅拌转速密切相关 15.发酵过程中温度是需要一直恒定还是按需求调整？ 按需求调整。如利用产黄青霉菌生产青霉素时，青霉菌生长的最适温度：30℃，生产青 霉素的最适温度：20℃。因此在生产中，将发酵前期温度控制在 26℃左右，发酵后期的温 度控制在 23℃左右。 16.举例说明发酵工程产品多领域利用？ ①食品工业：食品添加剂(黄原胶、谷氨酸、β- 胡萝卜素、益生菌等) 发酵食品(醋、酒、泡菜、腐乳等)... ②医药工业：抗生素、干扰素、疫苗、表皮生长因子、胰岛素... ③能源环境：燃料乙醇(木糖专用酵母利用非粮资源的木质纤维素为原料发酵生产乙醇) 生物降解塑料如聚乳酸(利用微生物的发酵产物乳酸为单体聚合而成) 第 2章 细胞工程 1.植物组织培养技术定义及原理？过程？愈伤组织特点？ ①将离体器官、组织、细胞在适宜培养条件下，经脱分化形成愈伤组织，然后经过再分 化形成芽、根，最终发育为完整植株 原理：植物细胞的全能性 (全能性原因：植物所有体细胞均来自同一受精卵，含有和受精卵相同的全套遗传物质) ②外植体→(脱分化)→愈伤组织→(再分化)→芽、根..→试管苗→完整植株 注意：脱分化避光，再分化需光 ③愈伤组织：无组织结构的、松散的细胞团 2.生长素和细胞分裂素对愈伤组织分化的影响？ ①生长素多：促进生根 ②细胞分裂素多：促进生芽 ③比例≈1：二者浓度均高，愈伤组织生长 二者浓度适中，根芽共同生长 二者浓度均低，愈伤组织不生长 3.植物组织培养的应用？（4种举例） ①植物快速繁殖：茎尖或叶片等离体培养，可短时间内获得大量遗传性状一致的植株 ②植物脱毒：受病毒感染的植株中，用珠心或茎尖组织培养可获得无毒植株 ③单倍体育种：利用花药/粉离体培养(即植物组织培养技术)得到单倍体 ④生产次生代谢产物：紫杉醇 注意：植物组织培养获得完整植株一般用固体培养基，但利用植物细胞生产次生代谢 产物一般用液体培养基悬浮培养 4.植物体细胞杂交技术(植物原生质体融合)定义？原理？过程？意义？ ①定义：将不同来源的植物细胞在一定条件下融合形成杂合细胞，并使其分化再生形成 新植物体 ②原理：质膜的流动性 ③过程：去除细胞壁制备原生质体→原生质体融合→细胞壁再生→筛选鉴定融合细胞→ 植物组织培养 ④意义：克服远缘杂交的不亲和性(即打破生殖隔离)，创造体细胞杂种植株(新物种) 5.去除细胞壁的两种方法？如何诱导植物原生质体融合？植物细胞融合完成的标志？ ①去除细胞壁方法：机械分离；酶解分离(纤维素酶、果胶酶) ②诱导植物原生质体融合：物理方法(如：电融合法)；化学方法(如：聚乙二醇/PEG) ③融合完成标志：细胞壁再生 6.动物细胞培养技术定义？原理？培养流程？培养条件？ ①定义：动物体内取出组织或细胞，在体外模拟体内生理条件，使其生存生长并维持结构 与功能 ②原理：细胞可以分裂 ③流程：分散组织细胞:机械法或消化法(胰蛋白酶) →原代培养(往往是多种细胞混合物) →传代培养(逐步分离获得单一类型细胞) ④培养条件 液体培养基、营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等) 无菌环境、加入抗生素、温度、pH、溶解氧、渗透压、95%空气和 5%CO2(CO2调节 pH)、 定期更换培养液及时清除代谢产物 7.动物细胞融合方法？ 物理方法如电融合、化学方法如聚乙二醇、生物方法如灭活病毒 8.单克隆抗体制备过程？需几次筛选？骨髓瘤细胞及杂交瘤细胞特点？单克隆抗体特点？ ①注射特定抗原→分离脾脏细胞→获取浆细胞→与骨髓瘤细胞融合→筛选融合成功的杂 交瘤细胞→选择培养基筛选抗体分泌阳性的杂交瘤细胞→克隆培养 ②两次筛选 ③骨髓瘤细胞：体外培养能无限增殖 杂交瘤细胞：既可以分泌抗体，又能无限增殖 ④单克隆抗体：高度均一、仅针对某一特定抗原决定簇(高度特异性) (抗原决定簇：抗原分子中决定抗原特异性并刺激 B 淋巴细胞分化为浆细胞的特定区域) 9.细胞核移植技术定义？核移植时所用技术？细胞核移植的应用？原理？ ①定义：将一种动物细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎，进 而发育成动物个体的过程 用卵母细胞的主要原因：卵母细胞的细胞质能促动物细胞核全能性表达 ②技术：显微注射法 ③应用：克隆 分子克隆（一个分子复制成一组分子）; 细胞克隆（一个细胞分裂为一群细胞） 个体克隆（动植物的无性繁殖） ④原理：动物的体细胞核有全能性 10.克隆技术中需要用到哪些细胞工程技术？克隆动物和谁最像？为什么二者性状不是一模 一样？ ①克隆技术中需用到：细胞核移植技术→动物细胞培养技术→胚胎移植技术 ②和细胞核的供体最像，并与其性别一致 ③性状不会一模一样的原因：可能受外界环境影响； 卵母细胞的细胞质(线粒体)中含有少量遗传物质 11.克隆技术意义/应用前景？问题？ ①意义/应用前景：将具有特殊期望性状的动物通过克隆产生更多畜群 基因完全相同的动物可为科学研究提供最佳“对照动物” 克隆繁殖濒危物种 ②问题：克隆动物健康水平差 12.干细胞按不同标准进行分类？ ①按发育阶段分 胚胎干细胞：来源于囊胚内细胞团或胎儿原始生殖细胞。能在体外培养传代，并在一 定条件下保持分化的全能性(即几乎可分化出所有的细胞类型)，可无限传代增殖且不改变 基因型和表型 成体干细胞：成体组织中尚未分化的、具有自我更新潜能的干细胞 ②按分化潜能大小分 全能干细胞，即胚胎干细胞 多能干细胞：属于成体干细胞 可分化出多种细胞组织但不具备发育成个体的能力 如骨髓多能造血干细胞可分化出不同血细胞 单能干细胞：属于成体干细胞 只能分化成一种类型或密切相关的两种类型的细胞 13.诱导性多能干细胞定义？特点？ ①体细胞经诱导形成的具有和胚胎干细胞类似分裂分化能力的干细胞 ②来源多，伦理问题小 14.胚胎工程定义？胚胎发育经历阶段？胚胎工程包含的主要技术？ ①定义：对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体 ②阶段：受精→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚(有内中外胚层)→组织器官形成→胚胎 ③主要技术 体外受精：卵的采集及成熟培养：精子的采集与体外获能：卵与精子的体外受精 胚胎移植：将早期胚胎移植到同种且生理状态相同的受体动物体内，使其发育为个体 供体用促性腺激素刺激超数排卵，受体进行同期发情处理 如：人工授精和冷冻精液，可最大限度利用优良公畜资源 试管婴儿的产生利用了体外受精和胚胎移植 胚胎分割移植：将一枚胚胎用显微手术的方法分割成几份，经体内或体外培养，然后 移植入受体中以得到同卵双生或多生后代 选择发育良好形态正常的桑椹胚或囊胚(囊胚的内细胞团需均等分割) 分割次数越多胚胎成活率越小 15.胚胎分割移植和细胞核移植谁的成功率更高？ 胚胎分割移植 第 3章 基因工程 1.基因工程(重组 DNA 技术)目的？ 最终表达出新产物/新性状 2.基因工程理论基础？技术支撑？科学意义？ ①理论基础：DNA 是遗传物质：目的基因可从一种生物个体转移到另一种生物个体 DNA 双螺旋结构和中心法则：目的基因可在受体细胞中复制和表达 自然界几乎所有生物共用一套遗传密码：目的基因能在不同生物体内表达出 同一种蛋白质 ②技术支撑：运载工具(载体)、工具酶(限制酶、DNA 连接酶)、DNA 体外重组 ③科学意义：打破物种间遗传信息交流屏障，使跨物种间基因的定向转移成为可能 3.基因工程应用举例？ ①大规模生产乙肝疫苗：用酵母高效合成乙肝病毒表面抗原蛋白，用作乙肝疫苗。 ②转基因抗虫棉(我国成为第二个独立研制抗虫棉的国家) ③利用谷氨酸棒状杆菌大规模发酵生产谷氨酸 4.DNA 重组所需的三种基本工具？其作用特点？ ①限制酶：识别并切割 切割：破坏磷酸二酯键，产生黏性末端或平未端 ②DNA 连接酶：形成磷酸二酯键，将两个相同的黏性末端牢固地连为一体 ③载体：能在宿主细胞中自主复制稳定保存，有多个限制酶酶切位点，有复制起始位点， 有合适的标记基因便于鉴定筛选 常用：质粒(双链环状 DNA)或病毒 DNA 5.基因工程的过程？ ①获取目的基因(常用 PCR 法) ②构建表达载体(切割和连接) ③DNA 分子导入受体细胞(转化和扩增) ④筛选和鉴定含目的基因的受体细胞(借助标记基因) 6.获取目的基因的方法？PCR 的前提条件？流程？ ①部分序列已知：PCR 完整序列已知：化学合成法 序列未知：大规模筛选 ②PCR 条件：需要目的基因两侧的序列已知(用于人工化学合成 DNA 引物) 需要 DNA 模板、引物、DNA 聚合酶、四种脱氧核苷三磷酸(dNTP)以及缓冲 液系统、PCR 扩增仪 ③PCR 流程：变性(95℃)：使 DNA 解旋为单链（高温解旋，不需 DNA 解旋酶） 退火(55-68℃)：使两条不同引物分别与两条单链 DNA 模板结合(碱基配对) 聚合(75℃)：耐热 DNA 聚合酶催化下合成新 DNA 子链(子链合成方向 5'→3') 重复 n 次循环，得到 2n个分子 注意：两种引物都需结合在各自 DNA 模板链的 3'端！ 7.PCR 和体内 DNA 复制最大区别？所用酶区别？ ①最大区别：体内 DNA 复制是边解旋边复制，PCR 是先完全解旋再复制 ②酶区别：体内 DNA 复制需要 DNA 解旋酶、DNA 聚合酶 PCR 不需 DNA 解旋酶，需要耐热 DNA 聚合酶； 8.DNA 提取的原理？SDS(十二烷基硫酸钠)作用？乙醇预冷的目的？ ①原理：DNA 在乙醇中溶解度下降 ②SDS 可使蛋白质变性 ③乙醇预冷：抑制核酸酶活性防止 DNA 降解，抑制 DNA 运动方便其析出 9.DNA 鉴定的原理？ DNA 的脱氧核糖在酸性条件下加热，能与二苯胺反应生成蓝色化合物 10.将 DNA 导入受体细胞，转化的三大方法？ 物理方法：电击法 化学方法：氯化钙法 生物方法：农杆菌法 11.筛选鉴定含目的基因的受体细胞，常用筛选方法？ ①抗药性筛选法：若有两个标记基因一般破坏一个留一个 第一次筛选用未被破坏的抗性基因(淘汰未导入质粒的细菌) 第二次筛选用破坏的抗性基因(淘汰含空载质粒的细菌) 注意：使用该法要求受体细胞不含载体上的两种标记基因 ②显色筛选法：若破坏 lacZ 基因，则含重组质粒的克隆为白色(其余为蓝色) 12.琼脂糖凝胶电泳，DNA 带什么电荷，哪个电极插在靠近 DNA 样品一端？主要根据 DNA 什 么特点对其进行分离？ ①DNA 的磷酸基团带负电荷，故负电极插在靠近 DNA 样品的一端 ②根据 DNA 的大小和结构 13.表达载体导入受体细胞，导入动植物的不同方法？ ①动物：显微注射法、病毒感染法(用动物病毒做载体时) ②植物：农杆菌转化法、植物病毒感染 14.蛋白质工程(第二代基因工程)是在什么水平上设计改造蛋白质？具体流程？蛋白质工程 主要包括哪两个方面？ ①DNA 水平，通过人为突变或设计基因进而操纵蛋白质结构和性质 ②预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→由氨基酸序列推导出 RNA、DNA 序列 ③蛋白质工程包括：修饰改造天然蛋白(定点突变、定向进化)、设计制造全新蛋白 注意：基因工程所使用的目的基因均是天然存在的，因而表达出的产物仍为天然蛋白质 15.定点突变和定向进化分别的定义？操作？ ①定点突变：改变特定位点。 若 DNA 序列短，可通过人工化学合成； 若序列长，可通过 PCR 方案获取突变型目的基因(需要人工化学合成含有 突变序列的突变引物和不含突变序列的正常引物) ②定向进化：随机改变任一位点，可通过改变 PCR 反应条件(如退火的温度)，使 DNA 复 制发生随机错误 第 4章 生物技术安全与伦理 1.转基因技术影响？ ①优势：抗虫、抗逆境、抗感染等改造，增加作物产量、减少杀虫剂化肥使用量、降低 生产成本、保护土壤、缓解资源限制、保护生态环境 ②潜在风险：食品安全、伦理问题、转基因作物可能会成为“外来品种”对生物多样性 造成威胁、国家安全 2.生殖性克隆和治疗性克隆的异同？我国相关政策？ ①同：均有核移植过程 ②异：生殖性克隆是产生独立生存个体 治疗性克隆是采用胚胎干细胞或诱导性多能干细胞，培养组织器官以治疗疾病 ③我国政策：反对克隆人(即反对生殖性克隆)、不赞成不允许不支持不接受克隆人实验， 不反对治疗性克隆。支持试管婴儿，反对设计试管婴儿 3.生物武器特点？ 传播途径多、攻击范围广、致病能力强、使用简单有、一定潜伏期... 如：鼠疫杆菌导致黑死病/鼠疫，肉毒杆菌是已知毒性最强的细菌毒素