2025年生物工程專升本生物技術(shù)裝備試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。在每小題列出的四個選項中，只有一個是符合題目要求的，請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選或未選均不得分。）1.下列哪種生物反應(yīng)器主要用于大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品？A.發(fā)酵罐B.微生物搖瓶C.人工肝支持系統(tǒng)D.動物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器2.在生物分離純化過程中，利用分子大小差異進行分離的技術(shù)主要是？A.離心分離B.膜分離C.電泳分離D.層析分離3.下列哪種設(shè)備主要用于去除發(fā)酵液中的固體顆粒和沉淀物？A.超濾器B.離心機C.板框過濾機D.吸附柱4.生物反應(yīng)器中，用于提供微生物生長所需氧氣的主要方式是？A.離心泵攪拌B.空氣泵吹掃C.壓力差驅(qū)動D.自然擴散5.在層析分離技術(shù)中，固定相通常是指？A.流動相B.被分離的物質(zhì)C.固定不動的物質(zhì)D.儀器設(shè)備6.下列哪種傳感器主要用于監(jiān)測生物反應(yīng)器內(nèi)的pH值變化？A.溫度傳感器B.溶氧傳感器C.pH電極D.壓力傳感器7.生物反應(yīng)器設(shè)計中，確保微生物無菌培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是？A.強制攪拌B.嚴(yán)格的無菌操作C.高溫滅菌D.真空抽濾8.下列哪種分離方法屬于基于分子電荷差異的分離技術(shù)？A.透析B.凝膠過濾C.離子交換層析D.超濾9.適用于大規(guī)模蛋白質(zhì)純化，特別是從粗提液中分離特定蛋白質(zhì)的層析技術(shù)是？A.親和層析B.凝膠過濾層析C.離子交換層析D.凝聚層析10.生物技術(shù)裝備自動化控制系統(tǒng)的主要目的是？A.提高設(shè)備成本B.減少人工操作C.確保工藝參數(shù)穩(wěn)定D.增加設(shè)備體積二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在題中橫線上。）1.生物反應(yīng)器是進行__________、__________和__________的理想環(huán)境。2.分離純化是生物技術(shù)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括__________、__________和__________等步驟。3.膜分離技術(shù)根據(jù)膜孔徑大小可分為微濾、超濾、納濾和__________。4.發(fā)酵罐的攪拌作用主要目的是__________和__________。5.溶氧是許多好氧微生物生長的必要條件，通常用__________來監(jiān)測。6.層析分離的基本原理是利用被分離物質(zhì)在__________和__________之間分配系數(shù)的差異。7.親和層析是利用生物分子間的高度__________特異性進行分離的技術(shù)。8.自動化控制系統(tǒng)通過傳感器檢測參數(shù)，與設(shè)定值比較，然后通過__________執(zhí)行控制。9.無菌操作是保證微生物培養(yǎng)過程不受雜菌污染的__________。10.生物技術(shù)裝備的發(fā)展趨勢是__________、__________和__________。三、名詞解釋（每小題3分，共10分。請解釋下列名詞的含義。）1.生物反應(yīng)器2.分離純化3.膜分離4.親和層析四、簡答題（每小題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）1.簡述攪拌式生物反應(yīng)器中攪拌器的主要作用。2.簡述離心分離技術(shù)在生物工程中的應(yīng)用。3.簡述層析分離技術(shù)中流動相和固定相的作用。4.簡述生物反應(yīng)器中自動控制系統(tǒng)的基本組成。5.簡述無菌操作在生物技術(shù)裝備中的重要性。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，回答下列問題。）1.試述生物反應(yīng)器設(shè)計中，如何優(yōu)化溶解氧的供應(yīng)。2.試述親和層析技術(shù)在蛋白質(zhì)純化中的優(yōu)勢及其應(yīng)用原理。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分）1.A2.B3.C4.B5.C6.C7.B8.C9.A10.C二、填空題（每空1分，共15分）1.微生物培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)組織培養(yǎng)2.預(yù)處理初步純化最終純化3.反滲透4.提供混合均勻的培養(yǎng)基搭帶氣泡，增加溶解氧5.溶氧儀（或DO探頭）6.流動相固定相7.特異性結(jié)合8.執(zhí)行器（或控制閥、泵等）9.關(guān)鍵技術(shù)10.自動化智能化系列化三、名詞解釋（每小題3分，共10分）1.生物反應(yīng)器：指能夠為微生物或細(xì)胞提供適宜的生長環(huán)境，并進行物質(zhì)傳遞、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的工程裝置。2.分離純化：指從混合物中分離目標(biāo)產(chǎn)物，并提高其純度的生物技術(shù)過程。3.膜分離：指利用具有選擇性分離功能的薄膜，在外力驅(qū)動下（如壓力、濃度差等），使混合物中的組分實現(xiàn)分離的技術(shù)。4.親和層析：指利用生物分子間的高度特異性結(jié)合（如抗原抗體、酶底物等）進行分離的技術(shù)，固定相上包被有特異性配體。四、簡答題（每小題5分，共25分）1.答：攪拌器的主要作用包括：提供混合均勻的培養(yǎng)基，確保營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和代謝產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)快速、均勻地分布；通過攪動液面，增加氣液接觸面積，提高溶解氧；帶走反應(yīng)熱，維持反應(yīng)溫度穩(wěn)定；有助于細(xì)胞或組織的附著（對于特定類型的反應(yīng)器）。2.答：離心分離技術(shù)利用離心力場使混合物中不同密度的組分發(fā)生沉降或漂浮，從而實現(xiàn)分離。在生物工程中，常用于：從發(fā)酵液中分離和回收菌體；去除發(fā)酵過程中的沉淀物或泡沫；對細(xì)胞或組織進行洗滌、濃縮或純化；分離血液中的血漿、白細(xì)胞、紅細(xì)胞等。3.答：層析分離技術(shù)中，流動相（MobilePhase）是指沿固定相移動的液體或氣體，它攜帶被分離的物質(zhì)通過層析系統(tǒng)；固定相（StationaryPhase）是指固定在層析柱或支持物上的惰性或活性材料，被分離的物質(zhì)在流動相作用下，在固定相表面發(fā)生吸附、分配、離子交換或親和作用，不同物質(zhì)在這些作用上的差異導(dǎo)致其移動速度不同，從而實現(xiàn)分離。4.答：生物反應(yīng)器中自動控制系統(tǒng)的基本組成通常包括：傳感器（用于檢測反應(yīng)器內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、pH、溶氧、壓力等）；控制器（接收傳感器信號，與設(shè)定值比較，進行運算并發(fā)出控制指令）；執(zhí)行器（根據(jù)控制指令，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的工藝條件，如改變攪拌速度、通氣量、加料速率、冷卻水流量等）。5.答：無菌操作在生物技術(shù)裝備中的重要性體現(xiàn)在：微生物培養(yǎng)（尤其是發(fā)酵和細(xì)胞培養(yǎng)）對雜菌污染極其敏感，雜菌的存在會消耗營養(yǎng)物質(zhì)、產(chǎn)生有害物質(zhì)、競爭生長空間，甚至導(dǎo)致培養(yǎng)物失??；無菌操作是保證微生物培養(yǎng)過程不受雜菌污染的關(guān)鍵技術(shù)，通過嚴(yán)格的滅菌（對設(shè)備、培養(yǎng)基、空氣等）、無菌環(huán)境（如超凈工作臺、生物安全柜）和操作規(guī)范，可以最大限度地減少雜菌污染的風(fēng)險，確保培養(yǎng)物的純度和實驗結(jié)果的可靠性。五、論述題（每題10分，共20分）1.答：生物反應(yīng)器設(shè)計中優(yōu)化溶解氧供應(yīng)，需要綜合考慮多個因素并采取相應(yīng)措施：a.選擇合適的通氣方式和氣速：通常采用鼓泡或彌散式通氣，根據(jù)反應(yīng)器類型和微生物需求選擇合適的氣速，既要保證足夠的溶解氧，又要避免氣泡過大導(dǎo)致氣液接觸效率下降或剪切力損傷細(xì)胞。對于高密度培養(yǎng)，可能需要提高氣速或采用微氣泡發(fā)生器。b.優(yōu)化攪拌系統(tǒng)：通過合理設(shè)計攪拌槳葉形式（如渦輪式、推進式）、數(shù)量和轉(zhuǎn)速，增加液體的湍流程度，強化氣液界面更新，提高傳質(zhì)系數(shù)，從而提升溶解氧的傳遞速率和利用率。攪拌轉(zhuǎn)速與氣速需要匹配。c.增大氣液接觸面積：采用特定設(shè)計的反應(yīng)器（如鼓泡塔、填料塔）或增加內(nèi)部構(gòu)件（如擋板、填料），可以增大氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效率。d.降低液相粘度：對于高濃度培養(yǎng)物，液相粘度可能很高，會阻礙氣體彌散和傳質(zhì)，此時可通過調(diào)整培養(yǎng)基成分、控制溫度或采用膜曝氣等方式降低粘度或改善傳質(zhì)。e.控制反應(yīng)器內(nèi)溫度：溫度會影響氣體溶解度，通常在較低溫度下溶解氧含量更高，但需兼顧微生物的最適生長溫度。通過精確的溫度控制，可以在保證生長效率的同時，有利于溶解氧的維持。f.監(jiān)測與反饋控制：安裝溶氧傳感器實時監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)溶解氧水平，并接入自動控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)通氣量或攪拌速度，維持溶解氧在最佳水平。綜合運用以上策略，可以有效優(yōu)化生物反應(yīng)器中的溶解氧供應(yīng)，滿足微生物生長需求，提高生產(chǎn)效率。2.答：親和層析技術(shù)在蛋白質(zhì)純化中的優(yōu)勢及其應(yīng)用原理如下：a.優(yōu)勢：i.特異性高：親和層析基于生物分子間的高度特異性結(jié)合（如抗原抗體、酶與其底物或抑制劑、激素與其受體等），能從復(fù)雜的混合物中只選擇性地吸附目標(biāo)蛋白質(zhì)，分離純度極高，甚至可以達到接近均一的水平。ii.純化倍數(shù)高：由于選擇性強，親和層析通常能實現(xiàn)很高的純化倍數(shù)，有時一次純化即可達到很高的純度。iii.回收率高：在優(yōu)化條件下，目標(biāo)蛋白質(zhì)的結(jié)合和洗脫過程可以設(shè)計得溫和，結(jié)合和解吸效率高，因此蛋白質(zhì)回收率通常較好。iv.適用范圍廣：只要目標(biāo)蛋白質(zhì)具有或可以被改造為具有特定的識別位點，就可以利用親和層析進行純化，適用于多種蛋白質(zhì)，包括酶、抗體、激素、受體等。v.操作相對簡便：親和層析通常流程較短，操作步驟相對較少，易于自動化。b.應(yīng)用原理：親和層析的原理是利用固定相（通常是填充在層析柱中的微珠或膜）上共價結(jié)合的特異性配體（Ligand），該配體能與目標(biāo)蛋白質(zhì)（Analyte）上的特定識別位點（通常是活性位點或結(jié)合位點）發(fā)生可逆的特異性結(jié)合。當(dāng)含有目標(biāo)蛋白質(zhì)的樣品溶液流過層析