生物技术概论 第6章生物技术与农业 习题与参考答案 一、名词解释 1.植物生物技术：植物生物技术是指对植物品质和性状进行改造的生物技术，包括植 物组织培养技术、细胞工程、基因工程等多种生物技术，主要是指植物基因工程和与之相关 的植物组织细胞培养技术、分子标记育种技术等。广义的植物生物技术指提高和改良农作物 产量、品质的所有技术：狭义的植物生物技术指利用植物器官、组织、细胞和通过分子水平 的操作，促进植物繁殖、有用物质生产和植物品种遗传改良的技术。 2.植物基因工程技术：植物基因工程技术是指利用重组DNA技术，有计划地在体外通 过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物基因进行改造和重新组合，然后再插入、整合到 事先准备好的受体植物基因组中，使重组基因在受体细胞内表达，从而使受体植物获得新的 性状，培育出高产、多抗和优质的新品种。 3.植物细胞工程技术：植物细胞工程技术是指以植物组织细胞为基本单位，在离体条 件下进行培养、繁殖等人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变， 从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程。 4.植物细胞组织培养技术：植物细胞组织培养技术指在离体条件下对植物单个细胞或 小的细胞团进行培养使其增殖的技术。其主要内容包括：原生质体培养、体胚发生研究、细 胞的分裂与分化、花药及花粉培养、茎尖培养及去毒培养、子房培养、孤雌生殖以及试管受 精研究等。 5.花药和花粉培养：花药和花粉培养是指在人工合成的培养基上，改变花粉的发育途 径，使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化，由单个花粉发育成完整单配体植株 的技术。 6.可降解塑料：可降解塑料是指在塑料中加入一些促进其降解的助剂或者采用可再生 的天然物质为原料，在使用和保存期内能满足应用性能要求，而使用后，在特定条件下，在 较短时间内其化学结构会发生明显变化，引起某些性质损失，或是合成时就具有降解性能的 一类塑料。 7.转基因动物技术：转基因动物技术是以农业动物为主要研究对象，以畜牧业应用为 目的，以基因工程、细胞工程、发酵工程、酶和蛋白质工程等现代生物技术对动物的形状和 品质进行改造的综合性技术体系
生物技术概论 第6章 生物技术与农业 习题与参考答案 一、名词解释 1. 植物生物技术: 植物生物技术是指对植物品质和性状进行改造的生物技术，包括植 物组织培养技术、细胞工程、基因工程等多种生物技术，主要是指植物基因工程和与之相关 的植物组织细胞培养技术、分子标记育种技术等。广义的植物生物技术指提高和改良农作物 产量、品质的所有技术；狭义的植物生物技术指利用植物器官、组织、细胞和通过分子水平 的操作，促进植物繁殖、有用物质生产和植物品种遗传改良的技术。 2. 植物基因工程技术：植物基因工程技术是指利用重组 DNA 技术，有计划地在体外通 过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物基因进行改造和重新组合，然后再插入、整合到 事先准备好的受体植物基因组中，使重组基因在受体细胞内表达，从而使受体植物获得新的 性状，培育出高产、多抗和优质的新品种。 3. 植物细胞工程技术：植物细胞工程技术是指以植物组织细胞为基本单位，在离体条 件下进行培养、繁殖等人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变， 从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程。 4. 植物细胞组织培养技术：植物细胞组织培养技术指在离体条件下对植物单个细胞或 小的细胞团进行培养使其增殖的技术。其主要内容包括：原生质体培养、体胚发生研究、细 胞的分裂与分化、花药及花粉培养、茎尖培养及去毒培养、子房培养、孤雌生殖以及试管受 精研究等。 5. 花药和花粉培养：花药和花粉培养是指在人工合成的培养基上，改变花粉的发育途 径，使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化，由单个花粉发育成完整单配体植株 的技术。 6. 可降解塑料：可降解塑料是指在塑料中加入一些促进其降解的助剂或者采用可再生 的天然物质为原料，在使用和保存期内能满足应用性能要求，而使用后，在特定条件下，在 较短时间内其化学结构会发生明显变化，引起某些性质损失，或是合成时就具有降解性能的 一类塑料。 7. 转基因动物技术：转基因动物技术是以农业动物为主要研究对象，以畜牧业应用为 目的，以基因工程、细胞工程、发酵工程、酶和蛋白质工程等现代生物技术对动物的形状和 品质进行改造的综合性技术体系
生物技术概论 8.精子载体法：精子载体法是指以精子为外源基因的载体，在受精过程中将外源基因导 入动物胚胎，从而使外源基因进入子代的基因组中。 9.酵母人工染色体：酵母人工染色体是一种能够克隆长达400Kb的DNA片段的载体， 含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。是细胞内具有遗传性质的物体，易被 碱性染料染成深色，所以叫染色体（染色质）：其本质是脱氧核苷酸，是细胞核内由核蛋白 组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。 10.动物生物反应器技术：动物生物反应器技术是指将药用蛋白基因导入动物的受精卵 或早期胚胎，培育成为转基因动物，使之在动物体内（如乳腺、血液等）高效表达，生产出 活性天然药物蛋白的一种操作技术。 11.徽生物生物技术：微生物生物技术是渗透有工程学内容的微生物学，是将传统的发 酵与DNA重组、细胞融合、分子修饰、基因调控等新技术结合起来的现代微生物发酵，所 以也有人把微生物生物技术称为现代微生物工程。 12.傲生物农药：微生物农药是指利用微生物及其基因生产或表达的各种生物活性成分 制备出用于防治植物病虫害、环卫昆虫、杂草、鼠害以及调节植物生长的制剂的总称。 13.微生物饲料：微生物饲料是指从微生态理论和绿色食品的理念出发，在微生态理论 指导下，采用有益微生物与饲料混合经发酵、干燥等特殊工艺制成的含活性有益菌的安全、 无污染、无残留的优质饲料。 二、简要回答 1.简述现代生物技术在改善农作物和动物新品种育种的作用，试举例说明。 (1)在农业上：生物技术利用植物器官、组织、细胞和通过分子水平的操作，促进植 物繁殖、有用物质生产和植物品种遗传改良，提高农作物产量、品质等。 实例：黄金水稻一一就是黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，由美国先 正达公司研发。其不同于普通大米的主要功能是含有胡萝卜素，胡萝卜素在人体内会转化为 维生素A,从而可以通过食用黄金大米来预防维生素A缺乏症。因为这种大米含有胡萝卜素， 外观为金黄色，就被形象地称为“黄金大米”。 (2)在动物上：生物技术能够为培育新的高产、优质、抗逆的畜禽品种，丰富动物生 产产品种类，有效保护动物遗传资源，促进动物快繁技术的产业化和动物疫病防制等方面提 供新的技术支撑和技术储备。 实例：“多利”的诞生一一在多利羊诞生和培育的过程中，科学家采用了体细胞克隆技 术：即从一只成年绵羊的身上提取体细胞，然后将这个体细胞的细胞核注入另一只成年绵羊
生物技术概论 8. 精子载体法：精子载体法是指以精子为外源基因的载体,在受精过程中将外源基因导 入动物胚胎,从而使外源基因进入子代的基因组中。 9. 酵母人工染色体：酵母人工染色体是一种能够克隆长达400 Kb的DNA片段的载体， 含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。是细胞内具有遗传性质的物体，易被 碱性染料染成深色，所以叫染色体（染色质）；其本质是脱氧核苷酸，是细胞核内由核蛋白 组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。 10. 动物生物反应器技术：动物生物反应器技术是指将药用蛋白基因导入动物的受精卵 或早期胚胎，培育成为转基因动物，使之在动物体内（如乳腺、血液等）高效表达，生产出 活性天然药物蛋白的一种操作技术。 11. 微生物生物技术：微生物生物技术是渗透有工程学内容的微生物学，是将传统的发 酵与 DNA 重组、细胞融合、分子修饰、基因调控等新技术结合起来的现代微生物发酵，所 以也有人把微生物生物技术称为现代微生物工程。 12. 微生物农药：微生物农药是指利用微生物及其基因生产或表达的各种生物活性成分 制备出用于防治植物病虫害、环卫昆虫、杂草、鼠害以及调节植物生长的制剂的总称。 13. 微生物饲料：微生物饲料是指从微生态理论和绿色食品的理念出发，在微生态理论 指导下，采用有益微生物与饲料混合经发酵、干燥等特殊工艺制成的含活性有益菌的安全、 无污染、无残留的优质饲料。 二、简要回答 1. 简述现代生物技术在改善农作物和动物新品种育种的作用，试举例说明。 （1）在农业上：生物技术利用植物器官、组织、细胞和通过分子水平的操作，促进植 物繁殖、有用物质生产和植物品种遗传改良，提高农作物产量、品质等。 实例：黄金水稻——就是黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，由美国先 正达公司研发。其不同于普通大米的主要功能是含有胡萝卜素，胡萝卜素在人体内会转化为 维生素A，从而可以通过食用黄金大米来预防维生素A缺乏症。因为这种大米含有胡萝卜素， 外观为金黄色，就被形象地称为“黄金大米”。 （2）在动物上：生物技术能够为培育新的高产、优质、抗逆的畜禽品种，丰富动物生 产产品种类，有效保护动物遗传资源，促进动物快繁技术的产业化和动物疫病防制等方面提 供新的技术支撑和技术储备。 实例：“多利”的诞生——在多利羊诞生和培育的过程中，科学家采用了体细胞克隆技 术；即从一只成年绵羊的身上提取体细胞，然后将这个体细胞的细胞核注入另一只成年绵羊
生物技术概论 的卵细胞中，并且这个卵细胞己经抽去了细胞核，最终新合成的卵细胞在第三只绵羊的子宫 内发育形成了多利羊。从理论上而言，多利继承了提供体细胞的那只绵羊的遗传特征。培育 多利羊的技术，己经成为如今培育体细胞克隆动物的标准过程。 2.简述现代生物技术生产农药的显著优势。 (1)选择性强，对人畜安全。目前市场开发并大范围应用成功的生物农药产品，它们 只对病虫害有作用，一般对人、畜及各种有益生物（包括动物天敌、昆虫天敌、蜜蜂、传粉 昆虫及鱼、虾等水生生物)比较安全，对非靶标生物的影响也比较小。 (2)对生态环境影响小。生物农药控制有害生物的作用，主要是利用某些特殊微生物 或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效活性成分完全存在和来源于自 然生态系统，它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解，是一种来于自然， 归于自然正常的物质循环方式。因此，可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。 (3)可以诱发害虫流行病。一些生物农药品种（昆虫病原真菌、昆虫病毒、昆虫微孢 子虫、昆虫病原线虫等)，具有在害虫群体中水平或经卵垂直传播的能力，在野外一定的条 件之下，具有定殖、扩散和发展流行的能力。不但可以对当年当代的有害生物发挥控制作用， 而且对后代或者翌年的有害生物种群起到一定的抑制作用，具有明显的后效作用。 (4)可利用农副产品生产加工。目前国内生产加工生物农药，一般主要利用天然可再 生资源（如农副产品的玉米、豆饼、鱼粉、麦麸或某些植物体等），原材料的来源十分广泛， 生产成本比较低廉。 (5)害虫不易产生抗性。生物农药一般有效成分较多，对害虫的作用位点更多，因而 害虫不易产生抗性，或产生抗性时间较长。 3.简述农业微生物生物技术应用的主要领域。 (1)微生物生物技术在作物种植业中的应用：①微生物肥料又称菌肥或微生物接种剂， 是一种以微生物生命活动使农作物得到特定肥料效应的微生物制剂：②微生物农药是指利用 微生物及其基因生产或表达的各种生物活性成分制备出用于防治植物病虫害、环卫昆虫、杂 草、鼠害以及调节植物生长的制剂的总称。 (2)微生物生物技术在畜禽养殖业中的应用：微生物饲料是指从微生态理论和绿色食 品的理念出发，在微生态理论指导下，采用有益微生物与饲料混合经发酵、干燥等特殊工艺 制成的含活性有益菌的安全、无污染、无残留的优质饲料。 (3)微生物生物技术在食品安全中的应用：①微生物食品的生产：现代微生物技术使 得人们可以不受土地、季节、气候限制，短期内在工厂里生产出“天然、营养、保健”的食
生物技术概论 的卵细胞中，并且这个卵细胞已经抽去了细胞核，最终新合成的卵细胞在第三只绵羊的子宫 内发育形成了多利羊。从理论上而言，多利继承了提供体细胞的那只绵羊的遗传特征。培育 多利羊的技术，已经成为如今培育体细胞克隆动物的标准过程。 2. 简述现代生物技术生产农药的显著优势。 （1）选择性强，对人畜安全。目前市场开发并大范围应用成功的生物农药产品，它们 只对病虫害有作用，一般对人、畜及各种有益生物（包括动物天敌、昆虫天敌、蜜蜂、传粉 昆虫及鱼、虾等水生生物）比较安全，对非靶标生物的影响也比较小。 （2）对生态环境影响小。生物农药控制有害生物的作用，主要是利用某些特殊微生物 或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效活性成分完全存在和来源于自 然生态系统，它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解，是一种来于自然， 归于自然正常的物质循环方式。因此，可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。 （3）可以诱发害虫流行病。一些生物农药品种（昆虫病原真菌、昆虫病毒、昆虫微孢 子虫、昆虫病原线虫等），具有在害虫群体中水平或经卵垂直传播的能力，在野外一定的条 件之下，具有定殖、扩散和发展流行的能力。不但可以对当年当代的有害生物发挥控制作用， 而且对后代或者翌年的有害生物种群起到一定的抑制作用，具有明显的后效作用。 （4）可利用农副产品生产加工。目前国内生产加工生物农药，一般主要利用天然可再 生资源（如农副产品的玉米、豆饼、鱼粉、麦麸或某些植物体等），原材料的来源十分广泛， 生产成本比较低廉。 （5）害虫不易产生抗性。生物农药一般有效成分较多，对害虫的作用位点更多，因而 害虫不易产生抗性，或产生抗性时间较长。 3. 简述农业微生物生物技术应用的主要领域。 （1）微生物生物技术在作物种植业中的应用：①微生物肥料又称菌肥或微生物接种剂， 是一种以微生物生命活动使农作物得到特定肥料效应的微生物制剂；②微生物农药是指利用 微生物及其基因生产或表达的各种生物活性成分制备出用于防治植物病虫害、环卫昆虫、杂 草、鼠害以及调节植物生长的制剂的总称。 （2）微生物生物技术在畜禽养殖业中的应用：微生物饲料是指从微生态理论和绿色食 品的理念出发，在微生态理论指导下，采用有益微生物与饲料混合经发酵、干燥等特殊工艺 制成的含活性有益菌的安全、无污染、无残留的优质饲料。 （3）微生物生物技术在食品安全中的应用：①微生物食品的生产：现代微生物技术使 得人们可以不受土地、季节、气候限制，短期内在工厂里生产出“天然、营养、保健”的食
生物技术概论 品，即微生物食品：②农产品有害残留物质的微生物降解：农药，包括杀虫剂、除草剂、杀 菌剂等，己经成为了现代农业生产中不可或缺的生产资料，在防治农作物的病虫害、草害、 家庭卫生消毒，消灭害虫、疾病等方面做出了巨大贡献。 (4)微生物生物技术在能源中的应用：农业微生物能源应用最多的是沼气，即由农用 废弃物或家畜粪便经发酵而产生的可燃性气体，其主要成分是甲烷。 4.简述现代生物技术在应对人类环境变化的作用。 (1)废气处理工程中应用：生物法是基于“双膜理论”发展而来的新技术，与传统有 机废气处理方法相比，具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等优点，生物法治理废 气工艺有很多种，比如生物滤池法、生物滴滤法、生物洗涤法、生物吸附法等。生物法理有 机废气包括气液转化阶段、生物吸附吸收阶段和生物降解阶段三个阶段。 (2)污水净化工程中的应用：污水生物净化技术发展迅速，好氧法、厌氧生物法以及 生物发酵法已趋于成熟，生物发酵工程技术是最早用于环境保护领域、用于处理废水的发酵 技术。 (3)污泥、土壤处理工程中的应用：对于污泥及土壤中存在金属的处理主要采用的是 微生物法、植物修复。 (4)在环境监测工程中的应用：在环境监测工程中应用生物技术主要为：运用细菌总 数、粪便污染指示菌对水质进行检测：运用发光细菌对环境毒物进行监测：运用藻类生长测 量对水质霉性进行监测。 三、拓展讨论 1.请就转基因作物的安全与否阐明自己的观点。 [思路提示]查阅文献从以下几个方面分析讨论。 (1)安全性问题：基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功 能的变化：另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。 (2)优点：（具体从以下几个方面或其中的一个点展开） ①可增加作物单位面积产量：可以降低生产成本： ②通过转基因技术可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力： ③提高农产品的耐贮性，延长保鲜期，满足人民生活水平日益提高的需求： ④可使农作物开发的时间大为缩短： ⑤可以摆脱季节、气候的影响，四季低成本供应： ⑥打破物种界限，不断培植新物种，生产出有利于人类健康的食品
生物技术概论 品，即微生物食品；②农产品有害残留物质的微生物降解：农药，包括杀虫剂、除草剂、杀 菌剂等，已经成为了现代农业生产中不可或缺的生产资料，在防治农作物的病虫害、草害、 家庭卫生消毒，消灭害虫、疾病等方面做出了巨大贡献。 （4）微生物生物技术在能源中的应用：农业微生物能源应用最多的是沼气，即由农用 废弃物或家畜粪便经发酵而产生的可燃性气体，其主要成分是甲烷。 4. 简述现代生物技术在应对人类环境变化的作用。 （1） 废气处理工程中应用：生物法是基于“双膜理论”发展而来的新技术，与传统有 机废气处理方法相比，具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等优点，生物法治理废 气工艺有很多种，比如生物滤池法、生物滴滤法、生物洗涤法、生物吸附法等。生物法理有 机废气包括气液转化阶段、生物吸附吸收阶段和生物降解阶段三个阶段。 （2）污水净化工程中的应用：污水生物净化技术发展迅速，好氧法、厌氧生物法以及 生物发酵法已趋于成熟，生物发酵工程技术是最早用于环境保护领域、用于处理废水的发酵 技术。 （3）污泥、土壤处理工程中的应用：对于污泥及土壤中存在金属的处理主要采用的是 微生物法、植物修复。 （4）在环境监测工程中的应用：在环境监测工程中应用生物技术主要为：运用细菌总 数、粪便污染指示菌对水质进行检测；运用发光细菌对环境毒物进行监测；运用藻类生长测 量对水质霉性进行监测。 三、拓展讨论 1. 请就转基因作物的安全与否阐明自己的观点。 [思路提示] 查阅文献从以下几个方面分析讨论。 （1）安全性问题：基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功 能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。 （2）优点：（具体从以下几个方面或其中的一个点展开） ①可增加作物单位面积产量；可以降低生产成本； ②通过转基因技术可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力； ③提高农产品的耐贮性，延长保鲜期，满足人民生活水平日益提高的需求； ④可使农作物开发的时间大为缩短； ⑤可以摆脱季节、气候的影响，四季低成本供应； ⑥打破物种界限，不断培植新物种，生产出有利于人类健康的食品
生物技术概论 (3)缺点：所谓的增产是不受环境影响的情况下得出的，如果遇到雨雪的自然灾害， 也有可能减产更厉害。 2.制备转基因动物的主要技术以及方法。 [思路提示]转基因动物技术是指通过人工方法将外源基因导入动物受精卵、早期胚胎 干细胞或早期胚胎，使外源基因与动物本身的基因组整合，并随细胞的分裂和增殖，将外源 基因稳定的遗传给下一代的技术。目前制备转基因动物的转基因技术主要有显微注射法、反 转录病毒感染法、精子载体法、人工酵母染色体法、电转移法、胚胎干细胞法及体细胞核移 植法等。 (1)显微注射法：显微注射法通过显微操作仪把外源基因注射入受体动物的受精卵细 胞中，外源基因整合到受体细胞染色体组上，发育成转基因动物的技术。显微注射法是在研 究转基因小鼠的过程中建立起来的，经过一系列改进，该方法己成为目前向动物种系间转移 基因的最有潜力的方法。 (2)精子载体法：精子载体法是指以精子为外源基因的载体，在受精过程中将外源基 因导入动物胚胎，从而使外源基因进入子代的基因组中。精子具有潜在的结合外源DNA并 在受精过程中将其转入到卵内的能力，且这种能力不只限于几个品种的动物，从低等的海胆 纲动物到高等的哺乳动物的精子均有这个特点。利用精子为载体，研究者获得了猪、牛、羊、 兔子、小鼠等哺乳动物的转基因后代，其中小鼠、猪、兔建立起了表达外源基因的转基因品 系。 (3)人工酵母染色体法：人工酵母染色体是一种能够克隆长达4O0Kb的DNA片段的 载体，含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。是细胞内具有遗传性质的物体， 易被碱性染料染成深色，所以叫染色体（染色质）：其本质是脱氧核苷酸，是细胞核内由核 蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。 (上海交通大学赵静雅)
生物技术概论 （3）缺点：所谓的增产是不受环境影响的情况下得出的，如果遇到雨雪的自然灾害， 也有可能减产更厉害。 2. 制备转基因动物的主要技术以及方法。 [思路提示] 转基因动物技术是指通过人工方法将外源基因导入动物受精卵、早期胚胎 干细胞或早期胚胎，使外源基因与动物本身的基因组整合，并随细胞的分裂和增殖，将外源 基因稳定的遗传给下一代的技术。目前制备转基因动物的转基因技术主要有显微注射法、反 转录病毒感染法、精子载体法、人工酵母染色体法、电转移法、胚胎干细胞法及体细胞核移 植法等。 （1）显微注射法：显微注射法通过显微操作仪把外源基因注射入受体动物的受精卵细 胞中，外源基因整合到受体细胞染色体组上，发育成转基因动物的技术。显微注射法是在研 究转基因小鼠的过程中建立起来的，经过一系列改进，该方法已成为目前向动物种系间转移 基因的最有潜力的方法。 （2）精子载体法：精子载体法是指以精子为外源基因的载体，在受精过程中将外源基 因导入动物胚胎，从而使外源基因进入子代的基因组中。精子具有潜在的结合外源 DNA 并 在受精过程中将其转入到卵内的能力，且这种能力不只限于几个品种的动物，从低等的海胆 纲动物到高等的哺乳动物的精子均有这个特点。利用精子为载体，研究者获得了猪、牛、羊、 兔子、小鼠等哺乳动物的转基因后代，其中小鼠、猪、兔建立起了表达外源基因的转基因品 系。 （3）人工酵母染色体法：人工酵母染色体是一种能够克隆长达 400 Kb 的 DNA 片段的 载体，含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。是细胞内具有遗传性质的物体， 易被碱性染料染成深色，所以叫染色体（染色质）；其本质是脱氧核苷酸，是细胞核内由核 蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。 （上海交通大学 赵静雅）
