工业微生物学3章
1、 什么是营养物质？营养物质有哪些生理功能？
营养指物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的过程，这些能量和物质即为营养物质。
营养物质的生理功能有：为生物提供必需的能量，结构合成物质，调节生物体的新陈代谢，为生物提供良好的生理环境。
4、什么是能源？试以能源为主，对微生物营养类型进行分类能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。
能源是指能为微生物的生命活动提供必需的能量来源的营养物质和辐射能。
以能源，碳源不同可将微生物分成四大类:
7、什么是生长因子？它主要包括哪几类化合物？是否任何微生物都需要生长因子？如何才能满足微生物对生长因子的需求？
生长因子：某些微生物不能从普通的碳源。氮源合成，而需要另处少量加入来满足生长需要的有机物质。
主要包括：氨基酸，维生素，嘌呤和嘧啶及其衍生物、甾醇、胺类、C4～C6 的分枝或直链脂肪酸等。 各种微生物所需的生长因子互不相同，有的需要多种，有的不需要，培养条件也会影响微生物对生长因子的需求。 为了满足微生物对生长因子的需求，一般要在培养基本中添加少量的该种生长因子。
9、为什么实验室配制培养基时，一般采用蛋白胨而不是以蛋白质为氮源？为什么枯草杆菌能水原明胶，而大肠杆菌则不能？
蛋白胨是水解产物，微生物可直接利用，另处蛋白胨比蛋白质更易保存，所以实验室一般用蛋白质胨作氮源。
大肠杆菌是G+ 菌，它的细胞壁中含有脂多糖和外壁层，使蛋白分解酶无法穿过细胞壁，来到胞外水解明胶，而枯草杆菌是G-菌，情况相反，因而可以水解明胶。
13、什么是选择性培养基？它在工业微生物学工作中有何重要性？试举一例并分析其中的选择性原理。
根据某种某类微生物的特殊营养要求，或对某些物理，化学条件的抗性而设计的培养基，称为选择性培养基，其重要性在于它可以使混合菌样中的劣势变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。
例如，已知结晶紫可以抑制革兰氏阳性菌，那么，在革兰氏阳，阴性菌的混合培养物中加入结晶紫，即可使革兰氏阳性菌的生长受到抑制，而分离对象革兰氏阴性菌则可趁机大大增殖，在数量占据优势。
16、什么是微生物的最适生长温度？温度对同一微生物的生长速度，生长量代谢速度及各代谢产物的累积的影响不否相同？研究这一问题有何实践意义？
最适生长温度是某微生物分裂代时最短成生长速率最高时的培养温度。同一微生物的不同生理过程有着不同的最适温度，温度对同一微生物的生长速度，生长量，代谢速度及各代谢产物的累积量的影响各不相同。
研究这一问题，使我们能根据目标产物的情况，选择最适温度，以提高发酵生产效率。
19、
24、导酵母菌接种到含有葡萄糖和最低限度无机盐的培养液中，并分装到烧瓶A 和B 中，将烧瓶A 放在30 的好氧培养中，烧瓶B 放在30 的 氧培养。问：
A 哪个培养能获得更多的A TP ？A
B 哪个培养能获得更多的酒精：B
C 哪个培养中的细胞世代时间更短？A
D 哪个培养能获得更多的细胞量？A
E 哪个培养液的吸光更高？A 能 源 CO2(自养型)------- 自养型 有机碳化物-------光能异养型
光： 光能营养型 化合物： 化能营养型
28、什么是“碳酸系数”？乙醇和异丙醇对金黄色葡萄球萝的碳酸系，数分别为0.039和0.054，哪个是列有效的杀菌剂？碳酸系数是指在一定的时间内，被试药物能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的碳酸稀释度的比率。
乙醇和异丙醇的杀菌机理并不完全相同，故碳酸系数仅有一定的参考价值，不能依此判断哪个更有效。
35、请有图表示营养物质运输的四类方式，并加以说明。
（1）简单扩散
溶质通过疏水性的胞膜，共需3步1、从水相到脂质层；2、通过脂质层3、离开离脂层，进入水相，不用借助载体（2）促进扩散
细胞膜上的特异性载体蛋白，与溶质发生可逆性结合，把溶质从细胞膜的一侧运到另一侧，运输前后，载体本身不发生变化。
（3）主动运输
同样需要借助载体蛋白，或离子载体，同时消耗代谢能。
（4）基团移位
磷酸基团发生移位，即从PEP转移到被输送的底物分子上，使其进入细胞内，同是消耗PED上的高能磷酸键。
37、菌种保藏的基本原理是什么？菌种保藏方法及其特点主要有哪些？基本原理，选用优良的纯种，最好的是休眠体，创造一个使微生物代谢不活泼，生长繁殖抑制，难以突变的环境条件。其环境要素是：干燥，低温，缺氧，缺营养以及添加保护剂等。
常有的菌种保藏法
1）定期移植保藏法
简单易行，代价小，能随时观察菌株状况，但保藏时间短，菌种易退化。
2）液体石蜡保藏法
是定期移植保藏法的补充，可延长保藏时间，但必须直立放置，占空间。
3）沙管保藏法，土壤保藏法
干燥，低温，隔氧，无营养，保藏效果好，制作简单，保藏时间长。
4）麸皮保藏法
操作简单，保藏时间长，不易退化
5）蒸馏水保藏法
最简单，无营养的环境
6）冷冻干燥保藏法
干燥，低温，隔氧，保障时间长，不易污染，便于大量保藏。但操作繁琐，技术要求高。
7）液氮超低温保藏法
适用范围广——各种微生物，各种培养形式，但操作要求高，费用大。
8）甘油保藏法
与液氮超低温保藏法类似，简便，保存期长。
40、请辩析下列说法
1）除少数光合细菌外，水并不参与微生物的代谢反应。×
2）当菌体生长，氧吸收和糖利用的比速度下降时，青霉素的合成达到最大×
3）恒化培养与恒浊培养的区别在于前者的培养物群体始终处于对数生长期。×
4）营养物跨膜的主动运输必须依靠载体和能量，而被动运输不需要载体和能量。×
5）大多数微生物可以合成自身所需的生长因子，不必从外界摄取。×
6）（NH4）2SO4是一种良好的速效性氮源。但被单独利用时，它会引起培养基PH下降。√
7）一切好氧微生物都含有超氧化物歧化酶（SOD）。×
8）为防止冰晶体对微生物细胞的损伤，菌体冷冻的速度越快越好。×
3、生物在利用碳源和氮源方面有哪些特点？
答：微生物在利用碳源方面有如下特征：（1）对于异养生物，可利用的碳源为有机化合物，种类很多，其中糖类是最好的碳源；少数微生物能利用酚，氰化物专有机毒物作碳源，可用于治理“三废”。（2）对于异养微生物，碳源物质通过机体内一系列复杂的化学反应，最终用于构成细胞物质或为机体提供完成整个生理活动所需的能量。所以碳源也是能源。（3）自养菌以二氧化碳、碳酸盐为唯一或主要能源，因为二氧化碳被彻底氧化物质，所以二氧化碳转化成有机的细胞成分是一个还原过程，因此这类微生物在利有氮源方面有如下特征：⒈固氮微生物利用N2合成氨基酸和蛋白质，或利用无机氮和有机氮化物，但这时会失去固氮能力。⒉腐生细菌和动植物的病原菌不能固氮，一般用铵盐或其他含氮盐作氮源。硝酸盐需先还原成NH4+，才能用于生物合成。⒊从利用氮源的种类，有明显的一个界限：一部分微生物不需要氨基酸作为氮源，而将非氨基酸类的简单氮源自行合成所需的一切氨基酸，叫“氨基酸自养微生物”。⒋氮源只提供合成细
胞质和细胞中其它结构的原料，不作为能源。
6、配制异养微生物的培养基时，是否需要专门加入作为能源的物质？而配制自养微生物的培养时，是否也有此必要。答：因为异养微生物的碳源同时也是能源物质，因此配制异养微生物的培养基时，不需要专门加入作为能源的物质；而自养微生物的碳源和能源分属于不同的物质，因此配制自养微生物的培养式时需要加入无机物或光来提供能源。
8、淀粉是许多细胞都可利用营养物，但淀粉分子太大，无法透过细胞膜，那么细胞是怎样从淀粉中获得葡萄糖？葡萄糖又是怎样通过细胞的？
答：淀粉首先在淀粉水解酶的作用下，被分解成为葡萄糖。细胞是通过基团移位和简单的主动运输等主动运输方式，将葡萄糖运输过细胞膜的。
10、实验室和发酵工业中常用的天然提取物“蛋白胨，牛肉膏、酵母膏，玉米浆和糖蜜等）
主要能为生物生长提供哪些营养要素？
答1、牛肉膏：主要提供碳水化合物（有机酸、糖类），有机氮化物（氨基酸嘌吟，胍类）无机盐（钾、磷等）和水溶性维生素等（主要为B族）
2、蛋白胨：主要提供有机氮，维生素和碳水化合物。
3、酵母膏：可提供大量的B族维生素，大量的氨基酸，嘌呤碱及微量元素。
4、玉米浆：提供可溶性蛋白质，多肽，小肽，氨基酸，还原糖和B族维生素
5、主要含庶糖和其他糖，还有氨基酸，有机酸，少量的微生素等。
14、琼脂的哪些物理和化学性质使得它成为最为有效的固体培养基凝固剂？
答：1、理想的固体培养基凝固剂应具备以下条件（1）不被微生物液化，分解和利用；（2）在微生物生长的温度范围内保持固体状态；凝固点温度对微生物无害（3）不会因消毒；灭菌而破坏
（4）配制方便，价格低，透明性好。
2、琼脂的一些物理，化学性质使其符合上述条件：首先，除极少数菌外，大多数微生物无法降解琼脂。其次琼脂45摄氏度以下固化；约100摄氏度才融化；且灭菌过程中不会被破坏；尤其价格低廉，只需加0.2%-0.5%，琼脂即可得半固体培养基，加1.2%-1.5%即可得固体培养基。
26、为什么高浓度的盐或糖可用于食品的防腐？为什么将它归为物理防腐而非化学防腐？
答：此方法的依据是：当溶液的溶质的浓度高于胞内溶质浓度时形成高渗溶液，细胞在这种溶液中会脱水，发生质壁分离，甚至死亡。高浓度的盐或糖可以抑制或杀死微生物，从而达到防腐的目的。
因为这一过程是由于存在浓差使细胞过度失水造成的，而水是微生物离不开的一种物理因子并没有使细胞内任何物质发生变化，因此是一物理过程，而不是化学防腐。
30、为什么说致死温度这一指标并不能准确地反映加热灭菌的有效程度。
答：致死温度是指微生物的最高生长温度，当环境温度超过这一温度时，细胞就会死亡，但在高温灭菌中，仅致死温度这一指标并不能准确判断其灭菌的有效性，这是因为在干热和湿热条件下，灭菌的机理不同，导致了相同的致死温度产生不同的灭菌的有效性，这是因为在干热和湿热条件下灭菌的机理不同，导致了相同的致死温度产生不同的灭菌效果。干热灭菌是由于氧化作用而死亡，湿热灭菌是由于细胞蛋白质等大分子变性。由于湿热更易将蛋白质的氢键打断，使其发生变性凝固，因此湿热比干热灭菌法更好。
36、什么是渗透酶？它与普通意义的酶是否差异？
答：渗透酶就是细胞在促进扩散时产生的一种载体蛋白，它是细胞膜上的特异性的膜蛋白，可与被运输物可逆性结合，将溶质从胞膜的一侧运往另一侧，运输前后，本身不发生变化。与一般酶的相同之处：（1）对溶质具有选择性（2）且溶质与溶质类似物与渗体酶的结合有竞争性抑制作用；（3）由几个亚基构成，有功能亚基和调节亚基（4）运输速度受溶质浓度，PH及温度等的影响。
不同之处在于：它由外界存在的某种物质诱导而产生的；而且它参加扩散是由于浓度作动力。而不需要代谢能。
39、比较概念：
（1）生长与繁殖：生长是指细胞原生质不断增加，细胞的重量和体积不断增大；繁殖是细胞的个体数量的增加，生长是繁殖的基础，繁殖是生长的结果。
（2）大量元素和微量元素：大量元素是指微生物对它们需求量较大，如P、S、K、Na、Mg等元素参与细胞结构组成，并与能量转移、细胞透性调节功能有关。微量元素是指需求量小，但又不可缺少的辅助元素如Fe、Mn、Cu、Co、Zn等，都是酶的辅助因子。
（3）野生型与营养缺陷型：野生型是指从自然界直接分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，它们只需要简单的C、N源就能生长，不需添加生长因子。营养缺陷型是指野生菌株在实验室经人工诱变后，丧失合成某种营养的能力，这些在生长过程中必须添加氨基酸，嘌呤，嘧啶或维生素的生长因子。这种由野生型菌株突变而来的菌株叫营养缺陷型。
（4）自养与异养：自养指完全依靠无机养分合成复杂的有机物，供自身生长发育的需要，并依靠能源的生长方式。
异养是指必须摄取现成的有机物才能满足生长发育的需求，并通过有机物的氧化来获取能源的生长方式。
（5）连续生长与同步生长：前者是长期维持细胞处于对数生长期生长。后者是指培养物中所有的细胞处于同一生长阶段，使群体与个体的行为保持一致。
（6）连续培养和同步培养：前者指培养过程中不断补充新鲜的培养基，同时排出含细胞及代谢产物的发酵液，细胞浓度，比生长速率和培养环境都不随时间变化而变化。后者指通过诱导，选择等手段，使培养物中所有的细胞处于同一生长阶段，群体和个体行为保持一致。
（7）固体培养和液体培养：前者是利用固体培养基进行微生物的繁殖，微生物贴附在营养基质表面生长。又叫表面培养。后者是将微生物接种到液体培养基中进行培养，关键是保持培养液中氧的浓度。
（8）初级代谢及次级代谢：前者是给予生物能量和生长中间产物的过程，其初级代谢产物有氨基酸，核苷酸，乙醇等，这些都是生物生存必要的。与细胞生长同步。后者是指代谢产物与微生物的生存，生长和繁殖无关的过程，与细胞生长不同步，在微生物的稳定后期或衰亡期。这些产物一般是抗生素，生长激素，生物碱等。不同生物的初级代谢产物相似，但次级代谢产物相差很大。
（9）主动运输和被动运输：主动运输是指将营养质逆自身浓度由稀处向浓处移动，并在细胞内富集的过程，需要渗透酶及能量。被动运输是指营养物顺浓度梯度，以扩散方式进入细胞的过程。共遵循基本的物化原理，但有明显的生物学特征。
（10）好氧与厌氧：好氧与厌氧是根据微生物适合的环境Eh（氧化还原电位）而的，因为Eh与氧的分压有关，将在Eh＞+0.1v均可生长的微生物叫好氧微生物，其最适合的Eh为+0.3v~0.3 v；将在Eh＜+0.1v均可生长的微生物叫厌氧微生物。
（11）灭菌和消毒：灭菌是指杀死一切微生物（繁殖体孢子）的措施，包括杂菌，和生产菌，病源，病源，非病源菌等。消毒是指杀死引起感染的微生物。
（12）实消和连消：实消是发酵工厂将培养和发酵设备放在一起灭菌的过程。连消是培养基经过流动式灭菌器后再进入发酵罐的过程。
（13）抗代谢类药物和抗生素：前者是指化合物在结构上与生物体所需的代谢物相似，以致可以和特定的酶结合，从而阻碍酶的功能，干扰代谢正常的化合物，用于疾病的治疗。抗生素是许多生物的生命活动中所产生的一类次级代谢产物。它们在很低的浓度就能抑制或影响其他种类生物的生命活动。通过抑制细胞壁的合成，改变细胞膜的通透性，抑制蛋白质或核酸的合成等反应机理抑制或杀死微生物。
（14）选择性培养和鉴别培养基：前者是指根据某种或某类微生物的特殊营养要求或对某些物理，化学条件的抗性而设计的培养基。目的是把某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。后者是指在培养基中添加某种或某化学试剂后，并出现明显的肉眼可辨的特征性变化，从而区别开来，用于鉴别。