-生物工程前沿-问题和参考问题详解

硕士课程《生物科学与工程前沿》题目和答案

考核方式：总分100分

40%课程论文，自己选定生物科学与工程的某研究领域中的一个题目，参与导师组织的科研汇报或科研讨论等容，写一份课程论文，核心是阐述某项研究或技术的原理、先进性和未来发展及其应用等，由导师根据平时表现和论文情况给出成绩，（百分制，即满分100分）

60%考试，从8位老师给出的46道题目中随机出10道题，进行统一的考试（百分制，即满分100分），题目答案仅供参考，可自己组织答案。

考核时间：请周媛媛安排考试，约？，具体时间、地点见学院通知

要求：考试时将导师打分的课程论文一起交给监考的课程负责老师。

说明：给出题目的答案仅仅是指导性的，供参考，包括2位老师没给出答案，是希望学生带着问题去学习，考试时最好是自己根据数据来组织答案，这才算真正掌握，效果也会更好。

综述最好11月底写好，考试时10道题中选8道做（我）

继伦老师

1、如何进行微生物发酵菌种细胞通透性的改良与控制？

答案要点：超声波对微生物细胞膜的透性有一定的影响，主要是选择不同参数的超声强度对细胞膜进行作用，产生一种可恢复性损伤，使细胞膜透性发生改变。也可用不同照射参数的激光处理细胞，使细胞膜透性发生改变。学生通过对该题目容的了解和熟悉后，对微生物的改造和利用有更深层次的认识。（还需自己补充）。

目的诱变选育甘油缺陷型菌株,调控细胞膜的通透性,添加甘油调节细胞膜的通透性,

2、发酵过程参数应用传感器监控的类型与方法？

答案要点：传感器的分类：生物传感器（酶传感器）、物理传感器（非接触气敏传感器、光敏传感器、温度传感器、压力、pH、溶氧等传感器）。了解这些传感器在发酵工业的应用情况、优点、缺点、回馈控制技术等，对优化控制发酵过程十分必要。（还需自己补充）。

3、非糖质原料发酵中常见问题及处理方法？

答案要点：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。（还需自己补充）。

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，而且注意分析部的作用机制。

分子微生物生态学应解决的核心问题是：①发现新的微生物并对其分类；

②微生物多样性及群落构成；③微生物群落的功能；④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；⑤微生物种群遗传学与进化。

主要研究容包括水生微生物；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。

①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。

②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)。

③ rRNA基因序列同源性分析，包括：rRNA技术、16S～23SrRNA基因间隔

区序列。

④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(stableisotope probing，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：①样品的采集；②DNA提取及纯化；③样品16SrDNA或18SrDNA 片段的PCR扩增；④选择优化学变性剂浓度围和电泳温度时间进行分析；⑤制胶、染色；⑥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。置于25度的培养室增殖分化。

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。

穗平老师

11、酶的K

cat 和K

S

型抑制剂具有什么样的特性？

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、工业生物技术的涵是什么？试描述国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。

生物质能的研究开发, 主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解、固化和直接燃烧等技术

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N

2O的释放及N

2

O的温室效应效果。

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，而且与食品安全和质量改善密切相关。

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酸等外，还可生产水酸、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（Zymomonas mobilis）中，实现了不同糖代途径的重组，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（Clostridium thermocellum）。还可以利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌类等微生物生产“清洁能源”——氢气。例如，2000年日本科学家利用城市有机废弃物，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产物的围和品种，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（Three Domain Proposal），为什么将16S rRNA或18S rRNA 作为生物进化的标尺？

答：20世纪70年代，美国科学家Carl Woese发现一群序列奇异的细菌——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（Three Domain Proposal)。

16S rRNA或18S rRNA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18S rRNA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18S rRNA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18S rRNA)。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。

答：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。

28. 解释细胞膜流动性和不对称性及其生物学上的意义。

答：膜的流动性（membrane fluidity）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。

（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代而死亡；

（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 (membrane asymmetry) 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？

答：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（extreme environmental microorganisms）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？

答：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。

答：糖普遍作为化能异氧型微生物构成细胞组分的碳源，提供能量的来源，又是合成各种发酵产物的良好原料。微生物对糖的代方式很多，但可归纳为有氧降解和无氧降解两大类。微生物在有氧条件下，可有两条降解葡萄糖的途径：一是经糖酵解途径（EMP途径）降解为丙酮酸，丙酮酸再进入三羧酸循环（TCA

环）；二是葡萄糖经HMP途径彻底氧化。有氧降解的最终产物是CO

2和H

2

O，同时

产生组成细胞物质的各种中间产物，并产生大量的能量。微生物对氧的无氧降解途径和发酵产物因菌种而异，但大致仍以EMP途径和HMP途径为基本方式，

或是利用两条途径组成所谓混合途径。发酵产物有各种有机酸、醇类和气体（CO

2和H

2

），产能水平较低。

糖的酵解是各种发酵的基础，发酵作用是酵解过程的发展。酵解途径（glycolysis）又称EMP途径（Embden-Myerhof Pathway，简写为EMP），这条途径是生物界共有的。从生命起源来看，最古老的生物是在缺氧的大气中产生的，无氧发酵是生物以有机分子作能源的最简单和最原始的生化途径。现在的好氧生物多数（包括哺乳动物）仍保持着这种“原始”的能力，但将这种原始途径作为它们用氧进一步氧化发酵产物的准备阶段，而厌氧微生物是以此途径作为获得能量的唯一方式。

除了通过糖酵解氧化葡萄糖外，大多数微生物还有一条彻底分解葡萄糖为

CO

2和水的途径，即是葡萄糖在转化成6-磷酸葡萄糖酸后就分解为CO

2

和5-磷酸

核酮糖，也就是在单磷酸己糖的基础上开始降解，故称单磷酸己糖途径（hexose monophosphate pathway，简称HMP途径）。HMP途径在微生物生命活动中意义重大，主要有：（1）供应5-磷酸核糖，以合成嘌呤和嘧啶核苷酸，最后合成核酸、辅酶等；（2）提供大量的还原力NADPH＋H+，除了部分被转氢酶催化变为NADH ＋H+，再进入呼吸链氧化，可生成大量的ATP外，主要还是作为细胞合成脂肪酸、胆固醇、谷氨酸等需氢的一种重要来源；（3）途径中的4-赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、碱基合成、及多糖合成；（4）磷酸戊糖循环的功能对于光能和化能自养菌具有重要作用，这两类微生物细胞中的含碳成分都是由CO

2

和1,5-二磷酸核酮糖缩合而成，而后者是由5-磷酸核糖转变而来；（5）生成的6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛等可进入EMP途径，进而代为丙酮酸，这样

HMP途径与EMP途径相联系，可以调剂戊糖供需关系；（6）途径中存在C

3～C

7

碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用的碳源谱更为广泛；（7）通过该途径可产生许多种重要的发酵产物，如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等；HMP途径在总的能量代中占一定比例，且与细胞代活动对其中间产物的需要量相关。

ED途径是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径。由于它可与EMP途径、HMP途径和TCA循环等代途径相联，故可相互协调，满足微生物对能量、还原力和不同中间代产物的需要。所以ED途径也是微生物的一条重要代途径，广泛分布在细菌尤其是革兰氏阴性菌中。ED途径的生理功能在于：（１）ED途径的中间产物可以参与嘌呤、嘧啶、芳香族氨基酸及辅酶等物质的合成；（２）提供了ATP及还原力（NADPH＋H+、 NADH＋H+）。

32. 试述酵母菌的呼吸与发酵之间的调节机制。

答：兼性细胞在无氧和有氧条件下都能利用葡萄糖，这种细胞在无氧条件下利用葡萄糖生成乳酸。当兼性细胞从发酵转回呼吸代（即引入氧）时，立即出现两种情况：一是葡萄糖消耗速率迅速下降许多倍；二是乳酸的生成几乎降至零。葡萄糖的消耗受到抑制，乳酸的堆积终止，同时开始耗氧的现象称作巴斯德效应（Pasteur effect）。这是150多年前法国生物学家巴斯德在研究酿酒发酵过程中发现发酵作用与氧的浓度成反比所得知的，但这是所有兼性细胞的共性。

目前的研究表明，这种效应的主要原因在于酵解途径与TCA环对ADP和pi 的竞争作用。在有氧条件下，每摩尔葡萄糖完全氧化产生的ATP比酵解途径产生的多得多，因而细胞在厌氧条件下要求在单位重量和单位时间产生与有氧条

件下相同数量的ATP，则需要消耗葡萄糖量大得多，所以耗氧一开始葡萄糖的消耗就减慢。在有氧代中产生大量的ATP和柠檬酸是磷酸果糖激酶的负效应子，而该酶的正效应子ADP又因线粒体对其有很高的亲和力而竞争去了，因此它往往处于失活状态。另外，由于6-磷酸果糖积累，6-磷酸葡萄糖也增多，回馈抑制了磷酸己糖激酶。还由于ADP优先进入线粒体，磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶因缺乏磷酸基团受体而使反应受阻。后一种情况是由于在有氧的情况下呼吸链对NADH＋H+有高度的亲和力，因此几乎没有NADH＋H+用于丙酮酸还原为乳酸。因此，总的结果是有氧（呼吸）抑制了无氧呼吸（发酵）。这表明细胞在能够更有效地进行能量代时，就宁可“关闭”低效率的代途径。例如，酵母菌的酒精发酵，在有氧情况下由于进行呼吸作用，使酒精产量大量降低，糖的消耗速率也大为减慢，经对巴斯德效应的研究得出，每单位葡萄糖在有氧条件下比无氧条件下生成的酵母量多5～10倍左右，并且通过氧化途径菌体消耗葡萄糖的速率比发酵作用时低。

由于糖分解而产生的呼吸抑制，称为克奈特瑞效应（Crabtree effect），是与巴斯德效应相反的现象，又称为反巴斯德效应。在好气条件下，当葡萄糖浓度超过5％时，会阻滞酵母细胞中呼吸酶的合成和线粒体的形成，迫使酵母菌进入发酵，酵母也由于发酵而增殖。这些受阻遏的细胞呼吸能力低，细胞线粒体数目少，完整形态的线粒体几乎不存在，尤其膜发育不好，只看到膜状的不明显的结构，合成蛋白质能力也低。在去阻遏过程中，线粒体数目增加，并出现具完整形状的脊发达的线粒体。果糖也与葡萄糖一样，即使在好氧条件下，酵母菌大部分因发酵而增殖，抑制呼吸体系。与巴斯德效应一样，影响呼吸能力发达的葡萄糖作用机制中，ATP、ADP和pi都是重要的调节因子，克奈特瑞效应是由于糖酵解夺去了氧化磷酸化的基质而引起的，而且还由于蛋白质合成受阻，以及伴随已有线粒体分解的复杂机制而发生的现象。由此可见，巴斯德效应和克奈特瑞效应同为糖代中重要的调节机制。

33. 试述微生物由非糖前体物合成细胞多糖的过程及其主要控制点。

答：肽聚糖的生物合成：

肽聚糖是细菌细胞壁中的一种杂多糖，它的合成比同多糖的合成复杂得多，其合成过程简单地说可分为3步进行：（1）在细胞质中合成胞壁酸五肽，这一阶段起始于N-乙酰葡糖胺-1-磷酸，自N-乙酰葡糖胺-1-磷酸开始，以后的N-

乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸以及胞壁酸五肽都是与糖载体UDP相结合。（2）在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡糖胺合成肽聚糖单体——二糖肽亚单位。这一阶段中有一种称为细菌萜醇（bactoprenol，简称bcp）的脂质载体参

类异戊二烯醇（isoprenol），与，这是一种由11个类异戊二烯单位组成的C

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它通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形成的UDP-N-乙酰胞壁酸五肽转到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡糖胺结合形成磷脂中间体，并借助细胞膜上的酶，在膜外合成直链状聚合物（此过程又称为磷脂循环），并在L-Lys ，形成二糖肽亚单位。（3）已合成的二糖肽插入细胞膜外的上接上五肽(Gly)

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细胞壁生长点中并交联形成肽聚糖。这一阶段的第一步是多糖链的伸长。二糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架(至少含6～8个肽聚糖单体的分子)中，通过转糖基作用使多糖链延伸一个双糖单位；第二步通过转肽酶的转肽作用(transpeptidation)使相邻多糖链交联。转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨

酸间的肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第2个D-丙氨酸的游离羧基与邻链甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键而实现交联。

34. 以大肠杆菌色氨酸（trp）操纵子为例，说明酶合成作用中的阻遏机制和衰减机制。

答：大肠杆菌的色氨酸操纵子含有5个结构基因和1个操纵基因，它参与从分支酸（chorismic acid）生物合成色氨酸的代调节机制。由于没有过量的色氨酸存在，阻遏物质没有活性，因此不能附在操纵子部位而合成mRNA。一旦加入色氨酸，无活性阻遏物则与色氨酸相结合形成活性型附在操纵子上，从而阻止mRNA的合成。所以，当培养基中有可以利用的色氨酸存在时，大肠杆菌就不会合成与色氨酸合成途径有关的酶。根据色氨酸操纵子的作用机制可以画出回馈阻遏模式图。从模式图可看到，回馈阻遏模型中，操纵子的开关情况正好与诱导模型相反。回馈阻遏之所以可以同时回馈调节相关的几个酶，其原因即在于一条合成代途径中的几个酶的结构基因往往成串地分布在同一个操纵子上，或者尽管分散在不同的操纵子上，但这些操纵子受同一个调节基因编码的原阻遏物的控制，因而有协同作用。

与启动子P、操纵基因O 具有弱化控制机制的操纵子的第一个结构基因S

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之间有一段叫做前导DNA的核苷酸序列。操纵子的转录必须经这前导区才能进入结构基因区。以色氨酸操纵子为例，其前导mRNA 上有4个特殊区域（A、B、C和D），A区可以翻译成14个氨基酸残基，其中有两个Trp残基，A区后面紧接着终止密码子（UGA）。C区和D区碱基配对则形成终止结构，C区和B区的碱基配对则形成非终止结构。究竟出现哪一种类型的配对取决于核糖体沿前导mRNA前进的速度，也最终取决于Trp-tRNA的浓度和Trp的浓度。如果Trp-tRNA 足够的（假设其它氨基酰-tRNA亦不缺），翻译就能顺利地进行，核糖体迅速到达A区末的终止码，这时，核糖体实际上交搭在A区和B区（核糖体可容20个左右核苷酸），从而使A区和B区无法配对，余下的C区和D区配对而形成终止结构，它能起转录中止的信号作用，使RNA多聚酶和转录本从DNA模板上脱落下来。如果Trp-tRNA缺乏，核糖体就会在Trp的密码子前耽搁较长时间，当B 区与C区有可能配对时，核糖体尚未到达与A区和B区交搭的位置，因此形成B 区与C区配对的非终止结构，转录继续进行，RNA多聚酶进入结构基因区。如果其它氨基酰-tRNA 也缺乏，当D区的RNA转录出来时，核糖体甚至还没有到达A 区，因而将形成A区与B区配对，C区与D区配对，转录也被CD配对中止。由此可见，弱化作用不是“全部或没有”的开关式的调节，而仅仅是对控制氨基酸水平的轻微改变作出的分级及响应。

35. 从突变的机制看在微生物菌种选育中能否实现定向突变？请给予说明。

答：可以，例如应用DNA Shuffling技术先将来源不同但功能相同的一组同源基因，用DNA核酸酶I进行消化产生随机小片段，由这些小片段组成一个文库，使之互为引物和模板，进行PCR扩增，当一个基因拷贝片段作为另一基因拷贝引物时，引起模板转换，重组因而发生，导入体后，选择正突变体作为新一轮的体外重组。一般通过2～3个循环，得到产物大幅度提高的重组突变体。

再就是将基因工程技术的引入使得途径操作对代途径中的酶反应进行精确修饰，从而改善细胞性质。这就是20世纪 90年代出现的新学科——代工程技术。

36. 根据你所学的微生物学知识，你认为微生物分子生物技术可以在哪些方面给人类健康及环境保护带来新的发展和应用。

答：微生物分子生物技术可以给环境保护带来多个方面的发展和应用，主要包括：

（1）构建具有更强的降解能力的遗传工程菌，降解各种环境污染物，特别是难降解的环境污染物。

（2）利用分子标记技术跟踪监测降解微生物在环境中的行为。

（3）利用分子生物技术监测环境中的有害微生物。

（4）从分子水平上研究环境污染物对大分子（特别是DNA、RNA）的作用。选育转基因的优良动、植物品种减少农药、化肥用量，减缓环境污染。

周世水老师

37．根据微生物生长莫氏方程中的μmax，在发酵罐中快速提高菌种浓度时，需要考虑的因素及其影响原因。

答：模氏方程μ=μmaxS/(k+S),其中S是限制性底物，因此欲使微生物以最快的比生长μmax生长繁殖，需要对各种可能影响的因素进行优化，具体考虑因素：1）底物，包括碳源，最容易利用的是葡萄糖，考虑成本可选择廉价来源的碳水化合物，如淀粉、糖蜜等；氮源，涉及有机和无机氮源，考虑成本和微生物利用的难易程度；P、S、各种微量元素，都对生长繁殖有一定影响。应进行多种影响因素的优化。

2）温度，微生物生长繁殖、代都有最适温度，但要结合生产发酵的罐及其控制、操作等情况综合确定最适温度，特别是最适温度在整个发酵过程中是动态的，而不是仅仅实验中μmax时的温度；

3）pH值，微生物生长繁殖有最适pH值，而发酵过程pH值会不断的变化和波动，特别是微生物处于不同阶段会有不同的最适pH值。因此，发酵过程应及时调整发酵液的最适pH值，整个过程都满足微生物生长繁殖的动态最适pH值；4）通气，对于好氧培养，应保证供氧水平维持在微生物生长繁殖的临界氧浓度之上，太高会浪费而增加成本，太低影响微生物生长繁殖，间接增加成本。因此，实际发酵的氧浓度应适当高于临界氧浓度，情况是基于在线氧测定情况和实际供氧控制情况。

5）底物、产物、副产物浓度的适当控制，如底物浓度过高反而会影响微生物生长繁殖速度，产物、副产物浓度过高都会影响微生物生长繁殖速度，应根据实际情况来判定和控制。

当然还有其它情况影响到微生物生长繁殖速度，应根据具体情况进行分析。

38．细胞高密度好氧培养时，涉及到哪些影响因素及其作用原理。

答：高密度培养意味着发酵液的高浓度，传质、供氧等都受到极大的影响。发

酵液中的氧浓度是个动态过程，受供氧速度和微生物耗氧速度的共同影响。由于高密度细胞培养的耗氧速度快，而氧在发酵液中溶解度低等原因，使高密度培养的供氧成为限制因素。

供氧速度与通气速度、搅拌、氧分压大小、罐压、液高等都有直接关系，因此需要优化多个因素，在保证供氧的氧浓度高于临界氧浓度之上，但又不能太高造成浪费而增加成本。另外，培养基浓度会对溶氧速度有显著影响，优化时考虑培养基浓度，在满足最快生长繁殖的前提下，靠补料培养来维持生长繁殖的最低浓度，保证获得高密度培养。还有温度会对溶氧速度有显著影响，优化发酵时最好采用较高温度。当然培养细胞浓度总有一定的上限，需要确定最优生产的最高菌体密度，而不是一味的提高微生物细胞浓度。

39．混合培养发酵有哪些应用领域，发酵菌种和发酵工艺应如何优化？

答：混合培养发酵的典型领域，如白酒、米酒、黄酒、酱油、醋、腐乳等各个领域，现以固态发酵的中国白酒来阐述。

中国白酒发酵考虑出酒率、酒的质量和发酵周期，因此发酵需要能够糖化淀粉的霉菌，具有一定的菌体浓度和生长代产生酶所需要的优化条件。同样酵母进行酒精发酵也需要一定的菌体浓度和最适发酵条件，但两种发酵工艺优化条件是不相同的。因此，根据不同微生物接种量、生长代情况和发酵不同阶段，确定不同阶段的最适工艺条件，特别是发酵菌种浓度的控制，包括接种浓度、菌体浓度随发酵不同阶段的浓度，以保证两者为最优化组合为前提。所以，实验和生产中的不同发酵条件、不同发酵阶段都要进行优化，以提高产品质量为第一前提，提高出酒率和缩短发酵周期为第二影响因素。

因此，利用现有微生物菌种组成、发酵工艺优化技术，对发酵不同阶段进行合理优化是混合培养发酵必须研究的，最好是能够建立不同微生物的对应动力学模式，这是指导混合微生物培养所必要的。

40．根据某化合物的菌种代途径，如何确定其关键代步骤。

答：菌种目的产物的代途径已知道，为进行基因工程的有目的改造或发酵过程的工艺控制，需要确定目的产物的关键代步骤和关键酶，即限制产物生成速度的代步骤和酶。例如，为提高目的产物的生成速度和生成率，可采用“扰动-回应”方法，即通过基因工程手段，如riRNA技术，或加入酶抑制剂等改变代途径特定酶的总酶活，或减弱某酶的表达量，或者改变环境条件如底物浓度、中间化合物浓度等，考察其对最终产物生成的影响程度。特别是结合代途径各阶段的反应动力学，建立计算机代模拟系统，确定代途径各种酶不同程度的改变对产物生成改变的影响程度，从而分析确定代途径的关键酶。这将为菌种定向

改造或发酵过程优化控制奠定基础。

41. 根据某化合物的菌种代途径和关键代步骤或关键酶，如何对菌种进行改造，以提高产物生成速度。

答：菌种目的产物的代途径和关键酶已知，为提高产物的生成速度和生成率，可通过基因工程来提高该酶的表达量，如增强该酶表达的启动子以提高转录，或通过提高该酶的基因拷贝数，获得更多的转录；也可通过体外的基因操作，即蛋白质工程，来提高该酶的单位酶活力或延长酶反应的半衰期，再将改造后基因引入到细胞取代原有基因。最终达到提高细胞该酶的总酶活力，提高目的产物生成速度的目的。

当然，改造的关键酶是指在目的产物代途径上的主要限制因素，其总酶活的提高程度，与目的产物生成速度的提高程度成正比例的对应关系，改造才会产生预期的效果。同时，关键酶酶活的提高有一定的边际效应，达到一定水平后就不再是关键酶，而原先的次级关键酶反而会变为关键酶。这时需要研究提高的是此酶（最初的次级关键酶），而不是已经提高过的原关键酶（已经不是关键酶），具体操作同上述方法。

42. 已知某糖蛋白基因，在构建其活性蛋白表达的工程菌时，如何选择宿主菌？答：糖蛋白是指蛋白链上结合一定数量的糖链，而糖链对蛋白的空间结构、蛋白活性、蛋白溶解性和蛋白稳定性都有非常大的作用，因此通过基因工程表达出活性糖蛋白，就需要选择合适的宿主菌，即能够进行正确糖基化的菌株。

各种基因工程菌种，大肠杆菌是不能够糖基化的，酵母、杆菌、霉菌等能够进行初步的糖基化，而动物细胞等能够进行糖基化，特别是糖蛋白来源的物种细胞，可进行完全的糖基化。这就是动物细胞发酵培养成为发酵研究和应用的重要原因，因为现在研究的很多蛋白是糖蛋白，且主要是来源于动物细胞。

因此，当糖蛋白的糖基化程度不高，或无条件进行动物细胞发酵培养或贴壁培养时，特别是需要微生物来大规模低成本培养时，可尝试构建酵母、杆菌、霉菌等基因工程，对其表达目的蛋白进行活性分析，确定能够正确糖基化的菌株，再进一步筛选高表达工程菌的研究途径。当然，随着糖蛋白基因工程菌研究的深入和增多，就会有很多资料可供借鉴和择宿主菌。

43. 阐述气液两相流强化膜过滤的机理和在发酵工业上可能的应用

答：一种膜的过滤速度会受到很多因素的影响，其中气液两相流可提高膜过滤速度。中空纤维膜气液两相流的过滤机理：1）当气体流量小, 气泡（流）尺寸小于管道尺寸60%时，会形成泡状流, 气泡会对流体产生强烈的扰动,破坏膜面

的浓差极化层。2）当气体流量较小,气泡尺寸接近管道尺寸，且> 60%时, 形成弹状流，即间隔出现气弹和含有细小气泡的液体。气弹头部压力较高而形成压力脉动,以及气弹与膜壁间形成一薄层液膜,远小于单相液流的传质层厚度, 同时液膜受到气体的剪切力更大而破坏浓差极化层，从而提高了膜表面的传质。3）当气体流量较大,气泡尺寸接近管道尺寸时, 形成块状流，对流体的扰动比泡状流剧烈, 对浓差极化层的破坏更大。4）当气体流量进一步增大,气体流速较高时,形成外圈为液膜、中心为气芯的环状流, 两相间分接口随着流动不断波动变化, 出现接口波, 起到与波纹形膜表面相似的作用；中心气流的高速运动会对液膜产生强烈的剪切作用。其中，弹状流提高传质效果最好, 不仅气体流量通常远低于液体流量，而且在外压式中空纤维膜组件中会使膜纤维产生晃动和振荡, 自动去掉中空纤维表面附着的污染物,减轻膜污染。

气液两相流还会影响到膜阻力，因气体分子也会部分透过膜,而气体的粘度远小于液体的粘度, 因而膜孔扩散的阻力变小。

因此，从降低传质层厚度、破坏浓差极化层和降低膜孔扩散阻力来共同提高膜过滤速度。

应用上有微滤分离工艺，可从液体中分离出粒径为0.05～10μm 的分散颗粒，如用微孔膜组件对9g/L酵母悬浮液的分离浓缩，气液两相流的过滤速度比单液相提高1倍左右。超滤分离工艺，对葡聚糖、医疗蛋白(HAS、BSA等)、生物酶、细胞、单胞原生物和微细颗粒(酵母、粘土等)的分离, 如使用平均孔径为0.01μm 的中空纤维超滤膜过滤上述物质, 其过滤速度会提高60%以上。

朱明军老师

44、近年来，运动发酵单胞菌已成为酿酒酵母以外发酵生产酒精的第二大菌种，与传统的酵母菌发酵生产酒精相比，该菌具有哪些特点？

答：该菌具有哪些特点：

1）耐高糖（>400g/L）

2）耐高浓度酒精（>100g/L）

3）低生物产量和高乙醇收率（在厌氧条件下，每消耗1mol/L的葡萄糖，可得1.9mol/L的乙醇）

4）比生长速率和发酵速度快。

45、根据你对小型发酵罐的认识，谈一下在上罐发酵过程中哪些环节可能会导致染菌以及如何避免？

答：造成发酵染菌的原因很多，但总结归纳起来，其主要原因有种子带菌、无菌空气带菌、设备渗漏、灭菌不彻底、操作失误等。

（1）种子带菌及防止

种子带菌的原因主要有以下几方面：（A）培养基及用具灭菌不彻底；（B）菌种在移种或接种过程中受污染。

菌种的移接工作是在无菌室中，按无菌操作进行。当菌种移接操作不当，或无菌室管理不严，就可能引起污染。另外在往发酵罐接种过程中染菌，应该在接种过程中操作准确和迅速。

（2）无菌空气带菌及防止

无菌空气带菌是发酵染菌的主要原因之一。杜绝无菌空气带菌，必须从空气净化流程和设备的设计，过滤介质的选用和装填，过滤介质的灭菌和管理等方面完善空气净化系统。

（3）设备、管道存在“死角”

由于操作、设备结构、安装或人为造成的屏障等原因，引起蒸汽不能有效到达或不能充分到达预定应该到达的局部灭菌部位，从而不能到达彻底灭菌的要求。这些不能彻底灭菌的部位称为“死角”，“死角”可以是设备、管道的某一部位，也可以是培养基或其他物料的某一部分。管道多指法兰连接处等。

（4）设备渗漏引起染菌及防止

发酵设备、管道、阀门的长期使用，由于腐蚀、摩擦和振动等原因，往往造成渗漏。例为了避免设备、管道、阀门渗漏，应选用优质材料，并经常进行检查。

（5）操作问题

在发酵过程如操作不当也引起染菌，如移种时或发酵过程罐压力跌零，使外界空气进入而染菌；泡沫顶盖而造成污染；压缩空气压力突然下降，使发酵液倒流入空气过滤器而造成污染；等等。

46、请简述一下纤维素酶水解纤维素的大致过程。

答：首先我们应知道纤维素大分子的物理结构是由分子链排列整齐、紧密的结晶区和结构疏松但取向大致与纤维主轴平行的无定形区交错结合的体系。然后纤维素酶是一种多组分的复合酶，现已确定纤维素酶含有3 种主要组分，即切型β-葡聚糖酶、外切型β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，依靠这3 种组分的协同作用才能将天然纤维素水解成葡萄糖。水解过程首先是由切型β- 葡聚糖酶在纤维素的无定形区进行切割，产生新末端，生成较小的葡聚糖，然后再由外切型β- 葡聚糖酶作用于末端基释放出纤维二糖和其他更小分子的低聚糖，最后由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖。