2025年發(fā)酵工程技術(shù)考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于菌種保藏的描述中，錯誤的是（）A.冷凍干燥保藏法可使菌種存活5-10年B.斜面保藏法的保藏時間通常為3-6個月C.液氮超低溫保藏（-196℃）適用于所有微生物D.甘油懸液保藏（-80℃）需控制甘油濃度為15%-20%2.在好氧發(fā)酵過程中，若攪拌轉(zhuǎn)速提高但溶氧（DO）未明顯上升，最可能的原因是（）A.發(fā)酵液黏度降低B.空氣流量已達(dá)設(shè)備最大限制C.菌體處于對數(shù)生長期D.培養(yǎng)基中碳源濃度過高3.代謝控制發(fā)酵中，通過限制某種營養(yǎng)物質(zhì)（如生物素）提高谷氨酸產(chǎn)量的關(guān)鍵機制是（）A.抑制菌體生長，促進產(chǎn)物合成B.改變細(xì)胞膜通透性，加速產(chǎn)物分泌C.激活關(guān)鍵酶的活性D.阻斷副產(chǎn)物合成途徑4.以下關(guān)于補料分批發(fā)酵（Fed-batch）的描述，正確的是（）A.發(fā)酵過程中培養(yǎng)基體積恒定B.適合用于控制基質(zhì)抑制或分解代謝阻遏C.比連續(xù)發(fā)酵更易染菌D.產(chǎn)物生成速率始終高于分批發(fā)酵5.某發(fā)酵罐有效體積為50m3，空氣流量為1.2vvm（體積/體積·分鐘），則每分鐘通入的空氣體積為（）A.60m3B.50m3C.120m3D.30m36.衡量發(fā)酵過程中菌體生長與基質(zhì)消耗關(guān)系的參數(shù)是（）A.產(chǎn)物得率（Yp/s）B.菌體得率（Yx/s）C.比生產(chǎn)速率（qp）D.比耗氧速率（qO?）7.下列不屬于次級代謝產(chǎn)物的是（）A.青霉素B.乙醇C.紅霉素D.維生素B128.發(fā)酵過程中，若pH持續(xù)下降，最可能的原因是（）A.氮源消耗過多B.有機酸（如乳酸）積累C.通氣量過大導(dǎo)致CO?逸出D.菌體自溶釋放堿性物質(zhì)9.關(guān)于新型生物反應(yīng)器的描述，錯誤的是（）A.氣升式反應(yīng)器適合高黏度發(fā)酵液B.固定化細(xì)胞反應(yīng)器可提高產(chǎn)物濃度C.微藻光生物反應(yīng)器需優(yōu)化光照分布D.膜生物反應(yīng)器無法實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)物分離10.采用響應(yīng)面法（RSM）優(yōu)化發(fā)酵條件時，核心目的是（）A.確定單因素最優(yōu)值B.分析因素間交互作用C.降低實驗成本D.驗證模型預(yù)測準(zhǔn)確性二、填空題（每空1分，共20分）1.菌種選育中，紫外線誘變的主要作用靶點是DNA的________結(jié)構(gòu)，通常需在________條件下處理以避免光修復(fù)。2.發(fā)酵培養(yǎng)基中，玉米漿主要提供________，硫酸鎂的主要作用是________。3.好氧發(fā)酵中，溶氧的傳遞方程為________，其中KLa的單位是________。4.連續(xù)發(fā)酵的關(guān)鍵參數(shù)是________，其值等于________（公式）。5.代謝流分析（MFA）的核心是通過________平衡計算各代謝途徑的流量。6.下游分離中，鹽析法的原理是________，常用的鹽是________。7.發(fā)酵過程在線監(jiān)測的典型參數(shù)包括________、________、________（至少3個）。8.合成生物學(xué)改造菌種時，常用的工具酶包括________（如切割DNA）和________（如連接DNA）。9.極端環(huán)境微生物（如嗜熱菌）的發(fā)酵優(yōu)勢是________，但需注意________的設(shè)計。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的操作特點及適用場景。2.分析發(fā)酵過程中染菌的可能原因及快速檢測方法。3.說明如何通過控制溶氧（DO）提高次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量（以青霉素發(fā)酵為例）。4.比較固定化細(xì)胞發(fā)酵與游離細(xì)胞發(fā)酵的優(yōu)缺點。5.簡述基于組學(xué)技術(shù)（如轉(zhuǎn)錄組、蛋白組）的發(fā)酵優(yōu)化策略。四、計算題（每題10分，共20分）1.某大腸桿菌分批發(fā)酵實驗中，初始菌體濃度X?=0.5g/L，培養(yǎng)8小時后菌體濃度X?=25g/L（對數(shù)生長期）。假設(shè)菌體呈指數(shù)生長，計算：（1）比生長速率μ（h?1）；（2）倍增時間t_d（h）；（3）若培養(yǎng)至12小時，菌體濃度X??（g/L）。（注：ln2≈0.693，e≈2.718）2.某好氧發(fā)酵罐中，測得發(fā)酵液溶氧濃度為5mg/L（飽和溶氧濃度為8mg/L），菌體比耗氧速率qO?=15mmolO?/(g·h)，菌體濃度X=10g/L。已知發(fā)酵罐體積V=20m3，求：（1）總耗氧速率OUR（mmolO?/h）；（2）若KLa=200h?1，計算溶氧傳遞速率OTR（mmolO?/(L·h)）；（3）判斷此時溶氧是否處于平衡狀態(tài)（需說明理由）。（注：1mmolO?≈32mgO?）五、綜合分析題（20分）某公司采用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，近期出現(xiàn)以下異?，F(xiàn)象：發(fā)酵48小時后，菌體濃度（OD600）不再上升，檸檬酸產(chǎn)量僅為正常批次的60%，且發(fā)酵液pH從初始的4.5升至5.8。請結(jié)合發(fā)酵工程理論，分析可能的原因并提出改進措施。答案及解析一、單項選擇題1.C（液氮保藏不適用于對低溫敏感的微生物，如部分噬菌體）2.B（攪拌轉(zhuǎn)速提高可增加溶氧傳遞，但空氣流量受限會導(dǎo)致DO無法提升）3.B（生物素限制改變細(xì)胞膜磷脂合成，使谷氨酸分泌到胞外，解除反饋抑制）4.B（補料分批發(fā)酵通過流加培養(yǎng)基控制基質(zhì)濃度，避免抑制）5.A（50m3×1.2vvm=60m3/min）6.B（Yx/s=ΔX/ΔS，反映菌體生長與基質(zhì)消耗的關(guān)系）7.B（乙醇是初級代謝產(chǎn)物，由糖酵解直接生成）8.B（有機酸積累會導(dǎo)致pH下降，如乳酸、乙酸）9.D（膜生物反應(yīng)器可通過膜分離實現(xiàn)產(chǎn)物連續(xù)分離，減少反饋抑制）10.B（RSM通過設(shè)計多因素實驗，分析因素間交互作用對響應(yīng)值的影響）二、填空題1.嘧啶二聚體；避光2.生長因子（或氮源、維生素）；作為酶的激活劑（或維持滲透壓）3.dC/dt=KLa(C-C)-qO?X；h?1（或1/h）4.稀釋率D；D=F/V（F為流加速率，V為發(fā)酵體積）5.碳（或元素）6.中和蛋白質(zhì)表面電荷并破壞水化膜；硫酸銨7.溶氧（DO）、pH、溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、尾氣CO?（任選3個）8.限制性內(nèi)切酶；DNA連接酶9.減少雜菌污染；耐高溫設(shè)備（或反應(yīng)器材質(zhì)）三、簡答題1.操作特點及適用場景：-分批發(fā)酵：一次性投料和收獲，操作簡單但基質(zhì)濃度波動大；適用于次級代謝產(chǎn)物（如抗生素）或?qū)|(zhì)濃度敏感的發(fā)酵。-補料分批發(fā)酵：分批進料、間歇補料，可控制基質(zhì)濃度；適用于基質(zhì)抑制（如乙醇）或分解代謝阻遏（如葡萄糖對青霉素的阻遏）的場景。-連續(xù)發(fā)酵：連續(xù)進料和出料，穩(wěn)態(tài)操作，生產(chǎn)效率高；適用于初級代謝產(chǎn)物（如氨基酸）或需長期穩(wěn)定生產(chǎn)的過程，但染菌風(fēng)險高。2.染菌原因及檢測：-原因：設(shè)備泄漏（如罐體焊縫、閥門）、滅菌不徹底（培養(yǎng)基、空氣過濾失效）、操作污染（接種、取樣）、菌種帶菌。-檢測方法：鏡檢（觀察雜菌形態(tài)）、肉湯培養(yǎng)（發(fā)酵液接種斜面或液體培養(yǎng)基）、代謝參數(shù)異常（如pH突變、DO異常升高）、尾氣分析（CO?濃度波動）。3.溶氧控制與青霉素產(chǎn)量：青霉素是次級代謝產(chǎn)物，其合成與菌體生長階段（菌絲形態(tài)）密切相關(guān)。對數(shù)生長期需高溶氧（DO>30%飽和）以保證菌體生長；進入生產(chǎn)期后，溶氧需維持在20%-30%：過低會導(dǎo)致菌絲自溶，過高則促進副產(chǎn)物（如青霉酸）生成。通過調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速、空氣流量或富氧通氣，維持溶氧在臨界值以上，同時避免過度供氧引起的能量浪費。4.固定化細(xì)胞與游離細(xì)胞比較：-優(yōu)點：固定化細(xì)胞可重復(fù)使用，提高細(xì)胞濃度，減少產(chǎn)物抑制（如酒精發(fā)酵），簡化下游分離；-缺點：傳質(zhì)阻力大（限制底物/產(chǎn)物擴散），固定化載體成本高，細(xì)胞活性可能下降（如機械損傷）。5.組學(xué)技術(shù)優(yōu)化策略：-轉(zhuǎn)錄組：分析不同發(fā)酵階段基因表達(dá)差異，篩選關(guān)鍵酶（如產(chǎn)物合成途徑的限速酶）的編碼基因；-蛋白組：檢測差異表達(dá)蛋白，驗證轉(zhuǎn)錄水平結(jié)果，發(fā)現(xiàn)代謝調(diào)控節(jié)點（如反饋抑制的關(guān)鍵蛋白）；-代謝組：定量胞內(nèi)外代謝物，結(jié)合代謝流分析（MFA），確定代謝流分布，通過基因編輯（如CRISPR）強化目標(biāo)途徑，弱化副途徑。四、計算題1.（1）比生長速率μ：指數(shù)生長公式：X=X?·e^(μt)取自然對數(shù)：ln(X/X?)=μtμ=(ln25-ln0.5)/8=(3.2189-(-0.6931))/8=3.912/8≈0.489h?1（2）倍增時間t_d：t_d=ln2/μ≈0.693/0.489≈1.42h（3）X??：X??=X?·e^(μ×12)=0.5×e^(0.489×12)=0.5×e^5.868≈0.5×354≈177g/L2.（1）總耗氧速率OUR：OUR=qO?×X×V=15mmol/(g·h)×10g/L×20×103L=15×10×20,000=3,000,000mmol/h（2）溶氧傳遞速率OTR：OTR=KLa×(C-C)需將溶氧濃度轉(zhuǎn)換為mmol/L：飽和溶氧C=8mg/L=8/32=0.25mmol/L實際溶氧C=5mg/L=5/32≈0.156mmol/LOTR=200h?1×(0.25-0.156)mmol/L=200×0.094≈18.8mmol/(L·h)（3）溶氧平衡判斷：菌體耗氧速率（以體積計）=qO?×X=15×10=150mmol/(L·h)OTR=18.8mmol/(L·h)<150mmol/(L·h)，溶氧傳遞速率小于菌體耗氧速率，溶氧處于不平衡狀態(tài)，會持續(xù)下降。五、綜合分析題可能原因：1.營養(yǎng)限制：碳源（如葡萄糖）或關(guān)鍵微量元素（如Mn2?）耗盡，導(dǎo)致菌體停止生長；2.代謝異常：黑曲霉產(chǎn)檸檬酸需低pH（2-4），pH升至5.8可能抑制檸檬酸合成酶（如順烏頭酸酶）活性，促進草酸等副產(chǎn)物生成；3.染菌：雜菌（如細(xì)菌）污染消耗營養(yǎng)，產(chǎn)生堿性代謝物（如氨）導(dǎo)致pH上升；4.菌種退化：傳代次數(shù)過多或保藏不當(dāng)，菌種產(chǎn)酸能力下降，同時可能改變代謝途徑（如轉(zhuǎn)向合成菌體蛋白）；5.溶氧不足：菌體生長后期需氧量增加，若攪拌/通氣不足，導(dǎo)致菌體呼吸受限，轉(zhuǎn)向需氧較低的代謝途徑（如草酸合成）。改進措施：1.補料優(yōu)化：通過在線檢測（如葡萄糖傳感器）監(jiān)控碳源濃度，適時補加葡萄糖溶液，維持底物濃度在10-20g/L；2.pH