生物工艺学作业习题加参考答案Word下载.docx
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（2）采用什么的筛选方案（检测系统）。
P（30）
第二部分菌种选育
1、自然选育
在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程叫做自然选育。
2、诱变育种
在生产过程中，以基因突变为理论基础，经过人工处理，诱发菌种突变而进行菌种筛选的过程叫做诱变育种。
3、营养缺陷型
是指通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质如氨基酸、维生素和碱基等的能力，必须在其基本培养基中加入相应的营养成分才能正常生长的变异株。
4、渗漏突变型
指因突变所产生的不完全遗传障碍，其基因所控制的反应程度不象野生型，但多少还能进行，称这种现象为渗漏（leakage），具有这种性质的突变型就称为渗漏突变型。
它是处于野生型和营养缺陷型间的中间型，也叫缓慢生长型（bradytroph）。
5、抗结构类似物突变型（网上找的）
在结构类似物存在下仍可以合成末端产物的突变型
6、组成突变型（网上找的）
不管生长条件如何，酶的合成总量总是恒定的突变型
7、杂交育种
指将两个基因型不同的菌株经吻合（或结合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。
（书上解释）
8、准性生殖
指真菌中不通过有性生殖的基因重组过程。
9、原生质体融合技术
所谓原生质体融合就是把两个亲本的细胞壁通过酶解作用加以瓦解，使菌体细胞在高渗环境中释放出只有原生质膜包裹着的球状体。
两亲本的原生质体在高渗条件下使只混合，由聚乙二醇昨晚助融剂使他们互相聚集，发生细胞融合，接着量亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。
10、感受态
Ca2+与细胞外膜磷脂在低温下形成液晶结构，后者经热脉冲发生收缩作用，使细胞膜出现空隙，细菌细胞此时的状态叫做感受态。
1、突变主要包括染色体畸变和基因突变两大类；
基因突变是指DNA分子结构中的某一部位发生变化，即点突变。
2、常用的物理诱变剂是紫外线、快中子；
常用的化学诱变剂是亚硝酸和NTG。
3、准性生殖过程包括异核体的形成、二倍体的形成和体细胞重组。
4、原生质体融合技术的一般程序包括原生质体的制备，原生质体的融合，原生质体的再生和融合子的筛选。
5、原核表达系统常用的有大肠杆菌、谷草芽孢杆菌和链霉菌；
真核表达系统常用的有酵母菌和丝状真菌。
；
6、目前常用的获得目的基因的方法有鸟枪法、cDNA法和人工合成。
7、质粒在细胞质中具有自主复制的能力,在细胞间具有的能力。
7、常用的菌种保藏方法有斜面低温保藏法、沙土管保藏法、菌丝速冻法、石蜡油封存法、
真空冷冻干燥保藏法和液氮超低温保藏法。
三、选择题
1、生长圈法可用于筛选氨基酸生产菌株.，使用的工具菌是（A）菌株
A营养缺陷型B.野生型C.原养型D.异样型
2、细菌中紫外线引起的突变是（C）。
A由于染色体断裂；
B由于引起移码突变；
C由于相邻胸腺嘧啶碱基结合在一起；
D由于DNA的一个片段颠倒
3、保藏细菌效果最好、保藏时间最长的方法是：
B
A斜面冰箱保藏法；
B液氮（冷冻）保藏法；
C石蜡油封藏法；
D冷冻干燥保藏法
四、简答题
1、简述自然选育的一般程序？
自然选育（自然分离）的一般程序，是把菌种制备成单孢子悬浮液，经过适当的稀释以后，在固体平板上进行分离，挑取部分单菌落进行生产能力的测定，经反复筛选，以确定生产能力更高的菌株代替原来的菌株。
2、简述质粒不稳定现象？
1.由于某种环境或生理学上的原因，质粒会从某些宿主细胞中丢失，丢失率因环境、宿主、质粒的结构而有不同。
2.有时候重组质粒上一部分片段脱落，表现为质粒变小或某些遗传信息发生变化甚至丧失也会导致质粒不稳定。
四、论述题
1、质粒不稳定常见的是分裂不稳定，试述提高质粒稳定性的方法？
1、选择适当宿主，如重组质粒在大肠杆菌中比较稳定。
2、培养基加入选择性压力如抗生素，抑制质粒丢失菌的生长。
3、采用两阶段培养法。
在培养的第一阶段以增加菌体的生长达到一定密度为目的，外源基因不表达，从而使工程菌与质粒丢失菌的比生长速率的差别减小，增加了质粒的稳定性；
第二阶段再诱导外源基因的表达。
4、控制培养条件如温度、培养基组分等，使工程菌体现出有优势的比生长速率。
间歇供氧和改变稀释速率可以提高质粒的稳定性。
5、在质粒构建时插入一段能改良宿主细胞生长速率的特殊DNA片段，能起到稳定质粒的效果。
6、剔除质粒上不需要的DNA部分，选取不含可转移因子的质粒。
7、固定化重组菌以提高工程菌的稳定性。
2、何谓菌种退化，在生产实践中如何防治菌种退化现象？
微生物在传代过程中发生变异甚至死亡的现象称为菌种退化。
为防止菌种退化需进行菌种保藏，即采用最合适的保存方法，使菌种的变异和死亡减少到最低限度。
菌种保藏主要是根据其生理生化特点，人工创造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。
一般可通过培养基营养成分在最低水平、缺氧状态、干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。
常用的菌种保藏方法有：
沙土管保藏法、菌丝速冻法、石蜡油封存法和真空冷冻干燥保藏法等。
（参考课本P58—59）
第三部分微生物初级代谢调节
一．1酶的活性调节：
微生物通过调节酶的活性来控制代谢产物的一种方式，效果即时且迅速。
酶活性调节包括两个方面：
酶的激活作用和酶的抑制作用。
2酶的合成调节：
微生物通过调节酶的种类和数量来调节代谢的一种方式.效果较慢。
酶的合成调节的方式包括酶的诱导作用和酶的阻遏作用
3具有反馈抑制效应的酶叫变构酶
4具有二个不同结合部位而又相互作用的蛋白质叫变构蛋白
5诱导作用:
指培养基中某种基质的存在会增加（诱导）细胞中相应酶的合成速率.
6阻遏作用:
指培养基中某种基质的存在会减少（阻遏）细胞中其相应酶的合成速率.
7葡萄糖效应：
当菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性。
8巴斯德效应：
在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少,抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效应.
9协同反馈抑制:
催化物质生成的第一步的酶由于终端产物作用，活性部位和调节部位构象发生改变而导致活性受抑制的现象。
10酵母I型发酵：
即生产生长相关型。
在这种类型的发酵中，微生物的生长、碳水化
合物的利用和产物的形成几乎是平行进行的。
酵母发酵生成酒精，以及葡萄糖酸和大部分氨基酸、单细胞蛋白都属于这种类型（菌体生长和代谢产物）。
对于这种类型的产物来说，调整发酵工艺参数，使微生物保持高的比生长速率，对于快速获得产物、缩短发酵周期十分有利。
11酵母II型发酵:
即生产生长部分相关型，产物形成速率既和细胞的比生长速率μ有关，也与细胞的浓度有关。
它的生产特点是：
发酵第一时期菌体迅速生长，而产物形成很少或全无；
第二时期产物高速形成，生长也可能出现第二高峰，碳源利用在这两个时期都很高。
其代谢主流产物，两类：
一是经过连锁反应如丙酮丁醇；
一是不经过中间产物的积累，如柠檬酸等。
12酵母Ⅲ型发酵：
即生产生长不相关型，其生长特点是：
当培养基中的营养物质消耗殆尽、微生物的生长停止以后，产物才开始通过中间代谢大量合成。
即产生该类产物的微生物，其营养期和分化期在时间上是完全分开的。
非生产联动型的产物大多数是微生物的次级代谢产物，大多数的抗生素和生物毒素，以及维生素类。
它的产物形成与碳源利用无准量关系产量远低于碳源的消耗量。
1、末端产物（终产物）阻遏方式普遍存在于氨基酸、核苷酸生物合成途径中。
2、按照操纵子模型理论，在DNA分子的不同区段上至少有4种基因，即调节基因R、操纵基因O、启动基因P和结构基因S；
其中启动基因P和结构基因S又构成操纵子。
3、在酵母Ⅱ发酵液中添加葡萄糖发酵的终产物是甘油。
4、谷氨酸合成中，NH4+适量则生成谷氨酰氨，不足生成á
-酮戊二酸，过量生成谷氨酸。
5、营养缺陷型突变株可以用来积累大量的中间产物和少量的末端产物。
6、突变发生在调节基因或操纵基因，都可获得（）突变株。
三．1答：
酶活性调节的两种主要调节机制为：
1）共价修饰：
蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开，酶的构象也随之发生变化，使其活性活化或钝化的作用。
除去或加入的化学基团可以是磷酸基、甲基、乙基、腺苷酰基，共价结合部位一般为丝氨酸残基的-CH2OH。
可分为可逆共价修饰和不可逆共价修饰。
2）变（别）构控制：
①变构酶有一个以上的结合位点。
除了结合底物的活性中心外，在同一分子内还有一些分立的效应物结合位点；
如天冬氨酸转氨甲酰酶。
②主要位点和副位点可同时被占据；
③副位点可结合不同的效应物，产生不同的效应；
④效应物在副位点上的结合可随后引起蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性；
⑤变构效应是反馈抑制的理论基础，是调节代谢的有效方法。
（P63-65）
2答：
操纵子可分为诱导型操纵子（负向控制）和正向控制。
负向控制如大肠杆菌乳糖操纵子：
调节基因表达产物为阻遏蛋白，乳糖为诱导物。
其调控过程：
阻遏蛋白与诱导物结合成复合物→使阻遏蛋白结合位点变化→不能与操纵基因结合→操纵基因表达不被阻遏→结构基因Z、Y、A表达→半乳糖苷酶、半乳糖苷通透酶、半乳糖苷转乙酰基酶能合成。
正向控制：
如ara操纵子，其R基因的产物是一种蛋白质,有诱导物存在下可转化为转录激活剂（激活蛋白）,是转录作用所必需的。
3答：
生物素作为脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的合成。
当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形，代谢产物向膜外漏出，积累于发酵液中。
油酸的作用是引起脂肪酸的成分或量的改变，从而改变细胞膜的通透性。
青霉素，其作用是抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联，由于细胞膜失去细胞壁的保护，细胞膜受到物理损伤，从而使渗透性增强。
四．1从菌种选育的角度如何提高初级代谢产物的发酵单位？
（1）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节
在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代
谢物。
但在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末
端产物得到累积。
（2）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节
抗反馈调节突变菌株，就是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株
，或兼而有之的菌株。
在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制
和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。
（3）控制细胞膜的渗透性
微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。
采取生理学或遗传学方
法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。
这种解除末
端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。
（4）能荷调节
细胞通过调节腺苷酸的比例，来协调分解代谢与合成代谢的代谢速率。
在糖分
解途径中，NAD、ADP、AMP等可作为变构效应物与变构酶结合，促进或抑制糖分解
代谢产生能量。
（5）筛选抗分解代谢阻遏突变株解除分解代谢阻遏。
通过诱变使菌株缓慢利用速效碳源，而使得速效碳源和迟效碳源都能同时被利用，从而解除分解代谢产物阻遏作用。
第四部分微生物次级代谢调节与代谢工程
1、次级代谢
1、次级代谢主要涉及合成过程，其终产物、次级代谢物对菌的生长不是必需的，对其生命活动可能具有某种意义，通常是在生长后期开始形成的。
（上册P72）
2、前体
前体是加入到发酵培养基中的某些化合物，能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。
3、代谢工程
是指籍某些特定生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或运用重组DNA技术来创造新的化合物。
4、诱导物
在生长期内生产期前促进抗生素生物合成的化合物。
1、次级代谢调节类型包括诱导调节、碳分解产物调节、磷酸盐调节、生长速率调节、反馈调节和生长速度调节。
2、通过前体单体聚合的次级代谢物有四环类、大环内酯类和安莎霉素类等抗生素。
3、肽类抗生素的合成与蛋白质的合成不同，无需核糖体、转移RNA和信使RNA。
上册课本86页
三、论述题
1、试述头孢菌素C和红霉素的生物合成机制。
1.养分的摄入；
2.通过中枢代谢途径养分转化为中间体；
3.小分子建筑单位（次级代谢物合成的前体）的生物合成（前体聚合：
四环类、大环内酯类、聚酮类和肽类抗生素）；
4.如有必要，改变其中的一些中间体；
5.这些前体进入次级代谢物生物合成的专有途径；
6.在次级代谢的主要骨架形成后做最后的修饰，成为产物。
第五部分微生物反应动力学
1、发酵动力学
生化反应工程的基础内容之一，以研究发酵过程的反应速率和环境因素对速率的影响为主要内容。
通过发酵动力学的研究，可进一步了解微生物的生理特征，菌体生长和产物形成的合适条件，以及各种发酵参数之间的关系，为发酵过程的工艺控制、发酵罐的设计放大和用计算机对发酵过程的控制创造条件。
2、分批培养
在灭菌后的培养基中接种后只维持一定的温度，对PH值不加控制，对于好气培养过程还需通气搅拌，不向培养基中加入或移去任何物质的培养方式。
（课本上册200页）
3、比生长速率（μ）
将菌体浓度的自然对数与时间作图得一直线，其斜率为ｕ，即比生长速率。
是反映细胞生长特性的重要参数。
4、维持系数
维持代谢所消耗的碳源与细胞浓度和时间成正比，即式中m为维持系数
5、稀释率
即培养液流量与发酵罐内培养液体积之比，是指单位时间内加入的培养基体积占原培养基体积的分率，其倒数是指培养液在发酵罐中的平均停留时间。
6、补料分批培养:
是一种介于分批培养和连续培养之间的操作方式,在进行分批培养的时候,向反应器内加入培养基的一种或多种成分,以达到延长生产期和控制培养过程的目的.
1、Monod方程的表达式为
，它描述的是微生物生长和
营养物质之间的关系。
2、在分批培养中，典型的细菌生长曲线包括适应期、对数生长期、
生长稳定期和死亡期四个不同生长阶段。
3、在进行任何连续培养的开始，都要先做分批培养，待进入对数生长期，才开始以恒定的流量流加新鲜培养基。
1、黑曲霉利用糖质原料发酵生产柠檬酸的过程属于：
C
A、生长偶联型B、非生长偶联型
C、部分偶联型D、以上都不对
2、灰色链霉菌生产链霉素的过程属于：
A
3、在连续培养过程中，微生物在近似恒定状态下生长，这种状态可以有效地延长分批培养中的C
A、迟滞期B、对数期C、稳定期D、衰亡期
1、请谈谈和分批培养相比，连续培养的优点？
1）可以提高设备的利用率和单位时间产量，只保持一个期的稳定状态。
2）发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制。
3）易于分期控制，可以在不同的罐中控制不同的条件。
2、生长曲线中的稳定期对发酵工业有何意义？
如何延长稳定期？
稳定期是次生代谢产物发酵生产形成的重要时期（抗生素、色素等），生产上应尽量延长此期，提高产量。
如初生代谢产物如氨基酸、核苷酸生产或收获菌体时可在稳定期收获。
延长稳定期措施：
补充营养物质（补料）；
调pH；
增加溶氧；
调整温度。
第六部分发酵工艺调控和过程参数检测
一．1呼吸强度：
即比耗氧速度（QO2），指单位时间内单位重量的细胞所消耗的
氧气，mmolO2/（g菌•h）。
2摄氧率（r）：
单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量，mmolO2/（L•h）。
3临界氧浓度：
不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度
3拟塑性流体：
在速度梯度达到相当值后，其切应力随du/dh的增长率逐渐降低的流体。
4胀塑性流体：
在剪切流动中流体的黏度随剪切速率增加而增大，表现出剪切变稠的性质的流体。
1、微生物发酵中供氧是指氧分子从空气泡里通过气液界面、固液界面和
液相主体扩散到细胞中。
2、供氧阻力包括气膜、气膜界面、液膜和液流；
3、耗氧阻力包括菌丝或细胞周围液膜、扩散、细胞膜和细胞内反应。
4、溶氧系数的测定方法主要有亚硫酸法、排合法和取样法。
5、只含有单一液相，且粘度小的典型溶液属于牛顿流体；
含有固相、气相和液相而且粘度较大的发酵醪属于非牛顿流体。
1、氧气由气相扩散到液相的过程中，气液界面的两侧是：
A、气相和液相B、气膜和液膜
C、气相和气膜D、液相和液膜
2、单细胞的细菌和酵母中，不存在下列哪种耗氧方面的阻力？
A、细胞周围液膜阻力B、菌丝丛或团内的扩散阻力
C、细胞膜的阻力D、细胞内反应阻力
3、发酵罐中档板的存在有助于：
A、增加径向液流，减弱轴向液流B、增加轴向液流，减弱径向液流
C、同时增加径向和轴向液流D、同时减弱径向和轴向液流
4、对于粘度小，易分散均匀的牛顿型发酵液，搅拌叶和转速的配置应该是：
D
A、小叶径、高转速B、小叶径、低转速
C、大叶径、高转速D、大叶径、低转速
5、发酵罐容积一定时，为了提高氧的利用率，一般发酵罐的径高比H/D为：
A、小于1B、等于1C、2~3D、大于5
6、应用复膜电极直接测定发酵过程中溶氧系数时，下列哪种说法是错误的？
A、氧分子能透过复膜
B、发酵液性质和通风搅拌对测定没有显著影响
C、复膜可耐高温灭菌
D、不能直接测定发酵过程的溶氧系数
7、在适当搅拌的情况下，供氧方面的阻力中的哪一项不是主要阻力？
A、氧膜阻力B、气液界面阻力C、液膜阻力D、液流阻力
8、发酵罐中较好的搅拌器组合是：
A、上组、下组均为半浆B、上组、下组均用涡轮浆
C、上组平浆，下组涡轮浆D、上组涡轮浆，下组平浆
9、对于粘度大，菌丝易结团的非牛顿型发酵液，搅拌桨叶径和转速的配置应该是：
10、当保持溶氧系数不变时，发酵罐容积、转速和通风量的关系为：
A、容积大，转速低、通风量大B、容积大、转速低、通风量小
C、容积大、转速高、通风量大D、容积大、转速高、通风量小
11、关于发酵热的正确表达式为：
A、Q发酵＝Q生物＋Q搅拌＋Q蒸发＋Q辐射
B、Q发酵＝Q生物＋Q搅拌＋Q蒸发－Q辐射
C、Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
D、Q发酵＝Q生物－Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
四、问答题
1、作为发酵工业生产用种子需满足哪些基本要求？
（P144）
1、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短；
2、生理性状稳定；
3、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求；
4、无杂菌污染；
5、保持稳定的生产能力。
2、根据气液传质理论，论述提高机械搅拌通风发酵罐溶氧系数（KLa）的方法？
根据气液传质理论，论述提高机械基础机械搅拌通风发酵罐溶氧系数的方法
提高设备的供氧能力，以氧的体积传质系数，KLa表示，从改善搅拌考虑，更易收效。
（1）搅拌转速对溶氧的影响，搅拌加快使氧的传质提高，有利于产物合成，搅拌加快，很少发生因溶氧不足而使发酵“发酸”，单位不长的现象
（2）培养基养分的丰富程度的影响，限制养分的供给可减少菌的生长速率，也可达到限制菌对氧的大量消耗，从而提高溶氧水平，
（3）温度的影响由于传质的温度系数比生长速率低，降低发酵温度可以得到较高的溶氧值。
这是由于C*的增加，使供氧方程的推动力（C*—CL）增强，和影响了菌的呼吸。
（4）产中采用控制气体成分的办法既费时又不经济，但是对于产值高度品种，规模较小发酵，在关键时刻，即菌的摄氧达到高峰阶段，采用富氧气体以改善供氧状况是可取的。
3、发酵过程中检测的主要参数有几类？
①设定参数
②状态参数（指能反应过程中菌的生理代谢状况的参数，如pH、溶氧、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2、黏度、菌浓等）
③间接参数（指那些通过基本参数计算求得的参数，如摄氧率（OUR）、CO2释放速率（CER）、KLa、呼吸商（RQ）等）
4、发酵过程污染的原因及其控制途径有哪些？
过程污染的原因：
种子包括进罐前菌种室阶段出问题；
培养基的配制和灭菌不彻底；
设备上特别是空气除菌不彻底和过程控制操作上的疏漏。
（上册P181）
控制途径：
（这一部分我不是在书上找的，而是在一本叫《生物工艺原理》（贺小贤主编）找到相关资料，对于同学们，可以结合自己的想法再进行作答。
抱歉了，各位）
（1）：
对于种子带菌问题，控制途径有：
a、严格控制无菌室的污染，根据生产工艺的要求和特点，建立相应的无菌室，交替使用各种灭菌手段对无菌室进行处理。
B、在制备种子时对沙土管、斜面、三角瓶及摇瓶均严格进行管理。
C、对每一级种子的培养物均进行无菌检查，确保任何一级种子均未受杂菌感染后才使用。
（2）：
对菌种培养基或器具进行严格的灭菌处理，保证在利用灭菌锅进行灭菌前，先完全排除锅内的空气，以免造成假压，使灭菌温度达不到预定值，造成灭菌不彻底而使种子染菌。
（3）：
杜绝无菌空气带菌，就得从空气的净化工艺和设备的设计、过滤介质的选育和装填、过滤介质的灭菌和管理等方面完善空气净化系统。
（4）：
减少操作失误导致染菌。
（5）：
严密规范如接种、过程加糖补料或取样操作等过程控制。
5、发酵中泡沫产生的原因,影响因素及消除方法？
发酵过程中因
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