2025年生物发酵调控专业综合考试试卷（含答案）

2025年生物发酵调控专业综合考试试卷（含答案）一、名词解释（每题4分，共20分）1.比生长速率答案单位质量或单位浓度细胞在单位时间内的增量，通常用符号μ表示，μ=1x⋅dxd2.得率系数答案发酵过程中某一组分的生成量与另一组分的消耗量之比。常用细胞得率系数YX/S表示，即Y3.反馈抑制答案代谢途径末端产物对该途径中第一个酶（或关键酶）活性的抑制作用。当末端产物积累到一定浓度时，与酶分子上的变构位点结合，降低酶活性，从而阻止过量生成，是一种快速、可逆的酶活性调节方式。4.恒化器答案一种连续培养装置。通过恒定加入新鲜培养基并以相同速率排出培养液，使反应器内液体体积保持恒定；同时通过限制一种营养物浓度，使微生物以低于最大比生长速率的恒定速率生长，实现稳态连续培养。5.分解代谢物阻遏答案当培养基中存在易利用碳源（如葡萄糖）时，微生物优先利用该碳源，其分解代谢产物抑制其他碳源利用酶系合成的一种转录水平调节现象，又称葡萄糖效应或碳代谢物阻遏。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.在分批发酵中，微生物生长进入稳定期的主要原因是A.溶氧供应过量B.营养物耗尽或有害代谢产物积累C.温度突然升高D.接种量过大答案B解析分批培养进入稳定期通常是由于限制性营养物耗尽、代谢产物抑制或pH等环境条件恶化，细胞增殖与死亡速率达到平衡。2.恒化器连续培养的稳态条件是A.μB.μC.μD.μ答案C解析恒化器中稀释率D=FV，稳态时细胞被洗出的速率与增长速率相等，因此比生长速率μ等于稀释率D。若D3.下列属于次级代谢产物的是A.氨基酸B.有机酸C.抗生素D.核苷酸答案C解析次级代谢产物通常是微生物生长稳定期产生、对生长非必需的化合物，如抗生素、色素、毒素等。氨基酸、有机酸、核苷酸多属于初级代谢产物。4.发酵过程中溶氧浓度应维持在什么水平以上，才能保证好氧微生物正常呼吸？A.饱和氧浓度B.临界氧浓度C.零D.任意浓度均可答案B解析临界氧浓度是微生物呼吸耗氧不受限制的最低溶解氧浓度。只要发酵液中溶氧高于临界氧浓度，细胞呼吸就不受氧限制；低于临界氧浓度时，比耗氧速率随溶氧下降而下降。5.补料分批发酵的主要优点是A.不需要控制任何参数B.可避免高浓度底物抑制和葡萄糖效应C.不会产生代谢副产物D.设备可以完全密闭答案B解析补料分批发酵通过流加限制性底物，使底物浓度维持在较低水平，可避免高渗透压、底物抑制及分解代谢物阻遏，提高产物得率。6.乳糖操纵子中，诱导物异乳糖的作用是A.与DNA结合促进转录B.与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白解除对操纵基因的抑制C.激活腺苷酸环化酶D.抑制RNA聚合酶活性答案B解析乳糖操纵子中，诱导物（异乳糖或其类似物IPTG）与阻遏蛋白结合，使其构象改变并从操纵基因上解离，从而启动结构基因转录。7.呼吸商RQ的定义是A.VB.VC.VD.1答案B解析呼吸商RQ8.下列操作中，不属于微生物代谢调控改造手段的是A.基因敲除B.启动子替换C.随机诱变选育D.简单地提高灭菌温度答案D解析提高灭菌温度属于无菌保障操作，与代谢调控改造无关；基因敲除、启动子替换、诱变选育均是常见菌种代谢工程手段。9.酵母菌在厌氧条件下进行酒精发酵时，同时伴随A.大量ATP合成B.大量柠檬酸生成C.CO₂和乙醇生成D.乳酸生成答案C解析酵母厌氧发酵通过EMP途径将丙酮酸脱羧生成乙醛，再还原为乙醇，同时释放CO₂，ATP产量远低于有氧呼吸。10.在代谢流量分析中，代谢物稳态假设是指A.所有代谢物浓度恒定不变B.整个发酵过程没有物质交换C.胞内中间代谢物净积累为零D.只有胞外代谢物参与反应答案C解析代谢流量分析通常采用胞内代谢物拟稳态假设，即在一段时间内胞内中间代谢物的净变化为零，根据化学计量关系计算代谢通量分布。三、判断题（每题1分，共10分）1.初级代谢产物往往与微生物细胞生长相偶联。答案正确2.连续培养中稀释率过高会导致菌体被洗出。答案正确3.呼吸商RQ大于1表示底物比糖类更氧化。答案错误解析RQ大于1通常表示底物较葡萄糖更还原（如脂肪酸），完全氧化时产CO₂相对较多；糖类RQ约为1.0。4.所有工业发酵过程都必须严格控制溶氧。答案错误解析厌氧发酵过程不需要氧，反而需保持厌氧环境；只有好氧或兼性好氧发酵才需要控制溶氧。5.代谢工程可以改造微生物代谢途径以提高目标产物产量。答案正确6.反馈抑制属于酶活性的快速调节。答案正确解析反馈抑制通过变构效应改变酶活性，反应迅速，不涉及酶量变化。7.温度越高越有利于发酵生产。答案错误解析微生物有最适生长温度，过高温度会使酶变性、细胞死亡，降低产量。8.补料分批发酵可以避免高浓度底物抑制。答案正确9.次级代谢产物是微生物生长繁殖所必需的。答案错误解析次级代谢产物对微生物生长繁殖并非必需，常与抗生素、激素等特殊功能相关。10.比产物生成速率qp总是与比生长速率μ答案错误解析对于生长偶联型产物，qp与μ四、简答题（每题5分，共20分）1.简述微生物分批培养的四个典型生长阶段及其主要特征。答案（1）延滞期：细胞适应新环境，数量基本不增加，但代谢活跃，合成大量酶与中间代谢物。（2）指数期（对数期）：营养充足、无抑制，细胞以最大比生长速率μmax（3）稳定期：营养消耗、代谢产物积累，生长速率下降，活细胞数保持动态平衡，次级代谢产物多在此阶段合成。（4）衰亡期：营养耗尽或环境严重恶化，细胞死亡速率超过增殖速率，活细胞数下降，菌体自溶。2.发酵过程中pH偏离最适范围时，通常采用哪些控制策略？答案（1）在培养基中加入缓冲体系，如磷酸盐缓冲液；（2）补加氨水、NaOH或碳酸钙等中和剂；（3）通过改变通气量和搅拌转速，调节CO₂或有机酸排出；（4）结合补料策略控制碳氮比，减少酸性或碱性代谢副产物的积累；（5）采用自动pH控制系统实时监测并流加酸碱。3.简述分解代谢物阻遏的分子机制。答案葡萄糖等易利用碳源的转运和磷酸化通过磷酸转移酶系统（PTS）完成，导致胞内cAMP水平下降。cAMP是cAMP受体蛋白（CRP）的别构激活剂，低浓度cAMP使CRP不能形成激活复合物，无法与靶启动子区结合，从而阻碍依赖cAMP-CRP复合物激活的操纵子（如乳糖操纵子）转录，表现为优先利用葡萄糖而抑制其他碳源利用酶系合成。4.提高发酵产物得率的主要策略有哪些？答案（1）菌种选育与改造：通过诱变、基因敲除、过表达、代谢流重定向等手段提高产物合成途径通量；（2）培养基优化：选择合适碳氮源、无机盐和生长因子，控制C/N比，添加前体或诱导物；（3）发酵过程控制：优化温度、pH、溶氧、补料策略，解除底物抑制和产物抑制；（4）采用高密度培养和补料分批或连续发酵方式，延长产物合成期；（5）加强下游分离与过程集成，减轻产物反馈抑制。五、计算与论述题（共30分）1.（计算题，10分）某细菌在分批培养指数生长期，细胞浓度从1.0g/L增加到8.0g/L经历了4小时。求该菌的比生长速率μ和倍增时间td答案比生长速率：μ倍增时间：t所以该菌比生长速率为0.52 h−解析：指数生长期细胞浓度随时间变化满足x2=x1eμΔ2.（论述题，20分）某企业在生产一种链霉菌产生的次级代谢产物（抗生素）时产量偏低。请从发酵调控角度，设计一套提高该产物产量的综合策略，并说明各策略的调控原理。答案（1）菌种选育与代谢工程改造：①通过物理或化学诱变结合筛选获得高产突变株；②利用基因工程强化抗生素合成基因簇表达，如替换强启动子或增加基因拷贝数；③敲除竞争性途径关键酶基因，使代谢流更多导向目标产物。原理：提高合成途径通量，解除竞争途径分流。（2）培养基优化与前体添加：①优化碳源、氮源、磷酸盐及微量元素比例，尤其控制磷酸盐浓度在限制水平，避免高磷抑制次级代谢；②添加抗生素生物合成的前体物质（如氨基酸、有机酸单元）；③适当添加诱导物或植物油。原理：次级代谢受多种营养物阻遏，限磷有利于解除阻遏；前体补充可推动合成反应平衡右移。（3）发酵过程分段调控：①前期控制较高比生长速率，快速积累菌体；②进入稳定期后降低温度、控制溶氧在临界氧浓度以上，并采用限制性补料（如缓慢流加葡萄糖），维持一定菌浓但不过量；③控制pH在中性偏碱或该菌最适产物合成范围，适时流加氨水或酸碱。原理：次级代谢通常与生长非偶联，应延长稳定期并保持细胞活性，限制生长可促进代谢流向产物积累。（4）解除产物反馈抑制：通过原位分离技术（如树