精选生物前沿问题和参考答案Word下载.docx
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了解除糖质、淀粉原料外还有哪些原料可通过适当处理后进行发酵。
可根据不同产物讨论处理方法，应从工业应用的角度去分析可行性（含环保、成本分析等）。
非糖质原料发酵工艺的特殊性决定不同的工艺方法，其中菌种的选择是非常重要的。
林炜铁老师
4简述分子微生物生态学的起源、定义及其主要特点。
近20年来，分子生物学无论在基础理论还是在技术开发应用方面均取得了突飞猛进的发展，尤其是聚合酶链式反应（PCR）技术的产生和完善，使分子生物
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学不断向生物科学的各个领域渗透。
这些技术的出现使生态学家能够用分子生物学的方法来解决其它方法难以解决的问题，而分子生物学家也尝试用自己的理论和技术来解决一些生态问题。
1990年，Ward等人利用对环境微生物的16SrRNA序列分析，揭示了环境中存在大量未能培养的微生物。
因此大量基于16SrRNA的分子微生物学方法被发展应用于复杂的微生物生态研究，以获取更多的微生物信息，从而促使了分子微生物生态学研究的形成与发展。
分子微生物生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究微生物系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的科学，它是分子生态学分支学科之一。
其主要特点是研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围的生物和非生物环境条件间相互作用的规律，强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合，优势在于对生态现象的研究不仅注意外界的作用条件，而且注意分析内部的作用机制。
分子微生物生态学应解决的核心问题是:
?
发现新的微生物并对其分类;
微生物多样性及群落构成;
微生物群落的功能;
微生物种群生长动力学，以及群落间的相互作用与信号传递;
微生物种群遗传学与进化。
主要研究内容包括水生微生物;
微生物与金属的相互作用;
生物信号;
微生物膜和垫;
人体微生物生态;
细菌与真菌、原生动物的拮抗作用;
微生物群落的生态原理;
陆地生态系统的微生物多样性和作用;
微生物与有机污染物的相互作用;
不可培养微生物;
原核生物与植物的相互作用;
微生物驱动的生态系统功能;
微生物群落对全球变化的影响;
极端环境和天体微生物;
细菌共生体;
进化生态学;
环境微生物基因组学;
病毒对微生物群落分析的影响;
微芯片用于微生物群落分析;
胁迫（抗逆）反应;
环境生物技术;
生物地球化学循环（新生命和新代谢途径）;
海洋微生物;
病原体生态学;
新的生物分析和生物信息学方法。
6论述分子微生物生态学研究过程中所用的分子生物学技术手段。
微生物培养及显微技术作为微生物的手段有很大的局限性，因为环境中大多数微生物处于“存活但不能被培养”的状态。
而不依赖于微生物培养的分子生物学方法避开了传统微生物培养分析的环节，直接从样品中抽取总DNA，然后通过PCR扩增及其相关技术、核酸杂交技术、RNA基因序列分析等方法对直接提取的总DNA进行分析，了解其中微生物信息。
这些通过遗传物质进行研究的分子方法，为微生态的研究开辟了新的途径，并已经得到广泛的应用。
基于PCR技术的DNA指纹图谱技术，包括:
16SrDNA文库构建、变性梯度凝胶电泳/时间温度梯度凝胶电泳（PCR-DGGE/PCR-TGGE）、限制性片段长度多态性分析（RFLP）、随机扩增DNA多态性分析（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP）、末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）、单链构象多态性（SSCP）分析。
核酸杂交及其相关技术，包括:
DNA-DNA/DNA-rRNA分子杂交、荧光原位杂交技术（FISH）。
rRNA基因序列同源性分析，包括:
rRNA技术、16S,23SrRNA基因间隔区序列。
其他生化技术手段，如荧光标记蛋白的应用、荧光染色计算菌数、脂肪酸谱图分析和稳定性同位素标记技术（stableisotopeprobing，SIP）等。
7简述变性梯度凝胶电泳的原理及主要步骤。
DGGE原理是:
DNA双螺旋解离条件与变性剂浓度相关，到达解离最低优
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选温度（TM）时，DNA双链将部分解离，分开的DNA将会使它在聚丙烯酰胺凝胶中的移动速度显著下降，而双螺旋部分解离的条件又是由DNA碱基序列所决定的。
因此即使是大小相同，但碱基排列有差异的DNA片段，在不同浓度梯度的变性剂（脲素和甲酰胺）凝胶中电泳，根据部分解离的条件不同，其移动速度不同而得到分离，通过染色后可以在凝胶上呈现为分散的条带。
该技术可以分辨具有相同或相近分子量的目的片断序列差异，可以用于检测单一碱基的突变和遗传多样性以及PCR扩增DNA片段的检测。
主要步骤:
样品的采集;
DNA提取及纯化;
样品16SrDNA或18SrDNA片段的PCR扩增;
选择最佳化学变性剂浓度范围核电泳温度时间进行分析;
制胶、染色;
样品的DGGE/TGGE分析。
8什么是荧光原位杂交技术,该技术的主要特点是什么,
荧光原位杂交（FISH）技术是根据已知微生物在不同分类级别上种群特异的DNA序列，以利用荧光标记的特异寡聚核苷酸片段作为探针，与环境基因组中DNA分子杂交，检测该特异微生物种群的存在与丰度。
该技术的优点是可以进行样品的原位杂交，应用于环境中特定微生物种群鉴定、种群数量分析及其特异微生物跟踪检测等。
它提供了微生物形态学、数量、空间分布与环境方面的信息，可以对自然生态环境中的微生物进行动态地观察与鉴定。
FISH技术整个细胞是被固定的，采用16S或者23SrRNA与荧光标记的特异性寡核苷酸探针杂交，再由扫描共焦激光显微镜（SCLM）观察固定的细胞。
由于杂交的是整个细胞，省去了提取DNA，PCR扩增以及克隆等步骤。
FISH技术就像Northern、Southern印记一样，是基于两个寡核苷酸通过互补序列配对。
但是对FISH来说，靶序列是留在组织中而没有必要要象Northern、Southern技术一样在杂交之前首先要分离核酸。
而该技术的局限性在于受到环境样品微生物的生理状态的影响，芽孢、放线菌及休眠时期的细胞的细胞膜的通透性低，影响群落中部分种属丰度的错误估计。
而且FISH由于事先要根据已知种属设计探针，不能检测出环境样品中的未知种属。
9以一种植物为例，阐述植物组织培养的基本步骤
以胡萝卜为例，植物组织培养的基本步骤如下:
1）培养材料的采集
从理论上讲，植物具有全能性的细胞有三类:
受精卵、发育中的分生组织细胞和雌雄配子及单倍体细胞。
我们选用茎尖作为培养材料。
通常切块在0.5cm左右。
2）培养材料的消毒
A、先将材料用自来水冲洗干净，最后一遍用蒸馏水冲洗，再用无菌纱布吸干水分，并用消毒刀片切成小块。
B、在无菌环境中将材料放入70%酒精中浸泡30-60s
C、再将材料移入0.01%升汞中消毒10min。
D、取出后用无菌水冲洗三四次。
3）制备外植体
在无菌环境下，将已消毒的材料切成0.2-0.5cm厚的小片。
4）接种和培养
在无菌的条件下，将切好的外植体立即接种在培养基上，并用无菌封口膜封口。
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置于25度的培养室内增殖分化。
5）根的诱导
继代培养形成的不定芽和侧芽一般没有根，须转到生根培养基上进行生根培养。
1个月后即可获得健壮根系。
6）组培苗的练苗移栽
试管苗进入自然环境前必须进行炼苗。
一般先把培养容器打开，于室内自然光照下放3天后取出小苗，洗掉根上的培养基后移栽入准备好的基质中。
适当遮阴，加强水分管理。
10简述微生物原生质体融合技术在育种工作中的优越性答:
1）、去除了细胞壁的障碍，突破种、属的界限，各类微生物细胞均可进行原生质体融合，特别是对某些钝感微生物细胞更有意义。
2）、原生质体融合是两亲株细胞整套遗传物质的接触，基因间发生交换重组的机会多，甚至是多次的交换重组，因而可以产生多种类型的融合重组子。
3）、原生质体融合的亲株数不仅限于两个，也可以是三个、四个，这一点常规杂交是不可能的。
另外，融合时不仅限于细胞，还可以是细胞核、线粒体或人造脂质体间的融合。
4）、原生质体融合时有PEG等助融剂作用，所以融合重组频率高，有利于后续融合重组子的筛选。
5）、原生质体融合也可同其它微生物细胞遗传性状改良方法相结合，使更多的性状得以集中，优中选优。
6）、为了提高筛选率，可以对一株原生质体先进行高温、药物或紫外线等因素钝化处理，然后再与另一株原生质体融合，以便于在再生菌落中筛选融合重组子。
7）、融合工作要求设备条件不高，一般实验室都可以进行。
郑穗平老师
11、酶的K和K型抑制剂具有什么样的特性,catS
12、近年来酶制剂的应用在环境、化工、饲料、医药等行业中得到广泛的重视。
在酶制剂使用过程中，急需解决的问题就是提高酶在高温下的操作稳定性。
请问可以通过何种途径获得耐高温的酶,
13、cAMP在酶的生物合成中有什么作用,
14、胰脏分泌的丝氨酸型蛋白酶有哪些，试比较它们催化过程的异同，并分析造成差异的分子机制。
15、有哪些生化技术可以用于不同分子质量蛋白质的分离,试述各自的技术原理。
16、试述分子生物学技术在微生物菌种选育应用。
17、现欲利用基因工程菌生产耐高温木聚酶产品（干粉），试拟出合理的完整工艺步骤，并说明主要工艺设计思路。
18、举例说明酶共价修饰作用的机理，并简述该机制在细胞物质代谢调节中的特点。
19、描述味精发酵生产工艺及清洁生产和综合利用关键技术。
20、工业生物技术的内涵是什么,试描述国内外工业生物技术发展的现状。
浦跃武老师
21、简述生物质能源的研究现状及应用前景。
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22、发酵工业污水资源化综合治理应如何进行,
23、论述反硝化过程NO的释放及NO的温室效应效果。
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24、论述植物合成磷酸酯淀粉的机理及提高磷酸酯淀粉的含量。
罗立新老师
25.工业微生物学的研究和应用对当今人类社会可持续发展有何重要意义,
答:
科学的进步、工业化的发展促进了世界社会和经济的发展，创造了空前的社会繁荣。
但是人类的生产活动，尤其是20世纪60年代以来进行了空前规模的全球资源开发，加上工业废弃物的任意排放和人口的急剧增长，使人类又深深地陷入了历史上前所未有的全球资源生态环境问题的困境之中。
当今人类社会面临人口膨胀、粮食短缺、疾病危害、环境污染、能源危机、资源匮乏、生态平衡破坏、生物物种大量消亡等主要问题和挑战，可持续发展已成为全球的呼声。
要解决人类生存和发展面临的主要问题，实现可持续发展，在很大程度上要依靠生物科学和技术，包括工业微生物学来解决。
（1）粮食与农业问题
粮食生产是全人类生存中至关重要的大事，农业是人类赖以的最重要的客观基础。
微生物不仅与农业生产密切相关，而且与食品安全和品质改善密切相关。
首先，土壤的形成及其形成其肥力的提高有赖于微生物的作用。
土壤中含氮物质的最初来源是微生物的固氮作用。
土壤中含氮物质的积累、转化和损失，土壤中有机质尤其是腐植质的形成和转化、土壤团聚结构的形成、土壤中岩石矿物变为可溶性的植物可吸收态无机化合物等等过程都与微生物的生命活动相关:
由于微生物的活动，使得土壤具有生物活性性能，推动着自然界中最重要的物质循环，并改善着土壤的持水、透气、供肥、保肥和冷热的调节能力，有助于农业生产。
微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）等方面，都可大显身手。
其次，随着人类对环境和食品安全质量的要求愈来愈高，易造成环境和食品污染的化学农药、化学化肥愈来愈不受欢迎，绿色农业或有机农业、绿色食品的呼声愈来愈高。
而绿色农业或有机农业、绿色食品离不开微生物的作用。
在农业生产过程中，农作物的防病、防虫害也与微生物的生理活动密切相关。
植物的许多病原就是各类微生物，而反过来也可以利用某些微生物来防治农作物的某些病虫危害。
有机肥的积制过程实际上就是通过微生物的生命活动，把有机物质改造为腐殖质肥料的过程。
有机和无机肥料施人土壤后，只有一部分可被植物直接吸收，其余部分都要经过微生物的分解、转化、吸收、固化，然后才能逐渐并较长时间地供给植物吸收利用。
另外，农产品的加工、贮藏，实际上很多是利用有益的微生物作用或是抑制有害微生物的危害的技术。
（2）资源与能源问题
当前，化石资源和能源日益枯竭问题正在严重地困扰着世界各国。
而微生物能将地球上永无枯竭之虞的生物质资源逐步成为替代石油、煤炭等的工业原料，如将自然界蕴藏量极其丰富的木质纤维素（如玉米芯、秸秆）等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。
这些产品除了传统的乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、甘油、异丙醇、甲乙酮、柠檬酸、乳酸、苹果酸、反丁烯二酸和甲叉丁二
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酸等外，还可生产水杨酸、乌头酸、丙烯酸、己二酸、丙烯酰胺、癸二酸、长链脂肪酸、长链二元醇、2，3-丁二醇、γ-亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB），等等。
由于微生物发酵具有代谢产物种类多、原料来源广、能源消耗低、经济效益高和环境污染少等优点，故必将逐步取代目前需高温、高压、能耗大和“三废”严重的化学工业。
微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用，例如细菌沥滤技术，就可把长期以来废弃的低品位矿石、尾矿、矿渣中所含的铜、镍、铀等十余种金属不断溶解和提取出来，变成新的重要资源;
利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源——“生物量”（biomass）转化成甲烷，这是一项利国、利民、利生态、利子孙的具有重大战略意义的措施。
微生物在能源生产上有其独特的优势，微生物代谢工程在解决能源问题上将发挥重要作用。
据估计，我国年产植物秸秆多达5,6亿吨，如将其中的10,进行水解和发酵，就可生产燃料酒精700,800万吨，余下的糟粕仍可作饲料和肥料，以保证土壤中钾、磷元素的正常供应。
例如，美国和澳大利亚科学家将大肠杆菌中利用5碳糖（木糖和阿拉伯糖）的途径导入运动发酵单胞菌（Zymomonasmobilis）中，实现了不同糖代谢途径的重组，使工程菌利用木屑水解液（主要成分为木糖）生产乙醇;
再如最近发现能直接分解纤维素和半纤维素产生乙醇的热纤梭状芽孢杆菌（Clostridiumthermocellum）。
还可以利用光合细菌、蓝细菌或厌
。
例如，2000年日本科学家利用城氧梭菌类等微生物生产“清洁能源”——氢气
市有机废弃物，如豆腐渣、米糠和麦麸等，以经富集培养的厌氧产氢微生物为产氢菌，通过发酵成功制取了氢气;
2007年美国和荷兰的科学家进行了微生物燃料电池电助厌氧产氢工艺的研究，巧妙地结合了原电池和电解池的工作原理，利用环境中的微生物作为催化剂，通过电能的中间形式将碳水化合物等物质中的化学能转化为氢能，具有巨大的发展潜力。
（3）环境保护问题
保护环境、维护生态平衡以提高土壤、水域和大气的环境质量，创造一个适宜人类生存繁衍、并能生产安全食品的良好环境，是人类生存所面临的重大任务。
随着工农业生产的发展和人民对生活环境质量要求的提高，对于进入环境的日益增多的有机废水污物和人工合成有毒化合物等所引起的污染问题，越来越受到关注。
而微生物是这些有机废水污物和合成有毒化合物的强有力的分解者和转化者，起着环境“清道夫”的作用。
在环境保护方面可利用微生物的地方甚多，例如可以利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药;
利用微生物生产可生物降解塑料替代目前正在大规模使用的非生物降解塑料以减少环境污染;
利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水，进行污染土壤的微生物修复等。
（4）医药与健康问题
微生物与人类健康有着密切的关系。
首先是因为各种传染病构成了人类的主要疾病，而防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物，尤其是抗生素。
自从遗传工程开创以来，进一步扩大了微生物代谢产物的范围和品种，使昔日只由动物才能产生的胰岛素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。
与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物也早已从化工生产方式转向生物转化（biotransformation或bioconversion）的生产方式。
此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，例如疫苗、菌苗和类毒素等均是微生物的产品。
进入21世纪，微生物发酵产业将呈现全新的局面,除了更广泛地利用和挖掘不同生境（包括极端环境）的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大
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的工业生产菌，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面。
结合基因组学在药物设计上的新策略，将出现以核酸为靶标的新药物的大量生产，微生物制药工业的生产水平将进一步提高。
在新世纪人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他特殊的疾病，为人类的生存、健康和可持续发展作出更大贡献。
26.请解释三域学说（ThreeDomainProposal），为什么将16SrRNA或18SrRNA作为生物进化的标尺,
20世纪70年代，美国科学家CarlWoese发现一群序列奇异的细菌—答:
—甲烷细菌是地球上最古老的生命形式（与细菌在同一进化分枝上，即同属原核生物群、这类细菌称为古细菌（Archaebacteria），古细菌与原核生物、真核生物间的16SrRNA序列的同源相似性均低于60,，因此，1990年Woese等人正式提出了生命系统是由细菌（bacteria）域、古菌（Archae）域和真核生物（Eukarya）域所构成的三域学说（ThreeDomainProposal）。
16SrRNA或18SrRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺”，这是因为:
（1）rRNA具有重要且恒定的生理功能;
2）在16SrRNA或18SrRNA分子中，既含有高度保守的序列区域，又有中（
度保守和高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究;
（3）16SrRNA或18SrRNA分子量大小适中，便于序列分析;
（4）rRNA在细胞中含量大（约占细胞中RNA的90%），也易于提取;
（5）16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中（真核生物中其同源分子是18SrRNA）。
因此它可以作为测量各类生物进化的工具。
27.论述不同微生物细胞制备原生质体的原则与依据。
根据各种微生物细胞壁的组成和结构不同，可以选用不同的酶或再结合一些其它措施去除细胞壁，下表综合列出各种微生物细胞制备原生质体的方法。
表1不同微生物的脱壁方法
细胞壁主要微生物脱壁法成份
+G细菌肽多糖
芽孢菌溶菌酶处理
葡萄球菌溶葡萄球菌素（lysostaphin）处理链霉菌溶菌酶处理（菌丝生长培养基中补充甘氨酸
0.5-3.5%或蔗糖10-34%）
-G细菌肽多糖，脂多糖
大肠杆菌溶菌酶，EDTA处理
青霉、头孢霉、曲霉纤维素，几丁质纤维素酶或L1酶（系从Cytophaga中分离）处理酵母葡聚糖，几丁质蜗牛酶（蜗牛胃液制剂）处理
28.解释细胞膜流动性和不对称性及其生物学上的意义。
膜的流动性（membranefluidity）是指构成膜的脂和蛋白质分子的运动性。
膜的流动性不仅是膜的基本特性之一，也是细胞进行生命活动的必要条件。
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（1）细胞膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件;
（2）酶活性与流动性有极大的关系，流动性大活性高;
（3）如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外，这样细胞就要停止新陈代谢而死亡;
（4）膜流动性与信息传递有着极大的关系;
（5）如果没有流动性，能量转换是不可能的;
（6）膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。
膜的不对称性（membraneasymmetry）是指细胞质膜脂双层中各种成分不是均匀分布的，包括种类和数量的不均匀。
膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性，使膜两侧具有不同功能。
保证了生命活动的高度有序性。
膜的不对称性具有重要的生物学意义，它与膜上的物质运输、细胞间的联系、细胞粘着及细胞识别等有关。
29.何谓极端微生物,为什么目前微生物学及微生物生理学的研究热点从一般微生物转向极端微生物,
极端环境通常是指普通微生物不能生存的那些环境条件，例如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高干燥、高辐射、高压、高药物浓度或寡营养等环境都属于极端环境。
在这些极端条件下，还有不同类型的微生物生活着，这些微生物被称为极端（环境）微生物（extremeenvironmentalmicroorganisms）或嗜极菌（extremophiles）。
20世纪70年代开始了极端微生物学的研究，是微生物学及微生物生理学发展的前沿领域。
由于极端微生物的生理习性特异，是一般微生物所不具备的，可利用于不同领域，如利用嗜热菌的代谢快、世代时间短、酶的热稳定性高等特点，用于发酵可减少污染、节约能量、降低成本、提高产品质量;
嗜盐菌的紫膜具有特殊光能转化作用，可作为生物能电池;
嗜碱菌的胞外酶具耐高碱特性，可用于工业酶制剂生产，并处理碱性工业污水;
嗜酸菌已广泛用于金属矿物的溶浸，目前铜、铀等金属已用该法于生产。
此外，极端微生物的生态、机能、生理、生化反应和遗传基因等理论方面的研究有助于我们扩大并加深对生命本质及生物进化等方面的了解和认识。
30阐述细菌耐药性的可能机制，控制细菌耐药性可采用哪些策略,
细菌产生耐药性的主要机制有非特异性耐药机制（包括改变膜的通透性、增强膜对抗生素的外排功能以及形成生物被膜）和特异性耐药（包括酶对抗生素的修饰和灭活以及药物作用靶点的突变和过度表达）。
从细菌耐药性产生的原因，我们可以知道控制细菌耐药性的最关键是要控制抗菌药的使用，然后在其基础上研制新型的抗菌药，两者互相结合好才能有效地控制耐药性细菌的蔓延。
（1）合理使用抗菌药物:
普及相关医疗知识，合理使用抗生素;
改善饲养环境，减少抗生素的使用;
（2）严格执行消毒隔离制度;
（3）加强药政管理;
（4）新抗生素和质粒消除剂的研制。
31.论述异养微生物对糖降解途径的多样性及其生理机能。
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糖普遍作为化能异
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