微生物工程期末复习提纲及具体解答

微生物工程复习提纲及具体解答 1 微生物工程复习提纲及具体解答微生物工程复习提纲及具体解答 1 1 发酵定义 传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵 名词解释 发酵定义 传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵 名词解释 重点 重点 传统发酵 传统发酵 最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁 麦芽汁或发芽谷物产生气泡 CO2 的现象 或者是指酒的生产过程 生化和生理学意义的发酵 生化和生理学意义的发酵 指微生物在无氧条件下 分解各种有机物质产生能量的一种方式 或者更严格地说 发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应 工业上的发酵 工业上的发酵 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程 包括 1 厌氧培养的生产过程 如酒精 乳酸等 2 通气 有氧 培养的生产过程 如抗生素 氨基酸 酶制剂等 2 2 发酵工程定义 发酵工程定义 名词解释 名词解释 重点 重点 是指利用微生物生长速度快 生长条件简单以及代谢过程特 殊等特点 在合适条件下通过现代化工程技术手段 由微生物的某种特定功能生产出人类需要的产品 3 3 微生物的生物转化发酵 名词解释 微生物的生物转化发酵 名词解释 是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位 基团 的作用 使它转变成结构相类似但具有更 在经济价值的化合物的生化反应 最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的 4 4 生物反应过程四个组成部分 填空 生物反应过程四个组成部分 填空 重点 重点 原材料预处理 生物催化剂的制备 生物反应器及 反应条件的选择 产物的分离纯化 发酵技术的核心组成部分 填空 简答 发酵技术的核心组成部分 填空 简答 重点 重点 第一部分 生物细胞 获得特殊反应或过程所需的最良好的生物细胞 或酶 第二部分 发酵设备与工艺 选择最精良设备 开发最优技术操作 创造充分发挥生物细胞 或酶 作 用的最佳环境 附 目前的研究表明 用于发酵技术过程最有效 最稳定 最方便的催化剂形式是整体生物 而目前最普遍采用的整体生物是微生物细胞 5 5 发酵工程要实现发酵过程并获得发酵产品 发酵工程要实现发酵过程并获得发酵产品 必须具备那些条件 填空 简答 必须具备那些条件 填空 简答 要具有某种适宜的微生物 即必须要有好的菌种 要保证或控制微生物进行代谢得各种条件 培养基组成 温度 O2 PH 等 适宜的工艺 条件 具有进行微生物发酵的设备 必要的发酵设备 具有将菌体或代谢产物提取出来 精制成产品得方法和设备 具有完善的产品提取技术 6 6 微生物工程与化学工程相比 微生物反应过程具有那些化学工程无法比拟的特点 简答 论述 微生物工程与化学工程相比 微生物反应过程具有那些化学工程无法比拟的特点 简答 论述 作为生物化学反应 通常在常温常压下进行 所以无爆炸危险 各种设备无需考虑防爆问 题 同时还有可能使一种设备具有多种用途 原料通常以糖蜜 淀粉等碳水化合物为主 加入少量有机即或无机氮源 只要不含毒物 一般无精制必要 微生物本身能有选择地摄取所需物质 反应以生命体的自动调节方式进行 因此数十个反应过程能象单一反应一样 在单一设备 发酵罐 内很容易进行 能容易生产复杂的高分子化合物 酶类的生产和光学活性体的有选择性生产等 是发酵工 业最有特色的领域 由于生命体的特有反应机制 能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的氧化 还原 官能团导入等反应 生产发酵产物的微生物菌体本身也是发酵产物 富含 维生素 蛋白质 酶等有用物质 因 微生物工程复习提纲及具体解答 2 此 除特殊情况外 发酵液通常对生物体无害 7 7 微生物工程的发展简史主要经历了那几个阶段及特点 填空 简答 微生物工程的发展简史主要经历了那几个阶段及特点 填空 简答 1 传统的微生物发酵技术 天然发酵 天然发酵技术有着很悠久的历史 从史前到 19 世纪 人类在不了解发酵本质之前 就利用自然发酵现 象制成各种饮料和其它食品 几千年前人类就已经有利用微生物的代谢产物的作为 在早期原始社会几乎 所有氏族都在食品富余的情况下 因含糖果实和含淀粉谷类储存时的发酵 而学会了酿酒 例如我国在夏 禹时代就有酿酒的记载 尚书 有云 昔者仪狄作酒 禹饮而甘之 周礼 中有关于酱油的记载 一 般认为我国的酿酒起源于 5000 多年前的龙山文化时期 到商代 公元前 1711 公元前 1066 由于种植农 业的发展 谷物酿酒盛行 除了酿酒外 古代劳动人民还掌握了酱 醋的酿造技术 古巴比伦在 6000 年前 就有酿造啤酒的记载 在公元前 3 世纪就有了经验丰富的专门从事酿酒的工人 甚至在法典中为酒店主人 和旅馆商人列出精确的酿造规章和法律 在法国巴黎卢浮宫保存的 蓝色纪念碑 上记载公元前 3 世纪古 巴比伦居民酿造啤酒品种达 20 多种 此外 还有葡萄酒 面包 干酪 奶酒 泡菜 饴糖等 这些酿造 活动虽然有悠久的历史 并积累了精湛的技术 但由于受当时社会制度和科学进展的限制 长期以来处 于手工操作的落后状态 人们并不知道微生物与发酵的关系 因而很难人为控制发酵过程 生产也只能凭 经验 口传心授 所以这一时期称为天然发酵时期 2 第一代微生物发酵技术 纯培养技术的建立 1680 年 大约 300 多年以前 荷兰人安东尼 列文虎克 Anthony Leeuwenhoek 1632 1723 用自制的 显微镜 放大率为 40 150 倍 发现了微生物 包括细菌 酵母 的存在 人类首次认识到微生物 当时由于 显微技术技术的局限 对微生物认识及其肤浅 研究也较少 直到 19 世纪中叶 随着科技的进步 发酵工 程研究随微生物学研究活跃而活跃起来 被誉为发酵学之父的巴斯德 Louis Pasteur 1822 1895 1857 年 首次证明酒精发酵是酵母菌所引起的 认识到发酵现象就是微生物进行的生物化学反应 不同的发酵与 不同的微生物有关系 也就是说 各个不同微生物在发酵过程中具有的不同生化反应 19 世纪末 1897 年 德国的毕希纳 Eduard Buchner 1860 1917 用磨碎的酵母细胞制成酵母汁 加 入大量蔗糖后 也发现有 C02和乙醇的生成 证明了酒精发酵是由酶催化的一系列化学反应 此后 德国人柯赫 Robert Koch 1843 1910 首先发明了固体培养基 得到细菌纯培养物 由此建立了 微生物的纯培养技术 这就开创了人为控制微生物的时代 以后在 19OO 1940 年间 为解决面包酵母生长溶氧问题建立了补料分批培养方法 同时为解决丙酮丁 醇发酵的厌氧问题和防止杂菌污染 建立了简单密封式发酵罐 加压蒸汽灭菌和无菌接种技术 发明了简 便的 封闭式发酵罐 由此 酒精发酵和丙酮丁酸发酵技术就发展起来 发酵工业就逐渐加入了近代化 学工业行列 因此 可以认为 微生物纯分离培养技术的建立 是发酵工程 工业微生物学 发展的第 一个转折时期 微生物工程复习提纲及具体解答 3 这段时期的发酵产品主要有酵母 酒精 丙酮丁醇 有机酸 酶制剂等 产品大多是厌氧发酵产物 生产过程比较简单 对生产设备的要求也不高 规模不大 产物的化学结构比原料简单 是初级代谢分解产 物 3 第二代 近代 微生物发酵技术一 深层培养技术 通气搅拌技术 的建立 近代微生物发酵技术开始于 20 世纪 40 年代 随着青霉素的发现和青霉素大量生产的成功 对发酵工 业带来了很大的影响 即开创了抗生素工业 抗生素工业的兴起 标志着工业微生物生产进入一个新的阶 段 1928 年英国细菌学家弗莱明发现能够抑制葡萄球菌的点青霉 Penicillium notatum 其产物为青霉 素 20 世纪 40 年代初 第二次世界大战中对抗细菌感染药物的极大需求 促使人们重新研究青霉素 并 在 1945 年大规模投入生产 由于青霉素的生产是需氧发酵 很容易受到杂菌污染 所以借鉴了丙酮丁醇的 纯种厌氧发酵技术 成功建立了深层通气培养法和一整套的培养技术 包括向发酵罐中通入无菌空气 通 过搅拌使空气均匀分布 培养基的灭菌和无菌接种等 使微生物在培养过程中的温度 pH 通气量 营养 物的供给都得到严格控制 这些技术都为后来的微生物工业提供了新的概念和模式 成为当代微生物工业 迅速发展的开端 推动了抗生素工业乃至整个发酵工业的快速发展 随后链霉素 氯霉素 金霉素 土霉 素 四环素等多种抗生素好氧发酵相继投产 抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现 上个世纪 50 年代氨基酸发酵工业 在引进了 代谢控 制发酵技术 后 得以快速发展 通过微生物的人工诱变 获得代谢发生改变的突变菌株 在条件控制下 选择性的大量生产某种所需产品 此项技术也应用于核苷酸 有机酸和抗生素的生产中 60 年代出现了以石油或石油产品代替糖质原料进行发酵 从而出现了石油发酵 这段时期的微生物工 程产品类型多 不仅有初级代谢产物也有次级代谢产物 还有生物转化 酶反应等产品 技术要求较高 多数 生产过程要求纯种或无菌条件下的好气发酵 规模大 新技术 新工艺 新产品 新设备不断出现 应用范 围不断扩大 广泛应用于能源开发 环境保护 细菌冶金和石油勘探等 这是一个近代发酵工业的鼎盛时代 总的来说 深层发酵技术的建立 是发酵工程 工业微生物学 发展的第二个转折时期 4 第三代微生物发酵技术 微生物工程 上世纪七十年代发展起来的基因工程技术推动着发酵工业朝着崭新的方向 微生物工程发展 1953 年 DNA 双螺旋结构的提出 奠定了分子生物学的基础 1973 年 California 旧金山分校的Herber Boyer 和 StarIford大学的Stanley Cohen 将两个质粒进行 用 EcoR I 酶 酶切后 在连接酶存在的条件下连接起 来 获得具有两个复制起始位点的杂合质粒 并转化大肠杆菌 为基因工程的理论和实际应用奠定了基础 1977 年 Cohen 首先用基因操作手段克隆获得了生长激素抑制因子 1978 年 Gilbert 克隆获得鼠胰岛素 几年 后 第一个基因工程产品 重组微生物的胰岛素问世了 微生物工程复习提纲及具体解答 4 在过去的三十多年的时间里 世界各国的研究人员分离 鉴定 克隆了大量的不同生物的基因 利用 现代分子生物学技术 通过遗传物质水平的改造 构建了高效表达的工程菌 通过细胞融合和 DNA 重组技术 获得能够表达外源蛋白的工程菌等等 使发酵工程发展进入了微生物工程的阶段 同时在发酵工艺上也取得了突飞猛进的发展 可以直接通过动植物细胞培养获得发酵产品 采用计算 机控制的全自动发酵 采用固定化细胞进行连续发酵 生物反应器和传感器的开发应用 不断有新的发酵工 程的产品问世 如胰岛素 生长激素 干扰素 疫苗等药物 8 8 发酵工程涉及到广泛的产业领域 发酵工程涉及到广泛的产业领域 按微生物发酵产品的性质分为哪几方面 简答 论述 按微生物发酵产品的性质分为哪几方面 简答 论述 重点 重点 1 微生物菌体发酵 这是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵过程 包括单细胞的酵母和藻类 食用 菌以及人 畜防治疾病的疫苗和微生物杀虫剂等 细胞物质的发酵生产特点是细胞生长与产物积累呈平行关系 生长速率最大时期也是产物合成速率最 高阶段 生长稳定期细胞物质浓度最大 同时也是产量最高的收获时期 应用方面 在食品工业上 用于面包工业的酵母发酵和微生物菌体蛋白 单细胞蛋白 发酵 包括细菌 螺旋兰细菌 属 假单胞杆菌 链丝菌 筮甲烷或筮甲醇细菌等 酵母 产朊酵母 假丝酵母 毕卡酵母等 真菌 曲霉 地霉 内孢霉 镰刀霉 木霉等 藻类 螺旋藻 杜氏盐藻等 生产活性乳酸菌制剂 系在干 燥菌体中混合活性保护物质 用以提高人体整肠作用效率 食用菌和药用菌 蘑菇 香菇 草菇 木耳 银耳 冬虫夏草 灵芝 茯苓等 的发酵 生产珍稀名贵的食用 菌和药用菌 在农业中的应用 生物农药 微生物杀虫剂 防治植物病害微生物 生物除草剂 生物增产剂 苏云金 芽孢杆菌 腊状芽孢杆菌 球状芽孢杆菌 白僵菌 绿僵菌等 1 无性快速繁殖 2 脱毒植株的获得 顶端分生组织 3 单倍体育种 花粉细月胞色培养 秋水仙素处理 纯种二倍体 4 原生质体融合 5 人工种子 6 植物品种改良 医药卫生上 疫苗 单克隆抗体 胚胎移植 胚胎分割等 2 微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物和微生物细胞中 最早人们都是从动植物组织中提取酶 1894 年日本高峰最早利用 微生物工程复习提纲及具体解答 5 米曲霉制造了高峰淀粉酶 Take dia stase 现在利用发酵法制备生产并提取微生物产生的各种酶已成为当今 发酵工程的重要组成部分 与动植物来源的酶相比 微生物发酵获得的酶既易于进行大规模生产 又便于改善 工艺 提高产量 目前工业上应用的酶大部分来自微生物发酵 如 糖酶 淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖苷酶 即糖化酶 支链 异 淀粉酶 转化酶 异构酶 纤维素酶 蛋白酶 酸性蛋白酶 碱性蛋白酶 中性蛋白酶 脂肪酶 凝乳酶 过氧化氢酶 还有部分药用酶 包括青霉素酰化酶 胆固醇氧化酶 葡萄糖氧化酶 氨基酰化酶 白酒 黄酒及酱油等生产用的各种曲也属培养多种微生物并使其分泌多种酶 用以体现分解原料淀粉和 蛋白质等物质的酶的作用 应用方面 在食品工业中的应用 以糖类物质 水果汁 树汁 蜂蜜等 和淀粉物质 谷物或根类等 微主要原 料造或加工含酒精的各种饮料 白酒 葡萄酒 果酒 黄酒 啤酒 香槟酒等 发酵乳制品 奶酪 酸奶 奶酒等 传统调味品 酱 酱油 味精 醋 豆豆支 核苷酸等 发酵食品 豆腐乳 饴糖 泡菜等 在轻工业中的应用 糖酶 蛋白酶 果胶酶 脂肪酶 凝乳酶 氨基酰化酶 过氧化氢酶 甘露聚糖 酶 3 微生物代谢产物发酵 以微生物代谢产物为产品的发酵生产是发酵工业中数量最多 产量最大 也是最为重要的部分 包括初级 代谢产物 中间代谢产物 次级代谢产物 目前已知的微生物代谢产物上万种 应用方面 在食品工业上 生产食品添加剂 面包酵母 柠檬酸 赖氨酸 色素 右旋糖酐葡聚糖 茁酶多糖 增 稠剂 葡萄糖氧化酶 维生素 C 食品保鲜剂 匹马霉素 食品防护剂 等 在医药工业中的应用 各种抗生素 上万种 氨基酸 维生素 甾体激素 治疗用酶 酶抑制剂 核 苷酸类药物等 在农业上生产农用抗生素等 4 微生物的生物转化发酵 微生物的生物转化发酵是指利用微生物细胞的一种或多种酶 作用于一些化合物的特定部位 基因 使 其转变成结构相类似但经济价值更大的化合物的生化反应 生物转化的最终产物并不是微生物细胞利用营 养物质经代谢而产生的 而是微生物细胞的酶或酶系作用于底物某一特定部位 进行化学反应而形成的 在转 化反应里微生物细胞的作用仅仅相当于一种特殊的生物催化剂 引起特定部位发生反应 可进行的转化反应 包括脱氢 氧化 脱水 缩合 脱羧 羟化 氨化 脱氨 异构化反应 应用于食品工业和化工能源产品中 醇及有机溶剂 有机酸 多糖 藻类石油等 微生物工程复习提纲及具体解答 6 5 微生物特殊机能的利用 发酵工程除涉及上述四方面发酵生产外 还涉及下列几个领域 1 利用微生物消除环境污染 环境恶化 包括环境污染合生态破坏 是人类面临的重大问题之一 可以直接用来消除环境污染 如废气 和废渣污染的生物净化 废弃物的生物综合利用 污染的生物监测等 2 利用微生物发酵保持生态平衡 利用生物技术开创新的绿色革命新纪元 体现在 用生物固氮代替化学肥料 用生物杀虫剂代替化学农药 培育和创造能够在恶劣条件下生长 并能抗病虫害 杂草的农作物新品种 为人类提供高蛋白含量 高单位面积产量的农作物和丰富的动物蛋白质 3 微生物湿法冶金 利用微生物对某些金属氧化物的氧化还原反应 使低品位矿中的某些金属成为可溶性的化合物而得以 冶炼 如细菌炼铜 目前 世界上有 20 多个国家利用细菌进行采矿 已发现的可帮助采矿的细菌有 20 多种 可 提炼铜 铁 锌 镍 钴 钛 铝 铀 金 锗 镓 铟等金属 其中最常见的细菌是硫化细菌 4 利用基因工程菌株开拓发展发酵工程新领域 这是指建立在利用细胞融合和 DNA 重组等生物技术所获得的基因工程菌株或杂交细胞 以及动植物 细胞或固定化活细胞等基础上的新型发酵 其产物可以是各种各样的 其所用的发酵设备是各种类型的新型 生物反应器 9 微生物工程特点 填空 简答 微生物工程特点 填空 简答 重点 重点 有严格的无菌生长环境 在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术 种子培养和生产培养的不同的工艺技术 构建动力学模型 发酵工程工艺放大问题 有严格的无菌生长环境 包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术 在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术 在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术 种子培养和生产培养的不同的工艺技术 在进行任何大规模工业发酵前 必须在实验 室规模的小发酵罐进行大量的实验 得到产物形成的动 力学模型 并根据这个模型设计中试的发酵要求 最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型 由于生物反应的复杂性 在从实验室到中试 从中试到大规模生产过程中会出现许多问题 这就是 发酵工程工艺放大问题 1010 微生物特殊机能的利用 简答 微生物特殊机能的利用 简答 重点 重点 利用微生物消除环境污染 微生物工程复习提纲及具体解答 7 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域 1111 微生物工程的发展趋势是什么 简答 论述 微生物工程的发展趋势是什么 简答 论述 重点 重点 微生物工程面临的形势 过去受到石油化工的竞争 现在又有植物生物技术的威胁 微生物技 术该如何发展是值得深思的 今后微生物工程应从下列几方面去努力发展 提高现有微生物发酵工业水平 利用重组 DNA 技术 人工选育和改良菌种 开拓极端酶 采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 固定化 酶和细胞 技术被广泛应用 1212 微生物工程 发酵工程 的工业生产水平主要取决于那三个要素 填空 简答 微生物工程 发酵工程 的工业生产水平主要取决于那三个要素 填空 简答 重点 重点 生产菌种的性能 发酵及提纯工艺条件 生产设备 1313 工业上常用微生物主要类群 填空 工业上常用微生物主要类群 填空 重点 重点 细菌 放线菌 酵母 霉菌 噬菌体 1414 枯草芽孢杆菌 酵母 根霉 毛霉的主要用途 填空 枯草芽孢杆菌 酵母 根霉 毛霉的主要用途 填空 重点 重点 枯草芽孢杆菌 能产生大量淀粉酶和蛋白酶 酵母 类酵母 真酵母 酵母除了广泛应用面包及酒精制造外 还应用于石油脱蜡 单细胞蛋白制造 酶制剂生产以及糖化饲料 猪血饲料发酵等方面 根霉 根霉在生命活动中分泌的淀粉酶 能将淀粉转化为糖 因此 根霉可作为常用的糖化菌种 我国 民间酿制甜酒用的小曲主要含有根霉 由于根霉能分泌丰富的淀粉酶 而且又含有酒化酶 所以在生产 中可以边糖化边发酵 毛霉 毛霉的用途很广 常出现在酒药中 能糖化淀粉并能生成少量乙醇 产生蛋白酶 有分解大豆 蛋白的能力 我国多用来做豆腐乳 豆豉 许多毛霉能产生草酸 乳酸 琥珀酸及甘油等 有的毛霉能 产生脂肪酶 果胶酶 凝乳酶等 1515 菌种选育 选种 育种的定义 名词解释 菌种选育 选种 育种的定义 名词解释 重点 重点 1 是指应用微生物遗传和变异的理论 用人工方法造成变异 再经过筛选以得到人们所需的 菌种的过程 2 就是经过比较鉴定自然界的微生物 从中分离和筛选出某种性能较强的 符合生产要求的 菌种 选种仅是育种工作的第一步 3 就是不断改造菌种的性能 培养新菌株 1616 菌种选育的方向 填空 菌种选育的方向 填空 重点 重点 就是选育出能吃 粗粮 耐高温 生长快 代谢旺 产量高 质量好 无毒性的优良菌株 1717 菌种选育工作的重点 填空 菌种选育工作的重点 填空 重点 重点 是从常温菌到高温菌 慢生菌到速生菌 野生菌到变异菌等方向进展 1818 新种分离与筛选的步骤 简答 新种分离与筛选的步骤 简答 定方案 首先要查阅资料 了解所需菌种的生长培养特性 采样 有针对性地采集样品 增殖 人为地通过控制养分或培条件 使所需菌种增殖培养后 在数量上占优势 分离 利用分离技术得到纯种 发酵性能测定 进行生产性能测定 这些特性包括形态 培养特征 营养要求 生理生化 特性 发酵周期 产品品种和产量 耐受最高温度 生长和发酵最适温度 最适 pH 值 提取工 艺等 1919 培养分离中要解决的必须考虑的问题有那些 简答 培养分离中要解决的必须考虑的问题有那些 简答 微生物工程复习提纲及具体解答 8 1 分离什么和从哪里分离出 2 必须充分考虑所分离微生物的生产能力 生长速度 生物群体培养和产品生产工艺及其 提纯的难易和费用 工业生产发酵罐中稳定性及遗传操作的难易程度等 菌株指标 3 选择适宜的培养分离方法和检测方法 2020 筛选目的菌株时必须考虑的重要指标有那些 简答 筛选目的菌株时必须考虑的重要指标有那些 简答 1 菌的特征 在发酵过程中 一般要求采用廉价的培养基或使用来源丰富的原料 如用 甲醇作能源 用含有这种成分的分离培养基可筛选出能适应这种养分的菌种 2 菌的生长温度应选择高于 40 的菌种 这可大大降低大规模发酵冷却的成本 因此用 这一温度来分离培养高温生产菌在经济上是有利的 3 菌对所采用的设备和生产过程的适应性 4 菌的稳定性 5 菌的产物得率和产物在培养液中得浓度 6 容易从培养液中回收 3 6 是用来衡量分离得到得菌种得生产性能 如能满足以上几条便有希望成为效 益高得生产菌种 但对筛选出得高效菌种在投入生产之前必须对其产物得毒性和菌种得生产性能 作出评价 2121 什么是富集培养 什么是富集培养 名词解释 名词解释 重点 重点 富集培养 是指能增加混合菌群中所需菌株数量得一种方法 其要领是提供一些有利与所需菌株生长 或不利于其它菌型生长条件 2222 富集培养的具体方法 重点 富集培养的具体方法 重点 就是根据不同种类微生物的生长对环境和营养的要求不同 如温度 pH 渗透压 氧气 碳 源 氮源等 通过人为控制这些条件 使之特别有利于某种微生物的生长 而抑制其他种类微生物 的生长 使目的菌株成为优势菌 达到快速分离纯化的目的 2323 什么是分批式富集培养 名词解释 什么是分批式富集培养 名词解释 摇瓶培养 是将富集培养物转移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遗传背景一致的单菌落 2424 什么是恒化式富集培养 什么是恒化式富集培养 连续培养连续培养 名词解释 名词解释 重点 重点 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 2525 在微生物工程的菌种选育工程中 分离新菌株时 若采样应注意那些事项 简答 在微生物工程的菌种选育工程中 分离新菌株时 若采样应注意那些事项 简答 1 采样时应尽可能保持相对无菌 2 所采集的样本必须具有某种代表性 3 采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期 地点以及采集地点的地理 生态参数 等 4 应充分考虑采样的季节性和时间因素 因为真正的原地菌群的出现可能是短暂的 5 采好的样应及时处理 暂不能处理的也应贮存于 4 下 但贮存时间不宜过长 这是因 为一旦采样结束 试样中的微生物群体就脱离了原来的生态环境 其内部生态环境就会发生变化 微生物群体之间就会出现消长 2626 优良的生产菌种应具备那些基本特性 简答 优良的生产菌种应具备那些基本特性 简答 重点 重点 1 生产菌种应具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力 高产菌株的应用 可以 在不增加投入成本的情况下 大幅度提高企业的产生能力 2 在发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产品或其他产物 这样不仅能提 高营养物质的有效转化率 同时也减少了分离纯化的难度 降低成本 提高产品的质量 3 生长繁殖能力强 有较强的生长速率 产生孢子的菌种具有较强的产孢能力 这样有利与 缩短发酵周期 减少种子罐的级数 最终减少设备投资和运转费用 同时 还可以减少在扩大生产 过程中发生菌种生产性能下降或杂菌污染的可能性 4 能够高效地将原料转化为产品 降低生产成本 微生物工程复习提纲及具体解答 9 5 可以利用广泛来源原材料 并且菌种对发酵原料成分的波动敏感性小 6 对需要添加的前体物质有耐受能力 不会将这些前体物质作为一般的碳源来利用 7 发酵过程中产生的泡沫要少 这对提高装料系数 单罐产量 降低成本有重要意义 8 具有抗噬菌体感染的能力 9 遗传特性稳定 保证发酵过程能够长期 稳定地进行 同时有利于使用最佳的工艺控制 2727 目前发酵工业的菌种选育方法主要有 填空 目前发酵工业的菌种选育方法主要有 填空 重点 重点 自然选育 诱变选育 杂交选育 原生质体融合 基因工程 2828 发酵工业菌种的改良方法主要有哪些 简答 发酵工业菌种的改良方法主要有哪些 简答 重点 重点 1 解除或绕过代谢途径中的限速步骤 通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达 能力来提高限速酶的含量 在代谢途径中引伸出新的代谢步骤 由此提供一个旁路代谢途径 2 增加前体物的浓度 3 改变代谢途径 减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物 前体或产品的耐受力 4 抑制或消除产品分解酶 5 改进菌种外泌产品的能力 6 消除代谢产品的反馈抑制 如诱导代谢产品的结构类似物抗性 选择发酵工业的菌种育种方法时应该综合考虑的因素有哪些 简答 选择发酵工业的菌种育种方法时应该综合考虑的因素有哪些 简答 重点 重点 1 待改良性状的本质及与发酵工艺的关系 如批式或连续发酵试验 2 对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度 3 经济费用 如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少 则多半采用随机诱变 筛选及选育等技术 如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识 则可选择基因重组等手段进行定向 育种 2929 自然选育的一般程序 简答 自然选育的一般程序 简答 重点 重点 是将菌种制成菌体悬液 用稀释法在固体平板上分离单菌落 再分别测定单菌落的产生能力 从中选出高产量的菌种 3030 什么是出发菌株 名词解释 什么是出发菌株 名词解释 用来进行诱变试验的菌株叫做出发菌株 选好出发菌株应对提高诱变效果和育种效率具有极其重要 意义 是诱导育种的两大部分之一 3131 诱变育种对出发菌株有何要求 简答 诱变育种对出发菌株有何要求 简答 1 自然界新分离的野生型菌株 对诱变处理较敏感 容易达到好的效果 2 在生产中经生产选种得到的菌株与野生型较相像 也是良好的出发菌株 3 每次诱变处理都有一定提高的菌株 往往多次诱变能积累较多的提高 4 出发菌株开始时可以同时选 2 3 株 在处理比较后 将更适合的出发菌株留作继续诱 变 5 要尽量选择单倍体细胞 单核或核少的多细胞体来作出发诱变细胞 这是由于变异性状 大部分是隐性的 特别是高产基因 6 根据采用的诱变剂或根据细胞生理状态或诱变谱选择诱变剂 因为同一诱变剂的重复处 理会使细胞产生抗性 使诱变效果下降 有的诱变剂是作用于营养细胞 就要选对数期的细胞 有的作用于休止期 就可选用孢子 选择出发株时必须注意的事项 简答 选择出发株时必须注意的事项 简答 微生物工程复习提纲及具体解答 10 A 选择对诱变剂敏感性强 变异幅度大的菌株作出发株 B 最好选择已经过生产选育的自发突变菌株 C 采用具有有利性状 如生长速度快 营养要求低 产孢子早而多 的菌株作为亲本 D 由于有些菌株在发生某一变异后会对其他诱变因素的敏感性提高 因此有时可考虑选择 已发生其它变异的菌株作为出发株 E 在选择核苷酸或氨基酸的出发菌株时 最好考虑至少能积累少量所需产品或其前体的菌 株 F 在选择抗生素出发菌株时 最好选择已通过几次诱变 并发现每次诱变后效价都有一定 程度提高的菌株作为出发菌株 3232 微生物工程的诱变育种步骤 填空 微生物工程的诱变育种步骤 填空 重点 重点 出发菌株的选择 处理菌悬液的制备 诱变处理 中间培养 分离和筛选 3333 选好出发菌株应注意的事项是什么 简答 选好出发菌株应注意的事项是什么 简答 重点 重点 A 选择对诱变剂敏感性强 变异幅度大的菌株作出发株 B 最好选择已经过生产选育的自发突变菌株 C 采用具有有利性状 如生长速度快 营养要求低 产孢子早而多 的菌株作为亲本 D 由于有些菌株在发生某一变异后会对其他诱变因素的敏感性提高 因此有时可考虑选择已发生其它 变异的居住作为出发株 E 在选择核苷酸或氨基酸的出发菌株时 最好考虑至少能积累少量所需产品或其前体的菌株 F 在选择抗生素出发菌株时 最好选择已通过几次诱变 并发现每次诱变后效价豆有一定程度提高的 菌株作为出发菌株 3434 在诱变育种中为什么要采用应单细胞 或单孢子 如何制备它们悬浮液 在诱变育种中为什么要采用应单细胞 或单孢子 如何制备它们悬浮液 这是由于变异性状大部分是隐性的 特别是高产基因 单孢子悬液制备 取斜面 加入 6ml 0 1mol L pH6 o 的磷酸缓冲液 用接种环刮下孢子 振荡试管 立即通过带滤纸漏斗过滤 由此制得单孢子悬液 若孢子液浑浊状 其孢子浓度可达 l06 个 ml 此为待处理孢子悬液 3535 什么是同步培养法 名词解释 什么是同步培养法 名词解释 培养细胞达到生理活性一致的方法 称为同步培养法 可以通过调整生理条件和用机械或物理手段 分离细胞的方法 使细胞生长同步 诱变处理一般要求 细胞菌龄在对数期 孢子处于活跃状态 3636 营养缺陷型的用途 营养缺陷型的用途 填空 填空 营养缺陷型在生产上和科学研究上用途很大 目前生产氨基酸 核苷酸的菌种都是各种类 型的缺陷型 要研究代谢途径 育种技术都必须有营养缺陷型的菌株为材料 37 营养缺陷型的选育过程中 检出缺陷型的具体方法有几种 填空 具体方法 影印法 点种法 夹层法 3838 微生物菌种保藏的主要方法和原理和优缺点 微生物菌种保藏的主要方法和原理和优缺点 简答 简答 3939 什么是培养基 名词解释 什么是培养基 名词解释 重点 重点 人工自己制造的供微生物或动植物细胞生长 繁殖 代谢 和合成人们所需要产物的营养物质和原料 同时培养基也为微生物等提供除营养外的其他生长所必 须的环境条件 微生物工程复习提纲及具体解答 11 基本培养基基本培养基 MM MM 名词解释 名词解释 能满足野生型菌株正常生长的培养基称基本培养基 MM 补充培养基补充培养基 SM SM 名词解释 名词解释 在基本培养基中加入相应的营养成分的称补充培养基 完全培养基完全培养基 CM CM 名词解释 名词解释 能满足各种营养缺陷型生长的称完全培养基 CM 如牛肉膏蛋白胨培 养基 麦芽汁培养基等 4040 培养基的基本要求 简答 培养基的基本要求 简答 重点 重点 1 含有供细胞生长繁殖和代谢的原料 2 满足产物生成的需要 3 维持一定的 pH 值 4 来源丰富 价格低廉 质量稳定 4141 微生物工程中培养基的用途有哪些 填空 筛选菌种 重点 微生物工程中培养基的用途有哪些 填空 筛选菌种 重点 保藏菌种 检验杂菌 培养种子 发酵生产 4242 什么是前体 什么是前体 名词解释 名词解释 加入培养基 能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中 而自身的结构变化不大 并能提高产物的 产量 这类小分子化合物称为前体前体 4343 种子培养基有那些特点 简答 种子培养基有那些特点 简答 重点 重点 1 必须有较完全和丰富的营养物质 特别需要充足的氮源和生长因子 2 种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高 供孢子发芽生长用的种子培养基 可添加 一些易被吸收利用的碳源和氮源 3 种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近 4444 发酵培养基的特点 简答 发酵培养基的特点 简答 发酵培养基发酵培养基 发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基 它不仅耗用大量的原材料 而且也是决定发 酵生产成功与否的重要因素 发酵培养基的要求 发酵培养基的要求 1 根据产物合成的特点来设计培养基 对菌体生长与产物相偶联的发酵类型 充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物 对于生产氨基酸等含氮的化合物时 它的发酵培养基除供给充足的碳源物质外 还应该添加足够的 铵盐或尿素等氮素化合物 2 发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些 这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高 单位容积发酵罐的利用率 增加经济效益 3 发酵培养基需耗用大量原料 因此 原料来源 原材料的质量以及价格等必须予以重视 45 发酵培养基的选择有那些要求 发酵培养基的选择有那些要求 简答 简答 重点 重点 1 必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分 2 有利于减少培养基原料的单耗 即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率 3 有利于提高培养基和产物的浓度 以提高单位容积发酵罐的生产能力 4 有利于提高产物的合成速度 缩短发酵周期 5 尽量减少副产物的形成 便于产物的分离纯化 6 原料价格低廉 质量稳定 取材容易 7 所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响 利于提高氧的利用率 降低能耗 微生物工程复习提纲及具体解答 12 8 有利于产品的分离纯化 并尽可能减少产生 三废 的物质 46 发酵培养基的设计和注意事项 简答 发酵培养基的设计和注意事项 简答 重点 重点 1 提供必要的营养成分 培养基成分必须满足细胞生长 代谢活动和合成产物所需的基本 要求 2 配制合适的浓度 可以从发酵动力学有关生长 产物合成和基质利用物料平衡 的关系中大致推算所需原料或大致计算出所需主要原料的需要量 3 主成分与其他成分的配比 4 控制合适的 pH 微生物的生长繁殖或产物的合成往往需要 定的 pH 环境 在 最适 pH 值下有利于加快各种酶的反应 因此在整个发酵过程中应使培养基的 pH 适合于微 生物生长或产物合成所需 4747 发酵培养基中 发酵培养基中 pHpH 的具体控制方法 简答 的具体控制方法 简答 重点 重点 1 可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加某些营养物质调节培养基的 pH 但 更应在配制培养基时考虑所用营养物质的组成成分 使其 pH 值适合该微生物生长或合成 代谢产物的需要 2 还要注意有些营养物质被利用后培养基的 pH 变化情况 3 控制 pH 最常用的方法是在培养基中添加具有一定缓冲能力的物质作为营养物 如以磷酸盐作为磷的成分 或者避免使用容易产生生理酸性或碱性使培养基 pH 波动太大 的物质 4 避免产生微生物不能利用的物质或形成沉淀 葡萄糖与铵盐或氨基酸的氨基在灭菌高温下作用形成深褐色物质 这种物质不被 微生物利用 因此这两类营养物不宜直接配在一起进行灭菌 而应采用分开灭菌后再加入 发酵罐内 硫酸铵中的 SO42 与钙盐易形成难溶的硫酸钙 因此二者也不宜直接配成培养基 4848 中间补料的重要作用 简答 中间补料的重要作用 简答 重点 重点 中间补料的方法可以解决这些问题 中间补料的重要作用有 丰富培养基 避免菌体过早衰老 延长产物合成期 控制 pH 值和代谢方向 改善通气效果 避免菌体生长受限制 补充发酵液的体积 由于发酵中的通气和蒸发 发酵液体和 减小 补料的物质包括碳 氮 水和其他物质 正确的补料关键在控制补料的时间 速率和配比 目的是不使菌体生长繁殖过快 仅维持呼吸 处 于半饥饿的状态 但仍能合成产物 4949 微生物代谢调节方式有呢些 填空 微生物代谢调节方式有呢些 填空 简答 简答 反馈抑制 反馈阻遏 酶的诱导调节 酶的共价修饰 5050 微生物细胞的代谢调节方式 填空 微生物细胞的代谢调节方式 填空 重点 重点 1 细胞膜的屏障作用 细胞膜系统对物质运输的选择性 如 离子通道 是否需要 ATP 能量 膜受体 等 细胞膜既是大多数亲水分子的屏障 又是某些物质运输的通道 膜的脂质 磷脂及其他脂类 的分子结构 以及环境条件 如离子强度 温度 pH 等对膜脂质 理化性质的影响 膜蛋白质 如酶 载体蛋白 电子传递链的成员及其他蛋白质 的绝对数量及其活性的调节 微生物工程复习提纲及具体解答 13 跨膜的电化学以及 ATP ADP AMP 体系及无机磷浓度对溶质输送的调节 细胞壁结构 特别是骨架结构 的部分破坏或变形 间接影响到膜对溶质的通透性 2 酶活性和数量的调节 原核 改变细胞表达酶的数量或是改变酶的活性 3 限制基质的有形接近 真核 真核生物的细胞内含有各种不同的细胞器 在空间上分隔了各个代谢 库 基质存在于各个代谢库中 5151 什么是酶合成的阻遏 阻遏的类型主要那两种 填空 什么是酶合成的阻遏 阻遏的类型主要那两种 填空 是阻碍代谢过程中包括关键酶在内的一系列酶的合成的现象 从而更彻底地控制和减少末端产物的 合成 1 未端产物阻遏 由于终产物的过量积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏的现象 常常发生在氨基酸 嘌呤和嘧 啶等这些重要结构元件生物合成的时候 例如过量的精氨酸阻遏了参与合成精氨酸的许多酶的合成 2 分解代谢产物阻遏 当微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时 利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物 的有关酶的合成的现象 最早发现于大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳糖的培养基时 故又称葡萄糖效应 5252 代谢工程定义 名词解释 代谢工程定义 名词解释 重点 重点 定义 利用基因工程技术 定向地对细胞代谢途径进行修饰 改造 以改变微生物的代谢特性 并与微生物 基因调控 代谢调控以及生化工程相结合 构建新的代谢途径 生产新的代谢产物 5353 次级代谢产物及特征 简答 次级代谢产物及特征 简答 重点 重点 次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂 对该生物无明显生理功能 或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质 如抗生素 毒素 激素 色素等 不同种类的微生物所产生 的次级代谢产物不相同 他们可能积累在细胞内 也可能排到外环境中 微生物工程复习提纲及具体解答 14 5454 发酵工程中杂菌污染会造成怎样的不良后果 发酵工程中杂菌污染会造成怎样的不良后果 1 由于杂菌的存在 消耗基质或产物 造成生产能力下降 2 杂菌产生的一些代谢产物 改变发酵液的某些物化性质 造成产物提取更困难 从而回收率下降或产 品质量下降 3 杂菌造成产物分解 导致生产失败 4 杂菌的大量繁殖 改变反应介质的 pH 从而使生化反应发生异常变化 5 噬菌体污染造成菌体裂解 导致生产失败 5555 严格纯种培养应采取哪些必要的措施 严格纯种培养应采取哪些必要的措施 1 使用的培养基和设备须灭菌 2 好气培养过程中使用的空气应经过除菌处理 3 设备应严密 生物反应器中要维持高于环境的压力 4 培养过程中加入的物料须灭菌 5 使用无污染的纯种 5151 灭菌的定义 灭菌的定义 名词解释 名词解释 重点 重点 使用物理或化学方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物质的过程 5252 发酵对无菌空气的要求包括 填空 发酵对无菌空气的要求包括 填空 重点 重点 无菌 无灰尘 无杂质 无水 无油 正压等 几项指标 5353 分批灭菌 分批灭菌 实罐灭菌实罐灭菌 名词解释 名词解释 重点 重点 将自己制好的培养基放在发酵罐中 直接通入蒸汽进行加热 在达到灭菌要求的温度和压力后维持一定的 时间 再冷却到发酵要求温度的工艺过程 微生物工程复习提纲及具体解答 15 5454 连续灭菌 连续灭菌 名词解释 优缺点和注意事项 简答 名词解释 优缺点和注意事项 简答 连续灭菌 定义 培养基在罐外经过一套灭菌设备的连续加热灭菌 短时间 20 30 内使培养基达到灭菌 温度 130 140 维持 5 15 分钟 冷却再送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程 优点 可以采用高温快速的灭菌工艺 物料受热时间短 减少营养成分的破坏 有利于提高得率 发酵罐 非生产占用时间少 容积利用率高 均衡使用蒸汽 热能利用合理 减少锅炉负载不均现象 适合自动化 控制和降低劳动强度 缺点 增加一套连续灭菌设备 增加了投资 同时增加操作环节 不适用黏度大的培养基灭菌 注意 连续灭菌时 发酵罐灭菌在培养基灭菌前 前用蒸汽直接进行空罐灭菌 灭菌后 不立即冷却 用无 菌空气保压 待灭菌的培养基灌入后再进行冷却 5555 空气除菌的方法主要有哪几种 填空 空气除菌的方法主要有哪几种 填空 重点 重点 热杀菌 辐射杀菌 静电除菌 过滤除菌 5555 发酵过程出现杂菌污染应如何处理 简答 发酵过程出现杂菌污染应如何处理 简答 1 种子罐染菌 发现后不进行后面的移菌工作 及时采用高压蒸汽直接灭菌 2 发酵罐染菌 发酵前期 杂菌对生产菌危害大 蒸汽灭菌后放掉 杂菌对生产菌危害不大 直接灭菌后重新接菌 杂菌量少且生长缓慢 则继续运转 但要注意杂菌的数量和代谢的变化 发酵中后期 加入适量的杀菌剂或抗生素抑制杂菌生长 降低培养温度或控制补料抑制杂菌的生长 考虑提前放罐 3 染菌后的设备处理 a 染菌后的罐体用甲醛等化学物质灭菌处理 b 用蒸汽灭菌 包括各种附属设备 c 再次投料前 彻底清洗灭菌罐体和附件 d 进行发酵罐严密性检查 防止渗漏 5656 发酵过程中噬菌体污染的原因和处理方法 简答 发酵过程中噬菌体污染的原因和处理方法 简答 重点 重点 来源来源 生产菌种本身是溶原菌 存在引起噬菌体感染的条件 a 环境中有噬菌体 b 环境中的活菌感染 危害危害 个体小 随气体到处飘散 过滤性病毒可通过细菌过滤器和过滤介质 繁殖快 使生产菌种大量快速裂解 微生物工程复习提纲及具体解答 16 引起恶性循环 从单罐扩大到整个生产 噬菌体污染现象的判断一一烈性噬茵体 a 发酵液突然变稀 泡沫增多 b 早期镜检发现 茵体染色不均匀 较短时间内茵体大量自溶 最后仅残留茵丝的断片 c 平板培养出现典型的噬菌斑 d 溶氧浓度回升提前 营养成分消耗少 产物合成停止等 处理方法 a 发酵液高压蒸汽灭菌后放掉 防止发酵液的任意流失 b 全部停产 对环境和设备进行全面的清洗消毒 杜绝噬菌体寄生的环境基础 c 更换生产菌种 不断筛选抗噬菌体的菌种 防止噬菌体的重复污染 5757 如何判断发酵过程的噬菌体污染 如何判断发酵过程的噬菌体污染 简答 简答 5858 发酵过程的噬菌体污染处理方法 简答 发酵过程的噬菌体污染处理方法 简答 处理方法 a 发酵液高压蒸汽灭菌后放掉 防止发酵液的任意流失 b 全部停产 对环境和设备进行全面的清洗消毒 杜绝噬菌体寄生的环境基础 c 更换生产菌种 不断筛选抗噬菌体的菌种 防止噬菌体的重复污染 5959 发酵罐的定义 名词解释 发酵罐的定义 名词解释 重点 重点 是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器 6060 一个优良的发酵罐装置和组成 填空 一个优良的发酵罐装置和组成 填空 简答 简答 1 应具有严密的结构 2 良好的液体混合特性 3 好的传质相传热速率 4 具有配套而又可靠的检测 控制仪表 6161 发酵罐的种类 发酵罐的种类 填空 填空 发酵罐的特点 简答 发酵罐的特点 简答 典型发酵设备包括 填空 典型发酵设备包括 填空 重点 重点 1 发酵工业上最常用的是通风搅拌罐 除了通风搅拌发酵罐外 其它型式的发酵罐如 气提式发酵罐 压力循环发酵罐 带超滤膜的发 酵罐等 2 1 发酵罐与其他工业设备的突出差别是对纯种培养的要求之高 几乎达到十 分苛刻的程度