工业微生物学4-5章习题

1复习参考题P2012、何谓巴斯德效应？在酵母菌发酵生产中，若希望获得大量的菌体，则应该采用怎样的培养条件？若希望得到大量的酒精或甘油，则应采用怎样的培养条件？答：巴斯德效应是一种呼吸抑制发酵作用的现象，其本质是能荷调节；由于在厌氧条件下，酵母菌法通过呼吸链产生ATP，细胞能荷较低，ADP和AMP激活磷酸果糖激酶，使利用葡萄糖生产酒精的速度加快。因此若希望得以大量的酒精或甘油，应采用厌氧条件的培养方式；在有氧条件下，TCA循环活泼，呼吸链的氧化磷酸化大量合成ATP，细胞能荷增加，异柠檬酸脱氢酶受到ATP的抑制，导致柠檬酸的积累，柠檬酸和ATP，细胞能荷增加，异柠檬酸脱氢酶受到ATP的抑制，导致柠檬酸的积累，柠檬酸和ATP都是磷酸果糖激酶活性的抑制剂从而限制糖的利用，因此若想获得大量的菌体，应采用有氧条件的培养方式。5、假单胞菌体内有一质粒带有MER操纵因子，它含有汞还原酶的基因，该酶可催化汞离子Hg2+还原成非离子的汞（Hg0），Hg2+对细胞有毒，Hg0无毒（a）你能推测该操纵子的诱导物是何物？(b)mer基因编码的一种蛋白与细胞周质中的Hg2+结合，并带有细胞，为什么要将此毒物带入细胞中？（c）mer操纵子的存在对假单胞菌生存有何意义？答：（a）由于操纵子在Hg2+存在下可以将其还原为Hg0既可以诱导产生一种汞还原酶，因此可推测操纵子的诱导物就是Hg2+(b)这种蛋白就是调节蛋白，它有两位点，一个与操纵基因结合，另一个能与效应物结合，当诱导物Hg2+出现时，调节蛋白（阻碍物）与诱导物（Hg2+）结合物，产生变构效应，经变构后，调节蛋白无法与操纵基因结合，操纵子“开关”被打开，使结构基因表达生成汞还原酶，因此调节蛋白与Hg2+结合，并带入细胞，是为了诱导操纵子产生汞还原酶。（c）由于Hg2+对细胞有毒，而Hg0无毒，因此由于mer操从子的存在使细胞在Hg2+存在的条件下将诱导产生汞还原酶，将Hg2+还原为Hg0，从而减少了Hg2+对细菌的伤害，因此mer操纵子是假单胞菌能得以生存的必不可少的条件。9、细胞膜缺损突变株在发酵工业中有何应用价值？试举说明：答：细胞膜缺损突变株可以由于被改变细胞膜的通透性，使细胞内代谢产物迅速渗透到细胞外，消除反馈控制，有利于提高发酵产量。例如在谷氨酸的发酵生产中，应用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型菌株，在限量补充油酸的培养基中，因为酸是细菌的细胞膜磷脂中重要的脂肪酸，油酸缺陷型突变株不能合成油酸而使细胞膜缺损，使细胞发生渗漏而提高谷氨酸产量。复习思考题P2513、试设计一个从土壤中筛选淀粉酶产生菌的实验方案答：可分为以下步骤进行：采样，增殖，纯化和性能测定（1）采样：可在果园树根土层中，选择好采土样的地点，由于其喜在糖分高，偏酸性的环境中生长，所以在果园树跟土层采集。选好采样点后，用小铲子去除表土，取离地面5～15cm处的土样几克，盛于预先灭菌的牛皮纸袋中扎紧，并标明时间，地点和环境等情况。（2）增殖：由于其喜好淀粉类养分，应在培养基中加入牛肉膏，蛋白胨等尤其是加入较浓的糖液可富集此菌，达到增殖的目的。（3）纯化：由于上述阶段中细菌已得到增殖培养，为了获得较纯的菌种，须进行纯化培养，可用稀释分离法，即将降至600C左右的固体培养基与少量培养液（事先在培养液中加入无菌的玻璃打散细胞团，再经过滤处理）混匀后，再烧料成平板，可得到单菌落，若需获得单菌落，可用培养皿或玻片等分离小室进行细胞分离。（4）选出较优的菌株斜面（3-5株），进行性能鉴定，包括生产性能、毒性鉴定等。7、染色体畸变主要包括哪些类型？答：染色体畸变主要包括：（1）染色体数目的变化：生物细胞内染色体数目的恒定的；多一条或少一条都可能引起生物表型的变化。（2）染色体结构变化：这是一种大段DNA损伤现象，它包括染色体的缺失，插入，重复，倒位和易位，大段DNA的变化会造成染色体配对时的结构变化。12、以下哪个DNA序列最易受到紫外线的破坏：AGGCAA、CTTTGA、GUAAU？当细菌暴露在太阳光下，为什么不会被全部杀死？答：CTTTGA最易受互紫外线的破坏，因为嘧啶（C和T）比嘌呤（G和A）对紫外线敏感，CTTGA中含有的嘧啶最多，因此最易破坏；一方面因为太阳光中的紫外线剂量不够强，即使采用长时间的积累作用，也不能将细菌全部杀死；2二是因为细菌细胞内存在一种应答系统SOS，它是紫外线照射诱导产生的效应它的功能包括修复DNA的损伤，使细菌的存活率增加。有利于细菌生存，因此细菌不会被全部杀死。18、目前，可在基因工程中担当外来基因的载体有哪些？它们有哪些特点？答：担当外来基因的载体主要有质粒和噬菌体（病毒）等，质粒是游离于染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA，分子量变化较大，在106～108内，它有重组的功能，可在质粒之间，质粒与核染色体之间发生重组，某些质粒还具有核染色体DNA发生整合的功能；病毒没有细胞结构，只是蛋白质和核酸的组成的大分子，且只含单种核酸（DNA或RNA），专性寄生，依靠宿主的代谢体系进行“复制”。大多数DNA病毒含开放式双链DNA，每个病毒的核酸含量与其结构的复杂性和功能有关。在基因工程中，以质粒为载体的重组体DNA可以通过转化进入受体细胞，而用病毒（噬菌体）为载体的重组DNA可通过转导或转染进入受体细胞。22、如何直接将抗生素抗性突变菌株筛选出来？如何间接地将抗生素敏感菌株筛选出来？答：（1）可用一次筛选法将抗生素性突变菌株筛选出来，即在对抗生素敏感地出发菌株经变异处理菌悬液大量接入含一定量的抗生素的培养液中，此时只有抗生素抗性突变株才能在这种环境中生存，通过平板分离即可得到纯的抗生素抗性突变菌株。（2）可用阶梯性筛选法中的梯度平板法间接地将抗生素敏感菌株筛选出来，具体操作如下：先将10ml左右的一般固体培养基倒入培养皿中，将皿底斜放，使培养基凝结成斜面，然后将皿底放平，再倒入7-10ml含适当浓度的有抗生素的培养基，凝固后放置过夜，由于药物的扩散上层培养基越薄的部位，其药物浓度越稀，造成一个由稀到浓的抗生素浓度逐渐增加梯度，在将菌液涂布在梯度平板上。药物低浓度区域即为抗生素敏感菌。同样也可用此法得到抗生素抗性突变菌株，即在浓度越高的区域，菌的抗性越强。29、请比较下列概念的区别。（1）自发突变及诱发突变：自发突变是指生物在没有人工参与的条件下所发生的突变，诱发突变是在已知的物理、化学或生物因素的作用下，生物体发生突变。大多数自发突变本质上是诱发突变，只不过它不是人为的，而是自然环境或细胞内环境诱发的。（2）光复活作用与暗修复：光复活作用使胸腺嘧啶二聚体复原成两个胸腺嘧啶，是由于光复合酶的作用。暗修复是将胸腺嘧啶二聚体切除。（3）转换与颠换：转换是将原来链上的嘧啶（嘌呤）碱基的位置换成另一嘧啶（或嘌呤）碱基。颠换是将原来链上嘧啶（或嘌呤）碱基的位置上的换成另一嘌呤（或嘧啶）碱基。（4）重组与杂交：基因重组是把两个不同性状个体内的基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新的遗传性个体的方式。杂交是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖，或原核微生物的接合、F因子转导，转导和转化等过程，促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得优良菌株。（5）有性杂交与准性杂交：有性杂交一般指细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术。准性杂交是利用半知菌的准性生殖，在一定的条件下促使不同性状的亲本杂交来获取新品种的过程。（6）平板影印培养法和平板划线培养法：前者是将有许多菌落的母种培养皿倒置于包有厌菌丝绒步的圆柱内，木株如“印章”一样沾满平板上所有的菌落，然后把“印章”上的细菌定位接种到不同的选择培养基平板上，待培养后，对各皿相同位置上的菌落作对比后，就可选出特定的突变型。后者是选取混合的细菌培养物在固定培养基表面划线，经培养后，使它们在表面上形成一个菌落，再挑取单个菌落重新培养，最终达到分离混和物一种纯培养方法培养。（7）性导（F因子转导）与转导：前者是从以下因子为供体基因携带者，在次生F′细胞中F′因子发生整合和错误的反整合时，使此供体菌的基因，重组进入受体菌的染色体中，此过程受体细胞与供体细胞需直接接触，F′因子转导可实现不同基因的转移和重组。后者是借助温和型噬菌体为媒介，把供体细胞中DNA片段携带到受体细胞中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象叫转导。此过程不需细胞接触，而是以噬菌体为媒体。（8）饰变与变异答：前者是外表的修饰的改变，一种不涉及遗传物质结构改变而只发生转录，转译水平上的表型变化，特点是非遗传的，性状变化幅度小。后者只是指生物体在某种外因或内因作用下所引起的遗传物物质结构或3数量的改变，亦即遗传型的改变。在群体中只以极低的几率出现，性状变化不大，且变化后的新性状是稳定的，可遗传的。4、解释乳糖操纵子的作用机制。（1）没有诱导物存在时，阻遏蛋白与操纵基因相结合，使RNA聚合酶无法从起始点滑向结构基因，转录无法进行，结构基因处于休眠状态。（2）当诱导物出现时，阻遏蛋白与诱导物结合，发生变构效应，经变构后阻遏蛋白无法再与操纵基因结合，操纵子的“开关”被打开，使结构基因的转录，翻译过程能够顺利进行，结构基因表达生成诱导酶。8、何谓分解代谢阻遏？在含乳和葡萄糖的培养基中，E.coli生长固期中会出现什么现象？请从操纵子模型来解释这个现象。当细胞内同时存在两种可利用底物（碳源或氮源）时，利用快的底物会阻遏当利用慢的底物有关的酶的合成，这是由底物分解过程中产生的中间代谢物引起的，故称为分解代谢物阻遏。E.coli在含乳糖和葡萄糖的培养基中，优先利用葡萄糖，并只有当葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，形成了在两个对数生长期中间的第二个生长停滞期，即“二次生长现象”。当乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物X，X会阻止ATP环化成CAMP，又促进CAMP分解成AMP，从而降低了CAMP的浓度，从而阻止RNA聚合酶与启动基因上结合，位点（RNApot）的结合，这样即使有诱导物乳糖存在，与乳糖代谢有关的酶仍然无法合成，只有葡萄糖耗尽后，CAMP才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，并开始利用乳糖作为碳源，形成菌体的二次生长。10、北京棒杆菌存在以下代谢的合作反馈控制：（1）从诱变处理后的菌悬液中筛选上Hse营养缺陷型突变株,其Lys的产量会比野生型菌株高的多。（2）将以上得到的突变株进一步诱变处理后，在含AES的选择性培养基平板上，筛选到Hse营养缺陷型和AES抗性的双重突变菌株，其Lys的产量将进一步提高。（AES是Lysr的结构类似物）。答：（1）选出的Hse的营养缺陷型突变株，由于无法合成某种必需营养物质，故无法合成Hse及Thr，则解除了Thr和Lys的合作反馈调节，就可大量生成Lys。（2）AES是Lys的结构类似物，也能像Lys一样与阻遏物结合，从而发出阻遏或抑制作用，阻止了Lys的正常合成，但AES无法代替Lys参与正常蛋白质的合成，从而造成正常的细胞因缺乏Lys而死亡，而具有AES抗性的突变菌株正是由于解除了Lys的反馈调节作用才得以生存下来，因此这样的双重菌株的Lys产量将进一步提高。11、请简述下列概念的区别（1）反馈抑制与反馈阻遏反馈抑制：当某代谢途径的末端产物过量时，该产物可直接抑制该途径中第一个酶的活性，使整个反应过程减慢或停止，避免末端产物的过多积累。反馈阻遏：当某代谢径的末端产物过量时，该产物会阻止代谢过程中一系列酶的合成，以减少末端产物的生成。反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快，只对一系列反应中的第一个酶起作用，而反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢，它会影响催化一系列反应的多个酶。（2）酶的诱导与酶的阻遏。酶的诱导：环境物质促进微生物细胞中合成酶蛋白的现象。酶的阻遏：产物阻止代谢途径中一系列酶的合成的现象。（3）协同反馈控制与合作反馈控制协同反馈控制：分支代谢途径的几个末端产物同时过量时，该途径的第一个酶才会受到反馈阻遏或反馈抑制。合作反馈控制：几个末端产物都有较弱的独立控制作用，当所有的末端