-生物工程前沿-问题和参考问题详解

硕士课程《生物科学与工程前沿》题目和答案

考核方式：总分100分

40%课程论文，自己选定生物科学与工程的某研究领域中的一个题目，参与导师组织的科研汇报或科研讨论等容，写一份课程论文，核心是阐述某项研究或技术的原理、先进性和未来发展及其应用等，由导师根据平时表现和论文情况给出成绩，（百分制，即满分100分）

60%考试，从8位老师给出的46道题目中随机出10道题，进行统一的考试（百分制，即满分100分），题目答案仅供参考，可自己组织答案。

考核时间：请周媛媛安排考试，约？，具体时间、地点见学院通知

要求：考试时将导师打分的课程论文一起交给监考的课程负责老师。

说明：给出题目的答案仅仅是指导性的，供参考，包括2位老师没给出答案，是希望学生带着问题去学习，考试时最好是自己根据数据来组织答案，这才算真正掌握，效果也会更好。

综述最好11月底写好，考试时10道题中选8道做（我）

继伦老师

1、如何进行微生物发酵菌种细胞通透性的改良与控制？

答案要点：超声波对微生物细胞膜的透性有一定的影响，主要是选择不同参数的超声强度对细胞膜进行作用，产生一种可恢复性损伤，使细胞膜透性发生改变。也可用不同照射参数的激光处理细胞，使细胞膜透性发生改变。学生通过对该题目容的了解和熟悉后，对微生物的改造和利用有更深层次的认识。（还需自己补充）。

目的诱变选育甘油缺陷型菌株,调控细胞膜的通透性,添加甘油调节细胞膜的通透性,

2、发酵过程参数应用传感器监控的类型与方法？

答案要点：传感器的分类：生物传感器（酶传感器）、物理传感器（非接触气敏传感器、光敏传感器、温度传感器、压力、pH、溶氧等传感器）。了解这些传感器在发酵工业的应用情况、优点、缺点、回馈控制技术等，对优化控制发酵过程十分必要。（还需自己补充）。

3、非糖质原料发酵中常见问题及处理方法？

答案要点：了解除糖质、淀粉原料外还有哪些原料可通过适当处理后进行发酵。可根据不同产物讨论处理方法，应从工业应用的角度去分析可行性（含环保、成本分析等）。非糖质原料发酵工艺的特殊性决定不同的工艺方法，其中菌种的选择是非常重要的。（还需自己补充）。

林炜铁老师

4简述分子微生物生态学的起源、定义及其主要特点。

近20年来，分子生物学无论在基础理论还是在技术开发应用方面均取得了突飞猛进的发展，尤其是聚合酶链式反应(PCR)技术的产生和完善，使分子生物学不断向生物科学的各个领域渗透。这些技术的出现使生态学家能够用分子生物学的方法来解决其它方法难以解决的问题，而分子生物学家也尝试用自己的理论和技术来解决一些生态问题。1990年，Ward等人利用对环境微生物的16SrRNA序列分析，揭示了环境中存在大量未能培养的微生物。因此大量基于16SrRNA的分子微生物学方法被发展应用于复杂的微生物生态研究，以获取更多的微生物信息，从而促使了分子微生物生态学研究的形成与发展。

分子微生物生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究微生物系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的科学，它是分子生态学分支学科之一。

其主要特点是研究微生物群体(微生物区系或正常菌群)与其周围的生物和非生物环境条件间相互作用的规律，强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合，优势在于对生态现象的研究不仅注意外界的作用条件，而且注意分析部的作用机制。

分子微生物生态学应解决的核心问题是：①发现新的微生物并对其分类；

②微生物多样性及群落构成；③微生物群落的功能；④微生物种群生长动力学，以及群落间的相互作用与信号传递；⑤微生物种群遗传学与进化。

主要研究容包括水生微生物；微生物与金属的相互作用；生物信号；微生物膜和垫；人体微生物生态；细菌与真菌、原生动物的拮抗作用；微生物群落的生态原理；陆地生态系统的微生物多样性和作用；微生物与有机污染物的相互作用；不可培养微生物；原核生物与植物的相互作用；微生物驱动的生态系统功能；微生物群落对全球变化的影响；极端环境和天体微生物；细菌共生体；进化生态学；环境微生物基因组学；病毒对微生物群落分析的影响；微芯片用于微生物群落分析；胁迫(抗逆)反应；环境生物技术；生物地球化学循环(新生命和新代途径)；海洋微生物；病原体生态学；新的生物分析和生物信息学方法。

6论述分子微生物生态学研究过程中所用的分子生物学技术手段。

微生物培养及显微技术作为微生物的手段有很大的局限性，因为环境多数微生物处于“存活但不能被培养”的状态。而不依赖于微生物培养的分子生物学方法避开了传统微生物培养分析的环节，直接从样品中抽取总DNA，然后通过PCR扩增及其相关技术、核酸杂交技术、RNA基因序列分析等方法对直接提取的总DNA进行分析，了解其中微生物信息。这些通过遗传物质进行研究的分子方法，为微生态的研究开辟了新的途径，并已经得到广泛的应用。

①基于PCR技术的DNA指纹图谱技术，包括：16SrDNA文库构建、变性梯度凝胶电泳/时间温度梯度凝胶电泳(PCR-DGGE/PCR-TGGE)、限制性片段长度多态性分析(RFLP)、随机扩增DNA多态性分析(RAPD)、扩增片段长度多态性(AFLP)、末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)、单链构象多态性(SSCP)分析。

②核酸杂交及其相关技术，包括：DNA-DNA/DNA-rRNA分子杂交、荧光原位杂交技术(FISH)。

③ rRNA基因序列同源性分析，包括：rRNA技术、16S～23SrRNA基因间隔

区序列。

④其他生化技术手段，如荧光标记蛋白的应用、荧光染色计算菌数、脂肪酸谱图分析和稳定性同位素标记技术(stableisotope probing，SIP)等。

7简述变性梯度凝胶电泳的原理及主要步骤。

DGGE原理是：DNA双螺旋解离条件与变性剂浓度相关，到达解离最低优选温度(TM)时，DNA双链将部分解离，分开的DNA将会使它在聚丙烯酰胺凝胶中的移动速度显著下降，而双螺旋部分解离的条件又是由DNA碱基序列所决定的。因此即使是大小相同，但碱基排列有差异的DNA片段，在不同浓度梯度的变性剂(脲素和甲酰胺)凝胶中电泳，根据部分解离的条件不同，其移动速度不同而得到分离，通过染色后可以在凝胶上呈现为分散的条带。该技术可以分辨具有相同或相近分子量的目的片断序列差异，可以用于检测单一碱基的突变和遗传多样性以及PCR扩增DNA片段的检测。

主要步骤：①样品的采集；②DNA提取及纯化；③样品16SrDNA或18SrDNA 片段的PCR扩增；④选择优化学变性剂浓度围和电泳温度时间进行分析；⑤制胶、染色；⑥样品的DGGE/TGGE分析。

8什么是荧光原位杂交技术？该技术的主要特点是什么？

荧光原位杂交(FISH)技术是根据已知微生物在不同分类级别上种群特异的DNA序列，以利用荧光标记的特异寡聚核苷酸片段作为探针，与环境基因组中DNA分子杂交，检测该特异微生物种群的存在与丰度。

该技术的优点是可以进行样品的原位杂交，应用于环境中特定微生物种群鉴定、种群数量分析及其特异微生物跟踪检测等。它提供了微生物形态学、数量、空间分布与环境方面的信息，可以对自然生态环境中的微生物进行动态地观察与鉴定。FISH技术整个细胞是被固定的，采用16S或者23SrRNA与荧光标记的特异性寡核苷酸探针杂交，再由扫描共焦激光显微镜(SCLM)观察固定的细胞。由于杂交的是整个细胞，省去了提取DNA，PCR扩增以及克隆等步骤。FISH 技术就像Northern、Southern印记一样，是基于两个寡核苷酸通过互补序列配对。但是对FISH来说，靶序列是留在组织中而没有必要要象Northern、Southern 技术一样在杂交之前首先要分离核酸。

而该技术的局限性在于受到环境样品微生物的生理状态的影响，芽孢、放线菌及休眠时期的细胞的细胞膜的通透性低，影响群落中部分种属丰度的错误估计。而且FISH由于事先要根据已知种属设计探针，不能检测出环境样品中的未知种属。

9 以一种植物为例，阐述植物组织培养的基本步骤

以胡萝卜为例，植物组织培养的基本步骤如下：

1）培养材料的采集

从理论上讲，植物具有全能性的细胞有三类：受精卵、发育中的分生组织细胞和雌雄配子及单倍体细胞。我们选用茎尖作为培养材料。通常切块在0.5cm左右。

2）培养材料的消毒

A、先将材料用自来水冲洗干净，最后一遍用蒸馏水冲洗，再用无菌纱布吸干水分，并用消毒刀片切成小块。