暨大微生物问答题

第五章 微生物的新陈代谢

1.试述EMP途径在微生物生命活动中的重要性。（陈牧）

答：EMP途径是多中微生物所具有的代谢途径，其产能效率虽低，但生理功能及其重要：①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原能力；②是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环、HMP途径和ED途径等；③为生物合成提供多种中间代谢产物；④通过逆向反应可进行多糖合成。

A：EMP pathway是绝大多数生物所共有的基本代谢途径； ∴也是yeast、mold和多数bacteria所具有的代谢途径。 B：在有氧下：EMP与TCA 相联…→进入主流代谢； C：在无氧下：

a)在yeast中，由丙酮酸脱羧酶，将丙酮酸变成乙醛，后者再被还原成乙醇。 C6 H12O6→2CH3 COCOOH→2CH3 CHO→2C2H5 OH＋2CO2

b)在乳酸杆菌属和链球菌属的一些细菌在乳酸脱氢酶的催化下，将丙酮酸变成乳酸。 乳酸脱氢酶 CH3COCOOH

→

CH3－CH(OH)－COOH

+2H+

4) 乳酸发酵在食品及发酵上的实践与应用：

葡萄糖发酵产物中只有乳酸作为唯一产物的乳酸发酵称为同型乳酸发酵，工业上的常见菌种有：

Lactobacillus delbruckii; Lactobacillus bulguricus。

A) 制造乳酸纯品：用于生化制药及食品添加剂 B) 制造酸奶：乳糖→葡萄糖＋半乳糖→乳酸发酵

→风 味成分＋蛋白质降解凝固 C) 制作泡菜、酸菜：植物浸出物中糖及其氨基酸 促进乳酸菌生长及发酵、产生风味

D) 增加传统发酵制品的风味（如， 白酒、酱油等）： 乙醇+乳酸→乳酸乙酯

2. 什么叫无氧呼吸？试列表对各种无机盐呼吸和延胡索酸呼吸加以简明比较。（陈牧）

无氧呼吸定义：

呼吸链末端的氢或电子受体是外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。

这是一类在无O2条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。 底物按常规途径经脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物（个别是有机物－延胡索酸）受氢。 无机盐呼吸以硝酸盐呼吸为例。 硝酸盐呼吸：

以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程，又称“反硝化作用”。硝酸盐在微生物生命活动中主要具有两种功能：一、同化性硝酸盐还原。很多细菌、真菌及植物将NO3-还原成NH3，为生长提供氮源。二、反硝化作用：指NO3-被还原成NO2-，再逐步还原成NO、N2O和

N2的过程，称“异化性硝酸盐还原”，仅局限于原核生物。 能进行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐还原细菌（又称反硝化细菌） ，主要生活在土壤和水环境中，通过硝酸盐呼吸硝酸盐易溶解于水，常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。同时土壤中植物能利用的氮（NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。 延胡索酸呼吸：

以往都是把琥珀酸的形成作为微生物的一般发酵产物来考虑，因为它是TCA cycle中的产物；可是，在延胡索呼吸中，它却充作无氧呼吸链的末端受氢体，而琥珀酸则是延胡索酸的还原产物（逆TCA方向）。在无氧条件下培养微生物，如在培养基中加入延胡索酸，就会促使其快速生长并有较高的细胞得率，其原因是它们可利用延胡索酸作为末端受氢体，从而可利用电子传递链磷酸化产生大量的ATP。

3. 试列表比较同型和异型乳酸发酵，就你所学述同型乳酸发酵在食品生产中的运用。（王贵）

凡葡萄糖发酵后产生（1分子）乳酸及乙醇(或乙酸)和CO2 等多种产物的i异型乳酸发酵。相对的如只产生2分子乳酸，或产物中仅只是有乳酸的发酵，则称为同型乳酸发酵。 类型 同型 异型 途径 EMP HMP 产物/1葡萄糖 2乳酸 1乳酸 1乙醇 1 二氧化碳 1乳酸 1乙醇 1 二氧化碳 1乳酸 1．5乙酸 产能/1葡萄糖 2ATP 1ATP 菌种代表 德氏乳杆菌 杨膜明串球菌 2ATP 短乳杆菌 2.5ATP 两歧双歧杆菌 同型乳酸发酵在食品生产中的运用： ? ) 乳酸发酵在食品及发酵上的实践与应用：

? 葡萄糖发酵产物中只有乳酸作为唯一产物的乳酸发酵称为同型乳酸发酵，工业上

的常见菌种有：

? Lactobacillus delbruckii; Lactobacillus bulguricusi。

? A) 制造乳酸纯品：用于生化制药及食品添加剂 ? B) 制造酸奶：乳糖→葡萄糖＋半乳糖→乳酸发酵

? →风 味成分＋蛋白质降解凝固 ? C) 制作泡菜、酸菜：植物浸出物中i氨基酸 ? 促进乳酸菌生长及发酵、产生风味

? D) 增加传统发酵制品的风味（如， 白酒、酱油等）： 乙醇+乳酸→乳酸乙酯

4.细菌的酒精发酵途径如何？ 它与酵母菌的究竟发酵有何不同？细菌的酒精发

酵有何优缺点？（智雄）

（一） 无O2下走ED途径进行细菌酒精发酵：这种经ED途径发酵产酒精的过程与传统的由yeast通过EMP生产酒精不同，它称为细菌酒精发酵。例如Zymomonas mobilis(微好氧菌)，将在ED途径中所产生的丙酮酸转化为乙醇。

? B)与HMP pathway相联：

通过6-P~葡萄糖酸可与HMP连接，可获得必要的戊糖和NADPH2 等。

细菌酒精发酵的优越性

（三）［优点］利用Z.mobilis等细菌生产酒精是近十年来正在开发的工业，它比传统的yeast酒精发酵有许多优点：

A.代谢速率高：∵走的是ED途径，Glucose只经过四步反应即可快速获得由EMP途径须10步才能获得的丙酮酸。

B：产物转化率高：

Saccharomyces cerevisiae ：EMP(88%)；HMP(12%) Zymomonas mobilis ：ED(100%) C：菌体生成少：

由A、B两点所决定。∴节省生产周期（或者减少种子罐这步工艺） D：代谢副产物少： 类似于B点，因为转化率高，且Z.mobilis对Glucose利用是经历ＥＤ途径（ED途径占100%）。

E：发酵温度较高 也即Z．mobilis能耐较高的温度，节省冷却水及电。 F：不必定期供氧 ∵Z.mobilis是微好氧菌 [缺点]

A．较易染菌：

Z.mobilis的生长pH为5，较易染菌

Yeast为pH3，一般bacteria在此pH不易染上。 B．耐乙醇能力低：

细菌耐乙醇力较Yeast为低，bacteria约为7.0%，Yeast为8～10%。(古人饮酒量大的原因。)

第六章 微生物的生长及其控制

1.什么叫典型生长曲线？它可以分为几期？划分的依据是什么？（刘烨）

答：将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒容积的新鲜液体培养基中，在适宜的温度、通气等条件下培养，定时取样测定单位体积里的细胞数，以单位体积里细胞数的对数作纵坐标，以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是非丝状的单细胞微生物的典型生长曲线。

因为微生物在不同的生长时期表现出不同的生长特点，以此为依据将其分为迟缓期（延滞期）、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期。

迟滞期：将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即增加,或增加很少，生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟缓、代谢活跃。该期的具体特点为： ①生长速率常数为零；

②细胞形态变大或增长，尤其是长轴最为明显，许多杆菌可长成丝状；

③细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；

④合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加速，容易产生各种诱导酶； ⑤对外界条件如NaCl 溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。 指数期：指紧接迟滞期之后，细胞以几何级数增长的一段时期。 指数期的具体特点：

①生长速率常数R最大且为常数，细胞每分裂一次所需的时间（称为代时，或世代时间，或增代时间，或倍增时间，用G表示）最短且稳定； ②细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀； ③酶系活跃，代谢旺盛。

稳定期：指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段 稳定期具体特点：

①生长速率常数R降低至0； ②代时G延长；

③细胞重要的分化阶段；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；开始积累贮存物质（如糖原、异染颗粒、PHB等）；产芽孢的菌开始形成芽孢；次生代谢产物（抗生素、Vit、激素等）开始大量合成 ④菌体的最大收获期 衰亡期：稳定期后如对微生物再继续培养，则会出现营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长，是为衰亡期。 1）生长速率常数R小于0

2）细胞形态发生多形化：出现畸形、不规则的退化形态等 失去鞭毛 球菌变成杆菌或分枝（如运动发酵单胞）G＋与G－之间发生互变细胞膨大 3）有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶

4）有些微生物产生或释放出II型次生代谢产物（如氨基酸、转化酶、 外肽酶或抗生素等），这是与菌体生长不平行的代谢物的收获期 5）芽孢杆菌往往在此期释放芽孢

2. ①一般认为氧对厌氧菌毒害的机制是什么？②根据与O2的关系可把微生物分成哪几类？③如何解毒？④SOD酶的制备与应用？（刘佳）

答：①厌氧菌的氧毒害机制

关于厌氧菌的氧毒害机制从本世纪初起已陆续有人提出，但直到1971年在McCord和Fridovich提出SOD的学说后，才有了进一步的认识。

? 他们认为厌氧菌因缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超氧物阴离子自由基（ .

O2-）毒害致死。

? 1、超氧物阴离子自由基的形成及性质： ? O2 + e- . O2 -（超氧阴离子自由基） . O2- + e- + H+ H2O2 （过氧化氢） H2O2 + e- + H+ H2O + · OH- （羟基自由基） ? 在体内，超氧物阴离子自由基可由酶促（如黄嘌呤氧化酶）或非酶促方式形成，超

氧物阴离子自由基（ . O2-）是活性氧的形式之一，因有奇数电子，故带负电荷；它既有分子性质，又有离子性质；

? 超氧物阴离子自由基反应力极强，性质极不稳定，在细胞内可破坏各种重要生物高

分子和膜，也可形成其他活性氧化物，故对生物体十分有害。

②据对O2的需要情况可分为：

? 1、专性好氧菌（strict aerobe）：需氧微生物。

? 1）必须有分子O2才能生长：

细胞内存在完整的呼吸链。

该类微生物需O2供呼吸之用； 没有O2便不能生长。

不能在纯O2或高浓度O2下生长。高浓度O2（或纯氧）对专性好氧菌也是有害的。

? 2）细胞内含SOD酶（超氧化物歧化酶）和过氧过氢酶； ? 3）类属：绝大多数Fungi和许多Bacteria。

Pseudomanos aeruginosa;

Corynebacterium diphtheriae. (白喉杆菌)

? 2、兼性厌氧菌（facultative aerobe）：兼性厌氧微生物。

? 1）有O2或无O2下都能生长：

? 有O2或无O2下都能生长，只不过所进行的代谢途径不同，但在有

O2下生存得更好。

? 有O2：进行呼吸作用产能，(含有完整的呼吸链)； ? 无O2：进行发酵或无氧呼吸产能。

例如，Sac.cerevisiae在有O2下，行EMP-TCA pathway；在无O2下，行无氧酒精发酵。

? 2）含SOD酶和H2O2酶；

? 3）类属：许多酵母菌或许多细菌属此类。 ? E.coli,

? Enterobacter aerogenes

? 3、微好氧菌（Microaerophilic bacteria）：微量需氧微生物。

? 1）只能在较低的氧分压（2~10%）下正常生长； ? 2）含有SOD和H2O2酶；

? 3）类属：Zymomonas、Hydrogenomonas(氢单胞菌属)、Vibrio cholerae（霍

乱弧菌）。

? 4、耐氧菌（aerotolerant anaerobe）耐氧微生物.

? 1）该类菌的生长不需要O2，但O2对它也无毒害。

不具呼吸链 靠专性发酵产能

? 2）含有SOD和peroxidase，但缺乏H2O2酶。 ? 3）类属：一般的乳酸菌多数是耐氧菌：

Streptococcus lactis Lactobacillus lactis Leuconostoc mesenteroides

? 5、厌氧菌（anaerobe）

? 在微生物世界中，绝大数种类都是好氧菌或兼性厌氧菌。厌氧菌的种类相对较

少，但近年来已找到越来越多的厌氧菌。

? 1）分子O2对厌氧菌有致死作用

? O2对其有毒害，即使短期接触空气，也会抑制其生长甚至致死；

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