微生物学控制与发酵考试重点

微生物学控制与发酵考试重点微生物学控制与发酵考试重点微生物学控制与发酵考试重点资料仅供参考文件编号：2022年4月微生物学控制与发酵考试重点版本号：A修改号：1页次：1.0审核：批准:发布日期：1、代谢控制发酵：指利用遗传学的方法或者其它生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）分子水平上改变和控制微生物的代谢，使目标产物大量生成、积累的发酵。2、营养缺陷型：指原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中补加该营养物质才能生长的突变型菌株。3、结构类似物：指与代谢途径中的代谢产物结构相类似，能与代谢物一样与调节酶结合引起酶活性的变化，但不具有代谢物生理功能的一类化合物。4、调节酶：是参与代谢调节的酶的总称。作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。常称为关键酶，主要包括变构酶、同功酶和多功能酶。5、积累反馈抑制：每一个最终产物只单独地、部分地抑制共同步骤第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响，当几个最终产物同时存在时，他们的抑制作用是积累的6、转化：指相当大的游离的供体细胞的DNA片段被直接吸收到受体细胞内，并整合于受体细胞的基因组中，从而使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。7、操纵子：是指原核生物基因组的一个表达调控序列，长度约1000bp左右，由若干结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控。8、巴斯德效应：在有氧的条件下，由于进行呼吸作用而使酒精发酵和糖酵解作用受到抑制的现象。9、诱变：利用物理或化学因素处理微生物细胞群体，促使其中少数细胞中的遗传物质（主要是DNA）的结构发生改变，从而引起微生物的遗传性状发生变化，然后通过目的选择标记设法从群体中筛选出少数性状优良的突变菌株的过程。10、二次生长：在分批培养微生物的过程中，由于微生物分阶段利用基质中的主要成分，而出现的两个高速生长现象。1、能荷：能荷是机体能量在数量上的衡量形式。为从量上表示细胞内ATP-ADP-AMP的能量情况，1968年Alkinson提出了能荷概念。2、渗漏缺陷型：指遗传性障碍不完全的缺陷型。由于这种突变是它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失，因此，渗漏缺陷型能够少量地合成某一代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。4、组成酶：在特定的细胞内，无论其组织或介质的组成如何、诱导物是否存在，它都有一种接近恒定数量的酶存在或本能的合成的酶（1分）。5、协同反馈抑制：在代谢途径中，会产生两个以上的代谢产物，任何一种代谢产物的积累都不会对代谢途径的第一步反应的酶起抑制作用，只有当代谢产物同时过量积累时，才会对代谢途径的第一步反应得酶起抑制作用。6、次级代谢产物：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。7变构调节：小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。8、脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性，称为脱敏作用。例如低温、汞盐等起到脱敏作用。9、同化作用：同化作用（又叫做合成代谢）是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。即生物体利用能量将小分子合成为大分子的一系列代谢途径。3、代谢互锁：分支途径上游的某个酶受到另一条分支途径的终产物，甚至于本分支途径几乎不相关的代谢中间物的抑制或激活，使酶的活力受到调节，此即代谢互锁。7.主动转运：物质分子或离子）由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧，由细胞膜上的特殊蛋白质参与，必须由被转运的物质外部膜或细胞）供给能量。8、代谢：是细胞内发生的各种化学反应的总称，它主要由分解代谢Catabolism）和合成代Anabolism）两个过程组成。3、转导：由噬菌体将一个细胞的基因传递给另一细胞的过程。4、次级代谢产物：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。5、菌种退化：指群体中退化细胞在数量上占一定数值后表现出菌种生产性能下降的现象。7、同功酶：指能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。9、诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。10、抗生素：生物在其生命活动过程中所产生的，能在低微浓度下有选择地抑制或影响其它生物机能的有机物质。1、菌种复壮：采取一定的措施，使退化的群体中保持原有菌种特性的细胞生长、繁殖以更新退化菌株的过程。4、途径工程：一门利用分子生物学的原理系统分析细胞代谢网络，并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径及遗传修饰，进而完成细胞特性改造的应用性学科。6、葡萄糖效应：是葡萄糖分解产物引起的对酶的生成的分解代谢产物阻碍作用。7、代谢控制发酵：用遗传学或其他生化方法，人为的在DNA分子水平上，改变控制微生物的代谢，使有用产物大量生产，得到积累的发酵。β—半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。阻遏诱导酶的活性特异代谢物（变构效应物），构象酶的生物合成（酶量）调节。酶反应底物相结合变构酶解聚，或变构酶的编码基因发生突变，生物素调节和能荷调节。EMP途径，或称为糖酵解途径，也称为双磷酸己糖（HDP）途径。单纯扩散、易化扩散、主动转运反应速度与底物浓度（或变构抑制剂浓度）的关系曲线呈S型细胞核中；三羧酸循环的酶常分布于线粒体；糖酵解的酶常分布于细胞液（胞质）中 反馈阻遏 反馈抑制1、控制对象 酶的生物合成 酶的活性2、控制的水平 DNAmRNA酶蛋白 酶蛋白的构象变化3、控制装置 终产物与阻遏蛋白亲和力 终产物与变构部位亲和力4、控制装置的动作 阻遏蛋白与操纵基因结合不能合成mRNA 通过变构效应，酶的结构发生变化5、形成的控制 开、关控制 控制酶活性大小6、反应 迟缓、粗的控制 迅速、精确的控制7、细胞经济 高分子化合物（酶蛋白） 低分子化合物（酶促产物）工业生产上使用的优良菌种应具备的特征？（1）原料方面：广，转化率高（2）产物方面：目的产物含量高，副产物少；3菌体方面：生长快、繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特性稳定。4）设备方面：产泡沫少，培养条件易，需氧量小，适宜大罐生产。3、原生质体融合育种的步骤？

1标记菌株的筛选2原生质体的制备3原生质体的再生4原生质体的融合5融合子的选择6实用性菌株的筛选，即人为的定向筛选融合子。谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸，提高赖氨酸产量的主要调控措施？（1）切断或减弱支路代谢。通过高斯氨酸缺陷型来阻断合成苏氨酸和蛋氨酸的代谢支路（2）解除反馈调节。因为天冬氨酸激酶受苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制，通过选育结构类似物来使天冬氨酸激酶脱敏，解除反馈调节，另外，还可以用多种突变株使磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶脱敏与激活。（3）解除代谢互锁（4）改善膜的通透性（5）增加前体物质的合成（6）选育温度敏感突变株（7）选育脲酶回复突变株8）利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株5、简要写出使外源基因在大肠杆菌中表达的构建过程？

构建过程可概括为：“分”，“切”，“接”，“转”，“筛”，“表”。（1）“分”：分离目的基因，利用PCR扩增，反转录或化学合成法获得目的基因。（2）“切”：使用限制性核酸内切酶切割目的基因和表达载体。3）“接”：DNA连接酶链接目的基因与载体。（4）“转”：将整合载体转化进入宿主细胞大肠杆菌。（5）“筛”：筛选阳性子。（6）“表”：诱导表达及发酵条件优化。3、选育柠檬酸高产菌株的措施有哪些？

（1）出发菌株的选择（2）利用碳酸钙平板，选择透明圈大的菌株（3）利用添加pH指示剂溴酚蓝的麦芽汁平板，选择显色圈大的菌株（4）选育高渗透压的菌株（5）选育不分解利用柠檬酸的菌株6）选育形态突变株A选育菌落直径为正常菌落直径1/3的小菌落B选择菌丝和孢子颜色比较浅的突变株C选择孢子紧密而细小的突变株D选育在葡萄糖合成培养基中孢子不生长、迟长或少长的突变株E选育形成微小菌球体（直径在0.1mm以下）的突变株（7）选育单氟乙酸、三氟乙酸或者2，4－二硝基酚敏感突变株（8）选育谷氨酸或精氨酸缺陷突变株（9）选育抗药性突变株10）选育强化二氧化碳固定反应的突变株4、营养缺陷型菌株的筛选步骤？

1出发菌株的诱变处理2菌株的中间培养3淘汰野生型菌株4营养缺陷型菌株的分离：营养缺陷型的浓缩；营养缺陷型菌株的检出5营养缺陷型的鉴定简述在谷氨酸发酵过程中，控制生物素的浓度对谷氨酸产率的影响？1）生物素作为羧化酶的辅酶或辅基，参与细胞内固定CO2的反应。细菌细胞膜的合成需要生物素的参与。2）谷氨酸发酵菌株对生物素以保证菌体的生长。3）发酵液中必须有生物素以保证菌体生长。4）过量的生物素存在会使菌体的细胞膜合成致密，不利于谷氨酸通过细胞膜从细胞中分离出来，以提高谷氨酸发酵产率。5）发酵液中生物素的浓度以亚适量最好。2、代谢控制发酵的基本思路及主要措施？

答：(1)切断代谢支路，如利用营养缺陷型菌株和渗透缺陷型菌株；2）接触菌体自身的反馈调节，如抗类似物突变株和营养缺陷型菌株的应用；3）增加前提物质的合成；4）特殊调节机制，如解除代谢互锁，优先合成和平衡合成的利用。3、生物体内的代谢调节在三种水平上进行：（1）细胞调节；（2）激素调节；（3）神经调节。试叙述这三种水平调节的特点？答：细胞调节是原始的、基本的调节；激素调节缓慢、持久而广泛；神经调节则迅速、准确而集中；激素调节和神经调节属于高级的调节。1、初级代谢产物衍生为次级代谢产物的基本途径？

答：（1）葡萄糖碳源掺入途径（2）莽草酸途径（3）与核苷有关的途径（4）聚酮体和聚丙酸途径（5）由氨基酸衍生的途径（6）甲羟戊酸途径（7）其他复合途径1、论述代谢控制发酵育种思路。答：1营养缺陷型突变株的应用2渗漏突变株的应用3选育抗结构类似物突变株4选育营养缺陷型回复突变株5增加前体物的合成6增加细胞透性，去除细胞内终产物7利用特殊的调控机制，选育应用菌株1、简述在谷氨酸发酵过程中，控制生物素的浓度对谷氨酸产率的影响。答：1生物素作为羧化酶的辅酶或辅基，参与细胞内固定CO2的反应。细菌细胞膜的合成需要生物素的参与。2谷氨酸发酵菌株对生物素以保证菌体的生长。3发酵液中必须有生物素以保证菌体生长。4过量的生物素存在会使菌体的细胞膜合成致密，不利于谷氨酸通过细胞膜从细胞中分离出来，以提高谷氨酸发酵产率。5发酵液中生物素的浓度以亚适量最好。现从自然界中筛选一株产蛋白酶的枯草芽孢杆菌，请你结合传统及诱变方法筛选该菌株，并设计该菌发酵生产蛋白酶及其分离工艺路线？答：1．从土壤中筛选蛋白酶枯草芽孢菌株的步骤：富集培养（1分）取土样平摊于一干净的纸上，从四个角和中央各取一点土，混匀，称取1g，置于装有15mL肉汤培养基的250mL三角瓶中，于80-90℃热水浴中保温10-15min，然后于28℃摇床上（120rpm）培养24h。涂布分离（1分）将培养液再一次热处理后，以10倍稀释法适当稀释，取最后三个稀释度的稀释液各0.1mL于无菌的酪素平板中，每个稀释度平均两皿。用灭过菌的涂布棒将菌液均匀涂布在酪素平板上，倒置于30℃培养箱中培养24-48h挑菌落（1分）观察酪素平板上菌落周围的透明圈，挑透明圈直径与菌落直径比值大的菌接入斜面培养基，30℃培养24h，备用。纯种鉴定（1分）菌种经革兰氏染色，油镜观察，根据细胞形态及菌落特征进行鉴别。纯化（1分）将选定的菌株于酪素平板上采用平板划线分离技术进行纯化。将经过纯化后的菌株经过培养后，进行16sRNA检测和细菌生理生化试验，对照NCBI基因序列和《伯杰氏手册》查找与筛选菌株相对应的菌属及种，最终确定为枯草芽孢杆菌。2、通过传统紫外诱变技术或化学试剂筛选性能稳定，高产蛋白酶的菌株a接种产蛋白酶枯草芽孢杆菌在LB培养液中，37℃，150r/mim培养24h，取培养液按1:5浓度稀释培养6h，离心收集菌体，用生理盐水洗涤2次，加等体积生理盐水振荡打碎菌块制成菌悬液，选择10-5的稀释度进行正式试验，使培养皿中的液体厚度在2mm左右，并放入无菌磁力搅拌针，置磁力搅拌器上，调整培养皿位置，使其距20W紫外灯30cm，照射不同时间，选择总致死率在60%-80%左右的紫外线诱变计量时间。（1分）b将诱变处理后的菌液无菌涂布在分离培养基上，37℃培养箱中培养48h，根据菌落在分离培养基产生的透明圈直径与菌落直径的比值，选取比值最大的菌落，然后将其进行复筛。（1分）c将产蛋白酶出发菌株与筛选的变异菌株，分别接种于装有30ml种子培养基的250ml三角瓶，于37℃，150r/min培养24h。按5%接种量接种到装有50mL发酵培养基的500mL三角瓶中，每株做3个平行，于37℃，180r/min摇床发酵。发酵48h测定发酵液中的蛋白酶酶活，选取比出发菌株蛋白酶活力提高最大的几株进行进一步研究。（1分）d将经过复筛选择的菌株进行过程产酶分析，取菌株在37℃，180r/min摇床发酵培养，选取在发酵过程中不同时间产酶变化，以单位产酶活高，产酶量大，且发酵周期短，生长迅速的菌株，作为进一步研究菌株（1分）。并将经过几轮筛选得到的最终菌株进行遗传稳定性研究，将菌株在斜面培养基中保存，每转接1次作为传递1代，每隔10代进行接入相同的液体培养基中培养，分析单位菌体产酶变化，选取遗传稳定的菌株作为研究，并进行蛋白酶的酶学性质研究，确定其为碱性蛋白酶，酸性蛋白酶还是中性蛋白酶（1分）。3、发酵生产及纯化工艺路线菌种培养——分离纯化——种子培养——无菌接种（1分）——发酵罐培养（1分）营养成分无菌空气（1分）——过滤分离菌体（1分）——膜过滤分离蛋白（1分）——浓缩蛋白液——喷雾干燥——固体蛋白酶制剂用谷氨酸棒杆菌发酵生产赖氨酸，请设计代谢控制方案以提高产赖氨酸的发酵产量？画出谷氨酸棒杆菌发酵生产赖氨酸时，由葡萄糖到赖氨酸的代谢途径。（5分）葡萄糖天冬氨酸