微生物工程思考题参考答案

1、微生物工程思考题参考答案 Ricky & Bullet 2017.11、 举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？A. 蛋白酶 表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高，生长速度快,纯化、分离及分析快速；安全性高，得到FDA的批准的菌种。 B.单细胞蛋白 生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生产废物。适合大规模工业化生产，产量高，质量好。安全性高，得到FDA的批准的菌种。 C. 不饱和脂肪酸 生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量高， D.抗生素 生产性能稳定，产量高，不产色素，能利用廉价原料 F. 氨基酸 代谢途径比较清楚，代谢途

2、径比较简单2、 自然界分离微生物的一般操作步骤？样品的采取预处理培养菌落的选择初筛复筛性能的鉴定菌种保藏3、 从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养， 使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。4、 菌种选育分子改造的目的？防止菌种退化; 解决生产实际问题; 提高生产能力; 提高产品质量; 开发新产品5、 什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。 自然选育在工业生产上的意义：自然

3、选育可以有效地用于高性能突变株的分离。然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。 6、 什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。 常用的物理诱变剂有紫外线、x射线、射线(如Co60等)、等离子、快中子、射线、射线、超声波等。常用的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。7、 什么是代谢控制发酵？以黄色短杆菌合成异亮氨酸为例，解释代谢调控育种机理？代谢控制发酵是指，在人为条件的控制下，可以使微生物过量

4、产生各种初级代谢产物和次级代谢产物。第二部分PPT，40页。在谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等微生物中，天冬氨酸激酶是单一的，并受Lys和Thr的协同反馈抑制。反馈调节易于解除，使育种简单化，故常用作氨基酸发酵育种的出发菌株。8、 什么是基因的重组？什么是基因的直接进化？二者有何区别？基因的重组：是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程基因的直接进化：在分子水平上，对目标基因直接处理，然后通过高通量的筛选方法，提高目标蛋白的性能。基因的直接进化，可使已有基因获得新的特性，可获得自然界中不存在的基因，可解决许多新的理论和应用问题9、 用的碳源有哪些？常用的

5、糖类有哪些，各自有何特点？糖类、油脂、有机酸和低碳醇等 葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等 葡萄糖是最容易利用的碳源，几乎所有微生物都能利用葡萄糖，但过多会过于加速菌体呼吸，致培养基中溶解氧不足 糖蜜是制糖生产时的结晶母液，含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生素等，是微生物发酵培养基价廉物美的碳源 淀粉糊精一般要经过菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用，可克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也低廉10、 什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质，若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质11、 常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机

6、氮源在发酵培养基中的作用？铵盐 硝酸盐 氨水；花生饼粉 黄豆饼粉 棉子饼粉 玉米浆 玉米蛋白粉 蛋白胨 酵母粉 鱼粉 蚕蛹粉 尿素 废菌丝体 酒糟 A作为菌体生长繁殖的营养 B有的是产物的前体12、 什么是前体？前体添加的方式？前体是指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中结合到产物分子中，而其自身的结构没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。 方式：少量多次的流加工艺13、 什么是生长因子？生长因子的来源？凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质均称为生长因子。 有机氮源是生长因子的重要来源。 14、 什么是产物促进剂？产物促进剂举例？产物促进剂是指那些非细

7、胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产物的添加剂。 Tween 大豆酒精提取物 植酸质 洗净剂 聚乙烯醇 苯乙醇 醋酸+维生素15、 高温瞬时灭菌的原理？因为高温时蛋白质种的肽链弯曲结构发生改变，从而使蛋白质变性，无法行使蛋白质功能16、 淀粉糖的酶法制备原理与技术？淀粉糖是指以淀粉为原料经水解、精制或再经深加工而获得的糖制品。选用不同的酶来水解或控制不同的水解程度可以得到不同的淀粉糖品。工艺流程如下：淀粉乳调浆一次喷射液化反应罐液化二次喷射液化冷却-PH调节糖化过滤活性炭脱色压力过滤活性炭脱色压力过滤离子交换真空蒸发。17、 气流输送的原理和方式？颗粒在垂直管中的悬浮：uut颗粒

8、在水平管中的悬浮18、 种子扩大培养的目的与要求？其目的首先是出于接种量的需要与菌种的驯化，同时对于缩短发酵时间、保证生产水平也有帮助 A总量及浓度能满足要求 B个体与群体的生理状况稳定 C活力强，移种后能迅速生长 D无杂菌污染 19、 种子扩大培养的一般步骤？休眠孢子母斜面活化摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子一级种子罐二级种子罐发酵罐20、 在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？实验室：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，对于不产芽孢和孢子的微生物，最终获得一定数量和质量的菌体，对于产孢子的微生物，获得一定数量和质量的孢

9、子 生产车间：种子培养在种子罐中进行，最终获得一定数量的菌丝体21、 什么是接种量？对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？接种量移入种子的体积/接种后培养液的体积 细菌5、放线菌20 霉菌1022、 什么是菌体的生长比速？产物的形成比速？基质的消耗比速？维持消耗？菌体的比生长速率：单位重量的菌体瞬时增量 =（dx/dt）/x；单位为1/h，其中x菌体浓度（g/L ） 产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量 =（dp/dt）/x,；单位为1/h，其中p产物浓度（g/L ） 基质的比消耗速率:单位时间内单位菌体消耗基质的量 =（ds/dt）/x；单位为1/h，其中s底物浓度（g

10、/L ） 菌体的维持消耗：菌体生长和维持所消耗的可发酵糖,从能量角度来说就是维持净能,也叫非生产消耗,简而言之就是菌体所需要的营养物质即菌体的维持消耗.23、 什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？初级代谢产物是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。 次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质24、 什么是连续培养？什么是连续培养的稀释率？由于新鲜培养基不断补充，所以不会发生营养物的枯竭，另一方面，发酵液不断取出，发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期，罐内细胞浓度X、比生长速率、以及t, pH等都保持恒定。 稀释率(D):补料速度与反应器体积的比

11、值(h-1)25、 为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因素26、 比耗氧速度和呼吸强度的感念？单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气， mmol O2 g 菌 -1 h-27、 临界饱和溶氧浓度、临界溶氧浓度、氧饱和度的概念？临界饱和溶氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。如果对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。 氧饱和度：发酵液中实

12、际氧浓度/临界氧浓度28、 微生物的临界溶氧浓度一般多少，发酵过程中的氧容易不容易满足？CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。一般对于微生物： CCr: 115%饱和浓度29、 影响微生物需氧的因素有哪些？细胞浓度直接影响培养液的摄氧率，在分批发酵中摄氧率变化很大，不同生长阶段需氧不同，对数生长后期达最大值。培养基的成分和浓度显著影响微生物的摄氧率，碳源种类对细胞的需氧量有很大影响，一般葡萄糖的利用速度比其他的糖要快。30、 发酵液中的体积氧传递方程？其中Kla的物理意义是什么？OTR=KLa（C*-CL）OTR单位体积培养液中的氧传递速率mol/(msPa)C*与气体主

13、体氧分压p平衡的液相氧浓度（mol/m）CL液相主体氧浓度（mol/m）KLa称为容积传递系数(s-1)，物理意义为以（C*-CL）为推动力的体积溶氧系数；31、 如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的，但是通气增大的时间一定要把握好。32、 微生物生长可分为几个阶段？次级代谢产物在什么阶段开始合成？33、 发酵过程为什么要补料？补些什么？在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。在这样一种系统中可以维

14、持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。发酵基质和缓冲液等。 补料物质：碳源；葡萄糖、饴糖、糊精、淀粉、作为消沫剂的油脂等 氮源；NH4OH、（NH4）2SO4、NaNO3、蛋白胨、花生饼粉、黄豆饼粉、 玉米浆、尿素 其他：硫酸盐、磷酸盐、前体 34、 补料过多或过少对发酵有什么影响？投料过多造成菌体细胞大量生长，无法稳定的产生发酵产物，导致菌体生产力下降，同时改变发酵液流变学性质。如果补料过少,则使菌体过早进入衰退期，引起菌体衰老和自，同样使生产力下降。35、 发酵过程中pH会不会发生变化

15、为什么？发酵过程中pH是不断变化的 1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一 2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。 3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降 4）某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 5）菌体自溶 pH上升，发酵后期，pH上升 6）杂菌的污染，pH下降 36、 pH对发酵的影响表现在哪些方面？（1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶

16、的活性时使菌的新陈代谢受阻。 （2）pH影响微生物细胞膜所带电荷。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。 （3）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。 （4）pH值影响代谢方向。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。例如黑曲霉在pH23时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 （5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响。37、 为了确定发酵的最佳pH,我们该如何实验？配制不同初

17、始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况38、 发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？基础培养基调节 pH、在基础料中加入维持 pH 的物质、通过补料调节 pH 、当补料与 调 pH 发生矛盾时，加酸碱调 pH 、选择合适的 pH 调节剂、发酵的不同阶段采取不 同的 pH 值39、 微生物对温度要求不同的原理是什么？1、 微生物对温度的要求不同与它们的膜结构物理化学性质有密切关系 2、蛋白质结构3、蛋白质合成4、合成冷休克蛋白 40、 发酵热的定义, 生物热的大小与哪些因素有关？发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。生物热与发酵类型有关：微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多 生物热的大小与呼吸

18、作用强弱有关： 在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。 菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。41、 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？ 益处：气体分散、增加气液接触面积 害处：降低生产能力；引起原料浪费；影响菌的呼吸；引起染菌42、 发酵中泡沫形成的原因是什

19、么？（1）通气搅拌的强烈程度 通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂 （2）培养基配比与原料组成 培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。 （3）菌种、种子质量和接种量 菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可以加大接种量 （4）灭菌质量 培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效43、 常用的消泡剂有哪几类？天然油脂；聚醚类消泡剂；高碳醇；硅酮类44、 利用基因工程

20、菌生产有哪些特点？1、 基因工程中菌种带有外源基因，外源基因可能在质粒上也可能整合到染色体上，这些基因可能不稳定。丢失外源基因的菌往往比未丢失的菌生长快得多，这样就会大大降低产物的表达。为了抑制基因丢失的菌的生长，一般会在培养基中加入选择压力，如抗生素。 2、 基因工程菌的培养一般分为两段。前期是菌体生长，生长到某一阶段，加入诱导因子，诱发产物的表达。 3、 基因不稳定性，生产的目标是得到最大量的外源蛋白，但是大量外源蛋白的形式对宿主细胞是有损害的，通常是致死的。失去制造外源蛋白的能力的细胞一般生长的快的多，从而代替有生产能力的菌株。这就导致基因的不稳定性。45、 重组菌基因不稳定性的原因有哪

21、些？分离丢失、结构不稳定性、宿主细胞调节突变、生长速率占优势的不稳定性46、 在基因工程菌培养过程中为什么质粒会丢失？当细胞分裂时一个子细胞没有接受质粒就出现分离丢失。质粒可分为高拷贝质粒（20拷贝/细胞）和低拷贝质粒（有时低到每个细胞一至二个拷贝）。低拷贝质粒有专门的机制保证在子代细胞中有相等的分配，高拷贝质粒通常很少遵循二分法分配到子代细胞。对于高拷贝质粒，几乎所有子细胞接受一些质粒，也有可能有的细胞没有接受质粒，当然形成无质粒细胞的可能性是低的（每百万细胞分裂中一个）47、 常规的高密度培养的措施有哪些？最常用和最有效的方法就是分批补料流加培养法。现在常用的是反馈补料培养。有几种反馈控制

22、：控制基质浓度流加、恒pH流加、恒溶氧流加、控制比生长速率的葡萄糖流加48、 重组菌与传统微生物在产物表达上有什么区别？（1） 应用AOX启动子，转录效率高，易于诱发调控。 （2） 表达质粒易于整合到基因组，不易丢失，适用于高密度发酵，产量高。 （3） 表达产物分拣进入过氧化物酶体等，因此最近十几年来，人们越来越多的应用它作为外源基因表达的系统。49、 与大肠杆菌相比酵母作为宿主菌有什么优点？1、单细胞低等真核生物，易于培养、繁殖快、便于基因工程操作 2、 具有真核生物的蛋白质翻译后加工的功能，具有适合于真核生物基因产物正确折叠的细胞内环境和糖链加工系统 3、分泌外源蛋白质到培养液中，利于纯化

23、50、 圆筒锥底啤酒发酵罐的主要特点？罐内传质和传热如何实现（1）设备的外形特点：蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式底冷却夹套D:H，对单酿罐D:H 1：12；两罐法D:H 1：34锥底角7375度（2） 罐内传质和传热如何实现：发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中CO2的作用；CO2含量不同形成梯度；罐底气泡密集程度高，有上浮的提升力和周围液体的拖曳力，这两种力造成气体搅拌作用，使罐的内容物得到循环，从而实现发酵液的混合和热交换；51、 通风发酵设备的设备要求？通风搅拌发酵罐的主要结构？要求：1、具有良好的传质和传热性能2、结构严密，防杂菌污染3、良好的检测与控制4、培养基流动与

24、混合性能5、设备简单，功耗小52、 如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的。但是增大通气的时间一定要把握好。53、 介质过滤除菌的机理是什么原理:介质间空隙大于微生物，如棉花纤维直径16-20m，充填系数为8%时，所形成的网格空隙为20-50m。介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、阻截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等。54、 详述两级冷却两级分离加热流程的空气除菌流程及各种设备主要功能介绍？两级冷却、分离、加热的空气除菌流程流程特点： l 2次冷却、2次分离、适当加热。 l 2次分离油水的主要优点：可以节约冷却用水，油和水雾分离除去比较完全，保证干过滤。 l 第一