微生物工程期末复习题目及答案.doc

名词解释1. 富集培养：分为分批式富集培养和恒化式富集培养。分批式富集培养指将富集培养物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性压力，如此重复转种几次后，再取此富集培养物接种到固体培养基上，以获得单菌落。恒化式富集培养是通过改变限制性基质的浓度，来控制两类不同菌株的比生长速率2. 自然选育：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。3. 诱变选育：用各种物理、化学因素人工诱发的基因突变4. 杂交育种：将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，得到具有新性状的菌株。5. 原生质体融合技术：将遗传性状不同的两种菌(包括种间、种内及属间)融合为一个新细胞的技术6. 前体：某些化合物加入到发酵培养基后，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入而有较大的提高。7. 促进剂：那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。8. 抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。9. 合成培养基：用化学成分和数量完全了解的物质配制而成，成分精确，重复性强，可减少不能控制因素。10. 天然培养基：采用化学成分不清楚或化学成分不恒定的各种动植物或微生物的浸出物、水解液等物质制成的。11. 孢子培养基：制备孢子用的培养基，营养不太丰富。12. 种子培养基：满足菌种生长用的。营养丰富，氮源、维生素比例较高。13. 发酵培养基：满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累的营养物质。14. 发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。15. 生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热。16. 搅拌热：搅拌器的机械搅拌的动能以摩擦放热的方式使热量散发在发酵液中17. 生理碱性物质：被微生物利用后，使PH上升的物质18. 生理酸性物质：被微生物利用后，使PH下降的物质19. OTR：单位体积培养液中的氧传递速率mol/(m3s)OTR=KLa（C*-CL） KL以氧浓度为推动力的总传递系数（m/s）a比表面积（m2/m3）KLa容积传递系数（s-1）C*与p平衡的液相氧浓度（mol/m3）CL液相主体氧浓度（mol/m3）20. 摄氧率：单位体积培养液，在单位时间内消耗的氧量21. 临界氧浓度：在好氧发酵中，满足微生物呼吸的最低氧浓度。22. CER（比CO2释放率）：单位体积发酵液每小时产生的二氧化碳量23. 呼吸熵（RQ）：在代谢中所形成的二氧化碳与所消耗的氧的比率。24. 体积氧传递系数KLa：氧在气相和液相之间的质量传递效率，即“通气效率”。25. 比生长速率：细胞浓度的变化率与细胞浓度的之比。26. KS（饱和常数）：当比生长速率为最大比生长速率一半时的限制性营养物质浓度27. 维持系数：是微生物菌株的一种特性值，对于特定的菌株、物定的基质和特定的环境因素是一个常数。28. 临界稀释率：发生洗出时的稀释率29. 干热灭菌：进行干热灭菌，微生物细胞发生氧化，微生物体内蛋白质变性和电解质浓缩 引起中毒等作用30. 湿热灭菌：用饱和蒸汽进行灭菌的方法31. 过滤除菌：用过滤的方法阻留微生物，达到除菌的目的。32. 热阻：微生物在某一物定条件下（主要是温度）的致死时间33. 对数残留定律：对微生物进行湿热灭菌时，培养基中的微生物受热死亡的速率与残留的微生物数量成正比。34. 全挡板条件：在一定转速下再增加罐内附件而轴功率保持不变。选择1 微生物工程的工业生产水平由三个要素决定，即生产菌种的性能(最重要)、发酵及提纯工艺条件、生产设备。2分离不同微生物时常用的抗生素或试剂欲分离菌种抗生素或试剂受抑制的微生物一般细菌放线菌酮、杀真菌素、抗滴虫霉素、嘌呤霉素霉菌、酵母革兰氏阳性菌原虫霉素、嘌呤霉素原生动物节杆菌多黏霉素B革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌放线菌酮革兰氏阳性菌肠内细菌青霉素、硫酸化烷盐革兰氏阳性菌沙门氏菌胆汁酸大肠杆菌拟杆菌结晶紫硝化细菌，小单细胞菌属庆大霉素链霉菌属，诺卡氏菌属土霉素、竹桃霉素普通高温放线菌制霉菌素，亚胺环己酮真菌马杜拉放线菌亚胺环己酮、新生霉素、变红霉素，链霉素、棕霉素细菌、霉菌细菌3 优良菌种选育：自然选育、诱变选育、抗噬菌体菌种的选育、杂交育种、原生质体融合技术、基因工种技术4 菌种保藏法：斜面保藏法、穿刺保藏法、沙土管干燥保藏法、真空冷冻干燥保藏法、液氮保藏法、悬液保藏法、低温保藏法5 培养基的类型：有合成培养基、天然培养基、孢子培养基、种子培养基、发酵培养基6 液相体积氧传递系数KLa的测定：有亚硫酸法、复膜氧电极测定7 常用的消沫剂有天然油脂、聚醚数、高级醇、硅酮类、脂肪酸、亚硫酸、磺酸盐等。其中使用最多的是天然油脂和聚醚类。8 聚醚类消沫剂的种类很多，应用较多的是聚氧丙烯甘油（GP）和聚氧乙烯氧丙烯甘油（GPE）9 微生物反应动力学模型有三种类型：生长相关型、生长部分相关型、生长不相关型10 连续培养亦称恒化培养，达到稳态时，dX/dt=0，这时=D （平衡条件）11可将好氧发酵罐分成三类：内部机械搅拌型、外部液体搅拌型、空气喷射提升式发酵罐。12 除菌的方法很多，如过滤除菌、热灭菌、试剂灭菌和辐射灭菌等，其中过滤除菌是发酵工业中经济实用的空气除菌方法。13 介质除菌的原理：通种某些改变对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用。14 空气过滤流程：两级冷却、分离、加热的空气除菌冷热空气直接混合式空气除菌高效前置过滤除菌15 分离设备，根据推动力的不同，可以分为加压过滤设备、真空过滤设备、离心过滤设备16 板框过滤机可分为两种，一种为明流式，另一种是暗流式。17 板框过滤机过滤过程：装合、过滤、洗涤、卸渣、整理18 溶液形成液膜的方式很多，一般薄膜蒸发器可按膜形成的方法分类，如管式薄膜蒸发器、刮板式薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器。 管式薄膜蒸发器根据液膜的流动方向又可分为升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器19 按照热源和供热方式不同，干燥方法有：空气干燥，加热面传热干燥、红外线干燥、冷冻干燥、微波干燥等 按照工作原理不同，空气干燥又可分为：沸腾干燥、气流干燥和喷雾干燥。其中气流干燥又分为直管式气流干燥、脉冲式气流干燥、旋风气流干燥等。画图（271-272）12喷射加热连续灭菌流程图3薄板换热器连续灭菌流程图4P280问答题1、 一般菌种分离纯化和筛选步骤：1、 调查研究（资料查阅）：2、 实验方案设计3、 标本采集：来源广泛的天然材料；已适应苛刻条件的微生物类群；以及有待开发的更新的生态环境。4、 标本的预处理：经物理方法（加热、膜过滤、离心等）或化学方法（加碳酸钙提高pH等）或者诱饵法进行处理。5、 富集培养：分为分批式和恒化式富集培养6、 菌种初筛7、 菌种复筛8、 性能鉴定9、 菌种保藏2、常用的诱变剂 物理诱变剂：紫外线、激光、X射线 化学诱变剂：碱基类似物：2-氨基嘌呤、5-溴尿嘧啶、8-氨鸟嘌呤 与碱基反应的物质：硫酸二乙酯、亚硝酸、羟胺 在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基：丫啶类物质、丫啶氮芥衍生物 生物诱变剂：噬菌体、转座子3、诱变育种的基本方法和步骤： 1、合适的出发菌株：考虑出发菌株是否具有特定生产性状的能力或潜力； 具备一些有利的性状。2、制备待处理的菌悬液：待处理的菌悬液应考虑微生物的生理状态、悬液的均一性和环境条件。3、诱变处理：诱变剂有物理诱变剂、化学诱变剂、生物诱变剂。诱变处理有单一诱变和复合诱变处理。4、筛选5、保藏和扩大试验4、原生质体融合方法和步骤： 选择亲株、原生质体的制备、原生质体的融合、原生质体再生和融合子选择等步骤 5、菌种保藏常用的方法： 斜面低温保藏法、液体石蜡保藏法、砂土管保藏法、真空冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法、悬液保藏法、低温保藏法6、培养基的成分： 碳源：提供微生物生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分；提供合成目的产物所必须的碳成分。玉米淀粉、马铃薯、麦芽 氮源：用于构成菌体细胞物质和含氮代谢物。常用分为无机氮源（铵盐、硝酸盐和氨水）和有机氮源（玉米浆、蛋白胨、酵母粉）。 无机盐和微量元素：作为微生物生长繁殖和产生代谢物中酶的激活剂、生理活性物质的组成或生理活性作用的调节剂。磷酸盐、硫酸镁、钾盐、微量元素等 生长因子：微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如：氨基酸、嘌呤、嘧啶等。 前体：某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入而有较大的提高，苯乙酸、肌醇、溴化物等。 促进剂：非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。 抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。 水：水的质量对微生物的生长繁殖和产物的合成极为重要。 能源物质：微生物的一切行为都需要消耗能源，如：光能、氢、硫等7、温度对发酵的影响及其调节控制 温度对微生物生长的影响：在最适温度范围内，生长速度随温度升高而增加，发酵温度升高，生长周期就缩短。 温度对产物形成的影响：许多产物的形成速率对温度都很敏感。 温度影响发酵液的物理性质：温度可影响氧在发酵液中的溶解度，影响基质的分解速率等。从而间接影响了微生物的生物合成。 温度影响生物合成的方向。 发酵过程的温度主要来自发酵过程释放的发酵热，常常超过微生物的最适温度，需要冷却，通常利用发酵罐的热交换装置进行降温。8、pH对发酵的影响及控制pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 pH可通过调节基础培养基的配方（碳氮比，添加缓冲剂）、补料控制（直接加酸加碱、补加碳源或氮源）。9、溶氧对发酵的影响及控制 溶氧对于菌体生长和产物合成非常重要。供氧不足。会抑制好氧微生物的生长代谢。而氧对厌氧微生物是一种毒害。 对溶氧的控制从供氧和需氧两方面入手。从供氧方面：可通过氧传递的推动力（C* - CL)和体积氧传递系数KLa的控制。可通过改变搅拌速率，通风量、罐压、氧分压达到。从需氧方面： 调节温度和调整养料的浓度。10、泡沫对发酵的影响和控制影响：降低发酵设备的利用率；增加了菌群的非均一性；增加了染菌的机会；导致产物的损失；消泡剂会给后面的提取工序带来困难；泡沫中的代谢气体不易被带走，改变了生活环境，使菌体代谢异常，导致菌体提前自溶控制：物理消沫法：罐内消沫法和罐外消沫法化学消沫法：天然油脂，聚醚类等减少培养基中易起泡的成分减少培养基中粘度大的成分适当减少通气量及搅拌转速11、发酵过程的参数有哪些 有物理参数、化学参数和生物参数三类。物理参数有：温度、压力、功率输入、搅拌转速、空气流量、溶解氧等；化学参数有：基质浓度、pH、产物浓度等；生物参数有：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率等。12、微生物工程下游加工的工艺流程和技术13、发酵罐的结构和功能 罐身：是一个培养微生物的巨大容器，为保持纯种培养，防止污染杂菌，因此要求是密封式的。 搅拌器：将空气打碎成小气泡，增加气液接触界面，提高氧的传递速率，使发酵液充分混合，液体中的固形物保持悬浮状态。 挡板：改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。 消泡器：将泡沫打破 连轴器及轴承：使上下搅拌轴成牢固的刚性联接及减少震动 空气分布装置：吹入无菌空气，并使空气分布均匀 轴封：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌 换热装置：多应用于容积较小的发酵罐、种子罐 变速装置、冷却装置等综合1、菌种选育优化 培养基的优化2、发酵过程染菌防治，原因分析 发酵染菌是指在发酵过程中，生产均以外的其他微生物侵入了发酵系统，从而使发酵过程失去真正意义上的纯种培养这一现象。 染菌原因分析： 染菌的杂菌种类分析：耐热的芽孢杆菌：培养基或设备灭菌不彻底、设备存在死角等。 球菌，无芽孢杆菌等：种子带菌、空气过滤效率低、除菌不彻底、设备渗漏、操作问题等。 真菌：设备或冷却盘管渗漏、无菌室灭菌不彻底、无菌操作不当、糖液灭菌不彻底（糖液放置时间较长）等。 发酵染菌规模分析：大批量发酵染菌：发酵前期：种子带菌、连消设备染菌 发酵中后期：如杂菌类型相同，一般是空气净化系统存在空气系统结构不合理、空气过滤介质失效等问题部分发酵罐染菌：发酵前期：种子带菌、连消系统灭菌不彻底 发酵后期：中间补料染菌，如补料液带菌、补料管渗漏个别发酵罐连续染菌：大都由于设备渗漏造成。 不同污染时间分析： 染菌发生在种子培养阶段，或称种子培养期染菌。通常是由种子带菌、培养基或设备灭菌不彻底，以及接种操作不当或设备因素等原因而引起染菌。在发酵过程的初始阶段发生染菌，或称发酵前期染菌。大部分也是由于种子带菌、培养基或设备灭菌不彻底，以及接种操作不当或设备因素、无菌空气等原因而引起。发酵后期染菌大部分是由空气过滤不彻底、中间补料染菌、设备渗漏、泡沫顶盖以及操作问题而引起。杂菌污染的预防：一、种子带菌及其防治严格控制无菌室的污染；在制备种子时对砂土管、斜面、三角瓶及摇瓶均严格进行管理，防止杂菌的进入而受到污染。 二、空气带菌及其防治 加强生产环境的卫生管理，减少生产环境中空气的含菌