微生物复习点整理

1、菌种选育：根据微生物的遗传和变异的理论，用人工方法造成菌种变异，再经过筛选而得到人们所需菌种的过程称为菌种选育。菌种退化：是指整个菌体在多次接种传代过程中逐渐造成菌种发酵力或繁殖力下降或发酵产物的率降低的现象。菌种保藏：根据菌种的生理生化特点，人工创造条件使菌种的代谢活动处于不活泼的休眠状态发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律。 初级代谢（产物）： 微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。次级代谢（产物）：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显抗生素：一切由某些微生物产生的，能抑制微生物和其他细胞增殖的化学物

2、质次级代谢：是指微生物在生长后期进行的与他们的生长无明显关系的代谢初级代谢：是指微生物合成它们生长所必需的物质，诸如：糖、氨基酸等以及由这些化合物形成的高分子物质，如：多糖、蛋白质、核酸等的代谢，称之为初级代谢。诱导酶：某些酶只有在它们催化的底物（或底物的结构类似物）存在时才能合成，此种酶称为诱导酶 同工酶：能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶。它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。多功能酶：能催化26个化学反应的酶称为多功能酶。反馈阻遏：代谢终产物达到一定浓度时，反馈阻遏该代谢途径有关的一种或几种酶的生物合成的调节方式。 营养缺陷性突变株：

3、认为选育的先天丧失合成某一种或某几种必须生长因子能力的菌株反馈抑制：反应途径中当反应产物达到一定浓度时，会对该途径中有关催化生成该产物的酶的活力起到抑制的作用，这种调节方式称为反馈抑制。微生物的热阻：是指微生物在一定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间，表示微生物对热的抵抗能力。 分解代谢物阻遏：葡萄糖、NH4+、果糖等对抗生素的合成有明显阻遏的现象分叉中间体：糖代谢中既能用来合成初级代谢产物，又能合成次级代谢产物的中间体葡萄糖效应 ：在抗生素发酵生产中，葡萄糖有明显降低抗生素合成量的现象发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。比生长速率：在对数生长

4、期，单位质量菌体在单位时间内的增殖菌数为常数，称为比生长速率，用表示，单位g/g.h或mol/g.h稀释率：是单位时间内流过单位体积发酵罐的发酵液体积数。单位V/V.h 。通风量：每分钟对1m3发酵液通入的空气体积。无菌空气：是指通过净化处理使空气中含菌量降低到一定限度（0.001），而能控制发酵污染降至1/1000概率的空气。介质过滤效率：就是过滤层所滤去的尘埃微粒数与空气中原有微粒数的比值，它是衡量过滤设备过滤能力的指标。呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。QO2（mmol O2/g干菌体·h）耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量。 r （mmol O2

5、/L·h）发酵热：1、定义：在发酵过程中所产生的热量叫发酵热，是引起发酵过程中温度变化的主要原因。主要由以下因素组成：发酵热=生物热+搅拌热蒸发热辐射热 Q发酵 = Q生物 + Q搅拌 - Q蒸发 - Q辐射生热：生物热 搅拌热 降热：蒸发热 辐射热絮凝剂：是一种可溶于水的高分子化合物，含有很多离子化基团，可通过架桥作用强烈吸附许多胶体离子而能形成絮凝团的物质。助滤剂：是能形成一层不可压缩的多孔且极为细密的滤层，起到使滤饼疏松，截留悬浮杂质，隔离固形物和过滤介质的接触，保证过滤操作顺利进行的物质。代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，过量积累中间产物。发酵机制：微生物通过其代

6、谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律。判断：在发酵过程中改变通风量pH变化解释：通风量的降低造成呼吸不畅，代谢不完全，生成酸性物质，造成pH降低C趋向生成酸性物质 N趋向生成碱性物质干热灭菌法主要用于需保持干燥的物料、玻璃器具等灭菌哪些只能过滤灭菌：空气湿热灭菌：管道、设备过滤过程中过滤速度越高，效率越高在哪个阶段，这个阶段那个作用是主要的（碰撞作用）淀粉水解糖的制备，酶解法制得的糖液纯度高原因：酸解法，副反应多碱性条件下，交换。解释：碱性，解离差发酵过程有几部分组成酒精发酵产物的受氢体（乙醛）乳酸发酵产物的收氢体（丙酮酸？ 糖、氨基酸等以及由这些化合物形成的高分子物质，

7、如：多糖、蛋白质、核酸等的代谢，称之为初级代谢。那么，这些化合物统称之为初级代谢产物。次级代谢产物。例如：抗生素、激素、某些酶制剂等。好氧发酵产物：柠檬酸、谷氨酸、乙醇、二氧化碳厌氧发酵产物： 典型的发酵过程可以划分成以下六个基本组成部分：（1）生产菌种选育和扩大培养，培养基的配制；（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；（3）生产菌种接种入生物反应器中，无菌空气的制备与通风；（4）控制生产菌种最适生长和代谢条件，进行发酵生产；（5）产物提取和精制；（6）过程中排出的废弃物的处理。发酵工程的历史1、 自然发酵时期2、 纯培养技术时期3、 通气搅拌的好气性发酵工程技术时期4、 人工诱变育种与与代

8、谢控制发酵工程技术时期5、 发酵动力学和连续化、自动化发酵工程技术时期6、 微生物酶反应合成与化学合成相结合工程技术时期菌种退化的表现有哪些？原因是什么？预防方法有哪些？ 预防：1.定期进行分离复壮。 2.提供合适的培养条件，满足其生长要求。 3.尽量控制减少接种传代次数。 4.做好菌种的保藏工作。 5.采用幼龄菌接种培养5、菌种保藏的原理和目的分别是什么？常用的菌种保藏的方法有哪些？目的：保证菌种在长时间内要尽可能保持菌株优良生产性能的稳定性，不污染杂菌，不死亡。基本原理：根据菌种的生理生化特点，人工创造条件使菌种的代谢活动处于不活泼的休眠状态。基本原则：选用优良纯种，最好是它们的休眠体（孢

9、子，芽孢）和创造一个最有利于菌种休眠的环境。菌种保藏方法：1.定期移植低温保藏法 2.液氮低温保藏法 3.甘油低温保藏法 4.沙土保藏法 5麸皮保藏法 6.麸皮保藏法 7蒸馏水保藏法 8冷冻干燥保藏法1、 试比较种子培养基和发酵培养基的不同。 种子培养基： 1、营养成分丰富而完全，用料少而精，糖分要求少，而无机氮源比例要大（易被吸收利用）。 2、尽量考虑各种营养成分的特点，使pH值稳定，以利于菌种的正常生长和扩大培养。 3、一般采用易被菌种吸收利用的原料，如：葡萄糖、尿素，虽使用原料较精，但总浓度低。 4、种子培养基的主要成分应尽量同发酵培养基保持一致，培养条件也应该尽可能与发酵罐培养条件相近

10、。 发酵培养基：1、 数量大，配料粗 2、 要求营养丰富完全，碳氮比合适，pH值适当而稳定 3、 原料应来源充足且价格低廉 4、 易于进行大规模生产的操作管理 5、有利于大量积累产物，缩短发酵周期 6、方便产物的分离提取，利于产品质量提高、分批灭菌和连续灭菌在操作上有何不同？各有什么特点？不同：升温、维持和冷却三种操作是在同一设备，不同时间内完成的。特点：（1）设备造价低（2）易人工控制（3）适合小批量生产（4）适合培养基中含有大量固体物质（5）时间长、耗热能多、热效率低、设备利用率低。连续灭菌升温、维持和冷却三种操作是在不同设备，同一时间内完成的1）可以采用高温短时灭菌（HTST）；2）发酵

11、罐利用率高；3）蒸汽负荷均衡；4）热效率高；5）可采用自动控制，降低劳动强度缺点：不适合含有固体颗粒或含有较多泡沫的培养基灭菌，连续灭菌适合大批量培养基灭菌，对容量小的培养基灭菌体现不出其优势，有些浪费。2. 柠檬酸的合成途径是什么？葡萄糖经过EMP途径生成丙酮酸，一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸，而草酰乙酸与乙酰CoA结合生成柠檬酸。3.柠檬酸发酵调节机制是什么？如何控制？ Mn2+缺乏抑制蛋白合成NH4+，有一条呼吸活动强的不产生ATP的侧呼吸链：解除磷酸果糖激酶的代谢调节，促进EMP途径畅通。 丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。丙酮酸氧化脱羧生成乙酰

12、CoA和CO2的固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。 顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡： 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7 同时控制Fe2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。 随着柠檬酸积累，pH降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累。控制要点：（1）控制Mn2+、NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP畅通无阻。（2）控制溶氧防止侧呼吸链失活（3）控制培养基中Fe2+的浓度，使顺乌头酸水合酶失活5. 简述二氧化碳固定反应对提高柠檬酸产率的意义。答：二氧化碳的固定使碳平衡方面没有碳原子的损失，在乙酰

13、CoA和草酰乙酸结合时还能从水中引进一个氧原子，从而提高柠檬酸的合成产率。酵母的第一型发酵：在酵母体内的葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，在无氧微酸环境下进行的发酵。途径如下：丙酮酸 丙酮酸脱氢酶 乙醛 乙醇脱氢酶 乙醇酵母的第二型发酵：磷酸二羟丙酮代替乙醛作为氢受体形成甘油，这样酵母酒精发酵转为甘油发酵称为酵母型发酵。：磷酸二羟丙酮 H+ 甘油酵母的第三型发酵： 酵母菌在碱性条件(pH7.6)下，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此乙醛作为氢受体的作用被抑制，这时磷酸二羟丙酮成为氢受体，发酵总产物为甘油、乙酸、乙醇。糖酵解产物的去向：（一）发酵机理：糖酵解所得三种产物ATP 、丙酮酸和NADH2

14、变化方向：1、 ATP 分子作为产能代谢相对稳定的产物存在于细胞中。2、丙酮酸无论在有氧或无氧条件下都要继续转变1）在有氧条件下，丙酮酸进入TCA循环氧化分解为二氧化碳和水，释放出化学能。2）在无氧条件下，根据微生物和生产条件的不同，丙酮酸将转化为乙醇、乙酸、乳酸、甘油、丁醇、丙酮、丙酸等产物。3、 NADH2是辅酶 （烟酰胺辅酶）：是生物氧化过程中最重要的载氢体，但不能作为氢的终受体，须将所携带的氢转交给其它受氢体，再以NAD形式进入代谢循环。1)有氧条件下， NADH2的最终受氢体是氧，产物是水。2）无氧条件下，将由丙酮酸或丙酮酸的代谢产物或EMP中的中间代谢物作为受氢体，因而得到不同的还

15、原产物，这就是狭义的发酵作用，因为这种发酵必须发生在无氧条件下，所以称为厌氧发酵或厌氧呼吸，也称为EMP型发酵。糖酵解调节机制：调节主要是通过己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶等三个激酶完成，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。 激酶活性受细胞能荷调节：能荷=(ATP+½ADP)(ATP+ADP+AMP) 反馈抑制和阻遏的不同之处？（抑制：活性 反馈：酶得合成量）答：反馈阻遏：代谢终产物达到一定浓度时，反馈阻遏该代谢途径有关的一种或几种酶的生物合成的调节方式。阻遏的类型主要有两种: 末端代谢产物阻遏 分解代谢产物阻遏反馈抑制：反应途径中当反应产物达到一定浓度时，

16、会对该途径中有关催化生成该产物的酶的活力起到抑制的作用，这种调节方式称为反馈抑制。哪些是快调节？哪些是慢调节？1、谷氨酸的生物合成途径是什么？包含哪些生化过程？答：1.合成途径：糖经过酵解途径（EMP）和单磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸。一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定作用生成草酰乙酸，两者合成柠檬酸进入三羧酸循环（TCA循环），有三羧酸的中间产物-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下还原氨基化合成谷氨酸。 2.生化过程（ 1：EMP途径和HMP途径 （2：TCA、DCA循环和CO2的固定 （3：氨的导入改变细胞膜渗透性的方法、作用和不同之处控制磷脂的合成 （通过油酸的合成

17、 通过甘油合成 直接控制磷脂合成）使细胞膜受损（如表面活性剂）青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜核苷酸的合成途径核苷酸生物合成主要有两条不同途径：全合成途径：从磷酸核糖开始，逐步加上必要的成分，最后闭合成环（嘌呤或嘧啶环）合成核苷酸的途径。补救合成途径：从培养基中吸取嘌呤或嘧啶碱基、戊糖、磷酸，通过一系列酶的催化作用合成核苷酸的途径。抗生素调节机制一：细胞生长期到抗生素生产期的过渡二：酶的诱导作用三：分解代谢物阻遏（葡萄糖效应）四：磷酸盐的调节五：NH4+的抑制作用六：初级代谢调节对次级代谢的作用七：次级代谢的反馈抑制八：次级代谢的能荷调节分批培养细胞的生长曲线生长最高峰在那个时期：对数期二次生

18、长在哪个时期：稳定期 产物主要是次级代谢产物莫诺方程，饱和常数的含义：Ks的物理意义为当比生长速率为最大比生长速率的一半，即当=1/2max时，Ks在数值上等于限制性营养物的质量浓度，其大小表示微生物对营养物质亲和力的大小，即Ks越大，微生物对营养物的亲和力越小补料分批发酵、分批发酵、连续发酵的定义特点一：补料分批发酵：定义：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。也称半连续培养或半连续发酵。2、特点：（1）是介于分批培养和连续培养之间的一种技术（2）发酵罐内的培养液体积不再是常数，而是随时间和补料流速而变的变量。（3）为非封闭系统，但不连续流出发酵液。（4）操作灵活方便，

19、适应范围更广，生产效率高二：分批发酵：定义：在一个密闭系统内一次性投入有限数量营养物进行的间歇式培养方法。2、特点：（1）一次性，一次投料，一次接种，一次收获。（2）非恒态培养法，所有工艺参数都随时间而变化。（3）是封闭系统，操作方式简单。（4）微生物培养过程中营养成分不断降低，为限制性条件下的生长，但培养液体积为常数。三：连续发酵：定义：是培养过程中连续等量地加入新鲜培养液并以同样流量连续排出发酵液，使细胞保持稳定的生长环境和生长状态的培养方法。2、原理：以一定的速度流进新鲜培养基，同时以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡。3、特点： （1）为开放系统 （2）发酵过程为恒定状态，发酵过

20、程中各个变量均为常数，包括发酵液体积。 （3）自动化程度高，生产效率高。补料分批发酵准稳态和连续发酵的恒态异同？相同点：在补料分批发酵的准稳态和连续发酵的恒定状态下=D，即比生长速率等于稀释率不同点：在连续培养中，D是常数；而在补料分批培养中，随着时间的延长，由于体积的增加，稀释率D和比生长速率以相同速率降低。2、 供氧中氧的传递途径和传质阻力分别是什么？供养是指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。阻力：1、气膜阻力 2、气液界面阻力 3、 液膜阻力 4、液流阻力（发酵液阻力液膜阻力是该过程的主要阻力 工业上对氧的控制方法一：搅拌二：空气线速度（ KLa与空气线速度

21、Vs的关系KLa Vsß增加通风量，空气线速度相应增加，从而增大溶氧）3、 空气分布管（喷口直径越小，气泡直径越小，溶氧系数就越大。过小造成堵塞）4、 氧分压（平衡状态时液体中氧的溶解度，增加可使氧的的溶解度增大） 五、发酵罐内液体柱高度六、发酵罐体积（体积大的氧的利用率高）发酵罐大罐气液接触时间长、氧的溶解度高，搅拌和通风小些七、发酵液的物理性质：粘度、表面张力、离子浓度（发酵液浓度增大时，黏度增大，溶氧降低）8、 溶解氧的控制：在实际生产中，溶解氧的控制主要由通风量和搅拌转速决定的。在具体生产中，搅拌转速常固定不变，通常用调节通风量来改变供氧水平。介质过滤除菌包括哪些作用答1、惯

22、性碰撞作用 2、阻截作用 3、布朗扩散作用 4、重力沉降作用 5、静电吸附作用在不同风速下以那种作用为主，风速的影响当气流达到一定速度时，它是介质过滤除尘的主要作用。在气流速度在临界速度以下，主要是阻截作用在流动速度很慢的气流中能产生一种不规则直线运动，称为布朗运动当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。在空气介质过滤除菌中，这一作用很小。气流摩擦作用也使介质产生诱导电荷， 当菌体所带电荷与介质所带电荷相反时，就发生静电吸附作用。影响传递的因素：由传质方程式可知：影响氧传递速率的因素主要是推动力Ci-CL和体积溶氧系数K·a.1、影响推动力的因素：提高Ci或减少CL但有效

23、手段较少。2、影响K·a的因素有：搅拌、空气流速、空气分布器、发酵液粘度、发酵罐高度等。溶氧方式发酵中间的控制：1、温度的控制 2、PH的控制 3、泡沫的控制 4、CO2的控制引起pH变化的因素：1、基质代谢 糖代谢 糖分解成有机酸、 CO2等 使pH下降。氮代谢 脱氮时，蛋白质分解放出氨，生成酮酸， pH ；脱羧时，放出CO2，生成碱性胺， pH ；生理酸碱性物质利用后，pH上升或下降。C/N高：pH；C/N低： pH 2、产物形成：酸性或碱性产物的生成3、工艺条件：供氧充足与否等总之， pH值的变化取决于菌体的特性、培养基的组成和发酵工艺条件。泡沫产生的原因产生原因：1）存在气体

24、：外部引入气体（通风搅拌）；发酵液微生物呼吸内部产生 CO2 ； 2) 培养基中蛋白质、糖类等是泡沫的稳定剂影响因素：通风和搅拌的影响；发酵液组成的影响（如蛋白质）；菌体的种类和代谢影响。 泡沫类型 可分为两种：1）机械性泡沫：发酵液液面上的泡沫，因通风搅拌形成，气相比例大，气液界面明显，易消除。2）发酵性泡沫：发酵液中的泡沫（流态泡沫），由微生物代谢形成，与液体之间无明显界限，泡沫细小且均匀稳定，不易消除。泡沫的危害：1、减少发酵的装液系数（有效容积）；2、增加了染菌的机会；3、使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上，而失去作用；4、影响通气搅拌的正常进行，氧传递系数减少；5、菌体呼吸受到阻碍，导致代

25、谢异常或菌体自溶；6、泡沫过多时，易造成逃液，导致产物损失；7、消泡剂的加入将给分离提取带来困难消泡的方法：1、 化学消泡法消泡机理：降低气泡膜的表面引力；降低泡沫液膜的机械强度；降低液膜的表面粘度等作用而使泡沫破裂。 优点：兼有消泡和抑泡作用，消泡效果好，作用迅速可靠，易控制，来源广泛，适应范围广。 缺点：增加原料成本，增加染菌机会，使培养液性质复杂化，增加提取的困难，添加过量会影响氧的传递而影响菌体呼吸和代谢。2、 机械消泡法作用机理：利用机械强烈振动、压力的变化或摩擦作用使泡沫破裂的方法。2、优点：节省原料，减少染菌机会，不影响菌体代谢发酵和后序的分离提取；3、缺点：消泡效果不理想，需要

26、一定的设备和消耗一定的动力，是消泡的辅助方法染菌：是指在发酵培养中侵入了有碍生产的其它微生物(杂菌）的现象。危害？途径？ 原因？一、发酵染菌的危害：1、改变和恶化了发酵条件，干扰菌体代谢，使生产菌种被抑制或被破坏；2、杂菌与生产菌争夺营养成分，使产物产量降低；3、使发酵产物被分解破坏，降低产物产量；4、使发酵液组成复杂化，增加了后序分离提取的难度。总之：染菌的结果，轻者影响产量或产品质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。二、染菌途径及原因：1、 种子带菌2、无菌空气带菌3、设备渗漏4、灭菌不彻底5、操作失误6、技术管理不严发酵产物的提取（下游加工）分为那些阶段，各有什么特点：一般将下游加工过程分为四个阶段：1、发酵液的预处理和固液分离；即去除细胞及不溶性物质，为后序分离操作做准备。2、产品的提取：去除与目标产物有较大差异的物质以提高产品的浓度 。3、产品的精制：去除与目标产物有类似性质的杂质以提高产品的纯度 。4、产品的最后加工：根据产品的应用要求对产品的加工处理。对发酵液进行预处理，改善滤液性质方法1）酸处理法；2）热处理法；3）添加絮凝剂； 4）添加助滤剂： 5）添加反应剂6）添加酶制剂萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质的得到纯化或浓缩的方法离心 Centrifugation -常用于细菌，酵母分离过滤 Filtration -常用于丝状菌，