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第六章微生物的生长及其控制1、名词解释：生长产量常数（Y），最适生长温度，巴氏消毒法，抗生素，抗代谢药物，选择毒力，生长限制因子。生长产量常数（Y）：指菌体产量与限制性营养物消耗的比例关系。最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。巴氏消毒法：用较低的温度处理牛乳或其他液态食品，杀死其中可能存在的无芽孢病原菌而又不损害营养与风味的消毒方法。抗生素：抗生素是生物在其生命活动中产生的一种次生代谢产物或其人工衍生物，能对他种生物的生命活动产生抑制作用或致死作用。抗代谢药物：又称代谢拮抗物、代谢类似物，是指在结构上与生物体所必需的代谢物相似，可以与正常代谢途径中特定的酶发生竞争性反应，从而阻碍酶的功能、干扰代谢的正常进行的物质。选择毒力：抗生素对人体及动、植物组织的毒力，一般远小于它对致病毒的毒力，这称为抗生素的选择毒力。生长限制因子:凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率和菌体产量的营养物，就称生长限制因子。MIC：最小抑菌浓度，表示某药物对某菌的最小抑菌浓度，常以μg/ml或μ/ml来表示。2、什么是典型生长曲线？它可分几期？划分的依据是什么？各期特点如何？典型生长曲线：将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中培养。在适宜条件下，其群体就会有规律地生长，定时取样测定细胞含量，以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的典型生长曲线。划分的依据：单细胞微生物。特点：(1)延滞期(停滞期、调整期)：a.生长速率常数为零；b.细胞形态变大或增大；c.细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。d.合成代谢活跃；e.对外界不良条件的反应敏感。(2)对数期：菌体细胞生长的速率常数R最大，分裂快，代时短，细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几何级数增加，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力强。⑶稳定期：a.生长速率常数为零；b.菌体产量达到最高；c.活菌数相对稳定；d.细胞开始贮存贮藏物；e.芽孢在这个时期形成；f.有些微生物在此时形成次生代谢产物。⑷衰亡期：a.细胞形态多样；b.出现细胞自溶现象；c.有次生代谢产物的形成；d.芽孢在此时释放。3、如何缩短延滞期？a.以对数期的菌体作种子菌；b.适当增大接种量：一般采用3%~8%的接种量，根据生产上的具体情况而定，最高不超过1/10；c.培养基的成分：种子培养基尽量接近发酵培养基。4、处于指数期的微生物有何应用？指数期的微生物是研究生理、代谢等的良好材料；是增殖噬菌体的最适菌龄；是发酵生产中用做种子的最佳种龄，通过补加营养物质延长指数期。5、稳定期为何会到来？有何特点？原因：a.营养物尤其是生长限制因子的耗尽；b.营养物的比例失调；c.有害代谢产物的积累；d.物化条件的变化。特点：a.生长速率常数为零；b.菌体产量达到最高；c.活菌数相对稳定；d.细胞开始贮存贮藏物；e.芽孢在这个时期形成；f.有些微生物在此时形成次生代谢产物。6、什么叫连续培养？有何优点？为何连续时间是有限的？连续培养：指微生物接种到培养基里以后的整个生长期间，微生物能持续地以比较恒定的生长速率常数进行生长，从而导致微生物的生长过程能“不断”地进行下去的一种培养方法。优点：高效、低耗、利于自控、产品质量稳定。原因：①菌种易于退化；②容易污染；③营养物的利用率低于分批培养。因此连续时间是有限的。7、微生物培养过程中pH变化的规律如何？如何调整？微生物的生命活动过程中会自动地改变外界环境的pH，其中发生pH改变有变酸和变碱两种过程，在一般微生物的培养中往往以变酸占优势，因此，随着培养时间延长，培养基的pH会逐渐下降。pH的变化还与培养基的组分尤其是碳氮比有很大关系，碳氮比高的培养基经培养后pH会明显下降；碳氮比低的培养基经培养后pH常会明显上升。措施：分为“治标”和“治本”两大类，前者指根据表面现象而进行直接、及时、快速但不持久的表面化调节，后者指根据内在机制而采用的间接、缓效但可发挥持久作用的调节。8、比较灭菌、消毒、防腐和化疗的异同，并举例。比较项目灭菌消毒防腐化疗处理因素强理化因素理化因素理化因素化学治疗剂处理对象任何物体内外酒、乳有机质物体内外宿主体内微生物类型一切微生物有关病原菌一切微生物有关病原菌对微生物作用彻底杀灭杀死或抑制抑制或杀死抑制或杀死实例加压蒸气灭菌巴氏消毒法冷藏、糖渍抗生素、磺胺药9、试述微生物生长繁殖的测定方法。一、测生长量（一）直接法1、测体积2、测干重（二）间接法1、比浊法2、生理指标法二、计繁殖数1、直接计数法（全数）——血球计数板法2、间接计数法（活菌数）——稀释平板菌落计数法10、试述高温灭菌的方法。1、干热灭菌法：原理：干热可使破坏细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥，并可使各种细胞成分发生氧化变质。应用范围：1）烘箱内热空气灭菌法（150~170℃，1~2hr）：金属器械、洗净的玻璃器皿。2）火焰灼烧法：接种环、接种针等。2、湿热灭菌：以100℃以上的加压蒸气进行灭菌。（1）相同温度及相同作用时间下，湿热灭菌法比干热灭菌法更有效：湿热空气穿透力强，能破坏维持蛋白质空间结构和稳定性的氢键，能加速其变性。（2）种类：1)常压法：a.巴氏消毒法：用较低的温度处理牛乳或其他液态食品，杀死其中可能存在的无芽孢病原菌而又不损害营养与风味的消毒方法。低温维持法(LTH)：要求62.8℃保持30min；高温瞬时法(HTST)：要求71.7℃维持至少15s；b.煮沸消毒法：适用范围：一般用于饮用水的消毒。条件：100℃下数分钟。c.间隙灭菌法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用范围：适用于不耐热培养基的灭菌。条件：80-100℃下蒸煮15-60分钟，三天。2)加压法：a.常规加压法：适用范围：适合于一切微生物学实验室、医疗保健机构或发酵工厂中对培养基及多种器材、物料的灭菌。条件：121℃(压力为lkg／cm2)，时间维持15-20分钟，也可采用在较低的温度(115℃，即0.7kg／cm2下维持35分钟的方法。b.连续加压灭菌法：在发酵行业里也称“连消法”。适用范围：在大规模的发酵工厂中作。培养基灭菌用。主要操作是将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐。条件：在135-140℃下处理5-l5秒钟11、请说明营养物质浓度变化对微生物生长速度和最终菌体产量的影响。微生物生长所需要的营养物质，只有在浓度适当的条件下才能表现出良好的作用。浓度太低，不能满足微生物生长的需要；浓度太高反而会抑制微生物的生长，最终导致菌体产量。12、按照微生物与氧气的关系可分为哪些类型？好氧、微好氧、耐氧型、兼性厌氧和专性厌氧五种类型13、为什么缺乏SOD的微生物只能进行专性厌氧生活？好氧生物因为有了SOD，巨毒的O2-就被歧化成毒性稍低的H2O2，在过氧化氢酶的作用下，H2O2又进一步变成无毒的H2O。厌氧菌因不能合成SOD，所以根本无法使O2-歧化成H2O2，因此当有氧存在时，细胞内形成的O2-。就使自身受到毒害。14、抗代谢药物的作用：a.竞争酶的活性中心b.假冒正常代谢物c.代谢途径终产物结构类似物的反馈调节15、什么是菌种衰退？菌种衰退的原因是什么？菌种衰退：生产菌株生产性状的劣化或遗传研究菌株遗传标记的丢失称为菌种衰退。原因：1、自发突变：菌种退化的主要原因是有关基因的负突变。2、通过诱变获得的高产菌株本身不纯：高产突变只发生在一个核上，随着核的分离，原来未变异的低产性状逐渐恢复。单核微生物由于高产突变只发生在一条DNA链上，也往往发生分离回复的现象。3、培养、保藏条件：可以通过对自发突变率的影响来表现，也可在不改变基因现的情况下表现。第五章微生物的新陈代谢1、名词解释：新陈代谢，生物氧化，呼吸，无氧呼吸，发酵，氧化磷酸化，光合磷酸化，底物水平磷酸化，Stickland反应。新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢与合成代谢的总和。其中，分解代谢是指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能量或还原力(或称还原当量，以[H]表示)的作用；合成代谢则与分解代谢相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量与[H]形式的还原力一起合成大分子的过程。生物氧化：发生在活细胞中的一系列产能性氧化反应的总称。呼吸：底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量(ATP)的生物氧化方式。呼吸必须在有氧条件下进行，因此又叫有氧呼吸。无氧呼吸：又称厌氧呼吸，是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。发酵：无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经呼吸链而直接传递给某一中间代谢物的低效产能反应。氧化磷酸化：电子传递磷酸化，是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。光合磷酸化：由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程成为光合磷酸化。底物水平磷酸化：是指在生物氧化过程中产生一些含有高能磷酸键的化合物，并且这些高能磷酸化合物的高能磷酸键键能可以直接偶联ATP合成。Stickland反应：以一种氨基酸作氢供体和以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型。2、试述生物氧化的形式、过程、功能及类型。形式：某物质与氧结合、脱氢或失去电子过程：一般包括三个环节：①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体）②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等）③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）功能：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间还原产物。类型：呼吸、无氧呼吸、发酵3、在化能异养微生物的生物氧化中，其基质脱氢和产能的途径主要有哪几条？试比较各途径的主要特点。脱氢和产能的途径：EMP、HMP、ED、TCA特点：EMP：当葡萄糖转化成1.6-二磷酸果糖后，在果糖二磷酸醛缩酶作用下，裂解为两个3Ｃ化合物，再由此转化为2分子丙酮酸。HMP：当葡萄糖经一次磷酸化脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱酶作用下，再次脱氢降解为1分子CO2和1分子磷酸戊糖。ED：是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径。一分子葡萄糖经ED途径可生成两个丙酮酸并净生成一个ATP、一个NADH+H+和一个NADPH+H+。TCA：(1)氧虽不直接参与其中反应，但必须在有氧条件下运转；(2)丙酮酸在进入三羧酸循环之前要脱羧生成乙酰CoA，再和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。(3)循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。(4)产能效率极高；(5)TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位。4、试述EMP途径在微生物生命活动中的重要性。①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力；②是连接其它几个重要代谢途径的桥梁；③为生物合成提供多种中间代谢物；④通过逆向反应可进行多糖合成。5、试述HMP途径在微生物生命活动中的重要性。①供应合成原料；②产还原力；③作为固定CO2的中介；④扩大碳源的利用范围；⑤连接EMP途径。6、试述TCA循环在微生物产能和发酵生产中的重要性。TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位，产能效率极高，不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原料，而且还与人类的发酵生产紧密相关。7、在微生物能量代谢中ATP的产生途径有哪几条？EMP、HMP、ED、TCA、呼吸、无氧呼吸、发酵8、试比较呼吸、无氧呼吸、发酵的异同点。产能方式呼吸无氧呼吸发酵环境条件有氧无氧无氧终电子受体分子氧无机化合物代谢中间物来源环境环境胞内性质外源性外源性内源性9、细菌的酒精发酵途径如何？它与酵母菌的酒精发酵有何不同？细菌的酒精发酵有何优缺点？酒精发酵途径ED，酵母菌酒精发酵EMP细菌酒精发酵优缺点：a.优点：代谢速率高；产物转化率高；菌体生成少；代谢副产物少；发酵温度高；不必定期供氧；细菌为原核生物，易于用基因工程改造菌种；厌氧发