微生物工程期末复习提纲及具体解答(2)

微生物工程复习提纲及具体解答

(2)利用微生物发酵保持生态平衡

利用生物技术开创新的绿色革命新纪元,体现在: 用生物固氮代替化学肥料 用生物杀虫剂代替化学农药

培育和创造能够在恶劣条件下生长,并能抗病虫害,杂草的农作物新品种 为人类提供高蛋白含量,高单位面积产量的农作物和丰富的动物蛋白质 (3)微生物湿法冶金

利用微生物对某些金属氧化物的氧化还原反应,使低品位矿中的某些金属成为可溶性的化合物而得以冶炼,如细菌炼铜.目前,世界上有20多个国家利用细菌进行采矿,已发现的可帮助采矿的细菌有20多种,可提炼铜,铁,锌,镍,钴,钛,铝,铀,金,锗,镓,铟等金属.其中最常见的细菌是硫化细菌.

(4)利用基因工程菌株开拓发展发酵工程新领域

这是指建立在利用细胞融合和DNA重组等生物技术所获得的基因工程菌株或杂交细胞,以及动植物细胞或固定化活细胞等基础上的新型发酵,其产物可以是各种各样的.其所用的发酵设备是各种类型的新型生物反应器.

9、微生物工程特点？（填空、简答）（重点）

? （有严格的无菌生长环境

? 在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术 ? 种子培养和生产培养的不同的工艺技术 ? 构建动力学模型

? 发酵工程工艺放大问题） ? 有严格的无菌生长环境：

? 包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术； ? 在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；

? 在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术； ? 种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验 室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。

由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

10、微生物特殊机能的利用（简答）（重点）

? 利用微生物消除环境污染 ? 利用微生物发酵保持生态平衡 ? 微生物湿法冶金

? 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域

11微生物工程的发展趋势是什么？（简答、论述）（重点）

? 微生物工程面临的形势,过去受到石油化工的竞争,现在又有植物生物技术的威胁,微生物技术该如何发展是值得深思的.今后微生物工程应从下列几方面去努力发展。

? 提高现有微生物发酵工业水平

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? 利用重组DNA技术，人工选育和改良菌种 ? 开拓极端酶

? 采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 ? 固定化（酶和细胞）技术被广泛应用

12、微生物工程（发酵工程）的工业生产水平主要取决于那三个要素？（填空、简答）（重点） 生产菌种的性能、发酵及提纯工艺条件、生产设备. 13、工业上常用微生物主要类群（填空）（重点）

? 细菌、放线菌、酵母、霉菌、噬菌体。

14、枯草芽孢杆菌、酵母、根霉、毛霉的主要用途（填空）（重点） 枯草芽孢杆菌：能产生大量淀粉酶和蛋白酶 酵母：类酵母+真酵母

酵母除了广泛应用面包及酒精制造外，还应用于石油脱蜡，单细胞蛋白制造，酶制剂生产以及糖化饲料、猪血饲料发酵等方面

根霉：根霉在生命活动中分泌的淀粉酶，能将淀粉转化为糖。因此，根霉可作为常用的糖化菌种。我国民间酿制甜酒用的小曲主要含有根霉。由于根霉能分泌丰富的淀粉酶，而且又含有酒化酶，所以在生产中可以边糖化边发酵。

毛霉：毛霉的用途很广，常出现在酒药中，能糖化淀粉并能生成少量乙醇，产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。

15、菌种选育、选种、育种的定义（名词解释）（重点）

? 1是指应用微生物遗传和变异的理论，用人工方法造成变异，再经过筛选以得到人们所需的菌种的过程。

? 2就是经过比较鉴定自然界的微生物，从中分离和筛选出某种性能较强的，符合生产要求的菌种，选种仅是育种工作的第一步。

? 3就是不断改造菌种的性能，培养新菌株。

16、菌种选育的方向：（填空） （重点）

? 就是选育出能吃“粗粮”、耐高温、生长快、代谢旺、产量高、质量好、无毒性的优良菌株。

17、菌种选育工作的重点（填空）（重点）

? 是从常温菌到高温菌，慢生菌到速生菌，野生菌到变异菌等方向进展。

18、新种分离与筛选的步骤（简答）

? 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 ? 采样：有针对性地采集样品。

? 增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。 ? 分离：利用分离技术得到纯种。

? 发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。 19、培养分离中要解决的必须考虑的问题有那些？（简答）

? 1、“分离什么和从哪里分离出?”

? 2、必须充分考虑所分离微生物的生产能力、生长速度、生物群体培养和产品生产工艺及其提纯的难易和费用，工业生产发酵罐中稳定性及遗传操作的难易程度等----菌株指标。

? 3、选择适宜的培养分离方法和检测方法。

20、筛选目的菌株时必须考虑的重要指标有那些？（简答）

? （1）菌的特征，在发酵过程中，一般要求采用廉价的培养基或使用来源丰富的原料（如用甲醇作能源）。用含有这种成分的分离培养基可筛选出能适应这种养分的菌种。

? （2）菌的生长温度应选择高于40℃的菌种，这可大大降低大规模发酵冷却的成本。因此用这一温度来分离培养高温生产菌在经济上是有利的。

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? （3）菌对所采用的设备和生产过程的适应性。 ? （4）菌的稳定性。

? （5）菌的产物得率和产物在培养液中得浓度。 ? （6）容易从培养液中回收

? （3）－（6）是用来衡量分离得到得菌种得生产性能，如能满足以上几条便有希望成为效益高得生产菌种。但对筛选出得高效菌种在投入生产之前必须对其产物得毒性和菌种得生产性能作出评价。

21、什么是富集培养? （名词解释）（重点）

富集培养:是指能增加混合菌群中所需菌株数量得一种方法。其要领是提供一些有利与所需菌株生长或不利于其它菌型生长条件。

22、富集培养的具体方法？（重点）

? 就是根据不同种类微生物的生长对环境和营养的要求不同,如温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源等,通过人为控制这些条件,使之特别有利于某种微生物的生长,而抑制其他种类微生物的生长,使目的菌株成为优势菌,达到快速分离纯化的目的。 23、什么是分批式富集培养？（名词解释）

? (摇瓶培养)：是将富集培养物转移到新的同一种培养基中,重新建立选择性压力,如此重复转种几次后,再取此富集培养物接种到固体培养基上以获得遗传背景一致的单菌落。 24、什么是恒化式富集培养(连续培养)？（名词解释）（重点）是通过改变限制性基质的浓度,来控制两类不同菌株的比生长速率μ,

25、在微生物工程的菌种选育工程中，分离新菌株时，若采样应注意那些事项？（简答）

? 1、采样时应尽可能保持相对无菌； ? 2、所采集的样本必须具有某种代表性；

? 3、采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期、地点以及采集地点的地理、生态参数等；

? 4、应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为真正的原地菌群的出现可能是短暂的； ? 5、采好的样应及时处理，暂不能处理的也应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。这是因为一旦采样结束，试样中的微生物群体就脱离了原来的生态环境，其内部生态环境就会发生变化，微生物群体之间就会出现消长。

26、优良的生产菌种应具备那些基本特性？（简答）（重点）

? (1)生产菌种应具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力。高产菌株的应用,可以在不增加投入成本的情况下,大幅度提高企业的产生能力。

? (2)在发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产品或其他产物。这样不仅能提高营养物质的有效转化率,同时也减少了分离纯化的难度,降低成本,提高产品的质量。

? (3)生长繁殖能力强,有较强的生长速率,产生孢子的菌种具有较强的产孢能力。这样有利与缩短发酵周期,减少种子罐的级数,最终减少设备投资和运转费用。同时,还可以减少在扩大生产过程中发生菌种生产性能下降或杂菌污染的可能性。

? (4)能够高效地将原料转化为产品,降低生产成本。

? (5)可以利用广泛来源原材料,并且菌种对发酵原料成分的波动敏感性小。

? (6)对需要添加的前体物质有耐受能力,不会将这些前体物质作为一般的碳源来利用。 ? (7)发酵过程中产生的泡沫要少,这对提高装料系数、单罐产量,降低成本有重要意义。 ? (8)具有抗噬菌体感染的能力.

? (9)遗传特性稳定,保证发酵过程能够长期、稳定地进行,同时有利于使用最佳的工艺控制。

27、目前发酵工业的菌种选育方法主要有：（填空）（重点）

? 自然选育 ? 诱变选育 ? 杂交选育

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? 原生质体融合 ? 基因工程

28、发酵工业菌种的改良方法主要有哪些？（简答）（重点）

? (1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤：通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来提高限速酶的含量；在代谢途径中引伸出新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。

? (2)增加前体物的浓度。

? (3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。

? (4)抑制或消除产品分解酶。 ? (5)改进菌种外泌产品的能力。

? (6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。

选择发酵工业的菌种育种方法时应该综合考虑的因素有哪些？（简答）（重点）

? (1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(如批式或连续发酵试验)； ? (2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度； ? (3)经济费用。

? 如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术： ? 如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种

29、自然选育的一般程序？（简答）（重点）

? 是将菌种制成菌体悬液,用稀释法在固体平板上分离单菌落,再分别测定单菌落的产生能力,从中选出高产量的菌种。

30、什么是出发菌株？（名词解释）

用来进行诱变试验的菌株叫做出发菌株。选好出发菌株应对提高诱变效果和育种效率具有极其重要意义，是诱导育种的两大部分之一。

31、诱变育种对出发菌株有何要求？（简答）

? 1．自然界新分离的野生型菌株，对诱变处理较敏感，容易达到好的效果。 ? 2．在生产中经生产选种得到的菌株与野生型较相像，也是良好的出发菌株。 ? 3．每次诱变处理都有一定提高的菌株，往往多次诱变能积累较多的提高。 ? 4．出发菌株开始时可以同时选2～3株，在处理比较后，将更适合的出发菌株留作继续诱变。 ? 5．要尽量选择单倍体细胞、单核或核少的多细胞体来作出发诱变细胞，这是由于变异性状大部分是隐性的，特别是高产基因。

? 6．根据采用的诱变剂或根据细胞生理状态或诱变谱选择诱变剂，因为同一诱变剂的重复处理会使细胞产生抗性，使诱变效果下降。有的诱变剂是作用于营养细胞，就要选对数期的细胞：有的作用于休止期，就可选用孢子。 选择出发株时必须注意的事项（简答）

? A 选择对诱变剂敏感性强、变异幅度大的菌株作出发株。 ? B 最好选择已经过生产选育的自发突变菌株

? C 采用具有有利性状（如生长速度快、营养要求低，产孢子早而多）的菌株作为亲本。 ? D 由于有些菌株在发生某一变异后会对其他诱变因素的敏感性提高，因此有时可考虑选择已发生其它变异的菌株作为出发株。

? E 在选择核苷酸或氨基酸的出发菌株时，最好考虑至少能积累少量所需产品或其前体的菌株。

? F 在选择抗生素出发菌株时，最好选择已通过几次诱变，并发现每次诱变后效价都有一定程度提高的菌株作为出发菌株。 32、微生物工程的诱变育种步骤：（填空）（重点）

? 出发菌株的选择

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? 处理菌悬液的制备 ? 诱变处理 ? 中间培养 ? 分离和筛选

33、选好出发菌株应注意的事项是什么？（简答）（重点） A选择对诱变剂敏感性强、变异幅度大的菌株作出发株。 B最好选择已经过生产选育的自发突变菌株

C采用具有有利性状（如生长速度快、营养要求低，产孢子早而多）的菌株作为亲本。

D由于有些菌株在发生某一变异后会对其他诱变因素的敏感性提高，因此有时可考虑选择已发生其它变异的居住作为出发株。

E在选择核苷酸或氨基酸的出发菌株时，最好考虑至少能积累少量所需产品或其前体的菌株。 F在选择抗生素出发菌株时，最好选择已通过几次诱变，并发现每次诱变后效价豆有一定程度提高的菌株作为出发菌株。

34、在诱变育种中为什么要采用应单细胞（或单孢子）？如何制备它们悬浮液？

这是由于变异性状大部分是隐性的，特别是高产基因。

单孢子悬液制备 取斜面，加入6ml 0.1mol／L pH6.o的磷酸缓冲液，用接种环刮下孢子，振荡试管，立即通过带滤纸漏斗过滤，由此制得单孢子悬液，若孢子液浑浊状，其孢子浓度可达l06个／ml，此为待处理孢子悬液。

35、什么是同步培养法？（名词解释）

培养细胞达到生理活性一致的方法，称为同步培养法。可以通过调整生理条件和用机械或物理手段分离细胞的方法，使细胞生长同步。诱变处理一般要求：细胞菌龄在对数期，孢子处于活跃状态。

36、营养缺陷型的用途 （填空）

? 营养缺陷型在生产上和科学研究上用途很大。目前生产氨基酸、核苷酸的菌种都是各种类型的缺陷型。要研究代谢途径，育种技术都必须有营养缺陷型的菌株为材料。

? 37、营养缺陷型的选育过程中，检出缺陷型的具体方法有几种（填空） ? 具体方法：影印法、点种法、夹层法

38、微生物菌种保藏的主要方法和原理和优缺点: （简答） 39、什么是培养基？（名词解释）（重点）人工自己制造的供微生物或动植物细胞生长、繁殖、代谢和合成人们所需要产物的营养物质和原料。同时培养基也为微生物等提供除营养外的其他生长所必须的环境条件

基本培养基(MM) （名词解释）能满足野生型菌株正常生长的培养基称基本培养基(MM) 补充培养基(SM) （名词解释）在基本培养基中加入相应的营养成分的称补充培养基

完全培养基(CM) （名词解释）能满足各种营养缺陷型生长的称完全培养基(CM)，如牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基等

40、培养基的基本要求？（简答）（重点）

? 1.含有供细胞生长繁殖和代谢的原料。 ? 2.满足产物生成的需要。 ? 3.维持一定的pH值。

? 4.来源丰富,价格低廉,质量稳定。

41、微生物工程中培养基的用途有哪些（填空）筛选菌种（重点）

? 保藏菌种

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