考研-华南理工大学-发酵工程-工业微生物复习题及答案

复习思考题及答案

第一章 微生物与工业微生物学

1.什么是微生物？ 广义的微生物和工业微生物主要包括哪几大类？ 答：

微生物是指所有形体微小，单细胞或结构简单的多细胞，或没有细胞结构的一群最低等的生物。

整个微生物家族的成员包括三大类：(1) 非细胞类微生物 (真病毒、亚病毒 )；(2) 原核细胞类微生物 (细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体)；(3) 真核细胞类微生物 (酵母菌、霉菌、蕈菌、藻类、原生动物)。

以上三大类微生物中, 原核生物中的细菌、放线菌，真核生物中的酵母菌、霉菌和蕈菌, 以及非细胞生物中的噬菌体, 是在工业上有重要用途或关系密切的微生物。

2.微生物具有哪些主要特性？ 试简要说明之。 答：

微生物, 除了具有一般大型生物的共性外, 还带来了以下这些任何其它生物所不能比拟的特性：

(1)种类多 到目前为止, 人们已经发现并已认识的微生物种类大约有20万种, 其中绝大多数为较容易观

察和培养的真菌、藻类和原生动物等大型微生物。据粗略估计, 微生物的种类约为几百万种。人类已经开发利用的微生物则仅占已发现微生物种的约1%, 都是与人类的生活、生产关系最密切的那些种类。此外，在现有环境中还存在着极其大量的“不可培养的”（unculturable）微生物。微生物种类多, 一方面还表现在微生物的生理代谢类型多, 另一方面还表现在微生物能产生和积累的代谢产物种类繁多。

(2)分布广 微生物因其形体微小、重量轻, 故可以随着风和水流到处传播。在空气、水、土壤和动植物体

表体内, 到处都充满了大量的各种微生物。可以说微生物是无处不有, 无孔不入, 几乎到处都是微生物活动的场所。只要环境条件合适, 它们就可以在那里大量地繁殖起来。凡是有动植物生存的地方都有微生物存在, 而没有动植物生存的地方也有微生物存在。因为一部分微生物具有特殊的抗逆性, 它们可以在某些恶劣的极端环境条件下生活, 被人们认为是生物圈上下限的开拓者和各种世界记录的保持者。

(3)繁殖快 微生物惊人的生长繁殖速度是其它任何生物都望尘莫及的。在最适宜的培养条件下, 人们最熟

悉的大肠杆菌每13～20分钟就可分裂出新的一代。微生物繁殖速度快这一特性, 在发酵工业上有着重要的实践意义。

(4)代谢强 微生物的代谢强度比起高等生物要高出几百至几万倍。微生物代谢能力强主要表现在吸收多，

转化快。吸收多即“胃口大”。微生物代谢能力强这个特性, 为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充足的物质基础。其代谢能力强的主要原因是由于个体小，比表面积大，因此它们能够在细胞与环境之间迅速交换营养物质和代谢产物。同时，它们在细胞内也会不断合成具有高活性的代谢酶类以适应自身迅速生长繁殖的需要。

(5)易变异 微生物容易发生变异的主要原因, 是个体多为单细胞或结构简单的多细胞，甚至非细胞结构。

因而在受到外界物理或化学因素影响后，很容易引起细胞内的遗传物质发生突变，结果导致遗传性状，包括形态或生理表型上的变异。微生物易变异的另一个原因是细胞增殖速度快，细胞数量多，因而尽管其自发突变率很低，也会造成在短时间内产生较多的变异后代。很显然，微生物容易变异的特性对人类而言既有益又有害。

3.何谓微生物的分类、鉴定和命名？微生物的主要分类单位有哪些？其命名法则怎样？

答：微生物分类学的内容包括分类、鉴定和命名三个部分。分类是根据微生物表型特征的相似性或系统发育的相关性进行分群归类, 编排成系统；鉴定是依据现有的微生物分类系统, 通过各种特征描述和测试, 确定一个

未知名微生物所应归属分类群的过程；命名则是根据国际统一命名法则, 给予每个新发现的微生物一个特有的专用名称, 即学名。

微生物种以上的分类单位自上而下依次分为域、界、门、纲、目、科、属、种共8级，这是主要的分类单位。此外，在两个主要分类单位之间，还可添加亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、亚种等次要分类单位。

微生物与其他生物一样，按国际命名法规命名，即采用双名法或三名法，给每一种微生物取一个国际学术界都公认的科学名称，即学名(scientific name)。每一个微生物的学名均由拉丁词、希腊词或拉丁化的外来词组成，在出版物中应排成斜体字。

4.若按六界系统分类，生物可分为哪六界？工业微生物在该分类系统中的位置怎样？

答：若按1977年我国学者王大耜等在魏塔克（R. H. Whittaker）主张五界系统的基础上再增加一个病毒界而形成的六界系统，那么微生物在该分类系统中应分别属于病毒界、原核生物界、真核原生生物界和真菌界。工业微生物在该分类系统中的位于：

动物界

植物界

蕈 菌 真菌门 霉 菌 真菌界 酵母菌 粘菌门 — 粘菌 原生动物

生物分类系统 真核原生生物界 微 生 物 单细胞藻类 蓝色光合菌门 — 蓝细菌 原核生物界 放线菌 细菌门 细 菌

病毒界 — 病毒（噬菌体）

5.微生物分类鉴定的主要依据是什么？微生物的分类鉴定方法和技术可归纳为哪几种？

答：微生物的分类是以它们的形态结构、生理生化反应和遗传性等特征的异同为依据，根据生物进化的规律，将微生物进行分门别类，并根据相似性或相关性水平编排成系统。微生物分类鉴定的主要依据包括：

(1) 经典的分类鉴定依据 微生物的形态特征、微生物的生理生化特性、微生物的生态特性、血清学反应； (2)现代的分类鉴定依据 细胞壁的化学成分、细胞的其他化学成分、DNA碱基比例 (GC比)、DNA杂交率、rRNA寡核昔酸序列同源性、微生物全基因组序列。

6.现代工业微生物学的新发展主要表现在哪几方面？ 展望新世纪的工业微生物学, 有哪些发展趋势？ 答：现代工业微生物学的新发展主要表现在：

(1) 20世纪50、60年代, 受抗生素工业迅猛发展的影响, 工业微生物学史上开始出现寻找各种有益微生物代谢产物的热潮，而且工业微生物产品逐步向生产少量而贵重的生物药物新产品的方向发展。在此期间，工业微生物学在应用研究方面，则向着更自觉更有效和可人为控制的方向发展。人们开始采用新的育种方法定向选育优良菌种，以达到提高产品产量的目的。

(2) 从70年代初开始，固定化酶和固定化菌体技术已逐步发展起来并应用于工业化生产，它的优越性在于

可连续、稳定、长时间地反复进行生物催化反应，生产效率高，易于控制、节省原料和能源，它使传统的微生物发酵工艺产生革命性的变化。

(3) 从80年代初开始，各种微生物细胞的原生质体和原生质体之间的融合再生技术得到迅猛发展，并已成为微生物发酵工业中的另一种重要而有效的育种手段。微生物种内、异种间或异属间的细胞融合的结果形成了各种类型的重组融合体，赋予了微生物新的遗传性状，从而能产生新的组分，新的代谢产物或提高某种产物的产量等。

(4) 随着分子生物学和分子遗传学的发展，一门新兴的综合性的应用学科—生物工程学（又称生物技术）在世界范围内迅速地发展起来。生物工程技术体系主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程（微生物工程）和生化工程。现代工业微生物学已经与基因工程、细胞工程和酶工程等紧密结合起来，在生物工程这个高科技前沿带中充分发挥其主角的作用并得到新的发展。

新世纪的工业微生物学发展趋势：

(1) 新世纪微生物基因组学研究, 将进一步扩大到与工业、农业、环境、资源等密切相关的重要微生物，将为进一步利用和改造微生物菌种产生质的飞跃, 将为不断地提高目标产物的生产水平或生产新的产物提供了可能性。 微生物将是新世纪进一步解决资源和能源等实际应用问题的最理想材料。

(2) 新世纪的工业微生物学将更广泛地与能源、信息、材料、计算机等多种学科交叉、渗透和结合。 因此加强学科间的交流和合作具有特别重要的意义, 它将开辟新的研究和应用领域, 并获得新的发展。微生物学的研究技术和方法, 将会在吸收其他学科的先进技术的基础上, 向自动化、定向化和定量化发展。

(3) 21世纪, 微生物产业将呈现全新的局面, 除了更广泛地利用和挖掘不同生境 (包括极端环境)的自然资源微生物外, 基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌, 生产外源基因表达的产物, 特别是药物的生产将出现前所未有的新局面。结合基因组学在药物设计上的新策略, 将出现以核酸为靶标的新药物的大量生产, 微生物制药工业的生产水平将进一步提高。在新世纪人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他特殊的疾病。

(4) 在21世纪, 随着工业生物技术高潮的到来，将出现一批崭新的微生物工业, 将生产出各种各样的新产品, 例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源、精细化学品等, 为全世界的经济和社会发展作出更大贡献。

第二章 重要的工业微生物

1. 细菌有哪几种基本形态？ 其大小及繁殖方式如何？

答：细菌按其个体形态，基本上可分为球状、杆状、螺旋状三种，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。 球菌大小以其直径表示, 大多数球菌的直径为0.5?1μm；杆菌大小以其宽度和长度表示, 多数杆菌的宽度与球菌直径相近，其长度则为宽度的1倍至几倍 (约0.5~5μm)； 螺旋菌大小也以其宽度和长度表示, 但长度一般是指菌体两端点间的距离, 并非真正的长度。 多数螺旋菌大小为0.3 ? 1 ? 1 ? 50μm。

细菌一般进行无性繁殖, 最主要的无性繁殖方式是裂殖，即一个细胞通过分裂(二分分裂或折断分裂)，结果由一个母细胞形成大小基本相等的两个子细胞。有少数芽生细菌能象酵母菌一样进行芽殖, 即在母细胞一端先形成一个小突起, 待其长大后再与母细胞分离的一种繁殖方式。此外，还有极少数细菌种类（主要是大肠杆菌），在实验室条件下能通过性菌毛进行有性接合。

2. 试述细菌细胞的一般结构、化学组成及其主要生理功能。

答：一般结构是指一般细菌细胞共同具有的结构，包括细胞壁、细胞质膜、核质体和细胞质等。

(1) 细胞壁 革兰氏阳性细菌细胞壁较厚(20 ~ 80 nm), 机械强度较高, 化学组成较简单, 主要含肽聚糖和磷壁酸；革兰氏阴性细菌细胞壁较薄, 机械强度较低, 但层次较多, 成分较复杂, 主要成分除蛋白质、肽聚糖和脂多糖外, 还有磷脂质、脂蛋白等。细胞壁的主要功能是： ①维持细胞外形，保护细胞免受外力（机械性或渗透压）的损伤；②作为鞭毛运动的支点；③为细胞的正常分裂增殖所必需；④具有一定屏障作用，对大分子或有害

物质起阻拦作用；⑤与细菌的抗原性、致病性及对噬菌体的敏感性密切相关。

(2) 细胞质膜 细胞质膜的结构可表述为液态镶嵌模型(fluid mosaic model)，即由具有高度定向性的磷脂双分子层中镶嵌着可移动的膜蛋白构成。其化学组成主要是蛋白质（占50%~70%）和脂类（占20%~30%），还有少量的核酸和糖类。脂类主要是磷脂，每一个磷脂分子由一个带正电荷的亲水极性头（含氮碱、磷酸、甘油）和两条不带电荷的疏水非极性尾（长链饱和与不饱和脂肪酸）组成。非极性尾的长度和饱和度因细菌种类和生长温度而异。

细胞质膜的生理功能主要是：① 具有高度的选择透性，控制营养物质的吸收及代谢产物的排除, 是维持细胞内正常渗透压的结构屏障; ② 含有各种呼吸酶系，是氧化磷酸化或光合磷酸化产生ATP的部位；③ 是细胞壁和糖被的各种组分生物合成的场所；④ 质膜上的间体与DNA复制分离及细胞间隔形成密切相关；⑤ 是鞭毛的着生点并为其运动提供能量。

(3) 核质体 核质体实际上是一条很长的环状双链DNA 与少量类组蛋白及RNA结合, 经有组织地高度压缩缠绕而成的一团丝状结构，通常称之为细菌染色体（图2 – 12）。细菌染色体中心有膜蛋白核心构架，构架上结合着几十个超螺旋结构的DNA环，而类核小体环不规则分布在DNA链上。其功能是起贮存遗传信息和传递遗传性状的重要作用。

(4) 细胞质 主要化学成分是水(约占80%)、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类及无机盐类。一般细菌细胞质中主要含有核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、质粒、各种营养物质和大分子的单体等。少数细菌还含有磁小体、羧酶体、气泡等组分。

其中，核糖体是由核糖核酸和蛋白质组成的微粒，由50S大亚基和30S小亚基组成, 每个细菌细胞约含1万个，是合成蛋白质（酶）的场所。贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒, 主要功能是贮存营养物和提供碳源、能源、氮源和磷源等, 其种类主要有：糖原颗粒、聚?-羟基丁酸颗粒、硫颗粒、藻青蛋白、异染粒等。

3. 细菌细胞的特殊结构包括哪些部分？ 各有哪些生理功能？

答：特殊结构是指仅在某些细菌细胞才具有的或仅在特殊条件下才能形成的结构，包括糖被、鞭毛、菌毛和芽孢等。

(1) 糖被 糖被的生理功能主要是：①起保护作用，使细菌能抗干燥、抗噬菌体吸附、抗白细胞吞噬；②是菌体外的贮存物质，营养缺乏时可作为碳源和能源利用；③可使菌体附着于某些物体表面; ④作为透性屏障, 使细菌免受重金属离子毒害。

(2) 鞭毛 鞭毛的生理功能是运动, 鞭毛的运动引起菌体的运动，以实现其趋性 (包括趋化性、趋氧性、趋光性等),其运动方式有泳动、滑动、滚动或旋转。

(3) 菌毛 普通菌毛的主要功能是使细菌较牢固地粘附在动植物细胞或组织的表面，即作为细菌感染动植物组织（如呼吸道、消化道和泌尿生殖道等的粘膜）的粘附器官。性菌毛是雄性菌株(供体菌)在有性接合过程中，向雌性菌株(受体菌)传递遗传物质的通道。此外，某些RNA噬菌体（如M13）以性菌毛作为特异性吸附受体。

(4) 芽孢 一个细菌只形成一个芽孢，一个芽孢萌发为一个营养细胞，故细菌产芽孢并无繁殖功能，而是产芽孢细菌生存的一种形式。与营养细胞相比，休眠状态的生芽孢细胞对热、辐射、干燥和化学药品等恶劣环境具有极强的抵抗能力。

4. 简单表述肽聚糖的组成和结构。革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁结构和组成有何不同？

答：每一肽聚糖单体由3部分组成: ①双糖: 由N—乙酰葡萄糖胺（NAG）与N—乙酰胞壁酸（NAM）通过β-1,4-糖昔键相连形成双糖单位(易被溶菌酶水解)；（图2 – 7） ② 短肽(四肽尾): 由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成, 短肽接在N—乙酰胞壁酸（NAM）上； ③ 肽桥(肽间桥): 起着连接前后2个短肽分子的

作用, 其组成分具有多样性, 如金黄色葡萄球菌的肽桥为－(Gly)5－, 而大肠杆菌的肽桥为－CO·NH－。

肽聚糖的结构可简单表述为：由N—乙酰葡萄糖胺（NAG）与N—乙酰胞壁酸（NAM）重复交替连接构成骨架，接在N—乙酰胞壁酸上的相邻短肽由肽桥再交叉相联, 形成致密的多层网状结构。短肽和肽桥的组成分及联接方式依不同种类细菌而异。

革兰氏阳性细菌细胞壁较厚(20 ~ 80 nm), 机械强度较高, 化学组成较简单, 主要含肽聚糖和磷壁酸；革兰氏阴性细菌细胞壁较薄, 机械强度较低, 但层次较多, 成分较复杂, 主要成分除蛋白质、肽聚糖和脂多糖外, 还有磷脂质、脂蛋白等。

5. 什么是革兰氏染色法？ 其基本原理及操作步骤怎样？

答：1884年，丹麦医生革兰氏（Gram）发明了一种重要的细菌鉴别染色法称革兰氏染色法 (Gram stain)。该染色法的步骤是：（1）先用结晶紫液初染；（2）再用碘液媒染（与结晶紫形成不溶于水的复合物）；（3）接着用95%乙醇进行脱色；（4）最后再用番红（沙黄）液复染。经过这种染色方法可以将所有细菌基本上区分为两大类：

革兰氏阳性细菌(Gram positive bacteria)：原经（1）（2）步已染上的紫色复合物不被乙醇洗脱仍保持紫色，称革兰氏阳性（G +）。

革兰氏阴性细菌(Gram negative bacteria)：原已染上的紫色复合物易被乙醇洗脱，又变成无色菌体最后则被番红复染而呈红色，称革兰氏阴性（G）。

革兰氏染色反应机理：一般认为，革兰氏阳性细菌细胞壁较厚而紧密，肽聚糖网层次多、交联致密，不含类脂质。当用乙醇脱色时, 因失水而引起肽聚糖层网格结构的孔径缩小乃至关闭，阻止了结晶紫—碘复合物的洗脱，故菌体最后仍呈紫色或紫红色；相反, 革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄, 外膜层的类脂含量高, 而肽聚糖层薄和交联度差, 当乙醇脱色时，外膜层的物质迅速被溶解，通透性增大，结晶紫—碘复合物被抽提洗脱，细胞褪成无色, 再经沙黄等红色染料复染, 结果阴性菌呈现红色。

6. 什么是原核生物？ 哪些微生物属于原核生物？

答：原核微生物 — 这类微生物细胞中的核比较原始简单，没有核膜包围，不具核仁和典型的染色体，也没有固定形态。主要包括：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等，在工业上有重要作用的原核微生物主要是细菌、放线菌和蓝细菌。

7. 请解释下列名词：菌落、菌苔，单菌落、菌膜、菌落特征。

菌落 细菌接种在固体培养基后，在适宜的条件下以母细胞为中心迅速生长繁殖所形成的肉眼可见的子细胞堆团，称为菌落（colony）。

菌苔 将某一纯种细菌的大量细胞密集地划线（直线或之字线）接种到琼脂斜面上，培养2 ~ 4天后，每个细胞长成的菌落相互联接成一片，称为菌苔（lawn）。

单菌落 由一个单细胞繁殖而成的菌落则称之为单菌落， 可认为是细菌的纯培养物即纯种。 菌膜 好氧细菌在试管的液体培养基中静置培养后，在液体表面的生长状态。

菌落特征 在一定的培养条件下，各种细菌在固体培养基表面所形成的菌落具有一定的形态、构造等特征。

8. 试述工业上常用几种细菌 (大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、枯草芽孢杆菌)的学名、用途及细胞形态特征。

答：工业上常用几种细菌的学名、用途及细胞形态特征：

大肠杆菌 (Escherichia coli) 大肠埃希氏菌，俗称大肠杆菌。菌体呈短杆或长杆状，0.5～1.0×1.0～3.0 μm，

—

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库考研-华南理工大学-发酵工程-工业微生物复习题及答案在线全文阅读。