微生物生理学习题汇总(华农生科院王教授的课).doc
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微生物生理学习题1
1.1…6是通过筛选获得的6株对某种氨基酸（F）营养缺陷型脉孢霉突变菌株，A…E五种不同的有机化合物，它们可能是氨基酸F合成代谢中的中间产物。
下表是进行补充养料获得的突变菌株的生长结果，+表示在基础培养基中添加某种有机物突变菌株能够生长，-表示突变菌株不能生长。
请根据表中结果推断氨基酸F的合成途径及各突变菌株发生突变的位点。
BECDAF
A
B
C
D
E
F
1
＋
－
－
－
－
＋
2
＋
－
＋
＋
＋
＋
3
－
－
－
－
－
＋
4
＋
－
＋
＋
－
＋
5
＋
－
－
＋
－
＋
6
＋
－
＋
＋
－
＋
2.粗糙脉孢菌有两个缬氨酸营养缺陷型val1和val2，菌株val1的培养液中有物质B积累，val2的培养液中有物质A积累。
菌株val1能在含有缬氨酸或val2生长过的培养液中生长。
菌株val2能在含有缬氨酸的培养液中生长，但不能在val1生长过的培养液中生长。
说明基因val1，val2以及物质A，B和缬氨酸的关系。
BVal1→AVal2→缬氨酸
5.已经证明T4噬菌体rII型快速溶菌突变由两个顺反子rIIA和rIIB控制。
现有一T4噬菌体，在rIIB中有一个点突变F。
此突变噬菌体与突变噬菌体1，2，3混合感染大肠杆菌K时，能够出现rII型噬菌斑，但是和突变噬菌体4则不能出现噬菌斑。
如何解释这一现象。
突变分别发生在两个基因中，顺式、反式均能互补。
A+
B−
A−
B+
A+
A−
B+
B−
反式
顺式
B+
A−
A−
B+
反式
6.1…10是10个表型相同的突变型.下表结果说明1…10分属于几个基因（+表示有互补作用,-表示无互补作用）
突变型
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
−
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2
−
+
−
+
−
−
+
+
−
3
−
+
−
+
+
−
−
+
4
−
+
−
−
+
+
−
5
−
+
+
−
−
+
6
−
−
+
+
−
7
−
+
+
−
8
−
−
+
9
−
+
10
−
7.沙门氏菌从谷氨酸合成脯氨酸的途径如下图:
说明下列部分二倍体菌株哪一个为谷氨酸营养缺陷型。
8．总结原核生物基因结构，染色体和基因组的一般特点。
重点！
！
！
！
基因结构
1.基因结构特点：
a.包括编码区和非编码区
2.编码区指起始密码子到终止密码子的一段核苷酸序列，原核不含内含子，几个功能基因串联组成一个转录单位。
3.非编码区包括编码区上游调控区和下游终止子，上游调控区包括启动子和调控顺式作用元件以及RBS，下游终止子分为依赖于不依赖ρ因子的终止子
染色体：
1.原核生物遗传物质处在细胞内相对集中的区域，一般称为拟核，无核膜包裹。
2.原核生物的遗传物质是DNA，也称为染色体。
3.多数以双链、共价闭合、环状形式存在。
4.原核生物染色体以裸露DNA分子形式存在，其中DNA占80％以上，其余为RNA和蛋白质。
5.染色体中的蛋白质有些参于DNA的折叠，有些与DNA复制、重组及转录过程。
基因组：
1.基因排列的连续性
2.以单基因为主的操纵子和双向基因表达
3.基因组的重复序列少而短
4.非编码区主要是调控序列
9.解释下列概念：
顺反子，重叠基因，断裂基因，移动基因和假基因
顺反子：
一个不同突变之间没有互补作用的功能的区称之为顺反子。
一个顺反子就是一个功能水平上的基因。
重叠基因：
一个基因的核苷酸与另一个基因的核苷酸之间存在着一定程度的重叠。
断裂基因：
基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码序列所隔开，编码序列为外显子，不编码序列为内含子。
移动基因：
可以从染色体或质粒DNA上的一个位置转移到另一位置的遗传元件。
也叫转座子。
假基因：
与功能型基因高度同源，但是由于各种突变，而不能编码蛋白产物的DNA片段。
习题2
1.孟德尔通过豌豆杂交试验得到了哪些遗传规律？
对基因（遗传因子）有怎样的认识？
a.分离定律：
在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，并且各自分配到不同的配子中去。
b.独立分离与自由组合：
决定两对相对性状的两对遗传因子在F1杂合子中互不混淆，各自保持其独立性
a.性状是由遗传因子控制的，相对性状是由细胞中相对遗传因子控制（遗传因子控制细胞的发育）
b.遗传因子在体细胞中成对存在，一个来自父本，一个来自母本。
c.孟德尔的遗传因子（基因）的概念并不代表物质实体，是一种与细胞的任何可见形态结构毫无关系的抽象单位。
2.摩尔根对果蝇的遗传研究得到了哪些结论？
对经典遗传学发展有何重要的意义？
1.基因在染色体上；
2.在同一染色体上的基因存在着重组和连锁现象；
3.在同一染色体上两基因之间的距离越远，重组的频率越高，而连锁的频率越低。
意义：
发展了基因的概念，把基因与染色体的平行关系阐述清楚，为日后的基因定位奠定理论基础。
3.“一个基因就是一个顺反子”理论的提出对基因概念有哪些重要修正？
1.基因是染色体上的一个特定区段。
2.基因在染色体上是按线性顺序排列的。
3.它既是一个功能单位，同时也是重组单位和突变单位。
4.基因是不可分割、三位一体的最小单位
4.“一个基因一个酶”的实质是什么？
基因是通过控制酶促反应，控制生理功能，进而决定遗传性状。
习题3
1.解释下列名词：
基因突变，点突变和染色体畸变。
基因突变：
是指生物体遗传物质发生了稳定的可遗传的变化。
包括点突变和染色体畸变。
点突变：
一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，即涉及一对或几对碱基的缺失、插入或置换。
染色体畸变：
涉及大段染色体的缺失、重复和到位等。
2.某一野生型和3个突变型的某一多肽的氨基酸序列是
…Ala-Pro-Trp-Ser-Glu-Lys-Cys-His…野生型
…Ala-Pro-Trp-Arg-Glu-Lys-Cys-His…突变型1
…Ala-Pro突变型2
…Ala-Pro-Gly-Val-Lys-Asn-Ala-Met…突变型3
说明突变型1，2，3的本质。
1.错义突变
2.无义突变
3.移码突变
3.下列碱基替换哪些是转换？
哪些是颠换？
（1）AT→TA；
（2）AT→GC；（3）GC→TA
1.颠换
2.转换
3.颠换
4.有一个发生缺失一个氨基酸突变的蛋白，请问基因序列中缺失了几个核苷酸？
3个。
因为3个核苷酸编码一个氨基酸
5.分离到一个突变菌株，研究发现此突变不能发生回复突变。
请问这一突变的本质是什么？
染色体畸变
6.什么原因造成温度敏感突变菌株对温度敏感？
a.由于基因突变，使得生物体在某一条件具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变体。
b.造成这种突变的原因是基因突变使得蛋白质的空间结构对温度敏感，即在低温时能维持正常的空间结构，而到高温时空间结构被破坏，蛋白失活。
7.请说明引起缺失，倒位，重复和插入突变的原因。
a.缺失：
造成缺失突变的机制是DNA分子上两区段间发生了同源重组，使得两区段间的DNA片断丢失。
b.倒位：
造成倒位突变的机制是DNA分子上两区段间发生了反向同源重组
c.重复:
造成重复突变的机制是两个DNA分子间发生了同源重组，使得基因拷贝增加。
d.插入：
转座子的转座是引起插入突变的主要原因。
8.请说明下列符号所表示的意义。
重点！
！
！
His－和His+；hisG＋，hisG和如hisG-251；∆hisG，∆hisDG和∆（hisD-rfb）；hisG:
:
Tn10和hisG2148（Oc）；strr和strs。
自身不能够合成组氨酸的菌株的表现型为：
His－
自身能够合成组氨酸的菌株的表现型为：
His+
参与组氨酸合成的基因型（其中之一），表示野生型基因：
hisG＋，指编码ATP磷酸核糖转移酶的DNA序列
参与组氨酸合成的基因型（其中之一）突变了的基因：
hisG，
合成组氨酸的其中一个基因G的一个突变基因（等位基因251）：
hisG-251；
缺失组氨酸合成所需的一个基因G：
∆hisG，
缺失组氨酸合成所需的基因（不只一个基因）：
∆hisDG，
跨越一个以上操纵子的缺失,由hisD延伸至gnd并进入rfb的缺失：
∆（hisD-rfb）；
一个特定的在hisG基因中的Tn10插入，命名为hisG:
:
Tn10
一个在hisG基因中的赭石突变：
hisG2148（Oc），
链霉素抗性基因：
strr。
链霉素敏感基因：
strs。
9.有一株大肠杆菌色氨酸营养突变株，经检测发现在编码色氨酸合成酶A亚基的基因中发生了一个无义突变（TAA）。
但是在研究该菌株的特性时，得到一株回复突变株，经检测A亚基基因中的无义突变仍然存在。
请根据学过的知识解释出现上述现象的原因。
一种基因间的抑制基因突变是tRNA基因突变。
主要对无义突变起作用由于某些tRNA基因的突变，形成带有不同于正常反密码子的tRNA。
这些反密码子能识别终止密码子，可他却带有氨基酸。
这些突变的tRNA能把某些氨基酸放在终止密码子的位置上，从而使蛋白合成继续进行。
10.何为基因抑制？
有哪些机制可能引起基因抑制？
一个突变型在另一突变基因同时存在的情况下，如果后者使前者的表型恢复正常，则后一基因称为前一基因的抑制基因。
而这种基因间的相互作用称为基因抑制。
基因内抑制：
置换抑制，移码抑制。
基因间抑制：
被抑制的基因并不发生另一改变，抑制基因通过代谢作用的补偿，功能上的替代或是通过翻译过程中的校正作用而使表型恢复正常。
如突变型tRNA，核糖体突变型，代谢补偿或功能替代。
11.大肠杆菌组氨酸操纵子中有关基因的排列次序为hisGDCBHAFI，今得到一株大肠杆菌组氨酸营养缺陷型菌株，该菌株是在hisG基因中发生了一个无义突变。
分析该操纵子中其他基因的表达发现，hisG的下游基因的表达均下降了。
请根据学过的知识解释发生上述现象的可能机理。
一个操纵子上游基因的无义突变和插入突变均能引起转录极性。
极性是转录提前终止的结果，即转录极性，上述现象是转录极现象，机制为：
1、原核生物的转录和翻译是偶联的，即转录和翻译紧密相连，不能够完成翻译就会很快导致转录终止。
2、正在转录的RNA聚合酶在每个结构基因内的某些位点会暂停，等待核糖体把mRNA翻译为蛋白，同时使RNA聚合酶从暂停点释放，继续转录。
3、如果蛋白质翻译变慢或阻断，转录终止因子Rho蛋白，装载到未翻译的mRNA上，且沿着mRNA移动，当遇到RNA聚合酶时，催化RNA聚合酶/DNA/mRNA三元复合物解离，即转录在某个暂停点终止。
无义突变在基因中引入了终止密码，导致翻译提前终止，从mRNA上解离下来，使得Rho因子有机会与mRNA结合，当RNA聚合酶到达暂停点时，转录暂停，同时由于Rho因子的作用，RNA聚合酶从DNA上脱离，结果造成后续基因的表达降低或减少。
习题5
1.由于研究的需要，需要得到一株对链霉素有抗性的大肠杆菌。
请根据学过的知识，设计一实验筛选链霉素抗性的大长杆菌。
克隆出链霉素抗性基因，将其插入适当的载体中，然后通过转化或者转导的方法入大肠杆菌中，然后在含有质粒或噬菌体的抗性选择基因的平板上进行转化或转导子的选择，然后再在含有链霉素的筛选平板中用适当的方法筛选出含有链霉素抗性基因的重组子。
最后挑取阳性克隆的单菌落进行富集培养。
2.基因诱变遵循的原则是什么？
a.择简便有效的诱变剂；
b.处理单细胞或单孢子悬液，使每个细胞均匀接促诱变剂并防止长出不纯菌落；
c.选用最适剂量的诱变剂；
d.计或采用高效筛选方案或方法。
3.如何快速地利用化学诱变剂获得微生物的突变？
①平板上涂布出发菌株
②在其上分区并放置诱变剂颗粒或沾有诱变剂溶液的小滤纸片
③保温培养
④诱变剂周围有一透明的制菌圈，在制菌圈的边缘存在有若干突变株的菌落
⑤根据要求筛选所需突变菌株。
4.如何利用Tn10或Tn5随机突变大肠杆菌？
Tn10
1.递送载体感染抑制大肠杆菌菌株，制备噬菌体裂解物。
2.新制备的噬菌体裂解物感染非抑制大肠杆菌受体菌，40℃培养。
3.添加IPTG，诱导转座酶表达。
4.筛选抗性菌株，获得随机突变体库。
5.设计合适的方法，获得目的突变体。
Tn5
1.人工体外构建携带Tn5转座酶识别的转座位点的抗性基因盒；
2.独立表达纯化Tn5转座酶；
3.体外使转座酶与抗性基因盒结合；
4.电激转化受体菌，根据抗性筛选转化子。
5.简述质量粒拯救获得目的基因的原理。
重点！
！
！
人工体外构建携带Tn5转座酶识别位点、抗药性基因盒和R6Kγori复制位点区的DNA片段。
其它，操作方法与“转座体法”一样。
得到突变菌株后，可以很快确定突变基因的部分序列。
6.基因定位突变的一般原理。
如何鉴定目的基因已经被敲除？
对已知的基因进⾏行敲除、插入、缺失和替换或进⾏行基因融合的遗传操作，主要⽤用于研究已知基因的生理功能。
7.简述利用大肠杆菌λ噬菌体Red重组系统进行基因敲除的原理。
1）基于λ噬菌体的Red重组系统，可有效利用线性DNA片段作为靶分子，对大肠杆菌染色体DNA进行基因敲除、替换、单碱基突变及体内克隆等修饰。
2）质粒pKD20orpKD46中exo、bet和gam基因都受阿拉伯糖启动子的调控，因此能用L-阿拉伯糖诱导重组酶基因的表达。
而且质粒的温度敏感型复制子使其很容易从细菌中去除。
3）通过设计特定的引物，利用同源序列间的相似性和λ噬菌体Red重组系统进行重组，从而替换掉靶序列中的目的基因。
8.请设计基因敲除大肠杆菌lacZ基因方案。
1.获得LazZ的基因序列
2.用kan抗性基因序列替代lazZ序列
3.在基因组kan上下游分别设计引物
4.kan序列为模板扩增
5.酶切消化，组装到同源重组载体
6.转化大肠杆菌，筛选
9.简述利用反义RNA构建突变菌株的原理。
通过特定的方法和技术，以目的基因的相关序列为模板，设计编码目的基因序列转录后的RNA的反义RNA的DNA序列，通过适当的载体转入受体菌后，从而在受体菌内转录得到特定的反义RNA，使其可以与目的基因序列转录后得到的RNA进行结合，得到双链RNA，从而阻止其翻译，而阻断特定生理代谢过程，最终得到突变菌株的技术过程。
10.在利用物理、化学或生物法进行微生物突变后，如何进行突变体的富集？
各种方法的原理是什么？
富集：
淘汰野生型菌株，使缺陷型得以浓缩以便检出。
原理：
青霉素只能杀死生长繁殖的细菌，不能杀死停止分裂的细菌。
5-溴脱氧尿苷浓缩法：
原理：
在DNA复制时，5-溴脱氧尿苷替代胸腺嘧啶脱氧核苷掺入DNA分子中，但是携带5-溴脱氧尿苷的DNA对紫外线十分敏感。
不生长的细胞，DNA不复制，5-溴脱氧尿苷也不能掺入DNA，在接触紫外线时能够存活下来。
同位素自杀浓缩法：
经同位素（如3H，35S和32P）标记的细菌细胞，在处于生长状态时，同位素发生衰变，产生β-射线，能将处于生长状态的细菌杀死，而突变菌株不能将吸收同位素，且在一定条件下不能生长，从而免于死亡。
差别杀菌法：
菌丝过滤法，高温法。
通过菌丝的特点不同和根据细菌对温度的敏感程度不同而进行富集
11.什么是麦康凯琼脂培养基和四氮唑培养基？
它们有何功用？
麦康凯
蛋白胨，中性红（细菌染色剂），结晶紫（抑制革兰氏阳性细菌），胆盐（抑制革兰氏阳性细菌，同时参与pH依赖的颜色变化）和某种碳水化合物。
利用碳水化合物的细菌在这种培养基上形成红色菌落，在发酵力强的细菌菌落周围有胆盐沉淀；不能够利用碳水化合物的细菌形成无色菌落。
可用于糖类代谢的研究。
四氮唑培养基
以营养琼脂为基础，添加氯化三苯四氮唑（TTC）。
氧化型TTC是水溶性的，无色；还原型TTC是水不溶性的，暗红色。
TTC能够被有代谢活性的细菌还原；低pH值可抑制还原型TTC的产生。
可利用碳水化合物的细菌，产生酸，故TTC可以将利用和不利用碳水化合物的细菌区别开来，即利用碳水化合物的细菌形成无色菌落，而不利用的菌落形成红色。
12.举例说明“正向选择培养法”在筛选细菌基因突变株中的应用.
13.何为“影印技术”？
如何应用该技术筛选大肠杆菌谷氨酸营养突变菌株？
14.为了研究大肠杆菌DNA合成机制，需要筛选DNA合成的突变菌株。
请设计试验筛选大肠杆菌DNA合成突变菌株。
选择适当的诱变剂---30℃诱变大肠杆菌----30℃培养诱变后的菌体（使野生菌株和突变菌株均得到生长）---42℃富集：
使用3H标记的胸腺嘧啶核苷（使野生菌株死亡，富集突变菌株）----30℃培养富集后的菌体（突变菌株）----影印到30℃和42℃进行筛选----进行鉴定
习题6
1.简述基因定点突变的两种方法的原理。
基因的定点突变有何用处？
重点！
！
1.以携带目的基因质粒载体为模板，设计互补的突变引物，使用高保真的DNA聚合酶，进行长链PCR
2.设计2对引物，其中1对为突变互补引物。
以目的基因为模板，PCR分别扩增，得到两个带有点突变的DNA片段，然后以得到的两个DNA片段为模板，进行重叠PCR扩增，得到突变基因片段。
然后进行基因片段的克隆
定点突变能迅速、高效的提高DNA所表达的目的蛋白的性状及表征，是基因研究工作中一种非常有用的手段。
2.简述错误倾向PCR的原理。
采用改变PCR反应体系中四种核苷酸浓度比例、镁离子浓度和使用保真性差的DNA聚合酶等措施，增加目的基因突变率，进而获得目标基因突变的技术。
习题7
1.质粒的基本概念、在细菌细胞中的主要存在结构，如何检测质粒的存在？
常用的质粒抽提方法？
质粒如何命名？
质粒：
一种独立于微生物染色体外的，具有自我复制能力的的遗传因子。
抽提方法：
碱裂解法或试剂盒抽提
检测：
通常为琼脂糖凝胶电泳检测
命名：
小写p开头，后面接构建者实验室名或作者名的英文缩写，有时还写有阿拉伯数字，表示同一类型的不同质粒。
2.根据质粒所赋予宿主的生物学特性，质粒主要有几种类型？
质粒主要有哪些特性？
种类：
致育因子、抗性因子、产细菌素质粒、隐秘质粒、毒性质粒、代谢质粒
主要特性：
1.宿主细胞的非必须遗传物质
2.不同细胞内存在的质粒大小不同
3.质粒具有整合性
4.质粒具有迁移能力
5.较高的耐碱性
6.质粒可以被消除
7.具有重组性
8.自我复制能力
9.不相容性
3.何为严紧型质粒和松弛型质粒？
质粒的主要复制机制有哪两种？
严谨型：
拷贝数低的质粒（一个细胞内1-几个）
松弛型：
拷贝数高的质粒（一个细胞内10-几百）
分为θ型复制和滚环复制两种
其中θ型复制分为单向复制和双向复制
4.何为复制子？
为什么说质粒的复制起始位点对一个质粒十分重要？
复制子：
即一个复制单位，质粒、染色体都可以是一个复制子。
复制起始位点：
即质粒具备的ori位点，质粒至少具备一个ori位点，因为该位点是复制相关蛋白结合的部位，缺少复制起始位点，质粒就不能复制。
5.ColE1复制调控机制如何？
野生型ColE1的拷贝数约是20个/每个细胞，pUC18是通过人工构建的一个质粒载体，它使用了ColE1质粒的复制起始位点，为什么在细胞中pUC18的拷贝数能达到250个/每个细胞？
A.ColE1的复制调控机制：
1.复制依赖宿主的复制酶系，质粒本身不编码复制所需的酶蛋白。
2.制从固定原点oriV开始，进行单向复制。
3.复制需要一个RNA引物：
RNAII。
4.由质粒编码两个负调控因子Rop蛋白和反义RNA（RNAI），控制着质粒复制过程中所必需引物的合成，进而控制着质粒在细胞中的拷贝数。
B.pUC18采用反义基因被缺失ColE1的复制起点区,即缺少了Rop蛋白和RNAI的编码序列。
6.简述R1质粒和pSC101质粒的复制调控机制？
R1质粒复制调控：
1.RepA蛋白为其复制的必需因子
2.repA基因编码该蛋白，由两个启动子PcopB和PrepA控制；Pcopb编码CopB蛋白和RepA蛋白，PrepA启动子编码RepA蛋白；CopB蛋白能抑制PrepA启动子，从而控制repA蛋白的转录，控制R1质粒的复制。
3.copA基因编码反义RNA，与repA基因转录产物互补结合，使之被酶降解，抑制复制进行。
pSC101调控：
1.复制其实区有R1/R2/R3三个重复子序列，RepA蛋白为复制必需蛋白；
2.质粒浓度低是，RepA蛋白与ori位点结合启动复制；
3.质粒浓度高时，RepA蛋白与自身启动子结合阻遏自身的转录，RepA蛋白与R1、R2,R3三个重复子结合使得两个质粒耦合在一次，进一步抑制复制。
7.保证F质粒在细胞中稳定性的机制是什么？
（1）质粒结构中还存在编码主动分配体系的par区。
（2）质粒编码的致死蛋白来抑制不含质粒的分离子。
8.何为质粒之间的不相容性？
主要与哪些因素有关？
质粒不相容性：
在无选择压力的条件下，亲缘关系密切的两种质粒不能再同一宿主细胞内稳定共存的现象。
a.质粒的不相容性与质粒的复制起始调控有密切关系
b.质粒的不相容性还与质粒的分配有关。
9.何为转移性质粒？
实现转移性质粒转移的条件是什么？
何为可移动质粒？
这类质粒如何实现转移？
1.转移性质粒：
通过菌体结合能自动地从一个细胞转移到另一个细胞的质粒。
2.移动质粒：
自身不能自主转移，但在自主转移质粒共存的情况下，能从供体菌转移到受体菌的质粒。
3.转移性质粒的条件：
有tra基因簇，有转移位点oriT。
4.可移动质粒需具备条件：
bom位点：
类似于F质粒的oriT序列
mob基因：
功能类似于tra基因，负责质粒转移。
主要提供核酸内切酶。
10.何为广寄主范围质粒？
能通过接合转移移动到不同种甚至不同属的宿主菌，并在这些菌体内稳定存在的一种质粒。
11.构建人工载体的基本要求有哪些？
1.为一个独立的复制子，含有复制位点，能够自主复制。
2.含有多个克隆位点，便于外源基因的插入。
3.含有选择性标记，便于对阳性克隆筛选和鉴定。
4.具有生物安全性。
习题8
1.何为“中断杂交”？
在大肠杆菌染色体遗传图谱制做中如何应用？
a.将接合中的细菌按不同时间取样，并将样品放入搅拌
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