第四章 微生物的营养(P99)

1、第四章 微生物的营养(P99)1、能否精确的确定微生物对微量元素的需求？为什么？不能。微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素。由于不同微生物对营养物质的需求不尽相同，微量元素的概念也是相对的。微量元素通常混杂在天然有机营养物、无机化学试剂、自来水、蒸馏水、普通玻璃器皿中，在配制培养基时没有必要另外加入微量元素。2、为什么微生物的营养类型多种多样，而动植物营养类型则相对单一？3、为什么生长因子通常是维生素、氨基酸、嘌呤、和嘧啶，而葡萄糖通常不是生长因子？生长因子通常指那些微生物生长所必须且需要量很少，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要

2、的有机化合物。维生素、氨基酸或嘌呤(嘧啶)通常作为酶的辅基或辅酶，以及用于合成蛋白质、核酸，是微生物生长所必需且需要量很小，而微生物(如营养缺陷型菌株)自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。而葡萄糖通常作为碳源和能源物质被微生物利用，需要量较大，而且其他一些糖类等碳源物质也可以代替葡萄糖满足微生物生长所需。4、与促进扩散相比，微生物通过主动运输吸收营养物质的优点是什么？主动运输与促进扩散相比的优点在于可以逆浓度运输营养物质。通过促进扩散将营养物质运输进入细胞，需要环境中营养物质浓度高于胞内，而在自然界中生长的微生物所处环境中的营养物质含量往往很低，在这种情况下促进扩散难以发挥

3、作用。主动运输可以逆浓度运输，将环境中较低浓度营养物质运输进入胞内，保证微生物正常生长繁殖。5、以伊红美蓝（EMB）培养基为例，分析鉴别培养基的作用原理。鉴别培养基是用于鉴别不同类型微生物的培养基。EMB培养基含有伊红和美蓝两种染料作为指示剂，大肠杆菌可发酵乳糖产酸造成酸性环境时，这两种染料结合形成复合物，使大肠杆菌菌落带金属光泽的深紫色，而与其他不能发酵乳糖产酸的微生物区分开。6、以大肠杆菌烯醇丙酮酸磷酸磷酸糖转移酶系统（PTS）为例解释基团转位。大肠杆菌PTS由5种蛋白质（酶、酶a、酶b、酶c及热稳定蛋白质HPr）组成，酶a、酶b、酶c3个亚基构成酶。酶和HPr为非特异性细胞质蛋白，酶a也

4、是细胞质蛋白，亲水性酶b与位于细胞膜上的疏水性酶c相结合。酶将一个葡萄糖运输进入胞内，磷酸烯醇式丙酮酸上的磷酸基团逐步通过酶和HPr的磷酸化和去磷酸化作用，最终在酶的作用下转移到葡萄糖，这样葡萄糖在通过PTS进入细胞后加上了个个磷酸基团。7、*以紫色非硫细菌为例，解释微生物营养类型的可变性及其对环境变化适应能力的灵活性。它在没有有机物时可以同化CO2，为自养型微生物；而当有机物存在时，它又可以利用有机物进行生长，此时为异养型微生物。在光照和无氧条件下可以利用光能生长，为光能营养型微生物；而在黑暗与有氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，则为化能营养型微生物。8、试分析在主动运输中，ATP结

5、合性盒式转运蛋白（ABC转运蛋白）系统和膜结合载体蛋白（透过酶）系统的运行机制及两者的区别。（1）ABC转运蛋白常由两个疏水性跨膜结构域与胞内的两个核苷酸结合结构域形成复合物，跨膜结构域在膜上形成一个孔，核苷酸结合结构则可结合ATP。ABC转运蛋白发挥功能还需要存在于周质空间（G菌）或附着在质膜外表面（）的底物结合蛋白的帮助。底物结合蛋白与被动运输物质结合后再与ABC转运蛋白结合，借助于ATP水解释放的能量，ABC转运蛋白将被运输物质转运进入胞内。（2）膜结合载体蛋白也是跨膜蛋白，被运输物质在膜外表面与透过酶结合，而膜内外质子浓度差在消失过程中，被运输物质与质子一起通过透过酶进入细胞。（3）被

6、运输物质通过ABC转运蛋白系统和通过透过酶进入细胞的区别在于能量来源不同，前者依靠ATP水解直接偶联物质运输，后者依靠膜内外质子浓度差消失中偶联物质运输。思考题：如果要从环境中分离能利用苯作为碳源和能源的微生物纯培养物，你如何设计实验？（1)从苯含量较高环境中采集土样或水样；(2)配制培养基，制备平板，种仅以苯作为唯一碳源(A)，另种不含任何碳源作为对照(B)；(3)将样品适当适稀释(十倍稀释法)，涂布A平饭；(4)将平板置于适当温度条件下培养，观察是否有菌落产生；（5)将A平板上的菌落编号并分别转接至B平板，置于相同温度条件下培养(在B平板上生长的菌落是可利用空气CO的自养型微生物)；(6)

7、挑取在A平板上生长而不在B平板上生长的菌落，在一个新的A 平板上划线、培养，获得单菌落，初步确定为可利用苯作为碳源和能源的微生物纯培养物；(7)将初步确定的目标菌株转接至以苯作为惟一碳源的液体培养基中进行摇瓶发酵实验，利用相应化学分析方法定量分析该菌株分解利用苯的情况。第五章 微生物的代谢1、胃八叠球菌和运动发酵单胞菌产生乙醇方式有什么不同？胃八叠球菌以EMP途径产乙醇，而运动发酵单胞菌为ED途径。其中ED途径为微生物特有，它同时产生ATP和NADPH，终产物为甘油醛3磷酸和丙酮酸，前者进入EMP途径产乙醇。2、光合细菌共分几类，细菌的光合作用与绿色植物光合作用之间有什么不同？光合细菌分三类：

8、1、循环光合磷酸化，包括紫色非硫细菌、绿色硫细菌；2、非循环光合磷酸化，主要为蓝细菌；3、嗜盐菌，紫膜的光介导ATP合成 。不同：（1）光合色素不同：细菌的光合色素是细菌叶绿素等，它具有和高等植物叶绿素相类似的化学结构，二者区别在于侧链基团的不同，以及由此导致的光吸收特性差异；嗜盐菌的光合色素是视黄醛；蓝细菌的特殊的光合色素是藻胆素。（2）机制不同：绿色植物、蓝细菌的光合磷酸化为非循环光合磷酸化，以H20为氢供体，产生分子氧；而光合细菌一般为循环光合磷酸化，是一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制，可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应，它不以H2O作为还原CO2氢供体，所以不

9、产生分子氧，故又称为非放氧型光合磷酸化。少数光合细菌如绿色硫细菌和绿色细菌采用非循环光合磷酸化，但也不产生分子氧。（3）嗜盐菌在无氧条件下依靠紫膜吸收光能产ATP，又称为紫膜光合磷酸化，它利用视黄醛，在光子驱动下把H+泵出胞外，形成质子动力来生产ATP。（4）蓝细胞具有特殊的光反应中心。3、请解释为什么CO2不能作为能源？当它作为电子受体时，接收电子后通常会转换成什么物质？CO2中C原子已经处于最高氧化态，不能再供应电子。在卡尔文循环中，CO2被还原为磷酸甘油醛，进而生成葡萄糖；在还原性TCA循环中，CO2被还原为乙酰COA 进而进一步生成丙酮酸等细胞物质在产甲烷细菌中，CO2被还原成CH4在

10、碳酸盐呼吸中CO2被还原成乙酸盐或者乙酸4、与高等动植物相比，微生物代戏多样性表现（1）多种代谢形式 （2）利用的物质和能量多样化 （3）遗传表达调节多样性5、如何利用代谢调控提高发酵产量及时移除发酵体系中的代谢产物，解除变构酶所受反馈抑制作用，维持酶活性于较高水平思考题1 酵母突变株的糖酵解中，从乙醛到乙醇的路径被阻断，不能在无氧条件下的葡萄糖平板上生长，可在有氧条件下葡萄糖平板上存活，试解释 在无氧条件下，酵母单纯利用葡萄糖糖酵解产能，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶作用下生成CO2和乙醛，再在乙醇脱氢酶作用下生成乙醇和NAD+，补充了糖酵解中NAD+的消耗，是氧化还原平衡，此突变株从乙醛到乙醇的路径

11、被阻断，即不能再生NAD+，导致NADH的积累，氧化还原不平衡，糖酵解不能再进行，细胞没有能量供应而死亡。 在有氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸，直接进入TCA循环，产生的电子再进入氧化磷酸化，再生了NAD+，产生了大量能量供给细胞生存。第六章 微生物的生长繁殖及其控制（P161）2、试分析影响微生物生长的主要因素及它们影响微生物生长繁殖的机制。营养物质：营养物质不足导致微生物生长所需要的能量、碳源、氮源、无机盐等成分不足，此时机体一方面降低或停止细胞物质合成或者通过诱导合成特定的运输系统；另一方面机体对细胞内某些非必需成分或失效的成分进行降解以重新利用。水：微生物在生长过程中，对培养基的水活度w

12、有一定的要求，高于或低于所要求的w都会通过影响培养基的渗透压力变化而影响微生物的生长速率。温度：微生物的生长要求有一定的温度范围：最低温度、最适温度、最高温度。根据微生物生长的最适温度不同，可以分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热等5种类型。温度的变化都会对每种类型微生物的代谢过程产生影响，微生物的生长速率会发生改变，以适应温度的变化，具体表现在影响酶活性、细胞质膜的流动性以及物质的溶解度来影响微生物。pH：微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围。pH通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电力性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物

13、的生长速率。氧：根据氧与微生物生长的关系可以将微生物分为耗氧、微好氧、耐氧厌氧、兼性厌氧和专性厌氧。O2的作用有两个，一是作为最终电子受体，二是参与甾醇类和不饱和脂肪酸的合成。(1)好氧微生物及兼性厌氧微生物细胞内含SOD及过氧化氢酶能将有毒的超氧基化合物转变成无毒的化合物；(2)专性厌氧微生物体内缺乏SOD甚至过氧化氢酶，故易被代谢产生的超氧基化合物毒害致死，同时氧会改变细胞的氧化还原电势，导致机体内正常的代谢过程不能进行；此外，厌氧菌在有氧条件下还会引起还原性烟酰胺核苷酸类物质浓度降低，而导致其不能生长；(3)耐氧微生物体内虽缺过氧化氢酶，但存在SOD和过氧化物酶，同样也能解除超氧基化合物

14、的毒害作用。氧化还原电位：氧化环境具有正电位，还原环境具有负电位。各种微生物对氧化还原电位的要求不同，环境中的氧化还原电位受到氧分压和pH等因子的影响。4、控制微生物生长繁殖的主要方法及原理有哪些？化学物质：1醇：醇是脱水剂和脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，溶解细胞质膜的脂类物质，进而杀死微生物机体。2. 甲醛：甲醛是很有效的杀菌剂，对细菌、真菌及其孢子和病毒均有效。3表面活性剂：表面活性剂能降低溶液的表面张力，从而对微生物产生影响。抗微生物剂：抑菌剂，杀菌剂，溶菌剂抗代谢物：抗代谢物是在结构上与生物体所必需的代谢物相似，可以与正常代谢途径中特定的酶发生竞争性反应，从而阻碍酶的功能、干扰代谢的正

15、常进行的物质。结构上类似，竞争性地与酶结合，只有当正常代谢物量少或不存在时才起作用。比如磺胺类药物。抗生素：抗生素对微生物的影响有以下四方面：(1)抑制微生物细胞壁合成：如青霉素、头孢菌素、万古霉素等；(2)破坏微生物的细胞质膜：如多粘菌素；(3)抑制蛋白质合成：如氯霉素、红霉素、四环素等；(4)干扰核酸的合成：如利福霉素。高温灭菌：分为干热灭菌和湿热灭菌。干热灭菌原理：干热可使破坏细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥，并可使各种细胞成分发生氧化变质。湿热灭菌原理：（1）相同温度及相同作用时间下，湿热灭菌法比干热灭菌法更有效：湿热空气穿透力强，能破坏维持蛋白质空间结构和稳定性的氢键，能加速其变性

16、。辐射作用：不同波长的射线对微生物的作用不同，可见光部分（400-800纳米）往往能被某些光合微生物所利用，而波长较短的紫外线（13.6-400纳米）、X-射线（0.06-13.6纳米）、r-射线（0.01-0.14纳米）均可抑制甚至杀死微生物。尤其是r-射线因作用距离较远、穿透力较强而用于食品的杀菌保藏。紫外线对微生物有致死作用，可用以杀菌，但穿透力较差，只能用于空气和物体表面的消毒；形成T的二聚体，从而导致DNA复制出现错误。过滤除菌：适用于血清、抗生素及糖液等的除菌。除实验室用于某些试剂和溶液的除菌外，在微生物工业上所用的大量无菌空气以及微生物工作所使用的超净工作台都是根据过滤除菌的原理

17、设计的。高渗作用：根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分为以下三类：嗜盐细菌在2-30%的食盐溶液中生长、耐盐细菌（可在10%以下的食盐溶液中生长）、耐糖细菌（可在60%以下的含糖高渗溶液中生长）。普通微生物一般在0.85-0.90的食盐溶液中生长干燥：水分约占微生物细胞组成的70-85%，环境中缺水时（干燥的环境）引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的增高，抑制微生物的生长，甚至造成微生物的死亡。干燥对微生物的作用受环境温度、失水速度、菌龄、微生物所处基质等条件的影响。超声波：超声波是频率超过20000HZ的声波，人耳听不见。超声波具有强烈的生物学效应，能破坏细胞。常用来破坏细胞壁，制成细

18、菌裂解液。5、细菌耐药性机制是哪些？如何避免抗药性的产生？细胞质膜透性改变、药物作用靶改变、合成了修饰抗生素的酶、抗性菌株发生遗传变异第一次使用的药物剂量要足、避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素、不同的抗生素混合使用、对现有抗生素进行改造、筛选新的更有效的抗生素某细菌肥料是由相关的不同微生物组成的一个菌群并通过混合培养得到的一种产品。活菌数的多少是质量好坏的一个重要指标之一。但在质量检查中，有时数据相差很大。请分析产生这种现象的原因并提出解决方法。单一培养菌、单一培养时间、有遗漏第八章 微生物遗传2、在人类基因组计划中，为什么要进行以微生物为主体的模式生物的全基因组序列测定？哪几种生物分别

19、是已完成全基因组测序的第一个独立生活的生物？第一个真核生物？第一个自养生活的生物？以微生物为全基因组测序的模式生物的主体是因为微生物一般背景清楚，基因组小，便于测定和分析，可从中获取经验改进技术方法。完成全基因组测序的第一个独立生活的生物是流感嗜血杆菌，第一个真核生物是啤酒酵母，第一个自养型生物是詹氏甲烷球菌3、在细菌细胞中，均以环状形式存在的染色体DNA和质粒DNA，在质粒提取过程中发生了什么变化？这种变化对质粒检测和分离有什么利用价值。染色体DNA分子大小远远超过质粒，在分离过程中染色体DNA总是会断裂成线状，其两端可以自动转动而使分子内的紧张状态完全松弛，而小分子的质粒不会断裂，没有自由

20、末端，分子紧密缠结，因此在含EB的氯化铯梯度中，松弛的染色体DNA结合的EB分子比质粒多，其密度也比质粒小，经高速密度梯度离心后，就可将二者分开，从而可分离得到质粒DNA。在琼脂糖凝胶电泳中，染色体DNA因呈线装且相对分子质量大，泳动速度慢，带型不整齐，而质粒相对分子量小，大小均一，泳动速度快，带型整齐，很容易分离到质粒DNA。4、请说明下列两株不同遗传表型的大肠杆菌是否都是营养缺陷型？并作解释。E.coli(his-)和E.coli(lac-)第一个是，第二个不是营养缺陷型是一种缺乏合成其生存所必须的营养物的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体才能生长对于大肠杆菌来说，组氨酸

21、是其生存所必须的营养物，该突变株必须在特别添加了组氨酸的培养基中才能生长，所以它是营养缺陷型。而E.coli(lac-)不能利用乳糖，并不是不能合成生存必需营养物，乳糖只是碳源之一，在含有葡萄糖的普通培养基中即可生长。5、根郡你所学关于诱变突变知识，你认为能找到一种对某一基因具有特异性诱变作用的理化诱变剂么？为什么？不能，因为所谓诱变突变并非产生新的突变，而是通过不同方式提高自发突变绿，所以所有基因发生突变机率是一致的，并不具有特异性。要对某一基因特异性诱变，应采用定点突变等特殊方法。6、DNA链上发生损伤是否一定发生遗传表型改变?为什么？不一定，若发生在真核生物基因的内含子上，则不发生遗传表

22、型改变7、根据突变的光复活修复作用原理，你认为在进行紫外线诱变处理时，应注意什么？为了使被诱变细胞能均匀地收到紫外线照射，你将如何做？应注意避光：在菌种诱变箱中处理一段时间后，在红光灯下涂平板，或者经暗培养一段时间后再涂平板。用电磁搅拌器，边照射边搅拌8、为什么将普遍性转导中形成的具有转移宿主DNA能力的“噬菌体”常称为转导颗粒，而在局限性转导中，则称为转导噬菌体？因为普遍性转导中形成的具有转移宿主DNA能力的“噬菌体”只含有宿主DNA而没有原噬菌体DNA，它本质上不是噬菌体，在浸染了新一个细菌后，把原宿主DNA整合到新宿主DNA内来完成转导作用，所以称为转导颗粒局限性转导中，被转导的基因共价

23、地于噬菌体原DNA连接，形成了杂合DNA分子，仍含有大部分噬菌体DNA，所以称为转导噬菌体思考题1请设计一个实验来决定在一种特定的细菌中发生的遗传转移过程是转化、转导还是接合？说明每一种的预测结果。设想有下列材料可以利用：（1）合适的突变株和选择培养基；（2）DNase（一种降解裸露DNA分子的酶）；（3）2种滤板：一种能够持留细菌和细菌病毒，但不能持留有利的DNA分子；另一种只能持留细菌；（4）一种可以插入滤板使其分割成2个空间的玻璃容器。第十一章 微生物的生态（P324）1、简述微生物在生态系统中的作用微生物是有机物的主要分解者，分解生物圈内动物、植物和微生物残体等并最终将其转化为简单的无

24、机物以再利用。微生物参与所有物质的循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。微生物即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，并且固定下来的能量又可以在食物链、食物网中流动，是生态系统中的初级生产者。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。一些微生物的出现改变大气圈中的化学组成，提供可利用氮源为后来动、植物出现打下基础。3、详述微生物参与的氮循环6、简述嗜热微生物的生境及其生态分布细菌是嗜热微生物中最耐热的，按它们耐热程度的不同又可以被分成5个不同类群：耐热菌、兼性嗜热菌、专性嗜热菌、极端嗜热菌和超嗜热菌。耐热菌最高生长温度在4555，低于30也能生长。兼性嗜热菌的

25、最高生长温度在5065，也能在低于30条件下生长。专性嗜热菌最适生长温度在6570，不能在低于4042条件下生长。极端嗜热菌最高生长温度高于70，最适温度高于65，最低生长温度高于40。超嗜热菌的最适生长温度是80110或121，最低生长温度在55左右。嗜热微生物生长的环境有热泉（温度高达100），高强度太阳辐射的土壤，岩石表面（高达70），各种肥堆、厩肥、干草、锯屑及煤渣堆，此外还有家庭及工业上适用的温度比较高的热水及冷却水。7、简述嗜冷微生物的生境及其生态分布专性嗜冷微生物的最高生长温度不超过20，但可以在0或低于0条件下生长；兼性嗜冷微生物可以在低温下生长，但也可以在20以上生长。嗜冷微

26、生物的主要生境有极地、深海、寒冷水体、冷冻土壤、阴冷洞穴和保藏食品的低温环境。从深海中分离出来的细菌既嗜冷也耐受高压。8、简述嗜酸微生物的生境及其生态分布生长最适pH在34以下，中性条件不能生长的微生物称为嗜酸微生物。温和的酸性（pH35.5）自然环境较为普遍，如某些湖泊、泥炭土和酸性的沼泽。极端的酸性环境包括各种酸矿水、酸热泉、火山湖及地热泉等。嗜酸微生物一般都是从这些环境中分离出来的。酸热泉中能分离出独具特点的嗜酸嗜热细菌。9、简述嗜碱微生物的生境及其生态分布一般把最适生长pH在9以上的微生物成为嗜碱微生物，中兴条件不能生长的为专性嗜碱微生物，中性条件甚至酸性条件都能生长的称为耐碱微生物。

27、嗜碱微生物有两个主要的生理类群：盐嗜碱微生物和非盐嗜碱微生物。地球上碱性最强的自然环境是碳酸盐湖及碳酸盐荒漠，极端碱性湖是地球上最稳定的碱性环境，那里的pH达10.511.0。人为的碱性环境是石灰水和碱性污水。10、简述嗜盐微生物的生境及其生态分布根据对盐的不同需要，嗜盐微生物可以分为弱嗜盐微生物、中度嗜盐微生物和极端嗜盐微生物。弱嗜盐微生物的最适生长盐浓度（NaCl浓度）为0.20.5mol/L，中度嗜盐微生物的最适生长盐浓度为0.52.5mol/L，极端嗜盐微生物的最适生长盐浓度为2.55.2mol/L。含有高浓度盐的自然环境主要是盐湖（如死海、青海湖等等）、盐场、盐矿和盐腌制食品，海水也

28、是一般的含盐环境。17、生物修复中的强化措施有哪些？生物修复是微生物催化降解有机污染物、转化其他污染物从而消除污染的一个受控或自发进行的过程。生物修复的本质是生物降解，能否成功取决于生物降解速率，在生物修复中采取强化措施促进生物降解十分重要。这包括：接种微生物，目的是增加降解微生物数量，提高降解能力；添加微生物营养盐，微生物的生长繁殖和降解活动需要充足均衡的营养，为了提高降解速度，需要添加缺少的营养物；提供电子受体，为使有机物的氧化降解途径通畅，要提供充足的电子受体；提供共代谢产物，共代谢有助于难降解有机污染物的生物降解；提高生物可利用性，低水溶性的疏水污染物难于被微生物所降解，利用表面活性剂、各种分散剂来提高污染物的溶解度，可提高生物可利用性；添加生物降解促进剂，一般使用H2O2可以明显加快生物降解的速度。18、为什么说生物强化可以在生物修复中发挥重要的作用？强化措施中接入外援微生物被称为微生物强化。第十二章 微生物的进化系统发育和分类鉴定1、 蛋白质和核酸分子被用作微生物进化谱系分析所依据的原理是什么？蛋白质、R