生物技术概论 第1章绪论 习题与参考答案 一、名词解释 1.生物技术：生物技术(biotechnology)是以生命科学为基础，利用生物的特性或功能， 设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为 社会服务的综合性技术领域。 2.基因工程：基因工程(geneengineering),又称为重组DNA技术，是按照人们的科研 或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质，在生物体外切割， 拼接形成重组DNA。然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA 的受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使 之稳定地遗传给下一代。 3.发酵工程：发酵工程(ferment engineering or microbiology engineering)技术是利用现 代工程技术手段，利用微生物的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物应用于工业生产 的一种技术。 4.细胞工程：细胞工程(cell engineering)技术是根据生命体细胞的性质，应用细胞生 物学的方法，按照人们预想的方案，在细胞水平上进行精细操作，把一种生物的染色体或细 胞核等移植到另一种生物细胞中去，从而改变其细胞的遗传性，达到改良物种或创造新物种 的目的。 5.酶工程：酶工程(enzyme engineering),就是在一定的生物反应器中，利用酶的催 化作用，将相应的底物原料转化成所需物质的技术。 6.蛋白质工程：蛋白质工程(protein engineering),是以蛋白质分子结构的规律及其 与生物功能的关系为基础，借助计算机分子图像显示和辅助设计，通过有控制的基因修饰和 基因合成，再结合基因工程途径，对现有蛋白质加以定向改造，设计、构建并最终生产出性 能比自然存在的蛋白质更加优良、更符合人类社会需要的新型蛋白质。 7.生物技术安全：生物技术安全(safety in biotechnology)指人类的生物技术研发活动 和产业化活动应当确保生物多样性、生态环境和人体健康不受侵害或损害的一种状态。 &.分子农业：分子农业(molecular farming)是利用生物技术，大规模生产蛋白质、多 肽、疫苗等物质，用于预防、治疗人类及动物疾病。 9.生物反应器：生物反应器(bioreactor)是指任何提供生物活性环境的制造或工程设
生物技术概论 第1章 绪 论 习题与参考答案 一、名词解释 1. 生物技术：生物技术（biotechnology）是以生命科学为基础，利用生物的特性或功能， 设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为 社会服务的综合性技术领域。 2. 基因工程：基因工程（geneengineering），又称为重组DNA技术，是按照人们的科研 或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质，在生物体外切割， 拼接形成重组DNA。然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA 的受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使 之稳定地遗传给下一代。 3. 发酵工程：发酵工程（ferment engineering or microbiology engineering）技术是利用现 代工程技术手段，利用微生物的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物应用于工业生产 的一种技术。 4. 细胞工程：细胞工程（cell engineering）技术是根据生命体细胞的性质，应用细胞生 物学的方法，按照人们预想的方案，在细胞水平上进行精细操作，把一种生物的染色体或细 胞核等移植到另一种生物细胞中去，从而改变其细胞的遗传性，达到改良物种或创造新物种 的目的。 5. 酶工程：酶工程（enzyme engineering），就是在一定的生物反应器中，利用酶的催 化作用，将相应的底物原料转化成所需物质的技术。 6. 蛋白质工程：蛋白质工程（protein engineering），是以蛋白质分子结构的规律及其 与生物功能的关系为基础，借助计算机分子图像显示和辅助设计，通过有控制的基因修饰和 基因合成，再结合基因工程途径，对现有蛋白质加以定向改造，设计、构建并最终生产出性 能比自然存在的蛋白质更加优良、更符合人类社会需要的新型蛋白质。 7. 生物技术安全：生物技术安全（safety in biotechnology）指人类的生物技术研发活动 和产业化活动应当确保生物多样性、生态环境和人体健康不受侵害或损害的一种状态。 8. 分子农业：分子农业（molecular farming）是利用生物技术，大规模生产蛋白质、多 肽、疫苗等物质，用于预防、治疗人类及动物疾病。 9. 生物反应器：生物反应器（bioreactor）是指任何提供生物活性环境的制造或工程设
生物技术概论 备，它包括生物个体、组织器官或细胞等。 二、简要回答 1.生物技术的学科特点与技术特征。 (1)学科特点（综合性强、跨学科多）：现代生物技术的产生和发展涉及到科学发展历 史长河中诸多的科学知识，如数学、物理学、化学、哲学、计算机科学等：更与生命科学中 的诸多学科的发展水平紧密相连，如分子生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、动物学、 植物学、微生物学等。所以，现代生物技术具有综合性强、跨学科多的显着特点：它要进一 步走向成熟，必须依赖于上述众多学科的深入发展和有效地整合。 (2)技术特征：现代生物技术的主要技术特征是：打破了物种界限，使动物与植物、 微生物与动物、微生物与植物之间，越过交配屏障，实现“杂交”：根据人们的意愿，改造 生物遗传特性，创造新的物种，并有可能对人类自身的进化过程产生影响：直接改造遗传物 质核酸，创造新生物类型的速度比自然变异极大地加快。 2.生物技术各发展阶段的特点。 按照生命科学的发展历程，生物技术可分为三个阶段： (I)“传统生物技术”(traditional biotechnology):其核心是指该历史发展阶段以发酵 产品为主干的工业微生物技术体系，这种“把农牧渔业排斥在外的微生物发酵技术”称作传 统生物技术的“狭义”概念。 (2)“近代生物技术”(recent biotechnology)可以理解为是随着显微镜的发现和发明， 在细胞层面上改造生物体的技术。 (3)“现代生物技术”(modern biotechnology)是指在传统生物技术基础上发展起来的， 是对二十世纪七十年代以来出现的新的生物体操纵技术的称呼，包括基因工程、细胞工程、 发酵工程、酶工程和蛋白质工程等。 各阶段的特点总结如下表所示。 阶段 时期 名称 特征 典型产品 远古时期~20 传统生物技术 酿造技术 酒类、醛、酱类酸、奶等 世纪初期 青霉素、丙酮、甘油、谷 二 20世纪初~20 近代生物技术 微生物发酵技术 氨酸、柠檬酸、淀粉酶啤 世纪60年代 酒等
生物技术概论 备，它包括生物个体、组织器官或细胞等。 二、简要回答 1. 生物技术的学科特点与技术特征。 （1）学科特点（综合性强、跨学科多）：现代生物技术的产生和发展涉及到科学发展历 史长河中诸多的科学知识，如数学、物理学、化学、哲学、计算机科学等；更与生命科学中 的诸多学科的发展水平紧密相连，如分子生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、动物学、 植物学、微生物学等。所以，现代生物技术具有综合性强、跨学科多的显着特点；它要进一 步走向成熟，必须依赖于上述众多学科的深入发展和有效地整合。 （2）技术特征：现代生物技术的主要技术特征是：打破了物种界限，使动物与植物、 微生物与动物、微生物与植物之间，越过交配屏障，实现“杂交”；根据人们的意愿，改造 生物遗传特性，创造新的物种，并有可能对人类自身的进化过程产生影响；直接改造遗传物 质核酸，创造新生物类型的速度比自然变异极大地加快。 2. 生物技术各发展阶段的特点。 按照生命科学的发展历程，生物技术可分为三个阶段： （1）“传统生物技术”（traditional biotechnology）：其核心是指该历史发展阶段以发酵 产品为主干的工业微生物技术体系，这种“把农牧渔业排斥在外的微生物发酵技术”称作传 统生物技术的“狭义”概念。 （2）“近代生物技术”（recent biotechnology）可以理解为是随着显微镜的发现和发明， 在细胞层面上改造生物体的技术。 （3）“现代生物技术”（modern biotechnology）是指在传统生物技术基础上发展起来的， 是对二十世纪七十年代以来出现的新的生物体操纵技术的称呼，包括基因工程、细胞工程、 发酵工程、酶工程和蛋白质工程等。 各阶段的特点总结如下表所示。 阶段 时 期 名 称 特 征 典型产品 一 远古时期～20 世纪初期 传统生物技术 酿造技术 酒类、醛、酱类酸、奶等 二 20 世纪初～20 世纪 60 年代 近代生物技术 微生物发酵技术 青霉素、丙酮、甘油、谷 氨酸、柠檬酸、淀粉酶啤 酒等
生物技术概论 基因工程技术 新物种、转基因动植物、 细胞工程技术 三 20世纪70年代 克隆动物、新型酶制剂、 现代生物技术 发酵工程技术 以后 基因工程药物、新型发酵 酶工程技术 产品、新型生物反应器等。 蛋白质工程技术 3.现代生物技术在工农业生产、能源与环境、医药卫生及食品等领域的应用。 (1)农业领域：转基因技术、组织培育技术、动物胚胎移植与克隆技术等，在主要农 作物和家畜生产上的应用，初步突破基因克隆与功能验证、规模化转基因、生物安全等关 键技术，完善转基因生物培育和安全性评价体系，获得一批具有重要应用价值的功能基因， 培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因新品种，促进农业增效农民增收。 (2)工业领域：生物技术在工业领域的应用主要分为两类，一是以可再生资源（生物 资源)替代化石燃料资源：二是利用生物体系如全细胞或酶为反应剂或催化剂的生物加工工 艺替代传统的、非生物加工工艺。 (3)医学领域：生物技术在医学领域的应用主要集中在生物技术制药、基因治疗、疾 病预防、诊断和治疗等方面的开发和应用，将从根本上揭示各种遗传病、癌症、心血管病、 精神病等重大疾病的机理和防治途径。 (4)生态环境领域：生物技术在环境领域的应用主要集中在污染环境的生物监测、环 境的生物修复和污染环境的生物处理等方面。如植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将能彻 底改变干旱地区的生态环境，使盐碱地变为良田。 (5)能源领域：以微生物为探测系统的微生物勘探技术（microbial exploration technologies,MET),在石油和天然气工业领域中的应用，有效地降低了勘探成本，并提高 了预测的成功率等。利用微生物生产氢能、洁净煤、生物质能（沼气、生物乙醇和生物柴油 为主)、微生物燃料电池、微生物固碳制造新能源等清洁能源取得了重要的进展。生物技术 将会使甘蔗、油菜籽、作物秸秆、林产品废弃有机物转化为生物乙醇、生物柴油、生物发电、 生物氢等生物质能，使“绿色能源”替代“黑色能源”： (6)食品领域：在食品资源改造上，主要培育了抗病、抗虫、抗除草剂和抗旱性等作 物：培育了速生高产生物，如超级稻，转基因鲤鱼等：培育了一批具有特殊品质的基因工程 生物，如耐储藏的西红柿、黄金稻等。在食品加工过程和食品品质的改良中，生产农产品保 鲜剂，使得食品加工工艺高效化并提高产品的附加值，处理废弃物，提高利用率，生产食品 添加剂等等
生物技术概论 三 20世纪 70年代 以后 现代生物技术 基因工程技术 细胞工程技术 发酵工程技术 酶工程技术 蛋白质工程技术 新物种、转基因动植物、 克隆动物、新型酶制剂、 基因工程药物、新型发酵 产品、新型生物反应器等。 3. 现代生物技术在工农业生产、能源与环境、医药卫生及食品等领域的应用。 （1）农业领域：转基因技术、组织培育技术、动物胚胎移植与克隆技术等，在主要农 作物和家畜生产上的应用，初步突破基因克隆与功能验证、规模化转基因、生物安全等关 键技术，完善转基因生物培育和安全性评价体系，获得一批具有重要应用价值的功能基因， 培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因新品种，促进农业增效农民增收。 （2）工业领域：生物技术在工业领域的应用主要分为两类，一是以可再生资源（生物 资源）替代化石燃料资源；二是利用生物体系如全细胞或酶为反应剂或催化剂的生物加工工 艺替代传统的、非生物加工工艺。 （3）医学领域：生物技术在医学领域的应用主要集中在生物技术制药、基因治疗、疾 病预防、诊断和治疗等方面的开发和应用，将从根本上揭示各种遗传病、癌症、心血管病、 精神病等重大疾病的机理和防治途径。 （4）生态环境领域：生物技术在环境领域的应用主要集中在污染环境的生物监测、环 境的生物修复和污染环境的生物处理等方面。如植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将能彻 底改变干旱地区的生态环境，使盐碱地变为良田。 （5）能源领域：以微生物为探测系统的微生物勘探技术（microbial exploration technologies, MET），在石油和天然气工业领域中的应用，有效地降低了勘探成本，并提高 了预测的成功率等。利用微生物生产氢能、洁净煤、生物质能（沼气、生物乙醇和生物柴油 为主）、微生物燃料电池、微生物固碳制造新能源等清洁能源取得了重要的进展。生物技术 将会使甘蔗、油菜籽、作物秸秆、林产品废弃有机物转化为生物乙醇、生物柴油、生物发电、 生物氢等生物质能，使“绿色能源”替代“黑色能源”； （6）食品领域：在食品资源改造上，主要培育了抗病、抗虫、抗除草剂和抗旱性等作 物；培育了速生高产生物，如超级稻，转基因鲤鱼等；培育了一批具有特殊品质的基因工程 生物，如耐储藏的西红柿、黄金稻等。在食品加工过程和食品品质的改良中，生产农产品保 鲜剂，使得食品加工工艺高效化并提高产品的附加值，处理废弃物，提高利用率，生产食品 添加剂等等
生物技术概论 三、拓展讨论 1.现代生物技术对未来人类的生活会带来哪些影响。 [思路提示] (1)着眼于“面”的讨论。从生物技术在医药卫生、工农业生产、环境、海洋、军事等 领域的应用分析其对人类生产和生活带来的积极影响和潜在危害。 (2)着眼于“点”的讨论。从某一点出发总结生物技术对人类生活的影响。如在“农业 领域”作物育种方面，随着生物技术的发展的，育种目标也在不断的发生变化，随着出现了 第1代生物技术作物（抗虫、抗除草剂）、第2代生物技术作物（抗旱、抗寒等）和第3代 生物技术作物（品质改良，如黄金稻等）。 2.生物技术发展历程中中国科学家的主要贡献。 [思路提示] (1)从某一领域中的一位科学家的贡献展开讨论。（可从生平间接与主要贡献总结） (2)从一段历史（或一个重大生物技术事件）中谈中国科学家的贡献。（如胰岛素的人 工合成) (上海交通大学周选围)
生物技术概论 三、拓展讨论 1. 现代生物技术对未来人类的生活会带来哪些影响。 [思路提示] （1）着眼于“面”的讨论。从生物技术在医药卫生、工农业生产、环境、海洋、军事等 领域的应用分析其对人类生产和生活带来的积极影响和潜在危害。 （2）着眼于“点”的讨论。从某一点出发总结生物技术对人类生活的影响。如在“农业 领域”作物育种方面，随着生物技术的发展的，育种目标也在不断的发生变化，随着出现了 第 1 代生物技术作物（抗虫、抗除草剂）、第 2 代生物技术作物（抗旱、抗寒等）和第 3 代 生物技术作物（品质改良，如黄金稻等）。 2. 生物技术发展历程中中国科学家的主要贡献。 [思路提示] （1）从某一领域中的一位科学家的贡献展开讨论。（可从生平间接与主要贡献总结） （2）从一段历史（或一个重大生物技术事件）中谈中国科学家的贡献。（如胰岛素的人 工合成） （上海交通大学 周选围）