生物制药微生物指导性自学习题及答案

生物制药微生物指导性自学习题及答案一、选择题1.下列哪种微生物可用于生产青霉素？A.酵母菌B.青霉菌C.大肠杆菌D.乳酸菌答案：B。青霉素是由青霉菌发酵产生的，青霉菌在特定的培养条件下能够合成青霉素这种抗生素。酵母菌常用于酿酒等发酵过程；大肠杆菌常用于基因工程中作为受体菌；乳酸菌常用于发酵生产酸奶等。2.微生物发酵生产中，对数期的特点是？A.菌体数量增长缓慢B.菌体代谢旺盛，生长速率最快C.菌体开始积累代谢产物D.菌体死亡率逐渐增加答案：B。对数期微生物的特点是代谢旺盛，生长速率最快，菌体数量呈对数增长。迟缓期菌体数量增长缓慢；稳定期菌体开始积累代谢产物；衰亡期菌体死亡率逐渐增加。3.用于生物制药的工程菌构建时，常用的载体是？A.噬菌体B.细菌染色体C.线粒体D.叶绿体答案：A。噬菌体是常用的基因工程载体之一，它可以携带外源基因进入宿主细胞。细菌染色体是细菌自身的遗传物质，不是载体；线粒体和叶绿体是真核细胞中的细胞器，也不是构建工程菌常用的载体。4.微生物发酵过程中，最适合多数细菌生长的pH范围是？A.3.05.0B.5.07.0C.7.07.6D.8.010.0答案：C。多数细菌生长的最适pH范围是7.07.6。不同的微生物对pH有不同的要求，如酵母菌适宜在偏酸性环境（pH4.56.0）生长。5.灭菌是指？A.杀死物体表面的所有微生物B.杀死物体内部的所有微生物C.杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子D.抑制微生物的生长和繁殖答案：C。灭菌的定义是杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。消毒是指杀死物体表面或内部的部分病原微生物，不一定能杀死芽孢和孢子；抑制微生物的生长和繁殖是抑菌的概念。二、填空题1.生物制药中常用的微生物有细菌、______和______等。答案：真菌；放线菌。细菌、真菌（如酵母菌、霉菌等）和放线菌是生物制药中常用的微生物类群。放线菌能产生多种抗生素，如链霉素等。2.微生物发酵的方式主要有______、______和连续发酵。答案：分批发酵；补料分批发酵。分批发酵是指将所有物料一次性加入发酵罐，发酵结束后一次性取出产物；补料分批发酵是在分批发酵过程中适时补加一定的物料；连续发酵是指在发酵过程中连续不断地进料和出料。3.基因工程中，将外源基因导入原核细胞常用的方法是______。答案：氯化钙转化法。氯化钙转化法能使细菌细胞处于感受态，更容易吸收外源DNA。此外，还有电穿孔法等也可用于将外源基因导入原核细胞。4.微生物生长曲线可分为迟缓期、______、______和衰亡期四个阶段。答案：对数期；稳定期。如前面选择题所述，迟缓期微生物适应新环境，生长缓慢；对数期生长迅速；稳定期菌体数量达到动态平衡，开始积累代谢产物；衰亡期菌体死亡加速。5.生物制药中，常用的微生物培养基按物理状态可分为______、______和半固体培养基。答案：液体培养基；固体培养基。液体培养基常用于大规模发酵培养；固体培养基常用于微生物的分离、纯化和鉴定；半固体培养基可用于观察微生物的运动等。三、简答题1.简述微生物在生物制药中的应用。答：微生物在生物制药中有广泛的应用：抗生素生产：许多抗生素如青霉素、链霉素等是由微生物发酵产生的。青霉菌产生青霉素，链霉菌产生链霉素，这些抗生素可用于治疗各种细菌感染性疾病。疫苗制备：利用微生物或其成分制备疫苗，如减毒活疫苗、灭活疫苗等。例如，卡介苗是用减毒的结核分枝杆菌制成的，可用于预防结核病。基因工程药物生产：通过基因工程技术将目的基因导入微生物细胞，使其表达出具有药用价值的蛋白质。如将人胰岛素基因导入大肠杆菌，让大肠杆菌生产人胰岛素，用于治疗糖尿病。酶类药物生产：微生物可以产生多种酶，如尿激酶、链激酶等，这些酶可用于溶栓治疗等。氨基酸和维生素生产：微生物发酵可生产多种氨基酸和维生素，如谷氨酸棒杆菌发酵生产谷氨酸，用于生产味精；一些酵母菌可生产维生素B族等。2.简述微生物发酵过程中温度对发酵的影响。答：温度对微生物发酵有重要影响：对微生物生长的影响：温度影响微生物体内酶的活性，每种微生物都有其最适生长温度。在最适温度下，酶活性最高，微生物生长速率最快。温度过高，酶会变性失活，微生物生长受到抑制甚至死亡；温度过低，酶活性降低，微生物生长缓慢。对代谢产物合成的影响：不同的代谢产物合成对温度有不同的要求。有些代谢产物在微生物生长的最适温度下合成量较低，而在略高于或略低于最适生长温度时合成量较高。例如，青霉素的合成在20℃左右时产量较高，而青霉菌的最适生长温度约为25℃。对发酵液物理性质的影响：温度会影响发酵液的黏度、溶解度等物理性质。温度升高，发酵液黏度降低，有利于物质的传递和混合，但可能会影响某些代谢产物的稳定性。3.简述基因工程菌构建的基本步骤。答：基因工程菌构建的基本步骤如下：目的基因的获取：可以通过从生物体基因组中直接分离、人工合成、PCR扩增等方法获得目的基因。例如，要获得人胰岛素基因，可以从人的胰岛细胞中提取mRNA，通过反转录合成cDNA，再用PCR扩增得到人胰岛素基因。载体的选择和制备：选择合适的载体，如质粒、噬菌体等。对载体进行处理，使其具有合适的酶切位点等，以便插入目的基因。目的基因与载体的连接：用相同的限制性内切酶切割目的基因和载体，产生相同的黏性末端或平末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来，形成重组DNA分子。重组DNA分子导入宿主细胞：将重组DNA分子导入原核细胞（如大肠杆菌）常用氯化钙转化法、电穿孔法等；导入真核细胞常用显微注射法、脂质体介导法等。重组子的筛选和鉴定：通过抗生素抗性筛选、蓝白斑筛选等方法筛选出含有重组DNA分子的宿主细胞。然后通过PCR、核酸杂交、测序等方法对重组子进行鉴定，确定目的基因是否正确插入载体并能正常表达。四、论述题论述微生物发酵过程的优化策略。答：微生物发酵过程的优化策略主要包括以下几个方面：培养基优化：营养成分优化：根据微生物的营养需求，合理选择碳源、氮源、无机盐等营养物质的种类和浓度。例如，对于生产抗生素的发酵过程，选择合适的碳源和氮源比例可以提高抗生素的产量。一般来说，葡萄糖是常用的碳源，但在某些情况下，采用复合碳源（如葡萄糖和淀粉）可能更有利于产物的合成。培养基配方优化：通过正交试验、响应面分析法等实验设计方法，优化培养基中各种成分的比例。例如，研究不同浓度的磷酸盐、镁离子等无机盐对发酵的影响，找到最适合微生物生长和产物合成的培养基配方。培养条件优化：温度控制：根据微生物的生长和代谢特点，设置合适的温度。在发酵前期，可采用最适生长温度促进微生物的快速生长；在产物合成阶段，调整温度到有利于产物合成的范围。例如，在青霉素发酵中，前期温度控制在25℃左右促进青霉菌生长，后期温度降至20℃左右有利于青霉素的合成。pH控制：微生物生长和代谢对pH有一定的要求，通过添加酸或碱来维持发酵液的pH稳定。不同的微生物最适pH不同，如酵母菌发酵产酒精的最适pH约为4.56.0。可以采用pH自动控制系统，实时监测和调节发酵液的pH。溶解氧控制：对于好氧发酵，保证充足的溶解氧是关键。可以通过增加通气量、提高搅拌速度等方法来提高溶解氧水平。但过高的通气量和搅拌速度可能会导致泡沫过多、能量消耗增加等问题，因此需要进行优化。例如，在发酵罐中安装溶氧电极，实时监测溶解氧浓度，并根据需要调整通气和搅拌参数。发酵工艺优化：发酵方式选择：根据产物的特点和微生物的生长特性，选择合适的发酵方式，如分批发酵、补料分批发酵或连续发酵。对于一些前期生长快、后期产物合成多的发酵过程，补料分批发酵可能更合适。通过在发酵过程中适时补加营养物质，可以延长微生物的生长和产物合成时间，提高产量。发酵时间控制：确定最佳的发酵时间，避免发酵时间过长导致产物分解或染菌等问题，也避免发酵时间过短导致产量不足。可以通过监测发酵液中微生物的生长情况、产物浓度等指标来确定最佳发酵时间。例如，在发酵生产谷氨酸时，当发酵液中谷氨酸浓度达到最高且不再增加时，即可结束发