3．微生物代谢的人工控制:(1)目的:最大限度积累对人类有用的代谢产物.(2)措施:①改变微生物的遗传特性:对微生物进行诱变处理.选择符合生产要求的菌种,②控制生产过程中的各种条件. 表8-28-9 控制对象控制方式溶解氧对需氧型微生物保证氧的供应.厌氧型控制氧的供应.以通气量和搅拌速度控制溶解氧的量 pH 加酸.加碱或加缓冲液温度注意降温.使温度控制在所培养微生物的最适温度考题3-1 根据图8-28-2回答问题: (1)当终产物合成过量时.往往会导致合成途径中断.原因是谷氨酸抑制了的活性.这属于的调节. (2)假设B酶只有在细胞内出现某种中间产物后才能合成.则B酶是一种酶. (3)假设人们想利用葡萄糖.谷氨酸棒状杆菌产生a一酮戊二酸.请你利用现有知识.设计一个大量积累a一酮戊二酸的方案. 考题3-2 图8-28 3为某种微生物体内合成氨基酸的途径.在发酵工程中利用该种微生物来生产大量氨基酸甲.可以采取的措施是( ) A．增加酶①浓度 B．在高温.高压下发酵 C．对该种微生物进行诱变.选育出不能合成酶②的菌种 D．对该种微生物进行诱变.选育出不能合成酶③的菌种考题3-1点拨:要解答该题首先要明确微生物代谢的调节包括两种方式.酶合成的调节和酶活性的调节.这两种调节方式同时存在.密切配合.协调起作用.其次.要明确各种调节方式的内涵.酶合成的调节是指只有在环境中存在某种物质的情况下.才能合成特定诱导酶的调节方式,酶活性的调节则是由于代谢过程中产生的物质与酶结合.致使酶的结构变化从而改变了酶活性的调节方式.由此可见.谷氨酸抑制了谷氨酸脱氢酶的活性.属于酶活性的调节.而B酶只有在细胞内出现某种中间产物后才能合成.则属于酶合成的调节.B酶是一种诱导酶.根据谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的代谢途径可知．要想积累n一酮戊二酸.必需阻断a一酮戊二酸变成谷氨酸的过程.怎样才能阻断谷氨酸的合成呢?谷氨酸脱氢酶是其过程中的关键一环.根据基因控制蛋白质合成的原理改变控制谷氨酸脱氢酶合成的基因结构.就会阻断这一过程.因此.使用人工诱变手段或基因工程手段都可实现这一目的.答案,(1)谷氨酸脱氢酶,酶活性方案一:对谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理.利用选择培养基.从中选育出不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种.方案二:利用基因工程手段.对控制合成谷氨酸脱氢酶的基因进行改造.使其不能合成谷氨酸脱氢酶. 考题3-2点拨:由题意可知.当氨基酸甲和乙都过量时.会抑制中间产物反应速度.而当氨基酸乙含量不过量时.抑制酶活性的作用被解除.合成代谢迅速恢复.因此要提高氨基酸甲的产量.除去酶③以除去其催化产物对中间产物的抑制.答案:D.总结提示,对微生物代谢的人工控制.应打破微生物代谢的反馈调节.产生更多的人们所需要的代谢产物. 考点4．微生物的生长及研究方法任何一种微生物的生长规律.都遵循种群数量变化规律.因此对于微生物的研究通常以微生物的群体为单位进行. (1)微生物生长的测定:①测生长量.湿重法:将一定量的菌液离心或过滤.得到菌体.反复洗涤后称湿重,干重法:将离心后得到的菌液置于100℃-105℃的烘箱中烘干.再称量,有些生理指标如耗氧量或二氧化碳等代谢产物的量.在一定条件下与群体的生长量成正比.因此.可以用这些指标来代表生长量.②测细菌的细胞数目--常用的测细菌细胞数目的方法有:血球计数法:将细菌置于血球计数器的计数室内.在显微镜下进行计数,涂片计数法:将一定量的菌液均匀地涂布在玻璃片的一定面积上.经固定染色后在显微镜下数视野中的菌数. (2)群体生长规律--生长曲线:如图8-28 4所示.它描述了细菌从开始生长到死亡的动态变化过程.四个主要时期的比较.见表8- 28-lO. 表8-28-10 时期菌体数目代谢特点成因应用及其他调整期增长不明显 ①代谢活跃.体积增大较快②大量合成分裂所需的物质适应新环境长短与菌种.培养条件等因素有关时期菌体数目代谢特点成因应用及其他对数期快速分裂1→2 n ①细胞分裂速度最快②繁殖速率大于死亡速率③个体形态和生理特性较稳定 ①适应了环境②生存条件适宜 ①可作菌种②科研材料稳定期活菌数目达到最高峰(K值) ①繁殖速率和死亡速率达到动态平衡②积累大量次级代谢产物③某些种类细菌可形成芽孢 ①营养物质消耗②有害代谢产物积累③pH变化①种内斗争加剧 ①制取次级代谢产物②连续培养法衰亡期活菌数目急剧下降 ①繁殖速率小于死亡速率②菌体出现多种形态③细胞解体.释放代谢产物生存条件极度恶化 (3)影响微生物生长的环境因素:微生物的生长除受密度因素制约外．其变动往往也与一些非密度因素有关．例如温度.氧.pH等. ①温度:由于微生物的生命活动是由一系列生物化学反应组成的．而这些反应受温度的影响极为明显．因此．温度是影响微生物生长最重要的因素之一.最适生长的温度有时也简称为“最适温度 .其意义是某菌分裂代谢时最短或生长速率最高时的培养温度.但是．对同一微生物来说．其不同的生理生化过程有着不同的最适温度．也就是说.最适生长温度．不等于生长量最高时的培养温度.也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度.超过最适生长温度．由于细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆的破坏.微生物的生长速率会急剧下降,②pH:每种微生物的最适pH不同.超过最适pH范围．会影响酶的活性.细胞膜的稳定性等．从而影响生物对营养物质的吸收等,③氧:环境中氧含量的状况．对不同代谢类型的微生物群体的生长.具有不同的影响.因此细菌种群培养时应选择恰当的溶氧度.按照微生物与氧的关系.可分为: 考题4-1 图8-28-5是细菌的生长曲线.a.b.c.d分别表示细菌的不同生长时期.下列关于各时期细菌生理特点的叙述.正确的是( ) A．a时期细菌生长繁殖慢.但合成诱导酶迅速 B．b时期代谢最旺盛．与a和C期共同构成种群增长的“S 型曲线 C．C时期种内斗争非常激烈.死亡率远大于出生率 D．d时期初级代谢产物最多．人工连续培养可延迟该期的出现考题4-2 将大肠杆菌的质粒取出．接上人生长激素的基因以后．重新置人大肠杆菌细胞内．然后．用这种带有人生长激素基因的工程菌进行发酵．就能得到大量的人生长激素.图8-28-6反映工程菌的生长曲线．据图回答: (1)在大规模生产中．需要将选育的工程菌菌种经过多次扩大培养．再进行接种．扩大培养选用[] 期的细菌．并通入无菌空气. (2)若把大肠杆菌接种到含葡萄糖和乳糖的培养基中．只有葡萄糖全被消耗后才合成半乳糖苷酶来利用乳糖.这一事实表明半乳糖苷酶属于 .该调节方式的意义是从而加强了大肠菌对环境的适应能力. (3)请在图中画出大肠杆菌生长速率的变化曲线. 考题4-1点拨:a时期为调整期.细菌生长繁殖慢.但诱导酶的合成是在环境中存在某种物质的情况下才会发生.c时期为稳定期．种内斗争激烈.但细菌数目维持恒定.死亡率和出生率基本平衡.d时期为衰亡期.此时次级代谢产物已大量积累．影响细菌的生长繁殖.连续培养可延长稳定期.答案:B. 考题4-2点拨:本题虽然以基因工程菌为题干.但实为考查发酵工程的知识内容.通过分析工程菌的生长曲线.联系教材中微生物群体生长的四个时期.很容易得出应选用对数期的细菌作为菌种.教材中提到.大肠杆菌一般是以葡萄糖作为碳源.只有当其生活环境中没有葡萄糖而有乳糖时.大肠杆菌才会迅速大量合成能分解乳糖的半乳糖苷酶.很显然该种酶属于诱导酶,这是属于酶合成的调节.其意义是既保证了代谢需要.又避免了细胞内物质和能量的浪费.增强了微生物对环境的适应能力.在绘制大肠杆菌生长速率的变化曲线图时.要理解生长速率的含义.并分析微生物群体生长的四个时期的生长速率的变化情况,调整期细菌数目不增不减.生长速率为零,对数期的曲线斜率由小变大.后又为零,因此曲线应先上升再持平再降为零,稳定期的斜率为零．即出生率等于死亡率.其生长速率为零,衰亡期的斜率匀速下降.出生率小于死亡率.生长速率为负值.答案:(1)Ⅱ,对数 (2)诱导酶,既保证了代谢需要.又避免了细胞内物质和能量的浪费 (3)如图8-28-7所示. 总结提示:微生物生长曲线是微乍物知识体系中的一个难点知识.是近几年命题的重点.对此应注意生长曲线的形成原因.特点及各时期的应用. 考点5．发酵工程的具体过程 (1)发酵的概念:在实际生产中.人们将通过微生物的培养.大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵. (2)种类 (3)发酵工程的内容及一般流程:①菌种的选育:如果生产的是微生物直接合成的产物.如青霉素.谷氨酸等.则可以从自然界中先分离出相应的菌种.再用物理或化学的方法使菌种产生突变.从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种.如果生产的是一般微生物不能合成的产品.则可用基因工程.细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造.以构建工程细胞或工程菌.从而达到生产相应产品的目的.②培养基的配制:在配制培养基时应该注意以下几点．a．根据不同的菌种.应选择不同的材料配制培养基.配制的培养基应满足微生物在碳源.氮源.生长因子.水.无机盐等方面的营养要求.并为微生物提供适宜的 pH．b．培养基的营养要协调.以利于产物的合成,C．培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本.以得到更高的经济效益.③灭菌:发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种.整个发酵过程中不能混入杂菌.在发酵过程中如混入其他微生物.将与菌种形成竞争关系.对发酵过程造成不良影响.要在发酵前对培养基和发酵设备进行严格的灭菌处理.用高温.高压的方式.杀死所有杂菌的胞体.芽孢和孢子.④扩大培养和接种:扩大培养是将培养到对数期的菌体分开.分头进行培养.以促使菌体数量快速增加.能在短时间里得到大量的菌体.接种时要防止杂菌污染.⑤发酵过程:发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生.因此.要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目.产物浓度以了解发酵进程.及时添加必需的培养基成分来延长菌体稳定期的时间.以得到更多的发酵产物.同时.还应对发酵条件进行严格控制.⑥分离提纯具体过程可总结如图8 28-8.发酵工程基本流程考题5-1 1分)图8-28-9是发酵工程的流程图.据图回答: (1)在配制培养基时.要注意各种营养的比例.假如利用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸.则在扩大培养阶段的碳氮比是 .在发酵罐内发酵时的碳氮比是 . (2)培养基配制好后.一定要灭掉培养基中的 .其目的是防止 .防止 . (3)假如用黄色短杆菌来生产赖氨酸.可用①来提高发酵的产量.①代表的菌种选育办法为 .选育出不能合成酶的苗种.生产的赖氨酸是此种生物的代谢产物. (4)在发酵罐中发酵时.若要提高发酵罐中的溶氧量.可采用的措施是: ①调整 ,②调整 . (5)若③是单细胞蛋白.则⑥代表的发酵产品是 . 考题5-2 )人造蛋白食品的生产可利用现代微生物发酵工程技术.食用真菌蛋白是人造蛋白的一种.图8-28 10 为真菌蛋白制造过程的图解.请据图回答问题: (1)下列关于“单细胞蛋白的叙述正确的是( ) A．是从微生物细胞中提取的蛋白质 B．通过发酵生产的微生物菌体 C．单细胞蛋白不能作为人类食品 D．是微生物细胞分泌的抗生素 (2)由图中向发酵罐里加人的物质看.真菌的代谢方式为型.发酵过程中活菌数目达到最多的时期是在期. (3)向发酵罐里添加少量氨水的目的是 .向发酵罐添加的所有物品都要进行灭菌.从生态学角度分析.其原因是 . (4)添加的糖可被真菌利用.转化形成真菌蛋白必须经过的生理过程是 .真菌蛋白常作为家畜(猪)的饲料添加剂.猪在食用这些添加剂后能被加速育肥的原因是 . (5)下列关于对“微生物连续培养优点的叙述.不正确的是( ) A．及时补充微生物所需的营养物质.提高产量 B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中 C．能消除不利于微生物生长的一些环境因素 D．提高了设备的利用率 (6)下面关于“温度对发酵过程的影响不正确的叙述是( ) A．温度过高.发酵周期缩短.产量下降 B．温度不会影响生物合成的途径 C．温度能影响菌种对营养物质的吸收 D．菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同 (7)通常所说的“微生物 .包括病毒.放线菌和细菌,还包括真菌.如等. 考题5-1点拨:本题以教材中的“发酵工程生产产品的流程简图为蓝本.多角度进行发问.将微生物的知识点糅合于其中.其知识点涉及微生物培养实验.微生物的育种.发酵过程的调控.单细胞蛋白等基础性内容.答案:微生物的细胞.芽孢.孢子,杂菌与所需微生物问发生竞争,杂菌分解代谢产物(3)诱变育种,高丝氨酸脱氢,初级(4)①通入的无菌空气量,②发酵罐中搅拌器的转速 (5)微生物菌体．考题5-2点拨:从图中看.发酵罐需加入糖和灭菌空气.可知真菌的代谢类型为异养需氧型.发酵过程中加氨水.一方面是调节pH使环境符合真菌的生存环境.另一方面提供氮源满足真菌营养的需要.由糖类转化为氨基酸.必须与含氮部分结合.即氨基转换作用过程.而蛋白质饲料育肥.是蛋白质经动物消化吸收后.经脱氨基作用.其不含氮部分转化为脂肪.答案:异养需氧,稳定 (3)调节pH.提供氮源,防止杂菌与真菌间的竞争(4)氨基转换作用,蛋白质(消化吸收后.经脱氨基不含氮部分)可转化为脂肪霉菌.酵母菌总结提示:发酵工程为生物工程中的下游工程.其目的是获得微生物的菌体或代谢产物.故在进行题目解答时应使自己设计的过程服务于这一最终目的. 【查看更多】

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