暨大微生物问答题

1、第五章 微生物的新陈代谢1.试述EMP途径在微生物生命活动中的重要性。（陈牧）答：EMP途径是多中微生物所具有的代谢途径，其产能效率虽低，但生理功能及其重要：供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原能力；是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环、HMP途径和ED途径等；为生物合成提供多种中间代谢产物；通过逆向反应可进行多糖合成。A：EMP pathway是绝大多数生物所共有的基本代谢途径； 也是yeast、mold和多数bacteria所具有的代谢途径。 B：在有氧下：EMP与TCA 相联进入主流代谢； C：在无氧下： a)在yeast中，由丙酮酸脱羧酶，将丙酮酸变成乙醛，后者再被还

2、原成乙醇。 C6 H12O62CH3 COCOOH2CH3 CHO2C2H5 OH2CO2 b)在乳酸杆菌属和链球菌属的一些细菌在乳酸脱氢酶的催化下，将丙酮酸变成乳酸。 乳酸脱氢酶 CH3COCOOH CH3CH(OH)COOH +2H+4) 乳酸发酵在食品及发酵上的实践与应用： 葡萄糖发酵产物中只有乳酸作为唯一产物的乳酸发酵称为同型乳酸发酵，工业上的常见菌种有：Lactobacillus delbruckii; Lactobacillus bulguricus。 A)制造乳酸纯品：用于生化制药及食品添加剂 B)制造酸奶：乳糖葡萄糖半乳糖乳酸发酵 风 味成分蛋白质降解凝固 C) 制作泡菜、酸菜

3、：植物浸出物中糖及其氨基酸 促进乳酸菌生长及发酵、产生风味 D) 增加传统发酵制品的风味（如， 白酒、酱油等）： 乙醇+乳酸乳酸乙酯2. 什么叫无氧呼吸？试列表对各种无机盐呼吸和延胡索酸呼吸加以简明比较。（陈牧）无氧呼吸定义：呼吸链末端的氢或电子受体是外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。这是一类在无O2条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。 底物按常规途径经脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物（个别是有机物延胡索酸）受氢。无机盐呼吸以硝酸盐呼吸为例。硝酸盐呼吸： 以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，又称“反硝化作用”。 硝酸盐在微生物生命活动中主要具有两种功能：一、同化性硝

4、酸盐还原。很多细菌、真菌及植物将NO3-还原成NH3，为生长提供氮源。二、反硝化作用：指NO3-被还原成NO2-，再逐步还原成NO、N2O和N2的过程，称“异化性硝酸盐还原”，仅局限于原核生物。 能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐还原细菌（又称反硝化细菌） ，主要生活在土壤和水环境中，通过硝酸盐呼吸硝酸盐易溶解于水，常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。同时土壤中植物能利用的氮（NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。延胡索酸呼吸：以往都是把琥珀酸的形成作为微生物的一般发酵产物来考虑，因为它是TCA cycle中的产物

5、；可是，在延胡索呼吸中，它却充作无氧呼吸链的末端受氢体，而琥珀酸则是延胡索酸的还原产物（逆TCA方向）。在无氧条件下培养微生物，如在培养基中加入延胡索酸，就会促使其快速生长并有较高的细胞得率，其原因是它们可利用延胡索酸作为末端受氢体，从而可利用电子传递链磷酸化产生大量的ATP。3. 试列表比较同型和异型乳酸发酵，就你所学述同型乳酸发酵在食品生产中的运用。（王贵）凡葡萄糖发酵后产生（1分子）乳酸及乙醇(或乙酸)和CO2 等多种产物的i异型乳酸发酵。相对的如只产生2分子乳酸，或产物中仅只是有乳酸的发酵，则称为同型乳酸发酵。类型途径产物/1葡萄糖产能/1葡萄糖菌种代表同型EMP2乳酸2ATP德氏乳杆

6、菌异型HMP1乳酸1乙醇1 二氧化碳1ATP杨膜明串球菌1乳酸1乙醇1 二氧化碳2ATP短乳杆菌1乳酸15乙酸2.5ATP两歧双歧杆菌同型乳酸发酵在食品生产中的运用： ) 乳酸发酵在食品及发酵上的实践与应用： 葡萄糖发酵产物中只有乳酸作为唯一产物的乳酸发酵称为同型乳酸发酵，工业上的常见菌种有： Lactobacillus delbruckii; Lactobacillus bulguricusi。 A)制造乳酸纯品：用于生化制药及食品添加剂 B)制造酸奶：乳糖葡萄糖半乳糖乳酸发酵 风 味成分蛋白质降解凝固 C) 制作泡菜、酸菜：植物浸出物中i氨基酸 促进乳酸菌生长及发酵、产生风味 D) 增加传

7、统发酵制品的风味（如， 白酒、酱油等）： 乙醇+乳酸乳酸乙酯4.细菌的酒精发酵途径如何？ 它与酵母菌的究竟发酵有何不同？细菌的酒精发酵有何优缺点？（智雄）（一） 无O2下走ED途径进行细菌酒精发酵：这种经ED途径发酵产酒精的过程与传统的由yeast通过EMP生产酒精不同，它称为细菌酒精发酵。例如Zymomonas mobilis(微好氧菌)，将在ED途径中所产生的丙酮酸转化为乙醇。 B)与HMP pathway相联： 通过6-P葡萄糖酸可与HMP连接，可获得必要的戊糖和NADPH2 等。细菌酒精发酵的优越性（三）优点利用Z.mobilis等细菌生产酒精是近十年来正在开发的工业，它比传统的yea

8、st酒精发酵有许多优点： A.代谢速率高：走的是ED途径，Glucose只经过四步反应即可快速获得由EMP途径须10步才能获得的丙酮酸。 B：产物转化率高： Saccharomyces cerevisiae ：EMP(88%)；HMP(12%) Zymomonas mobilis ：ED(100%) C：菌体生成少： 由A、B两点所决定。节省生产周期（或者减少种子罐这步工艺） D：代谢副产物少： 类似于B点，因为转化率高，且Z.mobilis对Glucose利用是经历途径（ED途径占100%）。E：发酵温度较高 也即Zmobilis能耐较高的温度，节省冷却水及电。 F：不必定期供氧 Z.mob

9、ilis是微好氧菌缺点 A较易染菌： Z.mobilis的生长pH为5，较易染菌 Yeast为pH3，一般bacteria在此pH不易染上。B耐乙醇能力低： 细菌耐乙醇力较Yeast为低，bacteria约为7.0%，Yeast为810%。(古人饮酒量大的原因。)第六章 微生物的生长及其控制1.什么叫典型生长曲线？它可以分为几期？划分的依据是什么？（刘烨）答：将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒容积的新鲜液体培养基中，在适宜的温度、通气等条件下培养，定时取样测定单位体积里的细胞数，以单位体积里细胞数的对数作纵坐标，以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是非丝状的单细胞微生物的典型生长曲线。 因为微

10、生物在不同的生长时期表现出不同的生长特点，以此为依据将其分为迟缓期（延滞期）、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期。迟滞期：将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即增加,或增加很少，生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟缓、代谢活跃。该期的具体特点为：生长速率常数为零；细胞形态变大或增长，尤其是长轴最为明显，许多杆菌可长成丝状；细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加速，容易产生各种诱导酶；对外界条件如NaCl 溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。 指数期：指紧接迟滞期之后，细胞以几何级数增长的一段时期。指数期

11、的具体特点：生长速率常数R最大且为常数，细胞每分裂一次所需的时间（称为代时，或世代时间，或增代时间，或倍增时间，用G表示）最短且稳定；细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀；酶系活跃，代谢旺盛。 稳定期：指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段稳定期具体特点：生长速率常数R降低至0；代时G延长；细胞重要的分化阶段；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；开始积累贮存物质（如糖原、异染颗粒、PHB等）；产芽孢的菌开始形成芽孢；次生代谢产物（抗生素、Vit、激素等）开始大量合成菌体的最大收获期衰亡期：稳定期后如对微生物再继续培养，则会出现营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡

12、速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长，是为衰亡期。1）生长速率常数R小于02）细胞形态发生多形化：出现畸形、不规则的退化形态等 失去鞭毛 球菌变成杆菌或分枝（如运动发酵单胞）G与G之间发生互变细胞膨大3）有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶4）有些微生物产生或释放出II型次生代谢产物（如氨基酸、转化酶、 外肽酶或抗生素等），这是与菌体生长不平行的代谢物的收获期5）芽孢杆菌往往在此期释放芽孢2. 一般认为氧对厌氧菌毒害的机制是什么？根据与O2的关系可把微生物分成哪几类？如何解毒？SOD酶的制备与应用？（刘佳）答：厌氧菌的氧毒害机制关于厌氧菌的氧毒害机制从本世纪初起已陆续有人提出，但直到197

13、1年在McCord和Fridovich提出SOD的学说后，才有了进一步的认识。 他们认为厌氧菌因缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超氧物阴离子自由基（ . O2-）毒害致死。 1、超氧物阴离子自由基的形成及性质： O2 + e- . O2 -（超氧阴离子自由基） . O2- + e- + H+ H2O2 （过氧化氢） H2O2 + e- + H+ H2O + OH- （羟基自由基） 在体内，超氧物阴离子自由基可由酶促（如黄嘌呤氧化酶）或非酶促方式形成，超氧物阴离子自由基（ . O2-）是活性氧的形式之一，因有奇数电子，故带负电荷；它既有分子性质，又有离子性质； 超氧物阴离子自由基反应力极强，

14、性质极不稳定，在细胞内可破坏各种重要生物高分子和膜，也可形成其他活性氧化物，故对生物体十分有害。据对O2的需要情况可分为：u 1、专性好氧菌（strict aerobe）：需氧微生物。 1）必须有分子O2才能生长： 细胞内存在完整的呼吸链。 该类微生物需O2供呼吸之用； 没有O2便不能生长。 不能在纯O2或高浓度O2下生长。高浓度O2（或纯氧）对专性好氧菌也是有害的。 2）细胞内含SOD酶（超氧化物歧化酶）和过氧过氢酶； 3）类属：绝大多数Fungi和许多Bacteria。 Pseudomanos aeruginosa; Corynebacterium diphtheriae. (白喉杆菌)

15、u 2、兼性厌氧菌（facultative aerobe）：兼性厌氧微生物。 1）有O2或无O2下都能生长： 有O2或无O2下都能生长，只不过所进行的代谢途径不同，但在有O2下生存得更好。 有O2：进行呼吸作用产能，(含有完整的呼吸链)； 无O2：进行发酵或无氧呼吸产能。 例如，Sac.cerevisiae在有O2下，行EMP-TCA pathway；在无O2下，行无氧酒精发酵。 2）含SOD酶和H2O2酶； 3）类属：许多酵母菌或许多细菌属此类。 E.coli, Enterobacter aerogenes 3、微好氧菌（Microaerophilic bacteria）：微量需氧微生物。

16、1）只能在较低的氧分压（210%）下正常生长； 2）含有SOD和H2O2酶； 3）类属：Zymomonas、Hydrogenomonas(氢单胞菌属)、Vibrio cholerae（霍乱弧菌）。u 4、耐氧菌（aerotolerant anaerobe）耐氧微生物. 1）该类菌的生长不需要O2，但O2对它也无毒害。 不具呼吸链 靠专性发酵产能 2）含有SOD和peroxidase，但缺乏H2O2酶。 3）类属：一般的乳酸菌多数是耐氧菌： Streptococcus lactis Lactobacillus lactis Leuconostoc mesenteroidesu 5、厌氧菌（ana

17、erobe） 在微生物世界中，绝大数种类都是好氧菌或兼性厌氧菌。厌氧菌的种类相对较少，但近年来已找到越来越多的厌氧菌。 1）分子O2对厌氧菌有致死作用 O2对其有毒害，即使短期接触空气，也会抑制其生长甚至致死；在空气或含10%CO2的空气中，它们在固体或半固体培养基的表面上不能生长，只有在其深层或低氧化还原势的环境下才能生长。 不具呼吸链。 通过发酵，无氧呼吸产能（光合细菌通过循环光合磷酸化或甲烷菌通过甲烷发酵产能）。 2) SOD、H2O2酶、peroxidase均缺乏。 3) 类属： Clostridium Bifidobacteriues Bateroides中的一些菌种清除机制：生物在

18、其长期进化过程中，早就发展出清除超氧物阴离子自由基等各种有害活性氧的机制。为一切好氧生物共有的SOD就是最重要的方式之一。三种好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（SOD），它可使剧毒的. O2歧化成毒性稍低的H2O2。再在好氧微生物中的过氧化氢酶作用下，H2O2进一步分解成无毒的H2O。在耐氧菌中的过氧化物酶作用下，H2O2还原成无毒的H2O。专性厌氧菌没有SOD，无法使. O2歧化成H2O2 ，因此在有氧条件下细胞内形成的. O2就使自身受到毒害，直至死亡。 SOD的应用及制备生产：1) SOD的功能： A：治疗功能：作为防癌、治疗放射病等； B：保健功能：作为（防衰老为主的）保健食品的重

19、要成分（例如，猪血，食用菌等）； C：美容功能：护肤、美容化妆品的添加剂( 注：化学修饰能延长SOD的生物半衰期，未修饰的SOD在体内的半衰期仅6min）。2）SOD的制备及改进方法 A.提取：从动物血、微生物及其发酵液中提取（例如冬虫夏草、菇类等）。 B. 基因克隆= 工程菌 = 发酵。 3.试以磺胺及其增效剂TMF为例，说明化学治疗剂的作用机制。（梓琪）磺胺类药物通过与正常代谢产物竞争酶的活性中心，从而使微生物正常代谢所需的重要物质无法合成。很多细菌必需利用PABA来合成四氢叶酸。 但PABA可由细菌自身合成，也可从外界获得。而磺胺的存在则可与PABA竞争性地与二氢蝶酸合成酶结合，阻止四氢

20、叶酸的合成。人类因缺乏四氢叶酸合成酶，只能从食物中获得。对磺胺药物不敏感4.抗生素对微生物的作用机制分几类？试各举一例。（梓琪）A、随着几十年的不断研究和发展，又发现了这类药物有许多新的用途，不但可以预防和治疗由细菌引起的疾病，还可以预防和治疗由支原体、立克次氏体、原虫、真菌、霉菌等许多微生物引起的各种疾病，所以从80年代初期把抗菌素称为抗生素。（百度）B、抑制细菌细胞壁合成：青霉素，头孢霉素 干扰细胞质膜：短杆菌肽，两性霉素抑制蛋白质合成：四环素，链霉素 抑制核酸合成： 丝裂霉素，利福霉素C、对天然抗生素的化学结构进行人为改造后的抗生素，称为半合成抗生素。 青霉素易过敏、不稳定、不能口服和易

21、产生耐药菌株。因此需对青霉素的结构进行改造，制备成6-APA。在此背景下产生半合成抗生素。第七章 微生物的遗传变异和育种1.什么是质粒？它有哪些特点？主要质粒有几类？各有何理论和实践意义？（刘烨）答：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。质粒的特点有：(1) 位于核基因组外(2) cccDNA（3）链霉菌和酵母菌中发现了线状dsDNA质粒和RNA质粒(4) 有的质粒可整合到核染色体上(5)可重组（质粒与质粒间，质粒与染色体间）；(6) 有的质粒可在细胞间转移（F因子，R因子）(7) 人为消除：用吖啶类，UV，电离辐射，利福平等处理含质粒的细胞，由于质粒

22、的复制受到抑制而核染色体的复制仍继续进行，故可使子代细胞中的质粒消除(curing）。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势5质粒主要有以下几类：(1) 致育因子：又称F质粒，其大小约100kb，约等于2%的核染色体DNA的小型cccDNA，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。F因子的功能有：1.F因子可足以对94个中等大小的多肽进行编码；2.F因子中的13的基因(约30kb）是tra区，与质粒转移和

23、性菌毛合成有关。(2)抗性因子（Resistance factor，R因子）：【R因子的结构组成】多数Rfactor是由相连的两个DNA片段组成。（1）RTF质粒（resistance transfer factor）：含有调节DNA复制和拷贝数的基因及转移基因。（2）抗性决定质粒（rdeterminant)：含有抗生素的抗性基因。R质粒在遗传学上的意义；可作为筛选时的理想标记。可作基因载体。(3)Col 质粒：产细菌素的质粒，许多细菌都能产生某些代谢产物，抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株，因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质，不象抗生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素。大肠杆菌（E.

24、 coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），而质粒被称为Col质粒(4) 毒性质粒：许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。(5) 代谢质粒；质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。(6)隐秘质粒：大多数酵母菌含有一种称为2m的质粒 ,属隐秘质粒结构特点： 长为2 mm的6kb的环状双链DNA分子 位于酵母细胞核内，50100拷贝 只携带与复制和重组有关的4个基因，无遗传型意义：2m质粒是酵母菌中进行分子克隆和基因工程的重要载体，因此以它为基础构建的克

25、隆和表达载体已得到广泛的应用。另一方面，该质粒也是研究真核基因调控和染色体复制的一个十分有用的模型 质粒在基因工程中的应用质粒具有许多有利于基因工程操作的优点： 体积小，便于DNA的分离和操作； 呈环状，使其在化学分离过程中能保持性能稳定； 有不受核基因组控制的独立复制起始点； 拷贝数多，使外源DNA可很快扩增； 存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒克隆的检出和选择。2.什么是原生质体融合？其基本操作程序如何？它在育种工作中有何优点？（智雄）定义：通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。优点：打破了微生物的种界界限，可实现远缘菌株

26、的基因重组。可使遗传物质传递更为完整、获得更多基因重组的机会。可与其他育种方法相结合，如把常规诱变和原生质体诱变所获得的优良性状，组合到一个单株中。操作过程：a. 两亲本菌株的选择和遗传标记的制作（选择不同的营养缺陷型，对药物抗性差异） （A: a+b-, B:a-b+） b.原生质体的制备（高渗条件） c.原生质体再生（测定再生率） d. 融合（PEG、离心沉淀、电脉冲等）e 融合子的检出（直接检出法和间接检出法）f实用性菌株的筛选3.为何证明核酸是遗传物质的三个经典实验都不约而同地同时选用微生物为研究对象，且其中两个是病毒？（刘佳）微生物所具有的独特的生物学特性最热衷选用的模式生物微生物由

27、于其自身其一系列极其独特的生物学特性，因而在现代遗传学、分子生物学和其他许多重要生物学基础研究中，成了学者们最热衷选用的模式生物。这些独特生物学特性如：物种与代谢类型的多样性；个体的体制极其简单；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于积累不同的中间代谢物或终产物；菌落形态的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型突变株；各种微生物一般都有其相应的病毒；以及存在多种处于进化过程中、富有特色的原始有性生殖方式等。总结为：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。对环境因素的作用