第五章微生物与发酵工程

第五章微生物与发酵工程【菜单】第一节微生物的类群细菌结构细胞壁：主要成分是肽聚糖细胞膜细胞质：含有核糖体，有质粒核区：有一个大型环状DNA分子特殊结构：芽孢．荚膜．鞭毛等细菌的繁殖及菌落繁殖方式：主要以二分裂方式菌落的概念与作用：可作菌种鉴定的依据代谢类型及在生态系统中的成分：代谢类型多种多样，各种成分的细菌都有放线菌结构菌丝的类型及作用：分为营养菌丝和气生菌丝核区繁殖：主要是孢子生殖代谢类型及在生态系统中的成分：多数为异养需氧型，多数是分解者分布及作用：主要分布在土壤．空气和水中病毒结构核酸：只有DNA或RNA一类核酸衣壳：蛋白质部分，由衣壳粒组成囊膜：由蛋白质．多糖和脂质构成增殖：复制增殖在生态系统中的成分：消费者第二节微生物的营养、代谢和生长一、微生物的营养微生物需要的碳源概念：为微生物提供碳元素的物质营养物质及功能来源：无机碳源和有机碳源作用；构成细胞物质和产物，提供能量氮源概念：为微生物提供氮元素的物质来源：无机氮源和有机氮源作用；用于合成蛋白质、核酸等生长因子概念：生长不可缺少的微量有机物来源：主要包括氨基酸、维生素、碱基等作用：一般是酶和核酸的组成成分水和无机盐培养基的配制原则目的要明确营养要协调PH值要适宜培养基的种类据物理性质划分固体培养基半固体培养基液体培养基据化学成分划分合成培养基天然培养基据用途划分选择培养基鉴别培养基二、微生物的代谢微生物的代谢产物初级代谢产物概念：代谢产生的．生长繁殖必需的物质特点：没有种的特异性，分布在细胞内次级代谢产物概念：生长到一定阶段产生，并非必需的物质特点：有种的特异性，在细胞内或细胞外微生物代谢的调节酶合成的调节种类：酶合成的阻遏和酶合成的诱导机制：基因表达的调控结果：酶种类改变特点：间接．缓慢意义：既保证代谢需要，又避免物质和能量的浪费酶活性的调节种类：酶活性的激活和酶活性的抑制机制：通过代谢产物与酶的可逆性结合来调节结果：酶活性发生变化特点：快速．精确意义：避免代谢产物积累过多微生物代谢的人工控制改变遗传特性控制生产过程的各种条件，如温度．PH．溶解氧等发酵的种类据培养基物理状态划分固体发酵液体发酵据是否需氧划分需氧发酵厌氧发酵据产物划分抗生素发酵维生素发酵氨基酸发酵等三、微生物的生长微生物群体生长的规律研究方法生长曲线调整期形成原因：适应新环境生长特点：不立即繁殖菌体特点：代谢活跃，体积增长较快应用：缩短调整期对数期形成原因：条件适宜生长特点：繁殖速度最快菌体特点：形态和生理特征稳定应用：生产用菌种，科研材料稳定期形成原因：生存条件开始恶化生长特点：出生率与死亡率相当菌体特点：有些种类出现芽孢应用：控制条件，延长稳定期衰亡期形成原因：生存条件极度恶化生长特点：死亡率大于出生率菌体特点：出现畸变影响微生物生长的环境因素温度PH值氧等实验二学习细菌培养的基本技术第三节发酵工程发酵工程的概念和内容概念内容培养基的配制灭菌扩大培养和接种发酵过程分离提纯代谢产品的分离方法菌体的分离方法发酵工程的实例发酵工程的应用在医药工业上的应用食品工业上的应用生产传统的发酵产品生产各种各样的食品添加剂单细胞蛋白第四节酶工程简介酶工程概念酶制剂的生产酶制剂的应用用于治疗疾病用于加工和生产一些产品用于化验诊断的水质监测用于生物工程其它分支领域生物工程各分支领域之间的关系【精解】例1．所有细菌都是（）A．异养型B．寄生C．腐生D．以上都不对解析：细菌的代谢类型和生活方式多种多样，既有化能自养，如硝化细菌，又有光能自养，如光合细菌，还有很多细菌是异养型生物，如大肠杆菌。有的细菌营腐生生活，在生态系统中是分解者，如圆褐固氮菌，有的细菌营寄生生活，在生态系统中是消费者，如使人致病的结核杆菌。所以，关于细菌的代谢类型和生活方式不能一概而论。答案选D。例2．控制细菌合成抗生素性状的基因，控制放线菌主要遗传性状的基因，控制病毒抗原特异性的基因依次位于（）①核区大型环状DNA上②质粒上③细胞核染色体上④衣壳内核酸上A．①③④B．①②④C．②①③D．②①④解析：细菌的核区里有一个大型环状的DNA分子，细胞质的质粒也是小型的环状DNA分子。其中，大部分的性状由核区DNA上的基因控制，而控制细菌合成抗生素的基因、抗药性基因和固氮基因等却在质粒上；放线菌也是原核生物，核区内也有大型的DNA分子，控制着放线菌主要的遗传性状，病毒的基因只在核酸上，而蛋白质外壳没有基因。以上三类生物都没有染色体。答案选D。例3．“非典”的病原体SARS病毒是RNA病毒，据报道，SARS疫苗的研究已取得突破性进展，不久将进行临床实验。下列关于SARS病毒及疫苗的叙述正确的是（）A．SARS病毒的遗传物质的组成中含有5种碱基，8种核苷酸B．接种SARS疫苗能增强人体免疫力是因为接种了SARS抗体C．可用含碳源、氮源、生长因子、水、无机盐的普通培养基培养SARS病毒D．决定其抗原特异性的是SARS病毒的衣壳解析：SARS病毒是RNA病毒，因此组成它遗传物质的碱基有A．U．C．G4种，只有4种核苷酸。而病毒只能寄生在活细胞内，因此，用普通培养基是不能培养病毒的；决定病毒抗原特异性的是衣壳部分。若SARS疫苗研制成功，它可能是经过处理的已经没有毒性或毒性极弱的SARS病毒或者是其衣壳部分，注入人体能起到抗原作用，即能刺激人体产生抗体；因此，接种的是抗原而不是抗体。本题容易错选为C，主要是没有正确掌握病毒的生活方式。答案选D例4．下列关于病毒的叙述，正确的是（）A．病毒都含单链RNA或单链DNAB．侵染宿主细胞前，病毒自身不带有任何酶C．病毒结构成分中只有蛋白质和核酸D．病毒结构中有时可能装配有寄主细胞中的某些成分解析：病毒的核酸只有一类，有的是DNA，有的RNA；有的病毒DNA是双链的，有的病毒DNA是单链的。有的病毒RNA是单链的，也有的病毒RNA是双链的；有的病毒在侵染宿主细胞前带有一些酶，如艾滋病病毒自身带有逆转录酶，T2噬菌体带有溶菌酶。简单的病毒如烟草花叶病毒的结构成分只有蛋白质和核酸，而有些病毒如流感病毒除了核衣壳外，还带有囊膜，因此，组成成分中除了蛋白质和核酸外，还有少量脂质和糖类。所以，病毒结构成分不是只有蛋白质和核酸。因为，衣壳和核酸的组装在寄主细胞中进行，所以，有时可能装配有寄主细胞中的某些成分。答案选D例5．下列有关微生物营养物质的叙述中，正确的是（）A．作为碳源的物质不可能同时是氮源B．凡是碳源都能提供能量C．除水以外的无机物只提供无机盐D．无机氮源也能提供能量解析：碳源是指能给微生物提供碳元素的物质，而氮源是指能给微生物提供氮元素的物质，有的物质如氨基酸中，即有碳元素又有氮元素，因此可作为异养微生物的碳源和氮源。自养微生物可利用CO2、碳酸盐等作碳源，但CO2．碳酸盐却不能提供能量。除水以外的无机物，有的是碳源，如CO2．碳酸盐等；有的是氮源，如硝酸盐等，有的是无机盐；硝化细菌能利用氧化氨时释放的化学能进行化能合成作用，因此，无机氮源有时也可提供能量。答案选D例6．作为微生物氮源的营养物质中最常用的是（）A．分子态氮和氨B．铵盐和硝酸盐C．尿素和胺D．牛肉膏和蛋白胨解析：本题极易错选成D，以为牛肉膏和蛋白胨是最好的氮源，而未看清题目问的是“最常用的氮源”，其实，自然情况下，大多数微生物不可能生活在牛肉膏和蛋白胨的环境中，而最常有的氮源是铵盐和硝酸盐。分子态氮只能是一些固氮微生物的氮源。答案选B例7．发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种。消灭杂菌，获得纯种的方法不包括下列哪项（）A．根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基B．根据微生物缺乏生长因子的种类，在培养基中增减不同的生长因子C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸D．根据微生物对抗菌素敏感性的差异，在培养基中加入不同的抗菌素解析：由于不同的微生物对碳源的需要不同，如甲基营养细菌只能利用甲醇或甲烷，在缺甲醇和甲烷的培养基中将不能生长。异养型微生物，培养基中必需要有有机碳源，否则，不能生长。因此，可用不同碳源的培养基去除某些杂菌；同理，不同的微生物需要不同的生长因子，可在培养基中加入不同的生长因子而把所需的微生物保留选择下来；不同微生物对抗菌素的敏感性不同，如青霉素能杀灭细菌而不会杀死酵母菌，因而可用加青霉素的培养基去除杂菌而保留酵母菌。但是，微生物体内核酸并非从培养基中获取，微生物细胞自身能利用有关物质合成核苷酸从而进一步合成核酸，因此，不能用“在培养基中加入不同比例核酸”的方法去除杂菌。答案选C例8．关于生长因子下列说法不正确的一项是（）A．是绝大多数微生物生长不可缺少的微量有机物B．是微生物生长不可缺少的微量矿质元素C．主要包括维生素、氨基酸和碱基等D．生长因子一般是酶和核酸的组成部分解析：生长因子是指绝大多数微生物生长不可缺少的微量有机物，主要包括维生素．氨基酸和碱基等，一般是酶和核酸的组成部分，因此，不是无机物。此题若未掌握生长因子的化学本质是有机物这一知识点，就不易从4个选项中选出正确答案。答案选B例9．天然培养基是利用成分很复杂的天然物质配制而成的。合成培养基则是采用成分已知的化学试剂配制而成的。下列说法中正确的是（）A．用合成培养基比用天然培养基实验结果的重复性强B．天然培养基的营养不如合成培养基丰富C．微生物在合成培养基上比天然培养基上生长快D．合成培养基中不含有高分子有机物解析：培养基据物理性质划分为固体培养基，半固体培养基，液体培养基；据化学性质划分为合成培养基．天然培养基；据用途划分为选择培养基和鉴别培养基。在固体培养基上能形成明显的菌落，易于观察。常用于菌种的分离。半固体培养基常用于菌种的保存和观察运动。液体培养基常用于工业生产，因为更有利于营养物质的充分利用和生产条件的控制。合成培养基是用已知的化学物质配制而成的，成分明确；配制过程中可加入某些高分子有机物。由于其成分明确，所以，重复实验能出现相同的实验结果。而天然培养基用了天然的物质，如用玉米粉，马铃薯水解液等；其成分不明确，可能会因培养基成分的不同而出现不同的实验结果。此题容易错选为D，对A项中的“实验结果的重复性强”不理解。答案选A例10．已知甲、乙两种培养基成分不同但均适合某种细菌生长。现从甲培养基中取少量处于对数期的这种细菌，接种在新鲜的乙培养基上（设培养条件适宜且无杂菌污染）。则在接种后的最初一段时间内，细菌在乙培养基上的状况与原在甲培养基上的状况相比，不发生改变的是（）A．细胞分裂速度B．诱导酶种类C．组成酶种类D．细胞的大小解析：细菌从一个环境转移到一个新的环境中，要有一个适应新环境的时期即调整期，因此，细胞分裂速度会变慢，细胞在一些新的营养物质及体内基因的共同作用下，要合成能利用新环境中营养物质的诱导酶，如，大肠杆菌在没有乳糖的环境中，不会有半乳糖苷酶，但在没有葡萄糖而只有乳糖作碳源的环境中，就要合成半乳糖苷酶。细胞的大小在新的环境中，由于代谢速率的变化也可能改变，但组成酶如呼吸作用有关的酶是细胞内一直存在的酶，不会因环境的改变而改变这些酶的种类。答案选C例11．细菌群体的生长规律的测定中，下列操作正确的是（）A．只能接种在液体培养基上B．测定过程中要及时补充消耗的营养物质C．接种至少一种细菌D．是测定一个细菌成为一个群体的规律解析：研究微生物群体生长规律时，常将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中。这里，要求只能接种“一种”细菌，而不是必须“一个”细菌，“恒定”容积，“液体”培养基。因为有杂菌就会影响该细菌的正常生长；又因为要每隔一定时间，检测细菌的数目或重量，因此，以液体培养基为宜。而体积若不恒定，还有新的培养基的加入，就不能观察到细菌群体从调整期直到衰亡期的全过程。答案选A例12．下列对细菌的生长曲线叙述，正确的是（）A．芽孢是在稳定期产生的B．生产上利用调整期的细菌作菌种C．次级代谢产物只在稳定期产生的D．稳定期时细菌个体的形态和生殖特性较稳定解析：细菌的生长曲线划分为4个时期，即调整期，对数期，稳定期，衰亡期。调整期时细胞一般不分裂，但会合成一些诱导酶及相应的初级代谢产物。对数期时菌体快速分裂，此时，细菌的