2016-2017生命科学与技术研究进展考试试题库

2016-2017生命科学与技术研究进展考试题库

请各位同学注意：《生命科学与技术研究进展》课程

考试时间为：第十二周周六（2016年11月19日）晚上18:30—21:30

考试地点：东十二楼F101教室

1.简述2-3种转基因新技术的理论基础和操作原则。

1.植物转基因基因组中含有外源基因的植物。它可通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种，如玉米稻、北极鳄梨、转基因三倍体毛白杨。

2.动物转基因就是基因组中含有外源基因的动物。它是按照预先的设计，通过细胞融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术将外源基因导入精子、卵细胞或受精卵，再以生殖工程技术，有可能育成转基因动物。人工转基因技术原理是将人工分离和修饰过的优质基因，导入到生物体基因组中，从而达到改造生物的目的。具有不确定性。常用的方法和工具包括显微注射、基因枪、电破法、脂质体等。

2.展望你对转基因技术应用的前景。

转基因技术是利用分子生物学技术将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状的可遗传修饰。转基因技术已广泛应用于医药、工业、农业、环保、能源、新材料等领域。目前已有基因工程疫苗、基因工程胰岛素和基因工程干扰素等药物。其使用基因拼接技术或DNA重组技术(即转基因技术)，指按照人们的意愿，定向地改造生物的遗传性状，产生出人类需要的基因产物，以此生产出的药物原料和药品。利用转基因技术进行遗传改良有着重要的意义，可以：第一、增加产量。第二、改良品质。第三、增强抗逆性。第四、生产转基因药品。

同时，转基因技术的发展打破了自然发展的规律或多或少破坏了生物界领域的和谐。转基因技术对生态系统和人类健康的危害: 第一,基因飘逸即基因流或基因水平转移到其他近缘物种。第二,转基因植物产生的杀虫毒素可由根部渗入土壤, 某种单一的转基因植物的大量种植可能会对土壤生物及微生物和环境产生不良影响, 因而减少本地区物种的多样性。第三,转基因产品的毒性, 能引起人的过敏反应。第四,转入植物的标记基因(特别是抗生素基因) ,有可能通过某种途径扩散到其他微生物中并使其产生新的抗药性,导致超级病原菌的产生。

因此转基因作物安全性需考虑的问题：（1）转基因作物的食品安全性：毒性、过敏反应、抗药性等。（2）环境释放的生态风险作为“外来种”是否带来生态风险；在环境中的残留及可能造成的基因污染；对土壤生态系统的影响；可能演变成农田杂草或将基因传递到其他杂草的风险。

3.请试论述生物能源的优越性及不足。

优越性：生物质能源具有资源丰富、可再生、低污染，能解决能源危机和保护生态环境。易燃烧，污染少，灰分较低。能控制环境污染，减轻对石油资源的依赖，推动农业产业链的发展，是解决全球能源危机的理想途径。(1)提供低硫燃料，(2)提供廉价能源(于某些条件下)，(3)将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，垃圾燃料)，(4)与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。另外，①生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。②生物燃料是产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电。③生物燃料是原料上的多样性。生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。

④是生物燃料的“物质性”，可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系。⑤生物燃料的“可循环性”和“环保性”。⑥生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域，带动农村经济发展，增加农民收入；还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料，还可推进农业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有重要的政治、经济和社会意义。⑦生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。⑧生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。

不足:(1)植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物，(2)单位土地面的有机物能量偏低，(3)缺乏适合栽种植物的土地，(4)有机物的水分偏多(50%～95%) 还有：热值及热效率低，体积大而不易运输，目前达不到规模化生产的程度:生物质合成燃料乙醇存在着“与人争粮”的问题，生物质合成生物柴油存在着污染较大的不足，生物制氢存在着产氢效率低，氢气收集困难等弊端，沼气发酵则存在着发酵效率低、持续运行能力差的缺点。

4.当前生物能源的主要品种有哪些？研究进展如何？

生物能源的种类包括森林能源、农作物秸秆、禽畜粪便和生活垃圾等。利用生物能源的主要技术有：利用剩余粮食、能源作物和农作物秸秆等生产燃料乙醇；生物质液化生产生物柴油，例如在利用菜籽油替代柴油的研发方面，英国及北欧国家正在进行；生物制氢，可通过气化和微生物催化脱氢方法制氢；厌氧发酵发生产沼气等。

由于生物质能源所具有的环保、可再生等特点，同时又能推动农业产业链的发展，在目前国际原油市场回落无望的情况下，生物质能源再度加温，已被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一。目前，欧美及世界多数地区都在寻求生物能源发展之道。我国2004年开始在部分地区试点使用乙醇汽油之后，生物质能源发展方面也取得了较大的进展。以玉米、小麦等生产乙醇，用豆油、棉油等生产生物柴油各地纷纷兴起。但“粮食能源化”是否会影响粮食安全？最新技术进展和专家研究结论表明：鼓励发展非粮生物质能源是解决我国粮食安全和能源安全的根本之道。

5.针对某种现有药物制剂的缺陷，设计一种纳米药物制剂，并从该制剂的处方、制备工艺、质量研究以及PK/PD优势等方面加以阐明（可以参考已上市纳米药物）。

紫杉醇(PTX)是常用的抗肿瘤药物，其主要机制是促进细胞微管聚合并抑制微管解聚，导致细胞纺锤体失去正常功能，抑制肿瘤细胞的有丝分裂，进而诱导细胞凋亡。由于紫杉醇的低溶解性，临床上常采用体积比1/1的聚氧乙烯蓖麻油(Cremophor EL)和乙醇助溶，该制剂称为太素(Taxol?)。但聚氧乙烯蓖麻油易引起过敏反应和低血压等不良反应，极大的限制了临床应用。聚合物胶束采用两亲性聚合物包裹药物，大小仅20－50nm，可以提高药物的生物可降解性和降低排斥反应，同时可以作为难溶性药物的输送载体。两嵌段聚合物由亲水片段和疏水片段两部分组成。最具代表性的亲水性片段聚乙二醇(PEG)对人体具有较低的毒性，是目前最广泛用来作为聚合物胶束亲水链段的聚合物。而研究较多的疏水段主要为易于水解，产物无毒、具有良好的生物兼容性的脂肪族聚酯，如聚丙交酯(PLA)、聚己内酯(PCL)等。经PEG表面修饰后的药物运输系统，能够减少药物载体与血液中蛋白的相互作用，大大降低网状内皮系统对粒子的识别和摄取，显著提高药物载体在血液中的循环时间，改变药物代谢性能，提高药效。但是也会造成细胞摄取的减少和胞内释放的降低，即“PEG-dilemma”现象。另外，PEG的毒性是随着分子量的增加而降低，但随之水溶性和代谢速度也呈下降趋势，同时PEG本身不降解，大量连续使用容易产生副作用。

羟乙基淀粉(HES)较之PEG有许多优点之处：可生物降解；可大量长期使用而无副作用。载紫杉醇HES-PCL聚合物胶束具有以下优势： HES、PCL均可生物降解；生物相容性好的HES组成亲水外壳，在体内既不聚集也不被网状内皮系统(RES)摄取，可在全身脉管系统中自由循环，作用时间长；该剂型具有粒径小(20-50nm)、水溶性好、被动靶向；不需要使用其他助溶剂，总体毒性得以降低，进而允许更高注射剂量，提高疗效。

6.论述纳米药物的纳米特征及质量研究方法

1)纳米药物的粒度研究，包括数量分布、重量分布、体积分布和光强分布等。①光子相干光谱法(PCS)：是一种微小颗粒在液体中的扩散系数的技术。通过精确测量颗粒散射光强与时间的函数关系以测定扩散系数，系统利用光强探测器检测胶体或高分子溶液中颗粒由于布朗运动而产生的散射光强随时间的变化，应用光谱相干分析技术计算布朗运动的扩散系数，进而得到粒度及其分布。②离心沉降法：该法是利用重心沉降的原理，测量颗粒的沉降速度，进而测得颗粒的粒度。③激光衍射法：也称小角激光散射法，是亚微颗粒的粒度测定的首选方法。由于激光衍射法可测定的粒度范围为0.50~80um，可用于测定样品中存在的大颗粒或者纳米颗粒的团聚体的粒度。

2)饱和溶解度和溶出度，与之相关的有血药浓度或生物利用度：透析法：

3)药物晶型，与之相关是药物的稳定性和药物的饱和溶解度。：①差示扫描量热法(DSC)②广角X射线衍射法(WAXS)

4)载药量和包封率：①载药量是指纳米粒中药物质量(包括游离药物质量与被包封的药物质量)与纳米粒的质量的比值。

测定药物含量常用方法有：紫外分光光度计法，荧光光度计法，高效液相色谱法等。②包封率是指纳米药物载体中的药物量与体系中药物总量(纳米药物载体中的药物量与介质中的药物量之和)的比值。包封率的测定方法：测定药物包封率的方法主要有透析法、葡聚糖凝胶柱法、超滤法等，通过透析、葡聚糖凝胶柱层析和超滤等方法使游离的药物从载药纳米粒体系中分离出来，测出游离药物含量后，根据包封率=(药物总量-游离药物量)/药物总量即可得到包封率。③突释效应和渗漏率：药物在微囊、微球、脂质体中的情况一般有三种，即吸附、包人和嵌入。在体外释放试验时，表面吸附的药物会快速释放，称为突释效应。开始半小时内的释放量要求低于40%。若微囊、微球、脂质体产品分散在液体介质中贮藏，应检查渗漏率，可由下式计算：