2025年江南大學800微生物學綜合考研練習題及答案解析一、名詞解釋（每題5分，共30分）1.芽孢芽孢是某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內形成的一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體。產芽孢的細菌主要有芽孢桿菌屬和梭菌屬等。芽孢具有極強的抗熱、抗化學藥物、抗輻射等能力，這是因為芽孢具有多層厚而致密的壁，芽孢核心中含有吡啶二羧酸鈣（DPA-Ca），它能使芽孢中的生物大分子形成穩(wěn)定而耐熱的凝膠。例如，肉毒梭菌的芽孢在100℃沸水中可存活數小時，只有在121℃的高壓蒸汽下處理15-20分鐘才能將其殺死。2.溫和噬菌體溫和噬菌體是一類感染細菌后，并不立即導致宿主細胞裂解死亡，而是將其核酸整合到宿主菌基因組中，隨宿主菌DNA的復制而同步復制，隨宿主細胞分裂而傳遞給子代細胞的噬菌體。整合在宿主菌基因組中的噬菌體核酸稱為前噬菌體，帶有前噬菌體的細菌稱為溶原性細菌。溫和噬菌體的這種生活方式稱為溶原性周期。例如，λ噬菌體就是一種典型的溫和噬菌體，它可以在大腸桿菌細胞內建立溶原性狀態(tài)，使大腸桿菌成為溶原性細菌，在一定條件下，如紫外線照射等，前噬菌體可以從宿主菌基因組中脫離出來，進入裂解性周期，導致宿主細胞裂解。3.營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型是指野生型菌株由于基因突變，致使細胞合成途徑出現某些缺陷，喪失了合成某些物質的能力，必須在培養(yǎng)基中額外添加這些營養(yǎng)物質才能正常生長的突變型菌株。例如，大腸桿菌的組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株（his-），由于基因突變，不能合成組氨酸，必須在培養(yǎng)基中添加組氨酸才能生長。營養(yǎng)缺陷型菌株在遺傳學研究、代謝途徑分析和發(fā)酵工業(yè)中都有重要的應用。4.發(fā)酵發(fā)酵有廣義和狹義之分。廣義的發(fā)酵是指任何利用好氧或厭氧微生物來生產有用代謝產物的一類生產方式，如利用酵母菌發(fā)酵生產啤酒、利用乳酸菌發(fā)酵生產酸奶等。狹義的發(fā)酵是指在無氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫后所產生的還原力[H]未經呼吸鏈傳遞而直接交給某一內源性中間代謝產物接受，以實現底物水平磷酸化產能的一類生物氧化反應。例如，酵母菌在無氧條件下將葡萄糖發(fā)酵產生乙醇和二氧化碳，其反應式為：C?H??O?→2C?H?OH+2CO?+能量。5.生物固氮生物固氮是指固氮微生物將大氣中的分子態(tài)氮（N?）還原為氨（NH?）的過程。能夠進行生物固氮的微生物稱為固氮微生物，主要包括自生固氮菌（如圓褐固氮菌）、共生固氮菌（如根瘤菌與豆科植物共生）和聯合固氮菌。固氮微生物體內含有固氮酶，固氮酶由鉬鐵蛋白和鐵蛋白組成，在常溫常壓下能夠催化N?還原為NH?。生物固氮是自然界中氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對于維持生態(tài)系統(tǒng)的氮平衡和農業(yè)生產具有重要意義。6.微生物生態(tài)系統(tǒng)微生物生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內，微生物與周圍環(huán)境（包括生物環(huán)境和非生物環(huán)境）相互作用所形成的統(tǒng)一整體。微生物生態(tài)系統(tǒng)具有多樣性、復雜性和動態(tài)性等特點。例如，土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)是地球上最為復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)之一，其中包含了細菌、真菌、放線菌等多種微生物類群，它們在土壤中參與物質循環(huán)、能量轉換和土壤結構的形成等過程。水體微生物生態(tài)系統(tǒng)、人體微生物生態(tài)系統(tǒng)等也都具有各自獨特的結構和功能。二、簡答題（每題15分，共60分）1.簡述革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌細胞壁的結構差異及其在革蘭氏染色中的作用。革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌細胞壁的結構存在明顯差異：-革蘭氏陽性菌細胞壁：細胞壁較厚，一般為20-80nm，主要由肽聚糖和磷壁酸組成。肽聚糖含量豐富，占細胞壁干重的50%-90%，是由N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）通過β-1,4-糖苷鍵交替連接形成聚糖骨架，短肽（通常為四肽側鏈）連接在NAM上，相鄰的四肽側鏈之間通過肽橋（如金黃色葡萄球菌的肽橋為五肽甘氨酸）相互交聯，形成三維立體網狀結構。磷壁酸是革蘭氏陽性菌細胞壁特有的成分，分為壁磷壁酸和膜磷壁酸，它們具有抗原性，與細菌的血清型分類有關。-革蘭氏陰性菌細胞壁：細胞壁較薄，一般為10-15nm，但結構較復雜。細胞壁由肽聚糖和外膜組成。肽聚糖含量較少，僅占細胞壁干重的5%-20%，聚糖骨架與革蘭氏陽性菌相同，但四肽側鏈之間的交聯方式不同，多數情況下直接交聯，形成的網狀結構較疏松。外膜位于肽聚糖層外側，由脂質雙層、脂蛋白和脂多糖（LPS）組成。脂多糖是革蘭氏陰性菌內毒素的主要成分，由脂質A、核心多糖和O-特異側鏈三部分組成。在革蘭氏染色中的作用：革蘭氏染色是一種重要的細菌鑒別染色方法，其原理與細菌細胞壁的結構差異密切相關。在染色過程中，先用結晶紫初染，所有細菌都被染成紫色；然后用碘液媒染，使結晶紫與碘形成復合物。接著用95%乙醇脫色，由于革蘭氏陽性菌細胞壁肽聚糖含量高，交聯度大，乙醇處理后，肽聚糖網孔因脫水而收縮，阻止了結晶紫-碘復合物的溶出，因此仍保留紫色；而革蘭氏陰性菌細胞壁外膜易被乙醇溶解，導致結晶紫-碘復合物被溶出，細胞脫色。最后用番紅復染，革蘭氏陰性菌被染成紅色，而革蘭氏陽性菌仍為紫色。2.簡述細菌的群體生長規(guī)律及其各階段的特點。細菌的群體生長規(guī)律可以用生長曲線來描述，生長曲線是以培養(yǎng)時間為橫坐標，菌數的對數為縱坐標繪制的曲線，一般分為四個階段：-遲緩期：是細菌接種到新鮮培養(yǎng)基后短暫的適應階段。此階段細菌數量幾乎不增加，生長速率近于零。細菌細胞體積增大，代謝活躍，合成大量的酶、輔酶和中間代謝產物，為后續(xù)的生長繁殖做準備。遲緩期的長短與菌種、接種菌齡、接種量和培養(yǎng)基成分等因素有關。例如，用對數期的菌種接種到相同成分的培養(yǎng)基中，遲緩期較短；而用陳舊的菌種接種到營養(yǎng)成分差異較大的培養(yǎng)基中，遲緩期則較長。-對數期：又稱指數期，細菌以最大的速率生長和分裂，菌數以幾何級數增加，生長曲線呈直線上升。此階段細菌的代謝旺盛，酶活性高，細胞的形態(tài)、大小和生理特性比較一致，對外界環(huán)境因素的作用敏感。對數期的細菌常作為研究細菌生理、生化特性和遺傳變異的材料，也是發(fā)酵工業(yè)中用作種子的最佳時期。-穩(wěn)定期：隨著培養(yǎng)時間的延長，培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質逐漸消耗，有害代謝產物積累，細菌的生長速率逐漸下降，繁殖率與死亡率趨于平衡，活菌數保持相對穩(wěn)定。此時，細菌開始積累代謝產物，如抗生素、毒素等。穩(wěn)定期的長短與菌種、培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件等有關。在發(fā)酵工業(yè)中，常通過補料、調節(jié)pH和溫度等措施來延長穩(wěn)定期，以提高代謝產物的產量。-衰亡期：穩(wěn)定期過后，由于營養(yǎng)物質的耗盡和有害代謝產物的大量積累，細菌的死亡率逐漸增加，活菌數急劇減少。細菌細胞出現多種形態(tài)變化，如腫脹、畸形、自溶等。衰亡期的細菌生理代謝活動逐漸停止，有的細菌會產生芽孢以度過不良環(huán)境。3.簡述病毒的復制周期。病毒的復制周期是指病毒從吸附到宿主細胞開始，到子代病毒從宿主細胞釋放的全過程，一般包括以下幾個階段：-吸附：病毒通過其表面的吸附蛋白與宿主細胞表面的特異性受體結合，從而附著在宿主細胞表面。這種特異性結合決定了病毒的宿主范圍和組織嗜性。例如，流感病毒的血凝素（HA）蛋白可以與宿主細胞表面的唾液酸受體結合。-侵入：病毒吸附到宿主細胞后，通過不同的方式進入細胞。常見的侵入方式有包膜病毒的膜融合、無包膜病毒的胞吞作用等。例如，HIV病毒通過其包膜上的糖蛋白gp120與宿主細胞表面的CD4受體和輔助受體結合，然后包膜與細胞膜融合，將病毒核心注入細胞內。-脫殼：病毒進入宿主細胞后，必須脫去蛋白質外殼，釋放出病毒核酸，才能進行病毒的生物合成。脫殼過程可以由宿主細胞的溶酶體酶或病毒自身編碼的脫殼酶來完成。-生物合成：病毒核酸在宿主細胞內利用宿主細胞的物質和能量進行復制、轉錄和翻譯，合成病毒的核酸和蛋白質。不同類型的病毒生物合成方式不同，例如，雙鏈DNA病毒（如腺病毒）的DNA在細胞核內復制，轉錄產生mRNA，然后在細胞質中翻譯合成病毒蛋白質；單鏈正鏈RNA病毒（如脊髓灰質炎病毒）的RNA本身具有mRNA的功能，可以直接在細胞質中翻譯合成病毒蛋白質，同時以其為模板合成互補鏈，再以互補鏈為模板合成子代病毒RNA。-裝配：新合成的病毒核酸和蛋白質在宿主細胞內按照一定的方式組裝成子代病毒顆粒。裝配過程可以在細胞質或細胞核內進行，不同病毒的裝配方式也有所不同。例如，噬菌體的裝配是一個復雜的過程，涉及到多個步驟和多種蛋白質的參與。-釋放：子代病毒顆粒裝配完成后，通過不同的方式從宿主細胞釋放出來。包膜病毒通常通過出芽的方式釋放，在釋放過程中獲得包膜；無包膜病毒則通過宿主細胞裂解的方式釋放，導致宿主細胞死亡。4.簡述微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的主要作用。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中具有多種重要作用：-分解者：微生物是生態(tài)系統(tǒng)中最主要的分解者，它們能夠分解各種有機物質，將復雜的有機物分解為簡單的無機物，如二氧化碳、水和無機鹽等，促進物質的循環(huán)和再利用。例如，土壤中的細菌和真菌能夠分解動植物殘體、糞便等有機物質，釋放出氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，供植物吸收利用。-生產者：一些微生物具有光合作用或化能合成作用，能夠將無機物轉化為有機物，成為生態(tài)系統(tǒng)中的生產者。例如，藍細菌（藍藻）能夠進行光合作用，利用光能將二氧化碳和水合成有機物，并釋放出氧氣；硝化細菌能夠利用氨氧化過程中釋放的能量，將二氧化碳和水合成有機物。-氮素循環(huán)中的關鍵作用：微生物在氮素循環(huán)中起著至關重要的作用。固氮微生物能夠將大氣中的氮氣還原為氨，為植物提供可利用的氮源；氨化細菌能夠將有機氮分解為氨；硝化細菌能夠將氨氧化為亞硝酸和硝酸；反硝化細菌能夠將硝酸還原為氮氣，返回大氣中。這些過程相互配合，維持了生態(tài)系統(tǒng)中氮素的平衡。-共生關系：微生物與其他生物之間存在著廣泛的共生關系。例如，根瘤菌與豆科植物共生，根瘤菌能夠侵入豆科植物根部，形成根瘤，在根瘤中固定氮氣，為植物提供氮素營養(yǎng)，同時植物為根瘤菌提供碳源和生長環(huán)境；菌根真菌與植物根系形成菌根，能夠增加植物對養(yǎng)分和水分的吸收，提高植物的抗逆性。-污染物的降解和環(huán)境修復：微生物具有強大的代謝能力，能夠降解多種污染物，如石油、農藥、重金屬等。利用微生物進行環(huán)境修復，如生物降解、生物吸附等，是一種環(huán)保、有效的治理方法。例如，假單胞菌能夠降解多種有機污染物，在石油污染土壤的修復中具有重要應用。三、論述題（每題30分，共60分）1.論述微生物代謝調節(jié)的方式及其在發(fā)酵工業(yè)中的應用。微生物代謝調節(jié)是指微生物在生長過程中，通過自身的調節(jié)機制來控制代謝途徑的方向和代謝速率，以適應環(huán)境變化和自身生長繁殖的需要。微生物代謝調節(jié)的方式主要有以下幾種：-酶合成的調節(jié)-誘導調節(jié)：誘導酶是在誘導物的存在下才合成的酶。例如，大腸桿菌在以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基中生長時，會合成β-半乳糖苷酶，將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。乳糖就是β-半乳糖苷酶的誘導物。誘導調節(jié)可以使微生物在有底物存在時才合成相應的酶，避免了能量和物質的浪費。-阻遏調節(jié)：阻遏調節(jié)分為終產物阻遏和分解代謝物阻遏。終產物阻遏是指當代謝途徑的終產物積累到一定濃度時，會抑制該途徑中關鍵酶的合成。例如，在大腸桿菌合成色氨酸的過程中，當色氨酸濃度過高時，會阻遏色氨酸合成途徑中相關酶的合成。分解代謝物阻遏是指當微生物在含有多種碳源的培養(yǎng)基中生長時，優(yōu)先利用容易利用的碳源，同時抑制其他碳源分解代謝酶的合成。例如，大腸桿菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，優(yōu)先利用葡萄糖，只有當葡萄糖耗盡后，才開始利用乳糖，這是因為葡萄糖的分解代謝產物會抑制乳糖操縱子的表達。-酶活性的調節(jié)-變構調節(jié)：變構酶是一類具有多個亞基和別構中心的酶，當效應物（如底物、終產物等）與別構中心結合時，會引起酶分子構象的改變，從而影響酶的活性。例如，天冬氨酸轉氨甲酰酶（ATCase）是嘧啶核苷酸合成途徑的關鍵酶，CTP是該酶的變構抑制劑，當CTP濃度升高時，CTP與ATCase的別構中心結合，使酶的活性降低，從而抑制嘧啶核苷酸的合成；而ATP是ATCase的變構激活劑，當ATP濃度升高時，ATP與ATCase的別構中心結合，使酶的活性增強，促進嘧啶核苷酸的合成。-共價修飾調節(jié)：酶蛋白肽鏈上的一些基團可以在其他酶的催化下與某些化學基團共價結合或去掉已結合的化學基團，從而改變酶的活性。例如，大腸桿菌的谷氨酰胺合成酶（GS）可以被腺苷?；腿ハ佘挣；揎?，腺苷酰化的GS活性降低，去腺苷?；腉S活性增強。在發(fā)酵工業(yè)中的應用：-提高發(fā)酵產物的產量：通過了解微生物的代謝調節(jié)機制，可以采取相應的措施來解除代謝調節(jié)的限制，提高發(fā)酵產物的產量。例如，在氨基酸發(fā)酵中，通過選育營養(yǎng)缺陷型菌株或抗反饋調節(jié)突變株，解除終產物阻遏和反饋抑制，使氨基酸能夠大量積累。以谷氨酸發(fā)酵為例，選育生物素缺陷型菌株，控制培養(yǎng)基中生物素的濃度，使細胞膜的通透性發(fā)生改變，有利于谷氨酸的分泌，從而提高谷氨酸的產量。-優(yōu)化發(fā)酵工藝：根據微生物的代謝調節(jié)特點，優(yōu)化發(fā)酵工藝條件，如控制培養(yǎng)基成分、溫度、pH、溶氧等，以滿足微生物生長和代謝的需要。例如，在抗生素發(fā)酵中，通過控制發(fā)酵過程中的碳源、氮源和前體物質的濃度，以及調節(jié)發(fā)酵溫度和pH，可以提高抗生素的產量和質量。-開發(fā)新的發(fā)酵產品：深入研究微生物的代謝調節(jié)機制，有助于發(fā)現新的代謝途徑和代謝產物，從而開發(fā)新的發(fā)酵產品。例如，通過對微生物次生代謝途徑的研究，發(fā)現了許多具有生物活性的天然產物，如抗生素、抗腫瘤藥物等。2.論述微生物遺傳變異的機制及其在生物技術中的應用。微生物遺傳變異的機制主要包括基因突變、基因轉移和重組：-基因突變-自發(fā)突變：是指在自然條件下，由于DNA復制錯誤、宇宙射線、轉座因子等因素引起的基因突變。自發(fā)突變的頻率很低，一般為10??-10??，但由于微生物繁殖速度快，群體數量大，因此自發(fā)突變在微生物進化中具有重要意義。例如，細菌對某些抗生素的抗性突變可能是自發(fā)產生的。-誘發(fā)突變：是指通過物理、化學或生物因素等誘變劑處理微生物，提高基因突變的頻率。常用的物理誘變劑有紫外線、X射線等；化學誘變劑有亞硝酸、堿基類似物等；生物誘變劑有噬菌體等。誘發(fā)突變可以在較短時間內獲得大量的突變株，為微生物育種提供豐富的材料。例如，用紫外線照射青霉菌，獲得了高產青霉素的突變株。-基因轉移和重組-轉化：是指受體菌直接吸收供體菌的游離DNA片段，并整合到自己的基因組中，從而獲得新的遺傳性狀的過程。轉化現象最早是由Griffith在肺炎鏈球菌中發(fā)現的。轉化在自然界中廣泛存在，對于細菌的進化和遺傳多樣性的產生具有重要作用。在生物技術中，轉化是將外源基因導入宿主細胞的常用方法之一，如將重組質粒轉化到大腸桿菌中，用于基因克隆和表達。-轉導：是指以噬菌體為媒介，將供體菌的DNA片段轉移到受體菌中，使受體菌獲得新的遺傳性狀的過程。轉導分為普遍性轉導和局限性轉導。普遍性轉導可以轉導供體菌染色體上的任何基因；局限性轉導只能轉導噬菌體整合位點附近的基因。轉導在細菌的遺傳分析和基因工程中具有重要應用，如利用噬菌體作為載體進行基因轉移。-接合：是指通過細菌細胞間的直接接觸，將供體菌的遺傳物質（如質粒）轉移到受體菌中的過程。接合主要發(fā)生在革蘭氏陰