《微生物學(xué)》期末復(fù)習(xí)簡答題及答案一1.簡述原核微生物與真核微生物的主要區(qū)別，并舉例說明。原核微生物與真核微生物的核心差異體現(xiàn)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì)組織方式及生理功能等方面。首先，原核微生物（如大腸桿菌、枯草芽孢桿菌）無核膜包被的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)以環(huán)狀裸露DNA形式存在于擬核區(qū)，且通常含有質(zhì)粒；而真核微生物（如釀酒酵母、黑根霉）具有完整的細(xì)胞核，DNA與組蛋白結(jié)合形成染色體，被核膜包裹。其次，原核微生物的細(xì)胞器極不發(fā)達(dá)，僅含核糖體（70S），無線粒體、葉綠體等膜性細(xì)胞器；真核微生物則具備多種細(xì)胞器，核糖體為80S（線粒體、葉綠體中含70S核糖體）。在細(xì)胞壁組成上，原核細(xì)菌的細(xì)胞壁含肽聚糖（革蘭氏陽性菌肽聚糖層厚，含磷壁酸；革蘭氏陰性菌肽聚糖層薄，外有脂多糖層）；古菌細(xì)胞壁不含肽聚糖，可能含假肽聚糖或蛋白質(zhì)；而真核微生物中，真菌細(xì)胞壁主要成分為幾丁質(zhì)或纖維素（如酵母菌以葡聚糖和甘露聚糖為主，霉菌以幾丁質(zhì)為主），藻類細(xì)胞壁含纖維素。此外，原核微生物的繁殖方式多為二分裂，無有絲分裂；真核微生物可進(jìn)行有絲分裂、減數(shù)分裂或出芽生殖（如酵母菌）。例如，大腸桿菌作為典型原核生物，通過二分裂快速增殖，其質(zhì)粒可用于基因工程載體；而釀酒酵母作為真核模式生物，其有性生殖過程涉及減數(shù)分裂，常用于真核基因表達(dá)研究。2.革蘭氏染色的主要步驟、原理及實際意義是什么？革蘭氏染色是細(xì)菌分類鑒定的經(jīng)典方法，步驟分為四步：初染（結(jié)晶紫染色1分鐘，所有細(xì)菌被染成紫色）、媒染（碘液處理1分鐘，與結(jié)晶紫結(jié)合形成復(fù)合物，增強著色）、脫色（95%乙醇處理20-30秒，關(guān)鍵步驟）、復(fù)染（沙黃或番紅染色1分鐘，未被脫色的細(xì)菌保持紫色，脫色的細(xì)菌被染成紅色）。其原理基于細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)差異：革蘭氏陽性菌（G+）細(xì)胞壁肽聚糖層厚（占干重80%-90%），交聯(lián)度高，脂類含量低；脫色時乙醇使肽聚糖脫水收縮，形成的孔隙小，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物不易滲出，故保持紫色。革蘭氏陰性菌（G-）細(xì)胞壁肽聚糖層薄（僅5%-10%），外膜含大量脂多糖和脂蛋白，乙醇溶解脂類后外膜破裂，孔隙大，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物被洗脫，復(fù)染后呈紅色。實際意義：①快速區(qū)分細(xì)菌大類（G+與G-），指導(dǎo)后續(xù)鑒定（如G+菌多產(chǎn)外毒素，G-菌多產(chǎn)內(nèi)毒素）；②輔助選擇抗生素（如青霉素作用于肽聚糖合成，對G+菌更有效；鏈霉素作用于30S核糖體亞基，對G-菌更敏感）；③反映細(xì)菌生理特性（如G+菌對溶菌酶敏感，G-菌因外膜屏障作用更耐藥）。3.微生物的營養(yǎng)類型可分為哪幾類？各類型的碳源、能源及代表微生物是什么？微生物營養(yǎng)類型依據(jù)碳源和能源的不同分為四大類：（1）光能自養(yǎng)型：以CO?為碳源，光能為能源，通過光合磷酸化產(chǎn)生ATP。代表微生物如藍(lán)細(xì)菌（含葉綠素a，產(chǎn)氧）、紫硫細(xì)菌（含細(xì)菌葉綠素，以H?S為電子供體，不產(chǎn)氧）。（2）光能異養(yǎng)型：以有機物（如有機酸、醇）為碳源，光能為能源。例如紅螺菌科的細(xì)菌，利用光能將有機物（如乙酸）轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，電子供體為有機物而非H?O，不產(chǎn)氧。（3）化能自養(yǎng)型：以CO?為碳源，無機物氧化釋放的化學(xué)能為能源。例如硝化細(xì)菌（將NH?氧化為NO??或NO??，如亞硝化單胞菌氧化NH?→HNO?）、硫化細(xì)菌（將H?S氧化為S或H?SO?，如硫桿菌）、鐵細(xì)菌（將Fe2+氧化為Fe3+，如嘉利翁氏菌）。（4）化能異養(yǎng)型：以有機物為碳源和能源（有機物同時作為電子供體）。這是大多數(shù)微生物的營養(yǎng)類型，包括腐生型（分解死的有機物，如黑曲霉分解纖維素）和寄生型（從活的宿主獲取營養(yǎng)，如結(jié)核分枝桿菌）。例如大腸桿菌利用葡萄糖作為碳源和能源，通過呼吸或發(fā)酵產(chǎn)能。4.比較微生物的有氧呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵三種產(chǎn)能方式的異同。三者均為微生物獲取能量的代謝途徑，核心區(qū)別在于電子受體、產(chǎn)能效率及終產(chǎn)物。（1）有氧呼吸：以O(shè)?為最終電子受體，電子傳遞鏈完整（含細(xì)胞色素系統(tǒng)），通過氧化磷酸化產(chǎn)生大量ATP。例如，大腸桿菌在有氧條件下分解葡萄糖，經(jīng)糖酵解（EMP途徑）產(chǎn)生丙酮酸，進(jìn)入TCA循環(huán)徹底氧化為CO?和H?O，1分子葡萄糖凈產(chǎn)38（原核）或36（真核）分子ATP。（2）無氧呼吸：以無機氧化物（如NO??、SO?2?、CO?）或少數(shù)有機物（如延胡索酸）為最終電子受體，電子傳遞鏈較短（缺乏與O?結(jié)合的細(xì)胞色素），產(chǎn)能效率低于有氧呼吸。例如，反硝化細(xì)菌（如脫氮副球菌）以NO??為電子受體，將其還原為N?（反硝化作用）；脫硫弧菌以SO?2?為電子受體，還原為H?S，1分子葡萄糖約產(chǎn)20-25分子ATP。（3）發(fā)酵：無外源電子受體，有機物（通常是中間代謝產(chǎn)物，如丙酮酸）作為電子受體，僅通過底物水平磷酸化產(chǎn)能，產(chǎn)能效率最低。例如，酵母菌的乙醇發(fā)酵中，丙酮酸脫羧生成乙醛，乙醛作為電子受體被還原為乙醇，1分子葡萄糖僅產(chǎn)2分子ATP；乳酸菌的乳酸發(fā)酵中，丙酮酸直接接受電子生成乳酸?？偨Y(jié)：電子受體依次為O?→無機氧化物→有機物；ATP產(chǎn)量遞減（有氧呼吸＞無氧呼吸＞發(fā)酵）；終產(chǎn)物分別為H?O、還原態(tài)無機物（如N?、H?S）、發(fā)酵產(chǎn)物（如乙醇、乳酸）。5.什么是微生物的生長曲線？各階段的特點及實際應(yīng)用是什么？將少量純培養(yǎng)微生物接種到恒定容積的液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，以菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)、培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)繪制的曲線，稱為生長曲線。典型生長曲線分為四個階段：（1）延遲期（停滯期）：接種后短時間內(nèi)，菌數(shù)無明顯增加。特點：細(xì)胞體積增大，代謝活躍（合成RNA、酶和中間代謝產(chǎn)物），但分裂遲緩。延遲期的長短與菌種、接種量、培養(yǎng)基成分有關(guān)（如對數(shù)期菌種接種可縮短延遲期）。實際應(yīng)用：發(fā)酵工業(yè)中需縮短延遲期（如采用對數(shù)期種子、增大接種量、調(diào)整培養(yǎng)基成分與原培養(yǎng)條件一致），以提高效率。（2）對數(shù)期（指數(shù)期）：菌數(shù)呈幾何級數(shù)增長（N=N?×2?），代時（G）恒定。特點：細(xì)胞形態(tài)、生理特征穩(wěn)定，代謝旺盛，酶活性高，抗逆性強。實際應(yīng)用：常用對數(shù)期菌體作為研究材料（如生理生化實驗、菌種保藏）；發(fā)酵生產(chǎn)中用作種子（生長同步，縮短生產(chǎn)周期）。（3）穩(wěn)定期（靜止期）：新增菌數(shù)與死亡菌數(shù)平衡，總菌數(shù)達(dá)最大值。特點：細(xì)胞內(nèi)儲存物（如糖原、聚β-羥基丁酸）積累，次級代謝產(chǎn)物（如抗生素、毒素）開始合成；部分細(xì)菌形成芽孢（如枯草芽孢桿菌）。穩(wěn)定期的出現(xiàn)與營養(yǎng)消耗、代謝產(chǎn)物積累（如酸、醇）、pH變化有關(guān)。實際應(yīng)用：次級代謝產(chǎn)物（如青霉素）的最佳收獲期；控制環(huán)境條件（補料、調(diào)節(jié)pH）可延長穩(wěn)定期，提高產(chǎn)物產(chǎn)量。（4）衰亡期：死亡菌數(shù)超過新增菌數(shù)，菌數(shù)急劇下降。特點：細(xì)胞形態(tài)異常（如腫脹、自溶），代謝活動停止，芽孢釋放（如炭疽芽孢桿菌）。實際應(yīng)用：需避免此階段（如發(fā)酵生產(chǎn)中及時終止培養(yǎng)）；研究芽孢形成機制時可利用此階段。6.簡述基因突變的類型及自發(fā)突變與誘發(fā)突變的區(qū)別?；蛲蛔儯c突變）是指基因中堿基對的置換、插入或缺失，導(dǎo)致遺傳信息改變。主要類型包括：（1）堿基置換：分為轉(zhuǎn)換（嘌呤→嘌呤，如A→G；嘧啶→嘧啶，如T→C）和顛換（嘌呤→嘧啶，如A→T；嘧啶→嘌呤，如C→G）。例如，鐮刀型細(xì)胞貧血癥由血紅蛋白基因中A→T顛換（GAG→GTG）引起。（2）移碼突變：由于1個或幾個（非3的倍數(shù)）堿基的插入或缺失，導(dǎo)致后續(xù)密碼子閱讀框改變。例如，基因序列ATG-CAA-TAG中插入1個A，變?yōu)锳TG-ACA-ATA-G，后續(xù)氨基酸序列完全改變。（3）缺失或插入突變：大片段DNA的缺失（如基因部分或全部丟失）或插入（如轉(zhuǎn)座子插入），通常導(dǎo)致基因失活。自發(fā)突變與誘發(fā)突變的區(qū)別：自發(fā)突變：無人工誘變因素，自然發(fā)生的突變，頻率極低（10??-10??/基因/世代）。原因包括：DNA復(fù)制錯誤（如DNA聚合酶的錯配，錯配修復(fù)系統(tǒng)未完全糾正）、堿基的自發(fā)損傷（如脫氨基作用：C→U，A→次黃嘌呤）、轉(zhuǎn)座子的自發(fā)轉(zhuǎn)座（如大腸桿菌的IS元件插入導(dǎo)致基因失活）。誘發(fā)突變：通過物理、化學(xué)或生物因素人工誘導(dǎo)的突變，頻率顯著提高（10?3-10??）。物理因素如紫外線（引起胸腺嘧啶二聚體，阻礙復(fù)制）、X射線（導(dǎo)致DNA斷裂）；化學(xué)因素如堿基類似物（5-溴尿嘧啶替代T，引起轉(zhuǎn)換）、烷化劑（如EMS使G甲基化，與T配對）、移碼突變劑（如吖啶橙插入DNA堿基間，導(dǎo)致移碼）；生物因素如噬菌體（如Mu噬菌體插入宿主DNA）。7.微生物基因水平轉(zhuǎn)移的主要方式有哪些？各方式的定義及特點是什么？基因水平轉(zhuǎn)移（橫向轉(zhuǎn)移）是指不同物種或個體間的遺傳物質(zhì)傳遞，與垂直遺傳（親代→子代）不同。微生物中主要方式包括轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合。（1）轉(zhuǎn)化：受體菌直接吸收環(huán)境中游離的DNA片段，并整合到自身基因組中。特點：需受體菌處于感受態(tài)（能吸收DNA的生理狀態(tài)，如肺炎鏈球菌在對數(shù)期后期產(chǎn)生感受態(tài)因子）；DNA片段通常為同源雙鏈DNA（來自同種或近緣菌）；單鏈DNA進(jìn)入細(xì)胞后與受體菌染色體同源重組。例如，格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中，R型菌吸收S型菌的DNA片段，獲得莢膜合成能力，轉(zhuǎn)化為S型菌。（2）轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過噬菌體（病毒）介導(dǎo)，將供體菌的DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中。分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：-普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：烈性噬菌體在裝配時，誤將供體菌染色體片段（或質(zhì)粒）包裝入衣殼，感染受體菌后，注入的DNA與受體菌染色體同源重組（完全轉(zhuǎn)導(dǎo)）或游離存在（流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)）。例如，P22噬菌體感染沙門氏菌時，可隨機包裹供體菌DNA片段（約1%染色體）。-局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：溫和噬菌體（如λ噬菌體）整合到供體菌染色體特定位點（如大腸桿菌的attλ位點），誘導(dǎo)裂解時，噬菌體DNA切離發(fā)生錯誤，攜帶鄰近的宿主基因（如gal或bio基因），感染受體菌后，將供體基因整合到受體菌染色體的對應(yīng)位點。特點：僅轉(zhuǎn)移噬菌體整合位點附近的基因，轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率低（10??-10??）。（3）接合：通過性菌毛介導(dǎo)，供體菌（含F(xiàn)質(zhì)?；蝾愃浦掠蜃樱NA轉(zhuǎn)移到受體菌（F?）。主要類型：-F+×F?接合：F質(zhì)粒（含tra基因，編碼性菌毛）的供體菌（F+）通過性菌毛與F?菌接觸，F(xiàn)質(zhì)粒的一條鏈被切斷并轉(zhuǎn)移到F?菌，雙方以滾環(huán)復(fù)制方式合成互補鏈，最終F?菌變?yōu)镕+菌，頻率接近100%。-Hfr×F?接合：Hfr菌（高頻重組菌）的F質(zhì)粒整合到染色體中，接合時轉(zhuǎn)移染色體DNA（從整合位點開始，按順序轉(zhuǎn)移），但通常未完成整個染色體轉(zhuǎn)移即中斷，故受體菌獲得部分供體基因（需與自身染色體重組），而F質(zhì)粒很少完整轉(zhuǎn)移，受體菌仍為F?。-F’×F?接合：Hfr菌的F質(zhì)粒切離時攜帶部分染色體基因（形成F’質(zhì)粒），轉(zhuǎn)移后使受體菌獲得特定基因（如lac+），形成部分二倍體（merozygote）。8.簡述微生物在自然界氮循環(huán)中的作用及參與的關(guān)鍵微生物類群。氮循環(huán)是自然界中氮元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，包括固氮、氨化、硝化、反硝化和同化5個主要環(huán)節(jié)，微生物起核心作用。（1）生物固氮：將大氣N?還原為NH?，僅由固氮微生物完成。包括：-自生固氮菌：獨立固氮（如好氧的固氮菌屬、厭氧的巴氏梭菌、兼性厭氧的克雷伯氏菌）；-共生固氮菌：與植物共生（如根瘤菌與豆科植物形成根瘤，弗蘭克氏菌與非豆科植物（如榿木）形成根瘤）；-聯(lián)合固氮菌：定殖于植物根表或皮層，與植物松散共生（如雀稗固氮菌）。（2）氨化作用（礦化作用）：有機氮（如蛋白質(zhì)、核酸）分解為NH?或NH?+。參與微生物包括好氧菌（如枯草芽孢桿菌、普通變形桿菌）、厭氧菌（如腐敗梭菌）和真菌（如毛霉、曲霉），它們分泌蛋白酶、脲酶等，將有機氮水解為氨。（3）硝化作用：NH?氧化為NO??的兩步過程，由化能自養(yǎng)菌完成：-亞硝化作用：NH?→NO??，由亞硝化細(xì)菌（如亞硝化單胞菌、亞硝化球菌）催化，反應(yīng)式：2NH?+3O?→2HNO?+2H?O；-硝化作用：NO??→NO??，由硝化細(xì)菌（如硝化桿菌、硝化球菌）催化，反應(yīng)式：2HNO?+O?→2HNO?。（4）反硝化作用：NO??還原為N?或N?O，由反硝化細(xì)菌（如脫氮副球菌、地衣芽孢桿菌）在厭氧條件下進(jìn)行，是氮素返回大氣的主要途徑，反應(yīng)式：NO??→NO??→NO→N?O→N?。（5）同化作用：微生物和植物吸收NH?+或NO??，合成自身有機氮（如氨基酸、蛋白質(zhì)）。例如，大腸桿菌通過谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合酶（GS-GOGAT）途徑將NH?+轉(zhuǎn)化為谷氨酸。9.簡述抗生素的作用機制及微生物產(chǎn)生抗藥性的主要原因?？股厥俏⑸铮ɑ蚧瘜W(xué)合成）產(chǎn)生的能抑制或殺死其他微生物的次級代謝產(chǎn)物，其作用機制主要針對微生物的特定靶標(biāo)：（1）抑制細(xì)胞壁合成：如青霉素（抑制轉(zhuǎn)肽酶，阻礙肽聚糖交叉連接）、頭孢菌素（作用于青霉素結(jié)合蛋白，抑制細(xì)胞壁合成），主要對G+菌有效（G-菌外膜阻礙藥物進(jìn)入）。（2）干擾蛋白質(zhì)合成：鏈霉素（與30S核糖體亞基結(jié)合，導(dǎo)致mRNA錯讀）、紅霉素（與50S亞基結(jié)合，抑制肽鏈延伸）、四環(huán)素（阻礙氨酰-tRNA進(jìn)入A位），對G+和G-菌均有作用。（3）抑制核酸合成：利福平（抑制RNA聚合酶β亞基，阻礙mRNA合成）、喹諾酮類（抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶，阻礙DNA復(fù)制）。（4）損傷細(xì)胞膜：多粘菌素（與G-菌外膜脂多糖結(jié)合，破壞膜完整性）、制霉菌素（與真菌細(xì)胞膜麥角固醇結(jié)合，形成孔道，導(dǎo)致內(nèi)容物泄漏）。微生物抗藥性（耐藥性）的主要原因：（1）產(chǎn)生鈍化酶：如β-內(nèi)酰胺酶水解青霉素的β-內(nèi)酰胺環(huán)；乙酰轉(zhuǎn)移酶使氨基糖苷類（如鏈霉素）乙酰化失活。（2）靶標(biāo)結(jié)構(gòu)改變：如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）產(chǎn)生PBP2a（青霉素結(jié)合蛋白變體），與β-內(nèi)酰胺類親和力低；結(jié)核分枝桿菌的rpoB基因突變導(dǎo)致利福平耐藥。（3）膜通透性降低：G-菌外膜孔蛋白（如OmpF）缺失，阻礙抗生素進(jìn)入（如對四環(huán)素的耐藥）；真菌細(xì)胞膜麥角固醇合成受阻（如唑類藥物耐藥）。（4）主動外排系統(tǒng)：細(xì)菌表達(dá)外排泵（如大腸桿菌的AcrAB-TolC系統(tǒng)），將胞內(nèi)抗生素泵出，降低胞內(nèi)濃度（如對喹諾酮類、四環(huán)素的耐藥）。（5）代謝途徑改變：如對磺胺類藥物耐藥的細(xì)菌，通過過量合成對氨基苯甲酸（PABA）或利用外源性葉酸，繞過磺胺的抑制（磺胺競爭性抑制二氫葉酸合成酶）。10.簡述工業(yè)微生物發(fā)酵的主要控制參數(shù)及優(yōu)化策略。工業(yè)發(fā)酵的核心是通過控制環(huán)境條件，使微生物高效合成目標(biāo)產(chǎn)物（如抗生素、氨基酸、酶制劑）。主要控制參數(shù)及優(yōu)化策略如下：（1）溫度：影響酶活性和微生物生長。需根據(jù)菌種特性設(shè)定（如大腸桿菌最適37℃，鏈霉菌產(chǎn)青霉素最適25℃）。優(yōu)化策略：發(fā)酵初期（菌體生長）控制較高溫度，產(chǎn)物合成期降低溫度（如青霉素發(fā)酵中，0-24h30℃，24h后降至25℃）。（2）pH：影響酶活性、