2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在微生物生長中的動力學(xué)模型考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.在微生物生長的哪個階段，生長速率達(dá)到最大值？()A.緩慢生長期B.對數(shù)生長期C.減速生長期D.衰亡期2.Monod模型描述了微生物生長速率與哪個因素之間的關(guān)系？()A.溫度B.pHC.溶解氧D.底物濃度3.在Monod模型中，半飽和常數(shù)K_s的物理意義是？()A.微生物的最大比生長速率B.底物濃度達(dá)到最大生長速率一半時的濃度C.微生物生長所需的最低底物濃度D.底物對微生物生長的親和力常數(shù)4.當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)高于半飽和常數(shù)K_s時，Monod模型近似于什么模型？()A.指數(shù)模型B.一級動力學(xué)模型C.零級動力學(xué)模型D.Logistic模型5.衡量微生物生長快慢的指標(biāo)是？()A.細(xì)胞濃度B.比生長速率C.底物消耗率D.產(chǎn)物生成率6.在一個恒容的批次反應(yīng)器中，如果限制性底物是有限的，微生物的生長過程通?？梢杂媚膫€模型描述？()A.指數(shù)模型B.Logistic模型C.Monod模型D.分段生長模型7.如果某種微生物的生長受到兩種限制性底物A和B的共同影響，其動力學(xué)模型通常需要如何修正？()A.仍然使用單一Monod模型B.使用雙Monod模型（如Haldane模型或Yano-Michigami模型）C.模型不再適用D.只需增加K_s值8.最大比生長速率μ_max的單位通常是？()A.mol/(L·h)B.g/(L·h)C.1/hD.cm/h9.在連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）中，空間時間（τ）的定義是？()A.反應(yīng)器體積與進(jìn)料體積流率之比B.反應(yīng)器體積與進(jìn)料質(zhì)量流率之比C.出料體積流率與進(jìn)料體積流率之比D.進(jìn)料底物濃度與反應(yīng)器體積之比10.影響微生物最大比生長速率μ_max的因素不包括？()A.底物濃度B.溫度C.營養(yǎng)條件D.壓力二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.微生物生長曲線通常分為________、________、________和________四個階段。2.Monod模型的表達(dá)式為μ=μ_max*S/(K_s+S)，其中S代表________，μ_max代表________。3.當(dāng)限制性底物濃度很低時，微生物的生長速率主要受________限制；當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r，生長速率趨近于________。4.在微生物生長動力學(xué)中，參數(shù)Y（產(chǎn)率系數(shù)）的定義是單位底物消耗所生成的________量。5.批次反應(yīng)器是一種________控制方式的反應(yīng)器。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述Monod模型的推導(dǎo)過程的主要思路。2.解釋什么是限制性底物，并說明其對微生物生長速率的影響。3.與指數(shù)生長模型相比，Logistic生長模型的主要特點是什么？4.在生物反應(yīng)器設(shè)計中，為什么要考慮微生物生長動力學(xué)模型？四、計算題（每題10分，共30分）1.某微生物在特定培養(yǎng)條件下，其生長符合Monod模型，最大比生長速率μ_max為0.5h?1，半飽和常數(shù)K_s為10g/L。假設(shè)初始底物濃度為50g/L，求該微生物在5小時后的比生長速率是多少？2.在一個體積為10L的CSTR中，以一定體積流率連續(xù)進(jìn)料含有限制性底物A的培養(yǎng)液，底物A的進(jìn)料濃度為100g/L。已知微生物對底物A的生長動力學(xué)符合Monod模型，μ_max=0.4h?1，K_s=20g/L。假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度（X）保持恒定，且X=10g/L。求該CSTR的空間時間τ是多少？此時底物A的出口濃度S_out是多少？3.在一個批次反應(yīng)器中，接種一定量的處于對數(shù)生長期的微生物，初始細(xì)胞濃度X?=0.1g/L，初始限制性底物濃度S?=50g/L。已知微生物生長符合Logistic模型，μ_max=0.6h?1，K_s=5g/L。求該批次反應(yīng)器中，微生物濃度達(dá)到2g/L時所需的時間大約是多少？（提示：可作近似計算）---試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.B5.B6.B7.B8.C9.A10.A二、填空題1.緩慢生長期，對數(shù)生長期，減速生長期，衰亡期2.底物濃度，微生物的最大比生長速率3.限制性底物，微生物的最大比生長速率μ_max4.細(xì)胞（或生物量）5.間歇三、簡答題1.解析思路：Monod模型的推導(dǎo)基于以下假設(shè)：在限制性底物存在下，微生物的生長速率為零級反應(yīng)，但總的生長速率受到底物濃度變化的調(diào)節(jié)。推導(dǎo)過程通常從微生物總的生長速率等于最大比生長速率與有效底物濃度（或其比）的乘積出發(fā)，其中有效底物濃度定義為底物濃度S與其飽和常數(shù)K_s之比（S/(K_s+S)），從而得到μ=μ_max*(S/(K_s+S))。2.解析思路：限制性底物是指在特定條件下，其濃度低于微生物生長所需水平，從而限制了微生物生長速率的底物。當(dāng)限制性底物濃度低時，微生物的生長速率與底物濃度近似成正比（在極低濃度下）；隨著底物濃度升高，生長速率逐漸趨于最大值μ_max，表現(xiàn)出飽和特性。3.解析思路：Logistic生長模型考慮了環(huán)境資源有限性對微生物生長的影響，其特點是在生長初期接近指數(shù)增長，但隨著種群密度增加和資源限制加劇，生長速率逐漸下降，最終趨于一個穩(wěn)定值（環(huán)境容納量K）。這與指數(shù)生長模型假設(shè)資源無限不同。4.解析思路：生物反應(yīng)器設(shè)計中需要考慮微生物生長動力學(xué)模型，以便精確預(yù)測反應(yīng)器內(nèi)的生物量濃度、底物消耗、產(chǎn)物生成等隨時間的變化，從而優(yōu)化反應(yīng)器操作參數(shù)（如攪拌速度、進(jìn)料速率、溫度、pH等），提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并確保反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和可控性。四、計算題1.解析思路：根據(jù)Monod模型公式μ=μ_max*(S/(K_s+S))，將μ_max=0.5h?1，K_s=10g/L，S=50g/L代入計算即可得到5小時后的比生長速率。注意，題目假設(shè)條件為恒定培養(yǎng)條件，因此比生長速率在任意時刻均按此模型計算。計算過程：μ=0.5*(50/(10+50))=0.5*(50/60)=0.5*5/6=2.5/6≈0.417h?1答案：0.417h?12.解析思路：CSTR中，微生物濃度X保持恒定，即dX/dt=0。根據(jù)質(zhì)量平衡，進(jìn)料底物流率-出口底物流率=反應(yīng)去除的底物流率。反應(yīng)去除的底物流率=μ*X*V。出口底物濃度S_out=(S_in-μ*X*V)/F。其中，空間時間τ=V/F。將τ代入出口濃度公式，得到S_out=S_in-μ*X*τ。將已知數(shù)值代入計算即可。計算過程：τ=V/F=10L/F，F(xiàn)=10L/τS_out=100-(0.4h?1*10g/L*10L/τ)S_out=100-(4*10/τ)=100-40/τ答案：100-40/τg/L（其中τ=V/F）3.解析思路：Logistic模型公式為μ=μ_max*(1-(X/K))。在批次反應(yīng)器中，底物消耗速率為μ*X。底物質(zhì)量平衡為dS/dt=-μ*X。由于體積恒定，dS/dX=-μ*X。積分得到∫(S?toS)dS/(S*(1-S?/K))=-∫(X?toX)μ_maxdx/K。解此積分方程可得時間t。為簡化計算，當(dāng)X接近K時，μ接近μ_max，可近似認(rèn)為底物消耗速率為μ_max*X?（假設(shè)X?遠(yuǎn)小于K），此時t≈X?/(μ_