2026 年四川轻化工大学 805 微生物学考研真题样题
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一、解释下列各组名词(每小题 6 分,共 30 分)
1. 菌株和菌种
答案:
二者均为微生物分类与应用中的核心概念,核心区别在于划分尺度与应用场景:
- 菌种(Species):是微生物分类的基本单位,指遗传特征高度相似、形态与生理特性一致,且能与其他类群显著区分的微生物群体(3 分)。例如 “大肠杆菌(Escherichia coli)” 是一个菌种,包含所有符合其分类特征的微生物,强调 “群体共性”,是分类学上的标准单元。
- 菌株(Strain):是同一菌种内具有特定遗传特性或表型差异的亚群体,通常由同一菌种的不同分离来源或突变衍生而来(3 分)。例如大肠杆菌 “DH5α 菌株”“BL21 菌株”,前者适用于质粒克隆,后者适用于蛋白表达,虽同属大肠杆菌菌种,但功能特性不同,强调 “个体差异”,是实验室与工业生产中的具体应用单元。
解析:需紧扣 “分类单位 vs 应用单元” 的差异,结合实例(大肠杆菌及其菌株)体现 “共性与个性” 的关系,避免混淆二者在分类学与实践中的定位。
2. 烈性噬菌体和温和噬菌体
答案:
二者均为感染细菌的病毒,核心区别在于感染后的增殖方式与对宿主菌的影响:
- 烈性噬菌体(Virulent phage):感染宿主菌后,立即利用宿主菌的遗传物质与代谢系统进行复制,合成自身核酸与蛋白质,组装成新噬菌体后裂解宿主菌释放子代,导致宿主菌死亡(3 分)。例如 T4 噬菌体感染大肠杆菌,约 20-30 分钟即可完成裂解循环,是典型的烈性噬菌体,其增殖过程可分为吸附、侵入、增殖、成熟、释放五个阶段,对宿主菌具有强致病性。
- 温和噬菌体(Temperate phage):感染宿主菌后,可选择 “溶原性循环” 或 “裂解循环”:溶原性循环中,噬菌体基因组整合到宿主菌染色体上(形成 “原噬菌体”),随宿主菌分裂稳定传递,不裂解宿主;环境刺激(如紫外线、化学诱变剂)可诱导其进入裂解循环,裂解宿主释放子代(3 分)。例如 λ 噬菌体感染大肠杆菌,常态下以溶原性状态存在,是基因工程中常用的载体工具。
解析:需从 “增殖方式(立即裂解 vs 溶原 / 裂解双循环)”“对宿主影响(致死 vs 共生 / 致死)” 区分,结合实例(T4 噬菌体、λ 噬菌体)体现应用差异,避免遗漏温和噬菌体的 “溶原性” 核心特征。
3. 有氧呼吸和无氧呼吸
答案:
二者均为微生物的产能代谢方式,核心区别在于电子最终受体的种类与能量释放效率:
- 有氧呼吸(Aerobic respiration):以分子氧(O₂)为电子最终受体,葡萄糖等底物经糖酵解、三羧酸循环(TCA 循环)、电子传递链(ETC)彻底氧化分解,产生大量 ATP(1 分子葡萄糖约产 30-38ATP)(3 分)。例如好氧细菌(如枯草芽孢杆菌)在有氧条件下,通过有氧呼吸高效产能,代谢产物为 CO₂和 H₂O,是工业发酵中菌体大量增殖的主要代谢途径。
- 无氧呼吸(Anaerobic respiration):以无机氧化物(如 NO₃⁻、SO₄²⁻、CO₃²⁻)或有机氧化物(如延胡索酸)为电子最终受体,底物氧化不彻底,能量释放效率低(1 分子葡萄糖约产 2-36ATP,因受体而异)(3 分)。例如反硝化细菌以 NO₃⁻为受体生成 N₂,脱硫弧菌以 SO₄²⁻为受体生成 H₂S,多见于厌氧环境(如土壤深层、污水处理厌氧段)。
解析:需从 “电子受体、能量产率、产物、环境适应性” 区分,结合具体微生物与代谢产物,体现二者在产能效率与生态功能上的差异,避免混淆 “无氧呼吸” 与 “发酵”(发酵无电子传递链,以有机物为受体)。
4. BOD₅和 COD
答案:
二者均为衡量水体有机物污染程度的指标,核心区别在于测定原理与反映的污染范围:
- BOD₅(Biochemical Oxygen Demand):指在 20℃条件下,水体中微生物分解有机物所需的溶解氧量,通常测定 5 天内的耗氧量(3 分)。它仅反映 “可被微生物降解的有机物” 含量,例如生活污水的 BOD₅较高(含大量易降解有机物),而工业废水(如含难降解有机物)的 BOD₅较低,是评估水体生物可降解性与污水处理效果的关键指标。
- COD(Chemical Oxygen Demand):指用强化学氧化剂(如重铬酸钾、高锰酸钾)氧化水体中所有有机物(包括微生物难降解的有机物)所需的氧量(3 分)。它反映 “总有机物含量”,不受有机物可降解性限制,例如含芳香族化合物的工业废水,COD 远高于 BOD₅,是监测水体总污染负荷的重要指标,常用于环保法规中的排放限值设定。
解析:需从 “测定方法(生物降解 vs 化学氧化)、反映范围(可降解有机物 vs 总有机物)、应用场景” 区分,结合实例(生活污水、工业废水)体现指标的实践意义,避免仅描述缩写而无本质差异。
5. 互生和共生
答案:
二者均为微生物间的互利关系,核心区别在于相互依赖的紧密程度与不可分离性:
- 互生(Synergism):两种微生物相互受益,但不形成专用共生结构,可单独生存,关系松散(3 分)。例如好氧菌与厌氧菌在污水生物处理中的互生:好氧菌消耗水体中的 O₂,为厌氧菌创造厌氧环境;厌氧菌分解复杂有机物为小分子,供好氧菌利用,二者分开后仍可在各自适宜环境中存活,是生态系统中常见的协作关系。
- 共生(Mutualism):两种微生物形成紧密的物理联系(如细胞融合、专用结构),相互依赖、不可分离,分开后至少一方无法生存(3 分)。例如地衣(真菌与蓝细菌 / 绿藻共生):真菌提供水分与矿物质,光合微生物提供有机物,二者形成专用的地衣体结构,分开后均无法在自然环境中独立存活;又如根瘤菌与豆科植物共生,形成根瘤结构,固氮供植物利用,植物提供营养,体现高度专一的共生关系。
解析:需从 “依赖程度(松散 vs 紧密)、可分离性(可单独生存 vs 不可分离)、结构特征(无专用结构 vs 专用结构)” 区分,结合生态与农业实例,体现二者在自然界中的功能差异,避免混淆 “互利” 的不同紧密程度。
二、填空题(每空 1 分,共 20 分)
1. 微生物的六大营养要素是指______、、、______、和。
答案:碳源;氮源;能源;无机盐;生长因子;水
解析:六大营养要素是微生物生长的物质基础,需按 “碳氮能源 + 无机盐 + 生长因子 + 水” 的逻辑记忆,其中生长因子易遗漏(如维生素、氨基酸),需注意其对营养缺陷型微生物的必要性。
2. 细菌多以______方式进行繁殖,酵母菌多以______方式繁殖,而霉菌则主要以______方式进行繁殖。
答案:二分裂;出芽;孢子(或 “无性孢子”)
解析:需区分原核与真核微生物的繁殖差异:细菌(原核)为二分裂(无性),酵母菌(真核)以出芽为主(少数裂殖),霉菌(真核)以无性孢子(如分生孢子、孢囊孢子)繁殖,体现微生物繁殖方式的多样性。
3. 霉菌菌丝体在长期的进化中产生了多种特化结构,根霉的特化结构有______和______,曲霉的特化结构有______,青霉的特化结构有______。
答案:假根;匍匐菌丝;足细胞;扫帚状分生孢子梗
解析:需记忆常见霉菌的特化结构:根霉的假根(固着)与匍匐菌丝(蔓延)、曲霉的足细胞(支撑分生孢子梗)、青霉的扫帚状分生孢子梗(特征性形态),是霉菌分类鉴定的关键依据。
4. 证明遗传变异物质基础的三个经典实验分别是______、以及。
答案:肺炎链球菌转化实验;噬菌体侵染实验;植物病毒重建实验
解析:三个实验从细菌、病毒层面证实 “DNA 是遗传物质”(部分病毒为 RNA),需按 “细菌→噬菌体→植物病毒” 的顺序记忆,避免遗漏植物病毒重建实验(证明 RNA 的遗传作用)。
5. 生物氧化的过程可分为______、递氢和受氢三个阶段,而生物氧化的功能有______和______。
答案:脱氢(或 “底物脱氢”);产生 ATP(或 “产能”);产生还原力(或 “产生 NADH/FADH₂”)
解析:生物氧化的三阶段需紧扣 “脱氢→递氢→受氢” 的电子传递逻辑,功能需区分 “能量(ATP)” 与 “还原力(供合成代谢)”,二者共同支撑微生物的生命活动。
三、单项选择题(每小题 1 分,共 10 分)
1. 碳水化合物是微生物重要的能源和碳源,通常( )被异养微生物优先利用。
A. 葡萄糖 B. 甘露糖 C. 乳糖 D. 半乳糖
答案:A
解析:葡萄糖是微生物代谢的 “中心碳源”,其代谢途径(糖酵解)是大多数异养微生物的基础产能途径,其他糖类需先转化为葡萄糖或其代谢中间产物才能利用,故优先被利用。
2. 对生活的微生物进行计数的最准确的方法是( )。
A. 比浊法 B. 显微镜直接计数 C. 干细胞重量测定 D. 平板菌落计数
答案:D
解析:平板菌落计数通过 “单个活菌形成单个菌落” 计数,仅统计活菌且结果可重复,是微生物计数的 “金标准”;比浊法(估测)、直接计数(含死菌)、干细胞重量(无法区分活菌)均不如平板计数准确。
3. 酿酒酵母营养体是( )。
A. 单倍体 B. 二倍体 C. 单倍体和二倍体 D. 多倍体
答案:C
解析:酿酒酵母为真核微生物,其生活史中营养体可呈单倍体(出芽繁殖)或二倍体(环境适宜时占优势,繁殖更快),二者均可作为营养体进行无性繁殖,仅在特定条件下进行有性生殖。
4. 青霉素抑制金黄色葡萄球菌肽聚糖合成的( )。
A. 细胞膜外的转糖基酶 B. 细胞膜外的转肽酶
C. 细胞质中的 “Park” 核苷酸合成 D. 细胞膜中肽聚糖单体分子的合成
答案:B
解析:青霉素的作用靶点是细菌细胞膜外的转肽酶,该酶负责肽聚糖链的交联(形成肽桥),青霉素与其结合后抑制交联反应,导致肽聚糖结构松散,细菌因渗透压破裂死亡。
5. 细菌芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种结构,其中最突出的体现是( )。
A. 抗热 B. 抗干旱 C. 抗化学药品 D. 抗辐射
答案:A
解析:细菌芽孢的抗热性远超其他抗逆特性,例如枯草芽孢杆菌芽孢可在 100℃沸水中存活数小时,而其他抗逆性(抗干旱、抗化学药品)虽强,但并非最突出,抗热是芽孢区别于其他休眠结构的核心特征。
6. 下列微生物中,属于真核生物的是( )。
A. 链霉菌 B. 支原体 C. 蓝细菌 D. 原生动物
答案:D
解析:原生动物(如草履虫、变形虫)具有细胞核与细胞器,属于真核生物;链霉菌(放线菌)、支原体、蓝细菌均为原核生物,无成形细胞核。
7. 酵母菌在( )条件下生长,( )条件下进行酒精发酵。
A. 有 CO₂ 有氧 B. 无氧 有氧 C. 有氧 无氧 D. 有水 无氧
答案:C
解析:酵母菌为兼性厌氧菌,有氧条件下通过有氧呼吸高效产能,实现菌体快速生长;无氧条件下进行酒精发酵(产能少),产生酒精与 CO₂,是酿酒工业的核心代谢途径。
8. 完整的细菌或血细胞等颗粒性抗原与相应的特异性抗体间在合适的条件下可发生( )。
A. 凝集反应 B. 沉淀反应 C. 中和反应 D. 补体结合反应
答案:A
解析:凝集反应针对 “颗粒性抗原”(如细菌、血细胞),抗体与抗原结合后形成肉眼可见的凝集块;沉淀反应针对 “可溶性抗原”(如蛋白质、多糖),二者需明确区分;中和反应(抗毒素中和毒素)、补体结合反应(需补体参与)与题干不符。
9. 在下列微生物中,( )不仅不是条件致病菌,而且还可制成优良益生菌剂。
A. 大肠杆菌 B. 脆弱拟杆菌 C. 白假丝酵母 D. 乳杆菌属
答案:D
解析:乳杆菌属(如嗜酸乳杆菌、双歧杆菌)是人体肠道正常菌群,可调节肠道微生态,制成益生菌剂(如酸奶);大肠杆菌(部分菌株致病)、脆弱拟杆菌(肠道条件致病菌)、白假丝酵母(真菌,免疫低下时致病)均不符合 “非条件致病菌 + 益生菌” 的要求。
10. 在以下各突变株中,一般认为是非选择性突变株的是( )。
A. 营养缺陷型 B. 抗性突变型 C. 条件致死突变型 D. 产量突变型
答案:D
解析:选择性突变株(营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变型)可通过特定培养基(如缺某营养、含抗生素)筛选;产量突变型(如产酶量变化)需通过测定产物含量筛选,无明确选择压力,故为非选择性突变株。
四、判断题(正确注 “对”,错误注 “错”,每小题 1 分,共 10 分)
1. 遗传型相同的个体在不同环境条件下会有不同的表现型。( )
答案:对
解析:表现型是遗传型与环境共同作用的结果,例如同一种大肠杆菌(遗传型相同)在 37℃时生长快,在 10℃时生长慢,体现环境对表现型的影响。
2. 恒化培养与恒浊培养的区别在于前者的培养物群体始终处于对数生长期。( )
答案:错
解析:恒浊培养通过控制菌体浓度,使培养物始终处于对数生长期(高效产能);恒化培养通过控制营养浓度(如碳源),使培养物处于稳定期(研究营养限制对代谢的影响),二者的核心区别是 “控制指标(菌体浓度 vs 营养浓度)”,而非对数生长期的差异。
3. 制备酵母菌的原生质体可用溶菌酶处理。( )
答案:错
解析:溶菌酶作用于细菌细胞壁的肽聚糖,酵母菌细胞壁主要成分为葡聚糖与甘露聚糖,需用蜗牛酶或纤维素酶处理,才能去除细胞壁制备原生质体。
4. 显微镜的放大倍数愈高,其视野面积愈小。( )
答案:对
解析:显微镜的视野面积与放大倍数成反比,放大倍数越高,观察到的范围越小(视野面积越小),例如 10× 物镜的视野面积远大于 100× 物镜。
5. 细菌酒精发酵是通过 HMP 途径利用葡萄糖进行的。( )
答案:错
解析:细菌酒精发酵(如运动发酵单胞菌)主要通过 ED 途径(Entner-Doudoroff 途径)代谢葡萄糖,HMP 途径(己糖单磷酸途径)主要用于产生还原力与中间产物,并非细菌酒精发酵的主要途径。
6. 在一密闭容器中接种需氧菌和厌氧菌,需氧菌首先生长。( )
答案:对
解析:需氧菌优先利用容器中的氧气进行有氧呼吸,快速增殖;氧气耗尽后,厌氧菌才能在厌氧环境中生长,体现微生物对环境因子(氧气)的竞争与适应。
7. 巴斯德消毒法不能杀死细菌的芽孢。( )
答案:对
解析:巴斯德消毒法的温度为 60-85℃(如 60℃30 分钟、72℃15 秒),仅能杀死致病菌与大部分营养体,无法杀死抗热性强的细菌芽孢,常用于牛奶、啤酒等食品的低温消毒。
8. 在最适生长温度下,微生物积累代谢产物的速度是最快的。( )
答案:错
解析:最适生长温度是微生物菌体增殖最快的温度,而代谢产物(如抗生素、酶)的积累温度常低于最适生长温度(如青霉素产生菌的最适生长温度为 30℃,产青霉素最适温度为 20-24℃),因高温度下菌体优先增殖,而非积累产物。
9. 与单独处理相比,诱变剂的复合处理虽然不能使微生物的总突变率增大,但能使正突变率大大提高。( )
答案:错
解析:诱变剂复合处理(如紫外线 + 亚硝酸)不仅能提高总突变率,还能通过协同作用提高正突变率(如目标产物产量提升的突变),是工业育种中常用的策略,题干 “不能使总突变率增大” 表述错误。
10. 大肠杆菌和枯草芽孢杆菌属于单细胞生物,唾液链球菌和金黄色葡萄球菌属于多细胞生物。( )
答案:错
解析:上述细菌均为单细胞生物,虽唾液链球菌、金黄色葡萄球菌常呈链状或葡萄状排列,但每个细胞均能独立完成代谢与繁殖,不属于多细胞生物(多细胞生物需细胞分化与功能协作)。
五、问答题(共 80 分)
1. 试述细菌细胞壁结构组成与革兰氏染色之间的关系。(10 分)
答案:
革兰氏染色是区分革兰氏阳性菌(G⁺)与革兰氏阴性菌(G⁻)的经典方法,其结果差异的根本原因是细菌细胞壁的结构与组成不同,具体关系如下:
(1)革兰氏阳性菌(G⁺)细胞壁与染色结果(5 分)
- 结构组成:细胞壁厚度大(20-80nm),主要由肽聚糖(占细胞壁干重的 90%)与磷壁酸组成,无外膜与周质空间(2 分);肽聚糖结构致密,交联度高(肽桥发达),形成多层网状结构,磷壁酸为酸性多糖,带负电荷。
- 染色过程与结果:
- 结晶紫初染:带正电荷的结晶紫与肽聚糖的负电荷结合,菌体呈紫色;
- 碘液媒染:碘与结晶紫形成大分子复合物,牢牢嵌入致密的肽聚糖层;
- 乙醇脱色:乙醇虽能溶解细胞壁中的脂类,但 G⁺菌脂类含量低,且肽聚糖结构致密,复合物无法被洗脱;
- 番红复染:菌体仍保持紫色,故为革兰氏阳性反应(3 分)。
(2)革兰氏阴性菌(G⁻)细胞壁与染色结果(5 分)
- 结构组成:细胞壁厚度薄(10-15nm),肽聚糖含量少(占细胞壁干重的 10%-20%),交联度低,且外侧有外膜(含脂蛋白、脂质双层、脂多糖)与周质空间(2 分);外膜中的脂质双层为疏水结构,肽聚糖层疏松,无磷壁酸。
- 染色过程与结果:
- 结晶紫初染与碘液媒染:结晶紫 - 碘复合物可进入疏松的肽聚糖层,菌体呈紫色;
- 乙醇脱色:乙醇溶解外膜的脂质双层,形成孔洞,同时使疏松的肽聚糖层脱水收缩,复合物随乙醇洗脱;
- 番红复染:脱色后的菌体被番红染为红色,故为革兰氏阴性反应(3 分)。
解析:需紧扣 “细胞壁厚度、肽聚糖含量 / 交联度、有无外膜” 三个核心差异,结合染色步骤(初染 - 媒染 - 脱色 - 复染)解释结果差异,避免仅描述染色过程而无结构关联,突出 “结构决定功能(染色结果)” 的逻辑。
2. 封闭系统中单细胞微生物的生长经历哪几个生长期?各期有何特点?如何利用微生物的生长规律来指导工业生产?(15 分)
答案:
封闭系统(如摇瓶、发酵罐批次培养)中,单细胞微生物(如细菌、酵母菌)的生长曲线分为四个生长期,各期特点及工业应用如下:
(1)生长期及特点(8 分)
-
延滞期(Lag phase)(2 分):
- 特点:菌体不增殖或增殖缓慢,细胞代谢活跃(合成酶、修复损伤 DNA),细胞体积增大;延滞期长短受菌种、接种龄(对数期接种延滞期短)、接种量(接种量大延滞期短)、培养基成分(与种子培养基相似则延滞期短)影响。
-
对数期(Exponential phase)(2 分):
- 特点:菌体以最大比生长速率快速增殖,细胞形态均一,代谢稳定,对环境变化敏感(如抗生素作用于此期);此期菌体活力强,常用于菌种筛选、扩大培养(种子制备)。
-
稳定期(Stationary phase)(2 分):
- 特点:菌体增殖速率等于死亡速率,活菌数达到最大值;代谢产物(如抗生素、有机酸、芽孢)大量积累,因营养耗尽、代谢废物(如有机酸)抑制生长。
-
衰亡期(Death phase)(2 分):
- 特点:菌体死亡速率大于增殖速率,活菌数下降;细胞形态异常(如自溶、畸形),代谢活动减弱,工业生产中通常在衰亡期前结束培养。
(2)工业生产中的应用(7 分)
-
缩短延滞期,提高生产效率(2 分):
- 采用对数期菌种接种,确保菌体活力强;
- 调整培养基成分,使发酵培养基与种子培养基成分相似(如碳氮比一致);
- 增大接种量(如发酵工业接种量通常为 5%-10%),快速启动发酵。
-
利用对数期,制备种子与菌种(2 分):
- 发酵工业中,对数期菌体作为 “种子” 接入发酵罐,快速进入稳定期积累产物;
- 科研中,对数期菌体用于生理特性研究(如酶活性测定)、基因工程菌的诱导表达(如 IPTG 诱导蛋白表达)。
-
控制稳定期,最大化产物积累(3 分):
- 对于 “次级代谢产物(如青霉素)”,稳定期是产物积累的关键期,需通过补料(如补加碳源、氮源)延长稳定期,提高产物产量;
- 对于 “菌体 biomass 产物(如酵母单细胞蛋白)”,需在稳定期初期收获菌体,此时活菌数最多;
- 对于 “初级代谢产物(如乙醇)”,稳定期初期产物浓度最高,需及时收获,避免衰亡期菌体自溶影响产物纯度。
解析:需按 “延滞期 - 对数期 - 稳定期 - 衰亡期” 顺序,结合 “增殖速率、代谢状态、影响因素” 描述特点,工业应用需紧扣各期优势(如对数期种子、稳定期产物),体现 “生长规律指导生产优化” 的核心逻辑。
3. 连续培养有何优点?但为什么连续的时间总是有限的?(10 分)
答案:
连续培养是通过持续通入新鲜培养基、排出等量发酵液,使微生物长期处于对数期或稳定期的培养方式(如恒浊培养、恒化培养),其优点与连续时间限制如下:
(1)连续培养的优点(5 分)
-
提高生产效率与设备利用率(2 分):
- 微生物长期处于高效增殖或产物积累阶段(如恒浊培养维持对数期、恒化培养维持稳定期),避免批次培养中延滞期的时间浪费;
- 发酵设备无需频繁灭菌、接种,可连续运行,适合大规模工业生产(如啤酒连续发酵、抗生素连续生产)。
-
产物质量稳定,易于控制(2 分):
- 培养环境(营养浓度、pH、溶氧)稳定,菌体代谢状态一致,产物浓度与质量波动小,便于自动化控制(如在线监测溶氧、pH)。
-
节省人力与资源(1 分):
- 减少批次培养中的接种、灭菌、取样等操作,降低人力成本;
- 培养基利用率高,减少废液排放(相对批次培养)。
(2)连续时间有限的原因(5 分)
-
菌种退化与突变(2 分):
- 长期连续培养中,微生物易发生突变(如高产菌株突变为低产菌株),或因选择压力(如营养限制)导致高产菌株被低产菌株取代,使产物产量下降,通常连续培养数周至数月后需重新接种高产菌种。
-
杂菌污染(2 分):
- 连续培养系统需持续通入新鲜培养基,若无菌控制不严(如管道泄漏、培养基灭菌不彻底),易引入杂菌(如噬菌体、杂菌),污染后会竞争营养、产生有害物质,导致发酵失败,需终止连续培养并灭菌。
-
代谢废物积累(1 分):
- 即使持续排出发酵液,部分难降解的代谢废物(如某些有机酸、色素)仍会在系统中积累,抑制微生物生长与产物合成,需定期停机清理。
解析:优点需从 “效率、质量、成本” 展开,时间限制需紧扣 “菌种、杂菌、代谢废物” 三个核心问题,结合工业生产实际(如发酵污染处理),体现连续培养的 “优势与局限性”,避免仅谈优点而忽视实际应用中的限制。
4. 什么是菌种的衰退?试述其原因与预防措施。(12 分)
答案:
菌种衰退是工业微生物发酵中常见的问题,直接影响产物产量与质量,其定义、原因及预防措施如下:
(1)菌种衰退的定义(2 分)
菌种衰退是指生产菌种在传代或保藏过程中,其优良性状(如高产抗生素、酶活力、生长速率)逐渐丧失或下降的现象,表现为产物产量降低、生长缓慢、形态异常(如菌丝断裂、孢子减少),是微生物遗传变异与环境选择共同作用的结果。
(2)菌种衰退的原因(5 分)
-
遗传因素:基因突变与遗传不稳定性(2 分):
- 自发突变:微生物在传代过程中发生低频率的自发突变(如碱基替换、缺失),若突变发生在与产物合成相关的基因(如抗生素合成酶基因),会导致高产菌株变为低产菌株;
- 质粒丢失:部分高产菌株的优良性状由质粒控制(如产酶质粒、抗性质粒),传代中质粒易丢失,导致性状衰退(如产大肠杆菌素的菌株丢失质粒后失去产素能力)。
-
环境因素:培养与保藏条件不当(3 分):
- 培养条件:长期在不适宜的培养基(如营养缺乏、碳氮比失衡)或培养条件(如温度过高、pH 不适)下传代,会选择低产菌株(如高产菌株对营养要求高,易被低产菌株竞争淘汰);
- 传代次数过多:频繁传代增加突变概率,且易导致高产菌株因生长速率慢(优先合成产物,增殖慢)被低产菌株(优先增殖)取代;
- 保藏条件:保藏温度过高(如室温保藏)、保藏时间过长,会导致菌体代谢活跃,消耗营养并发生突变。
(3)菌种衰退的预防措施(5 分)
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优化保藏方法,减少传代(2 分):
- 采用低温、干燥、隔绝空气的保藏方法,如甘油管冷冻保藏(-70℃或 - 196℃液氮)、砂土管保藏(适用于产孢子微生物)、冻干保藏(长期保藏),降低菌体代谢与突变概率;
- 限制传代次数,生产菌种从保藏管取出后,经 1-2 次活化即可用于发酵,避免频繁传代。
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控制培养条件,选择高产菌株(2 分):
- 采用 “选择性培养基” 进行传代,如在培养基中加入与产物合成相关的前体物质(如青霉素发酵中加入苯乙酸),抑制低产菌株生长,保留高产菌株;
- 控制培养条件(如最适温度、pH、溶氧),使高产菌株的优良性状充分表达,避免选择压力导致低产菌株优势生长。
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定期复壮,恢复优良性状(1 分):
- 对疑似衰退的菌种进行复壮,如将菌种接种到新鲜培养基中,通过单菌落分离筛选高产菌株;或通过诱变(如紫外线诱变)提高高产菌株比例,恢复产物产量。
解析:需先明确衰退的 “性状丧失” 核心特征,原因从 “遗传(突变、质粒丢失)” 与 “环境(培养、保藏)” 展开,预防措施需针对性解决原因(如保藏方法对应环境因素、复壮对应遗传因素),结合工业实例(如抗生素菌种保藏),体现 “问题 - 原因 - 对策” 的逻辑。
5. 利用加压蒸汽对培养基进行灭菌时,常带来哪些不利影响?如何避免?(10 分)
答案:
加压蒸汽灭菌(如 121℃、103.4kPa、15-30 分钟)是培养基灭菌的常用方法,但高温高压会对培养基中的营养成分、活性物质产生不利影响,具体问题及解决措施如下:
(1)不利影响(5 分)
-
营养成分破坏(2 分):
- 碳水化合物:高温下葡萄糖、蔗糖等易发生焦糖化反应(变黑)或分解为有毒物质(如糠醛),影响微生物生长;
- 蛋白质与氨基酸:高温导致蛋白质变性(如血清、酶失活),氨基酸(如色氨酸、赖氨酸)分解,失去营养价值;
- 维生素:B 族维生素(如维生素 B₁、叶酸)对热敏感,高温下大量破坏,导致营养缺陷型微生物无法生长。
-
培养基 pH 变化(2 分):
- 高温下培养基中的有机酸(如乳酸、柠檬酸)或胺类物质(如蛋白胨分解产生的胺)分解,导致 pH 下降(如有机酸积累)或上升(如胺类积累),影响微生物代谢(如嗜酸菌需酸性 pH,碱度过高会抑制生长)。
-
产生有毒物质(1 分):
- 培养基中的硝酸盐在高温下可能还原为亚硝酸盐(有毒),或蛋白质分解产生组胺、尸胺等有毒胺类物质,抑制微生物生长。
(2)避免措施(5 分)
-
优化灭菌条件,缩短灭菌时间(2 分):
- 采用 “低温长时间” 或 “高温短时间” 灭菌,如对热敏感的培养基可采用 115℃、68.9kPa、30 分钟灭菌(比 121℃更温和),减少营养破坏;
- 对含大量热敏物质(如血清、酶)的培养基,采用过滤灭菌(0.22μm 滤膜),避免高温灭菌(如动物细胞培养基常用过滤灭菌)。
-
调整培养基成分,保护营养物质(2 分):
- 热敏营养成分(如维生素、氨基酸)采用 “后加” 方式,即培养基灭菌后冷却至 50-60℃时,无菌加入经过滤灭菌的热敏物质;
- 添加保护剂,如在含维生素的培养基中加入 0.1%-0.5% 的碳酸钙或磷酸氢二钾,缓冲 pH 变化并减少维生素破坏;
- 用不易分解的糖类(如麦芽糖、糊精)替代葡萄糖,减少焦糖化反应。
-
控制培养基 pH,减少有毒物质产生(1 分):
- 灭菌前将培养基 pH 调整至中性或微碱性(如 pH7.0-7.2),减少有机酸分解与亚硝酸盐产生;
- 灭菌后及时冷却培养基(如冷却至 40-50℃),避免余热持续破坏营养成分或产生有毒物质。
解析:需从 “营养破坏、pH 变化、有毒物质” 三个不利影响展开,每个影响需说明具体物质(如维生素、葡萄糖)与后果,避免措施需针对性(如过滤灭菌对应热敏物质、后加成分对应营养破坏),结合微生物类型(如动物细胞培养基过滤灭菌),体现 “问题 - 具体物质 - 对策” 的细节,避免泛泛而谈。
6. 微生物培养过程中 pH 变化的规律如何?如何调整?(8 分)
答案:
微生物培养过程中,pH 会因微生物代谢活动发生动态变化,若不及时调整,会抑制微生物生长与产物合成,具体规律与调整措施如下:
(1)pH 变化规律(4 分)
-
培养初期:pH 相对稳定或小幅变化(2 分):
- 接种初期,微生物代谢较弱,培养基中的缓冲物质(如磷酸二氢钾、磷酸氢二钾)可维持 pH 稳定;若培养基中含蛋白胨(分解产生胺类),pH 可能小幅上升;若含葡萄糖(初期少量分解产酸),pH 可能小幅下降。
-
培养中期:pH 显著变化(上升或下降)(2 分):
- pH 下降:微生物分解碳水化合物(如葡萄糖、蔗糖)产生有机酸(如乳酸、醋酸),或分解脂肪产生脂肪酸,导致 pH 下降(如细菌发酵产酸);
- pH 上升:微生物分解含氮物质(如蛋白胨、铵盐)产生胺类(如组胺)或氨,导致 pH 上升(如放线菌、霉菌培养中常见);
- 产氨基酸的微生物:若分解氨基酸产酸(如谷氨酸棒状杆菌产谷氨酸时,前期产酸 pH 下降,后期产谷氨酸 pH 上升),pH 会先降后升。
-
培养后期:pH 趋于稳定或极端化(0 分,自然衔接):
- 营养耗尽或代谢产物积累,微生物代谢减缓,pH 变化趋缓;若产物为强酸或强碱,pH 可能降至 3.0 以下或升至 9.0 以上,抑制微生物生长。
(2)pH 调整措施(4 分)
-
培养基设计阶段:添加缓冲物质(1 分):
- 加入磷酸盐缓冲液(如 KH₂PO₄-K₂HPO₄)、碳酸盐缓冲液(如 Na₂CO₃-NaHCO₃),或添加天然缓冲物质(如蛋白胨、酵母膏),增强培养基的 pH 缓冲能力。
-
培养过程中:动态调整(2 分):
- 酸性 pH 调整:加入无菌的 NaOH、Na₂CO₃溶液(少量多次),或通入氨气(适用于大规模发酵罐,同时提供氮源);
- 碱性 pH 调整:加入无菌的 HCl、H₂SO₄溶液,或添加葡萄糖(微生物分解产酸)、有机酸(如柠檬酸);
- 工业发酵中:采用自动 pH 控制系统,在线监测 pH 并自动添加酸碱溶液,确保 pH 稳定在最适范围(如青霉素发酵最适 pH 为 6.5-7.0)。
-
控制代谢方向:减少 pH 剧烈变化(1 分):
- 若需避免 pH 下降,可限制培养基中易产酸的碳水化合物含量,或添加中和剂(如 CaCO₃,与酸反应生成 Ca²⁺与 CO₂);
- 若需避免 pH 上升,可限制含氮物质含量,或添加易吸收的碳源(如葡萄糖),促进微生物优先利用碳源产酸,平衡 pH。
解析:规律需按 “初期 - 中期 - 后期” 描述,结合代谢产物(酸 / 胺)说明 pH 变化方向,调整措施需分 “事前(培养基设计)- 事中(动态调整)- 代谢控制”,体现 “预防与应对结合”,避免仅谈调整方法而无规律关联。
7. 试述以野生型大肠杆菌为出发菌株,通过紫外诱变,获得一株氨基酸营养缺陷型突变株的操作过程。(15 分)
答案:
氨基酸营养缺陷型突变株(如甲硫氨酸缺陷型、赖氨酸缺陷型)是微生物遗传育种与代谢研究的重要材料,通过紫外诱变筛选的操作过程分为 “诱变处理、突变株筛选、纯化鉴定” 三个阶段,具体步骤如下:
(1)实验准备(3 分)
-
菌种与培养基制备:
- 出发菌株:野生型大肠杆菌(如 DH5α),在完全培养基(LB 培养基:含蛋白胨、酵母膏、NaCl)上培养至对数期(OD₆₀₀≈0.6),确保菌体活力强、突变率高;
- 培养基:
- 完全培养基(CM):含所有氨基酸,供菌体生长(如 LB 培养基);
- 基本培养基(MM):不含氨基酸,仅野生型菌株可生长(如葡萄糖 + 无机盐 + 维生素);
- 补充培养基(SM):基本培养基中添加单一氨基酸(如甲硫氨酸补充培养基、赖氨酸补充培养基),用于缺陷型鉴定。
-
紫外诱变设备准备:
- 紫外灯(254nm,杀菌与诱变波长)、无菌操作台、培养皿、离心管、生理盐水(0.85% NaCl),所有器具需灭菌。
(2)紫外诱变处理(4 分)
-
菌悬液制备:
- 取对数期大肠杆菌培养液,4000rpm 离心 10 分钟,弃上清,用无菌生理盐水洗涤 2 次,重悬为 10⁶-10⁷ CFU/mL 的菌悬液(确保菌密度适宜,避免菌体过多导致诱变不均)。
-
紫外照射:
- 无菌操作台中,将菌悬液倒入培养皿(厚度约 2mm),开启紫外灯(距离 30cm),预热 30 分钟(稳定波长);
- 照射时间:设置不同照射时间(如 0s、10s、20s、30s、40s),照射时磁力搅拌菌悬液(确保均匀照射),每个处理设 3 次重复;
- 避光培养:照射后菌悬液需避光放置 30 分钟(避免光复活酶修复 DNA 损伤,提高突变率),此过程为 “暗修复”。
-
稀释与涂板:
- 将各照射时间的菌悬液用无菌生理盐水梯度稀释(10⁻¹-10⁻⁵),取 100μL 涂于完全培养基平板,37℃避光培养 24-48 小时,获得诱变后的菌落。
(3)突变株筛选(6 分)
-
初筛:影印平板法筛选营养缺陷型(3 分):
- 制备完全培养基平板(CM)与基本培养基平板(MM),在 CM 平板上标记菌落位置(如划格),接种诱变后的菌落;
- 待 CM 平板菌落长至 1-2mm 时,用无菌影印环(或灭菌丝绒)将菌落同步影印至 MM 平板,37℃培养 24 小时;
- 对比 CM 与 MM 平板:在 CM 平板上生长但在 MM 平板上不生长的菌落,即为疑似营养缺陷型突变株(无法合成某氨基酸,需 CM 中的氨基酸才能生长)。
-
复筛:补充培养基鉴定缺陷类型(3 分):
- 将疑似突变株接种至系列补充培养基(SM)平板(分别添加甲硫氨酸、赖氨酸、谷氨酸等单一氨基酸),37℃培养 24 小时;
- 观察生长情况:仅在添加某一氨基酸的 SM 平板上生长的菌落,即为该氨基酸营养缺陷型突变株(如仅在甲硫氨酸 SM 平板上生长,即为甲硫氨酸缺陷型)。
(4)纯化与鉴定(2 分)
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纯化:将鉴定出的营养缺陷型突变株在完全培养基平板上划线分离,获得单菌落,重复划线 3 次,确保菌株纯一。
-
稳定性鉴定:将纯化后的突变株在完全培养基上连续传代 5-10 次,每次传代后接种至 MM 平板与对应 SM 平板,若仍仅在 SM 平板上生长,说明突变稳定,为目标突变株。
解析:需按 “准备 - 诱变 - 筛选 - 鉴定” 的实验流程,详细说明每步的操作细节(如菌密度、照射时间、培养基类型),突出 “影印平板法” 的核心筛选原理(对比 CM 与 MM 平板),结合微生物遗传实验规范(如避光、无菌操作),体现实验的可操作性与科学性,避免遗漏关键步骤(如光复活处理、稳定性鉴定)。
四、备考建议
- 构建 “微生物形态 - 代谢 - 生长 - 遗传” 知识体系:微生物学知识点围绕 “原核微生物(细菌)、真核微生物(酵母 / 霉菌)、非细胞微生物(噬菌体)” 展开,需按 “结构特征→代谢机制→生长规律→遗传变异” 梳理,例如学习细菌时,关联 “细胞壁结构(革兰氏染色)→呼吸方式(有氧 / 无氧呼吸)→生长曲线→诱变育种”,避免知识碎片化。
- 聚焦 “真题高频考点”,强化实验与应用:从 2013 年真题可见,名词解释侧重 “易混淆概念(菌株 / 菌种、互生 / 共生)”,填空选择侧重 “基础知识点(营养要素、繁殖方式、经典实验)”,问答题侧重 “实验操作(诱变筛选、灭菌影响)与工业应用(连续培养、pH 调整)”。考博信息网的真题高分答案详解可帮助考生掌握 “实验步骤规范” 与 “工业应用逻辑”,提升答题的专业性。
- 重视 “实验原理与操作细节”:微生物学是实验性学科,考题中诱变筛选、灭菌方法、生长曲线应用等均需结合实验操作,备考时需记忆关键细节(如紫外诱变的避光处理、影印平板法的对比原理、加压蒸汽灭菌的温度压力),避免仅谈理论而无实验支撑。
- 模拟训练 “实验流程答题”,提升逻辑层次:问答题(如诱变筛选、pH 调整)需按 “目的→步骤→原理→注意事项” 的逻辑答题,例如回答诱变筛选时,先说明目标(获得营养缺陷型),再分步骤描述,最后解释关键操作(如光复活处理)的原理。建议通过真题模拟,训练 “实验思维”,确保答案步骤清晰、符合实验规范,避免口语化表述。