练习题部分答案

1、一、名词解释1 .发酵工程：2.代谢控制发酵：3.内源呼吸：4.杂醇油：5.生产率：6.氧的满足度：7.代谢互锁：8、 代谢工程菌：9、 补料分批培养：9、 发酵动力学：10、 次级代谢产物：11、临界氧浓度：12、 临界菌体浓度：13、通气效率：14、 淀粉的糖化：15、 初级代谢产物：16、呼吸强度（QO2） ：17、发酵热：18. 代谢途径工程：19.质粒产物：20.酶转化法：21、实罐灭菌：22、汽油醇五、简答1、简述连续培养的优缺点。2、谷氨酸发酵时如何调节pH？3、发酵工业灭菌有哪些方法？简述其原理及适应范围。4、简述生物法处理废水的优缺点。5、发酪过程的pH控制可以采取哪些措施？

2、答：调节培养基的原始 pH值；加入缓冲剂（如磷酸盐）；使盐类 和碳源配比合理；发酪过程流加弱酸弱碱；调节通气量；补料6、简述菌种保藏的目的和原理？7、说说寻找质粒产物的好处。答：菌体的染色体发生变异，多半是致死性的，可是质粒发生变异，就不一定是致死性的，而且可能产生新的次级代谢产物。这样，就有可能寻找到新的抗生素，也为改良抗生素产生菌提供了新的途径。8、说明柠檬酸生产中要求 Mn缺乏的原因。答：Mn缺乏时，A.niger的合成代谢减弱，尤其是蛋白质合成收到干扰，从而导致蛋白质分解成铵离子，使铵离子浓度上升，而铵离子能够解除柠檬酸对PFK的抑制。从而获得高产。9、发酵醪有那些特征？答：发酪醪大部

3、分是水，一般含量达 9099%发酵醪中发酵产物含量较低。发酵醪粘度大。发酵醪含有对提取和精制不利的培养基残留成分。发酵醪中常常还含有少量的代谢产物。发酪醪中还含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。10 、 按产物的生成与营养物质的利用之间的关系，可将发酵分为哪三类？并指出典型的例子。11、简述染菌对发酵的影响和对产品提取的危害。染菌的影响：发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失扰乱生产秩序，破坏生产计划。遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性。影响产品外观及内在质量对产品提取的危害：染菌的发酯液一般发粘，菌

4、体大多数自溶，所以在发酯液过滤时不 能或很难形成滤饼，导致过滤困难。即使采取加热、冷却、添加助滤剂等措施，使部分蛋白质凝聚，但效果弁不理想。染菌发酯液中含有比正常发酯液更多的水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相 分离，影响进一步提纯。采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉 素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交 换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用 水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。12、为什么说高温短时间灭菌好？答：高温短时间营养物质的损失最少。理由如下：微生物受热死亡属

5、于单分子反应，其灭菌速率常数k与温度之间的关系可用阿累尼乌斯公式表示lnk=普+lnA,将其微分得：dlnk =-罕d ( T)由上式可知，同样的d (1), AE越大，dlnk越大。一般，微生物受热死亡的活化能 E比营养成分受热分解的活化能 E，大的多，所以，可以说明，温度提高，菌体死亡速率比培养基成 分破坏速率大。所以，采用高温短时间灭菌好。六、论述题1、论述柠檬酸发酯的调节机制。2、叙述赖氨酸生产菌的育种途径。3、抗生素生产中一般明显分成生长期和生产期两个阶段，生长期一般不 产生抗生素，主要是因为生长期负责抗生素合成的酶受到阻遏，试分析生长期抗生素合成酶受到阻遏的原因。答：抗生素的合成酶

6、在生长期中明显地被阻遏，有下列几种可能性。(1) I) 阻遏蛋白有两个位点，一个与操纵基因相结合，另一个和诱导物相结合。当与诱导物结合后，阻遏蛋白就发生变构效应，再不能和操纵基因结合，失去原有作用，这样结构酶就得以解除阻遏从而开始合成。在生长期中，尚未积累这种诱导物，所以抗生素合成酶处在被阻遏状态。而在生长末期，由于菌体的代谢变化积累了或从外源加入了某种诱导物，解除了生产期的被阻遏状态，从而开始合成抗生素。(2) 在生长期中，产生了易利用碳源的分解代谢产物，这些产物对生产期的基因产生分解代谢产物阻遏。当这些分解代谢产物被利用后，生产期的基因便被解除了阻遏。(3) 初级代谢的终产物对次级代谢产生

7、反馈阻遏作用，当这种终产物耗尽时，生产期的结构基因的受阻遏状态才得到改变而开始转录、翻译，产生抗生素的合成酶。(4) 抗生素合成途径受高能化合物的阻遏作用。当ATP 的量减少后，阻遏作用也被解除。(5) 在生长期，RNA聚合酶只能启动生长期基因的转录作用，不能附着在操纵生产期的启动基因的位置上。结果，次级代谢产物的生物合成酶系受到阻遏。当菌体停止生长后，酶的结构发生改变，允许RNA 聚合酶启动生产期基因的转录作用，开始形成负责合成抗生素的酶。4、下图为氧的浓度对氨基酸生产的影响，根据不同氨基酸的生物合成途径分析一下形成该结果的原因。相对生产率相对生产率1.251.000.750.500.250

8、0.51.0氧满足度氧的浓度对氨基酸生产的影响5、发酪过程一旦发生染菌，应如何处理?答：发酪过程一旦发生染菌，应根据污染微生物的种类、染菌的时期或杂菌的危害程度等进行挽救或处理，同时对有关设备也要进行相应的处理。(1)种子培养期染菌的处理一旦发现种子受到杂菌的污染，该种子 不能再接入发酪罐中进行发酪，应经灭菌后弃之，弁对种子罐、管道等 进行仔细检查和彻底灭菌。同时采用备用种子，选择生长正常无染菌的 种子接入发酪罐，继续进行发酪生产。如无备用种子，则可选择一个适 当菌龄的发酯罐的发酯液作为种子，进行“倒种”处理，接入新鲜的培 养基中进行发酪，从而保证发酪生产的正常进行。 发酯前期染菌的处理当发酪

9、前期发生染菌后，如培养基中的碳、氮源含量还比较高时，终止发酪，将培养基加热至规定温度，重新 进行灭菌处理后，再接入种子进行发酪；如果此时染菌已造成较大的危 害，培养基中的碳氮源的消耗量已比较多，则可放掉部分料液，补充 新鲜的培养基，重新进行灭菌处理后，再接种进行发酪。也可采取降温 培养、调pH值、调整补料量、补加培养基等措施进行处理。 发酵中、后期染菌处理发酵中、后期染菌或发酵前期轻微染菌而发现较晚时，可以加入适当的杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速度，也可采取降低培养温度、降低通风量、停止搅拌、少量补糖等措施进行处理。当然如果发酵过程的产物代谢已达一定水平，此时产品的含量若达

10、一定值，只要明确是染菌也可放罐。对于没有提取价值的发酵液，废弃前应加热至120以上、保持30min 后才能排放。 染菌后对设备的处理染菌后的发酵罐在重新使用前，必须在放罐后进行彻底清洗，空罐加入灭菌后至120以上、保持30min 后才能使用。也可用甲醛熏蒸或甲醛溶液浸泡12h 以上等方法进行处理。6、为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物具有抗性？试举例说明这些菌株对工业菌种选育的重要性。答：解除了末端代谢产物反馈抑制或和阻遏。A调节亚基发生变异。B操纵子的控制基因发生变异，产生的调节蛋白对类似物不敏感。结构类似物会与调节酶的调节亚基或和阻遏酶的原阻遏物结合，从而发生反馈抑制或和阻遏。结

11、构类似物不能参与正常代谢，所以会使未突变细胞饥饿而死。而解除了反馈调节的菌株对结构类似物就具有“抗性” 。以此为筛子可筛选到大量积累末端代谢产物的菌株。例子略7. 试述抗性突变株的获得途径答： 抗性突变株的获得途径：一个可能的途径是变构酶结构基因发生突变使变构酶调节部位不再能与代谢拮抗物相结合，而其活性中心却不变。这种突变型就是一个抗反馈突变型。正常代谢最终产物由于与代谢拮抗物的结构相类似，所以在这一突变型中也不与结构发生改变的变构 酶相结合。这样，该突变型细胞中已经有大量最终产物，但仍能继续不 断地合成。另一可能的途径是调节基因发生突变，使阻遏物不能再与代谢拮抗物结合，这种突变型也将是一个代

12、谢拮抗物的抗性突变株，同时也是一个抗阻遏突变型。在这一突变型中，由于正常代谢的最终产物不与结构发生改变的阻遏蛋白相结合，所以在细胞中尽管已经有大量最终产物，仍能不断地合成有关的酶。8. 据谷氨酸生物合成途径及代谢调节机制, 如何高产谷氨酸?答：可以从以下几个方面考虑：（ 1） 切断或减弱支路代谢减弱a -酮戊二酸进一步氧化选育减弱HM就径后段酶活性的突变株选育不分解利用谷氨酸的突变株选育减弱乙醛酸循环的突变株阻止谷氨酸进一步代谢。（ 2） 解除自身的反馈调节 选育耐高渗透压的菌株 选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株（ 3） 增加前体物质的合成选育弓S化TCA环中从柠檬酸到a-酮戊二酸

13、代谢的突变株选育弓S化CO固定反应的突变株（ 4） 提高细胞壁的渗透性选育抗Vp类衍生物的突变株 选育溶菌酶敏感的突变株 选育DpA- 选育TS（ 5） 选育强化能量代谢的突变株 选育呼吸抑制剂抗性突变株选育ADP磷酸化抑制剂抗性突变株 抑制能量代谢的抗生素的抗性突变株（ 6） 利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株9. 要获得5'-肌甘酸高产菌株，谈谈你的想法。答：5- 肌苷酸产生菌的选育，主要是解除反馈调节控制、增强细胞膜通透性和克服所生成的肌苷酸的分解。（1） 解除反馈调节控制，可选育腺嘌呤和黄嘌呤缺陷型（ Ade-+ Xan-），通过限制腺嘌呤和鸟嘌呤（或黄嘌呤）的添加量，解除腺嘌

14、呤系化合物与鸟嘌呤系化合物对pRpp 转酰胺酶的反馈抑制，又避免腺嘌呤对PRPP专酰胺酶的阻遏，同时切断由IMP SAM肆口 IMPXMP勺支路（丧 失SAMP合成酶和IMP脱氢酶），就可以积累IMP。而选育8-AGr、6-MG 或 8-AXr 的突变株，从遗传上解除代谢调节，更有利于提高IMP 产量。（2）选育分解IMP的酶（5'-核甘酸酶、碱性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶等）活性极弱或丧失的突变株。由于枯草杆菌的这些酶的活力很强，所以一般选择这些酶很弱的产氨短杆菌或谷氨酸棒杆菌为出发菌株，避免了所生成的IMP进一步分解。（3）解除细胞膜渗透性障碍，Mn2+对IMP的细胞膜通透性有显著的影

15、响。为了解除细胞膜的IMP通透性障碍，可选育Mn2+脱敏突变株（MANS）, 或者控制培养基中Mn2+的浓度。在Mn2+过量时，通过添加三聚磷酸钠、水杨醛、乙烯二胺、黄原酸盐等整合剂，可增加IMP的生成量。10. 举例说明谷氨酸分泌是由细胞膜控制的。答：在黄色短杆菌中，谷氨酸与天冬氨酸的调节机制如下：硝酸烯静丙丽酸V谷氨酸-反0!抑制 一*优先合成匚=> 增强反馈抑制人以，逆转反馈抑制由图知：谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸浓度提高会抑制GDH（图中3）,则代谢流从草酰乙酸转向天冬氨酸，天冬氨酸过量又会抑制PC （图中1） .正常情况下，谷氨酸弁不积累。假若设法改变细胞膜的渗透性，使细胞

16、膜转变成为有利于谷氨酸渗透的 样式，终产物谷氨酸不断地排出于细胞外，解除反馈抑制。实验证明选育生物素缺陷型，限制生物素的供给量，能有效提高谷氨酸的产量。11. 谷氨酸棒杆菌中，谷氨酸生物合成是怎样调节的？答：生物对于任何物质的合成，都具有自身的调节控制能力，在谷氨酸棒杆菌中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过剩时，就会反馈控制GD使从草酰乙酸开始的生物合成转向天冬氨酸。当天冬氨酸合成过量时，就会反馈控制磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶（ PCC所催化的反应,停止草酰乙酸的合成。所以，在正常情况下，谷氨酸并不积累。假如能设法改变细胞膜的渗透性，使细胞膜变成有利于谷氨酸渗透的样式，终产物谷氨酸不断地排出

17、细胞外，使细胞内的谷氨酸不能积累到引起反馈调节的浓度，谷氨酸就会在细胞内继续不断的优先合成，这是谷氨酸发酵所希望的。12. 在微生物工业生产中经常会遇到菌种退化的现象，试述菌种衰退表现在那些方面？衰退的原因是什么？及如何防止？菌种衰退表现在：发酵力（ 如糖、氨的消耗） 或繁殖力（如孢子的产生）下降；发酵产品的得率降低。菌种衰退的原因：菌种保藏不妥；菌种生长的要求没有得到满足，或是遇到某些不利的条件，或是失去某些需要的条件；经诱变得来的新菌株发生回复突变，从而丧失新的特性。防止菌种的衰退的措施：做好菌种的保藏工作，使菌种的优良特性得以保存；满足微生物生长的要求；尽量减少传代次数；采用幼龄菌培养；对已经退化的菌株进行分离复壮：13. 1 、用酿酒酵母进行酒精发酵的过程中，如果对发酵罐通气，会使酒精产量明显降低，试说明原因。答：酒精生成的途径为：葡萄糖经EMP途径到丙酮酸，