1. 烈性噬菌体与温和性噬菌体：烈性噬菌体是指在感染宿主细胞时能够在短时间内完成吸附、侵入、脱壳、合成、装配与释放5个阶段而实现其繁殖的噬菌体。侵入宿主细胞后，其基因组整合到宿主细胞的基因组上，并随着后者的复制而同步复制的噬菌体称为温和噬菌体。区别特点:烈性噬菌体侵入宿主细胞后一般会立即复制繁殖引起宿主的裂解死亡，而温和噬菌体因将其基因组整合到了宿主细胞的基因组中，其表达受到暂时性的抑制，所以不会引起宿主细胞的裂解死亡，但在一定的诱导条件下会被释放出来。
2. 基本培养基与完全培养基：基本培养基是仅能满足某野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基；完全培养基是指能满足一切营养缺陷型菌株营养要求的天然或半组合培养基。在基本培养基中补加各种营养物质即可成为完全培养基。基本培养基中不含生长因子。
3. 硝化作用与反硝化作用：硝化作用是硝化细菌在好氧条件下将氨氧化成硝酸盐的过程。反硝化作用是反硝化细菌利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把硝酸盐还原成亚硝酸、NO、N2O直至转变为氮气的过程。硝化作用与反硝化作用是氮素循环的两个相反的过程，是氮素循环中两种重要作用形式。
4. 初级代谢与次级代谢：初级代谢是微生物通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程。次级代谢是以初级代谢产物为前体，合成对微生物无明确功能的物质的过程。区别:初级代谢与次级代谢是微生物代谢活动中相互影响的二个过程，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体。次级代谢一般发生在菌体指数生长后期或稳定期，会受到环境条件的影响，某些催化次级代谢的酶专一性不高，大多数跟质粒有关。初级代谢跟微生物的生命活动密切相关。
5. 恒化器连续培养与恒浊器连续培养：恒化器连续培养是指在整个培养过程中通过保持培养基中某种营养物质浓度基本恒定而使细菌生长连续进行的培养方法。恒浊器连续培养是指通过连续培养装置中的光电系统保持培养基中菌体浓度恒定的连续培养方法。
6. 包涵体与伴孢晶体：包涵体是指当外源蛋白在大肠杆菌中高水平表达时，在细胞质内常常积聚大量的难溶的、非正确折叠的无活性外源蛋白聚集体。伴孢晶体是少数芽孢杆菌(如苏云金芽孢杆菌)，在其形成芽孢同时，在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体。伴孢晶体对昆虫有毒杀作用。
7. 遗传转化与转导：遗传转化是同源或异源的游离DNA分子（质粒和染色体DNA）被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。转导是由病毒介导把供体细胞中的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换整合使后者获得前者部分遗传性状的现象。遗传转化无需病毒介导且受体细胞必须处于感受态，转导分为普遍性转导和局限性转导。
8. 类病毒与朊病毒：类病毒是指一类没有蛋白质外壳的裸露的侵染性RNA分子。朊病毒又称“普利昂”或蛋白侵染子，是一类不含核酸的侵染性蛋白质分子。类病毒为单链环状RNA分子，朊病毒实质是蛋白质，它能引起宿主体内的同类蛋白质分子发生与其相似的感应性构象变化而致病。
9. 菌落与菌株：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长繁殖到一定程度形成肉眼可见的具有一定形态结构的子细胞生长群体即为菌落。菌株是指从自然界分离得到的任何一种微生物的纯培养物。菌落不一定是纯培养物，有可能是多种菌种混合的个体群。
10. 局限性转导与普遍性转导：局限性转导是通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成局限转导子的现象。普遍性转导是通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。主要区别在于:1.局限性转导中被转导的基因共价的与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中；2.局限性转导颗粒携带特殊的染色体片段并将固定的个别基因导入受体。
11. 灭菌与消毒：利用强烈的理化条件（如高温、高压等）杀死物体内外包括芽孢在内的所有微生物的措施称为灭菌。消毒是利用某种方法（条件通常温和）杀死或灭活物体表面或内部一部分对人体或动物、植物有害的病原菌的措施。灭菌后的物体不存在活的微生物，消毒对芽孢没有杀灭作用，且对消毒对象基本无害。
12. 微生物种群与群落：微生物种群是指生活在一定空间内具有相似特性的同种微生物个体群；群落是在一定区域或一定生态环境内，各种生物种群构成的一个生态学结构单位。种群是组成群落的基本组分。
13. 类病毒与卫星病毒：类病毒是一类不具有蛋白质外壳、裸露的侵染性的RNA。卫星病毒是寄生于与之无关的辅助病毒的基因产物的病毒。卫星病毒的基因组是缺陷的，是自然界中一种绝对缺损病毒，必须依赖于辅助病毒才能复制。
14. 芽孢与孢子：芽胞是细菌生长发育后期形成一个圆形或椭圆形的、具有强抗逆性的休眠体。孢子是真菌通过有性生殖和无性生殖而形成的生殖细胞。区别：功能上，芽胞为抗逆性的休眠体，孢子为繁殖功能的生殖细胞；产生部位和数量，芽胞只在细胞内形成，且一个细胞只产生一个；孢子可在细胞内或外形成，而且1条菌丝或1个细胞可产生多个。
15. 反义RNA与RNA干扰：反义RNA是含有能与另一“靶”RNA互补结合的碱基序列的RNA，它具有调节基因表达的功能。或指可与mRNA或有义DNA链互补导致正常翻译终止的RNA分子。在原核生物中是调节基因表达的一种天然机制，调节作用主要在翻译水平，也包括少数在转录或DNA复制前引物加工水平。RNA干扰是指在进化过程中高度保守的，由双链RNA诱发的，同源mRNA高效特异性降解的现象，它是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象，是基因转录后沉默的一种方式。
16. 变种与生理小种：变种又称亚种，是当某一种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分为新种的更小的分类单位。生理小种是指同种病原体内的不同种群在形态上没有什么差异，但在生理生化特征、培养性状、致病性等方面存在差异的生物型或生物型群。
17. 分子系统发育树与三域学说：分子系统发育树又称分子系统树，是通过比较生物大分子序列差异的数值而构建的系统树。三域学说是美国伊利诺斯大学的伍斯等人通过对大量生物的16S和18S rRNA的寡核苷酸序列测序，并比较其同源性水平，将生物界分为细菌域、古生菌域和真核生物域的学说。三域学说是分子系统发育树的具体应用。
18. 生物冶金与活性污泥法：生物冶金又称湿法冶金，是指以细菌为主体的微生物技术应用于矿产资源的提取冶金。在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。活性污泥法是指以活性污泥为主体的废水生物处理的方法。
19. 菌株与分离物：菌株是指从自然界分离得到的任何一种微生物的纯培养物。分离物在微生物学中，多指从四大微生物类的菌体或培养物中分离出来的化学或生物活性物质，也或一般来说是指在分菌的时候得到的可能是纯种的微生物。
20. 寄生与拮抗：寄生一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的细胞、体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。拮抗又称抗生，是指由某种生物所产生的特定代谢产物可以抑制他种生物生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。
21. 转化与转导：转化：由细胞自溶等释放DNA片段后，受体菌直接吸附并吸收来自供体菌的DNA片段，在体内经配对、交换与整合成为自体基因组的部分，再经复制形成一个转化子的过程。其特点是不需要中间载体。转导：经完全或部分缺陷噬菌体等媒介，将供体菌的小片段DNA携带至受体菌中，经配对、双交换后整合至供体菌内而获新的遗传性状的过程。其特点是需要中间载体。区别：是否通过中间媒介使目标DNA片段进入受体菌。
22. 发酵作用（狭义的）与呼吸作用：发酵作用：有机物在无氧条件下氧化所释放的电子不经呼吸链传递、直接交给某一内源氧化性中间物的一种生物氧化作用。呼吸作用：有机物氧化所释放出的电子经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的一种生物氧化过程。区别：电子载体是将电子直接传递给底物降解的中间产物，还是交给电子传递系统并交给最终电子受体。
23. 水体的富营养化作用与水花（华）： 水体富营养化是指水体中存在大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物含量过高而引起水体表层蓝细菌和藻类等过量生长的现象。水华是发生在池、江、河、湖或水库等淡水水体中因富营养化而引起的藻类过度繁殖的自然现象。水花是由水体富营养化而造成的典型的水污染现象。
24. 细菌素与抗生素：细菌素是指细菌产生的能够抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物。抗生素是指由某些生物合成或半合成的，一类可以抑制微生物生长或杀死微生物的次级代谢产物或衍生物。细菌素不具有抗生素杀菌作用的广谱性，一般是通过核糖体直接合成的多肽类物质，其合成的结构基因多位于质粒或转座子上；抗生素大多是次级代谢产物，一般无结构基因，相关酶的基因多在染色体上。
25. 活性污泥与生物膜：活性污泥是指由活细菌、原生动物和其他微生物群与污（废）水中的有机、无机固体物聚集在一起形成的絮凝团，它在污水处理中具有很强的吸附、分解有机物或毒物的能力。生物膜又称生物被膜，是指生长在潮湿通气的固体表面的一层由多种活微生物构成的黏滑的暗色菌膜，能氧化、分解污水中有机物或某些毒性物质。
26. 外毒素与内毒素：外毒素是细菌在生长过程中合成并分泌到胞外的毒素，也有存在于细胞内当细菌溶解后才释放的情况。内毒素即革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖（LPS），是菌体裂解时释放的毒素。外毒素通常为蛋白质，具有强免疫原性且热稳定性差，多由G+产生。内毒素抗原性弱，耐热性强，由G-产生。
27. 转染:用提纯的病毒核酸（DNA或RNA）去感染宿主细胞或原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。
28. 卫星RNA:是一类存在于某专一病毒颗粒的衣壳内，并完全依赖后者才能复制自己的小分子核酸。
29. 干扰素:是宿主细胞在病毒等多种诱生剂刺激下产生的一类相对分子质量低的糖蛋白，分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型包括α和β干扰素，分别由白细胞和成纤维细胞产生；Ⅱ型为γ干扰素，主要由T淋巴细胞产生，又称免疫干扰素。干扰素作用于宿主细胞，使之合成抗病毒蛋白、控制病毒蛋白质合成，影响病毒的装配释放，具有广谱抗病毒功能。
30. 选择性突变型与非选择性突变型:凡能用选择性培养基快速选择出来的突变表型，称为选择性突变型，反之则为非选择性突变型。选择性突变表型包括营养缺陷型、抗性突变型和条件突变型；非选择突变型包括形态突变型、抗原突变型和产量突变型。
二、问答题
1. 溶源菌的概念和主要特性是什么，如何区别真正抗噬菌体菌株和溶源菌？
答: 溶源菌又称溶源性细菌，是指细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌。主要特征:在被感染后噬菌体的复制被抑制，噬菌体的基因组整合到其基因组中，并与其染色体同步复制，而且能够随细胞分裂传递给子代细胞。区别真正抗噬菌体菌株和溶源菌方法:真抗性与溶源性的区别试验。诱发裂解，用紫外线、氮芥、环氧化物等理化因子处理可产生裂解。菌株的抗噬菌体特性具有遗传的相对稳定性。抗性表现力多种多样，可因细胞壁结构的改变而阻止噬菌体吸附侵入，也可因生理代谢的改变，使噬菌体不能侵染，即使侵染后也不能增殖释放。这些菌株都具有真正的抗性。溶原性菌株则因细胞中存在原噬菌体，对同一类型噬菌体具有免疫性。表面上看来，这种菌株具有抗性，但可采用物理、化学因素诱导不同的敏感菌看它是否会释放噬菌体。出现噬菌斑的菌株就是溶源菌，而不是真正抗性菌。
2. 请描述大肠杆菌色氨酸操纵子中弱化子作用的原理。
答: 大肠杆菌色氨酸操纵子的弱化子是位于操纵子的前导区内类似于终止子结构的一段DNA序列，包括1、2、3、4四个彼此互补的区域。它能编码一条末端含有多个色氨酸的多肽链称为前导肽。当色氨酸缺乏时，tRNA trp 也缺乏，前导肽不被翻译，核糖体在两个相邻的色氨酸密码子处停止，阻止了1:2配对，而使2:3配对，因此不能形成3:4配对的茎环终止子结构，将RNA聚合酶放行越过先导区进入结构基因，结果导致操纵子表达。如果色氨酸过量，则可得到tRNA trp ，前导肽被翻译使核糖体通过色氨酸密码子的位置，前导肽被正常翻译，核糖体阻止2:3配对导致3:4配对，终止信号出现，从而导致转录在尿苷残基顺序上中断。通过以上弱化子的作用大肠杆菌实现了对色氨酸代谢的精细调控。
3. 请分析真核基因在原核细胞中将遇到哪些困难？可采用哪些措施加以解决？
答: 遇到的困难有①真核生物的启动子不能被原核细胞的RNA聚合酶所识别②真核生物基因含有内含子，原核细胞缺乏将它门的转录物进行拼接加工的机制③真核生物的mRNA上没有SD序列，因此不能与原核细胞的核糖体结合④真核生物的基因产物往往需要翻译后加工，原核细胞缺乏有关的加工酶⑤真核生物基因表达后的蛋白质易被原核细胞蛋白酶所降解等；采取的措施①可以先将真核基因中的内含子去掉，组成只含有外显子的基因序列，再将此基因序列添加上原核生物有关基因表达调控的相关调控序列，组成一个完整的能被原核细胞识别并表达的基因序列，然后导入到原核细胞中②将真核生物中的基因表达成cDNA文库，挑选出所需要的基因片段，然后将其置于原核细胞的启动子，SD序列，终止子等调控序列的控制下。
4. 请分析古生菌与真细菌在哪些方面存在差异？为什么说古生菌可能是地球早期的生命形式？
答：形态特征区别：具有独特的细胞形态，比如：叶片状、丛生鞭毛球状、棍棒状、盘状，菌落具有鲜艳的颜色。细胞壁组成区别：古生菌细胞壁有假肽聚糖细胞壁、独特的多糖细胞壁、硫酸化多糖细胞壁、糖蛋白细胞壁和蛋白质细胞壁。细胞膜组成区别：古生菌细胞质膜中的亲水头与疏水尾是通过醚键链接的、组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位、细胞质膜中存在着独特的单分子层或单双分子层混合膜、细胞膜上含有多种独特脂质，如：番茄红素、视黄醛、α-胡萝卜素等。转录调控方面的区别：古生菌的转录调控机制基本上采用了原核生物简单而经济的方式，即以操纵子为单位进行转录调控，但是也有类似于真核生物的激活调节机制。生存条件的区别：古生菌一般为嗜极菌，能够在极端环境下(如高温、强酸、高压等)生长。有无内含子:许多古生菌有内含子。呼吸类型:严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型。古生菌的生存环境与早期地球高热、高盐、高湿、低pH及无氧并充满还原性气体的环境极其相似，只有克服和适应这种极端环境的生物才能得以生存和繁衍下去，总得来说就是因为它们厌氧、化能有机或化能无机的营养代谢等表型特征能符合所推测的早期地球化学条件下原始生物的表型特征，因此说古生菌可能是地球早期的生命形式。
5. 以黄铜矿（CuFeS2）为例，分析利用氧化亚铁硫杆菌进行生物冶金的基本原理及其具有的优点。
答：以黄铜矿为例，利用氧化亚铁硫杆菌进行生物冶金可分为3个环节:①溶矿。通过浸矿剂Fe2(SO4)3或H2SO4的作用生成大量的CuSO4，反应方程如下:
CuFeS2＋2Fe2(SO4)3＋2H2O＋3O2 → CuSO4＋5FeSO4＋2H2SO4；
②置换。采用铁屑置换出铜(海绵铜)，待进一步加工；③再生浸矿剂。这是利用微生物冶金的关键一步。用氧化亚铁硫杆菌生产和再生浸矿剂Fe2(SO4)3和H2SO4。反应方程式为：
4FeSO4＋2H2SO4＋O2 → 2Fe2(SO4)3＋2H2O；
2S＋3O2＋2H2O → 2H2SO4。两个反应都是由氧化亚铁硫杆菌催化。
生物冶金的优点有：投资少，成本低，操作简便，污染少以及规模可大可小，尤其适合于贫矿、废矿、尾矿或火冶金矿渣中金属的浸出。生物冶金特别适用于次生硫化矿和氧化矿的浸取，其浸取率可达70％～80％，也适用于锰、镍、锌、钴和钼等硫化矿物或铀和金等若干稀有金属的提取。
6. 浸矿微生物属于哪一类营养类型的微生物，通常可以从哪些环境中分离得到，为什么？
答：化能(无机)自养型。通常可以从酸性环境中(如各种酸矿水、酸热泉、火山湖及地热泉等)分离得到。浸矿微生物为化能(无机)自养型，通过氧化无机物来为自身的生命活动提供能量，这些环境可以为浸矿微生物提供还原态无机物，为其产能提供物质基础。浸矿微生物大多数为嗜酸菌，一般氧化硫、铁等还原无机物，生成酸性的硫酸高铁和硫酸，使细胞所处环境呈酸性，细胞内外产生质子浓度差为ATP的合成提供动力，进而为其自身提供能量。此外，浸矿微生物对酸性环境具有抗性，可以很好的适应这种酸性环境，且能在酸性环境下生长繁殖，所以能从酸性环境中分离得到。
7. 发酵工业为何常遭噬菌体的危害？如何检验、预防和治理？
答：发酵工业中，使用的微生物作为噬菌体的宿主，如果预防不善很容易遭受噬菌体的危害。(1)检测:标本应加入抗菌素除菌；研磨或超声波处理破碎细胞，以使细胞内病毒充分释放出来；经处理后一般应立即接种。标本接种与感染表现应根据病毒的宿主范围和组织嗜性选择试验宿主。标本经稀释再接种于细菌平板中，表现为噬菌斑。(2)预防与治理。绝不使用可疑菌种，严格保持环境卫生，不任意丢弃和排放有生产菌种的菌液，注意通气质量，加强发酵罐和管道灭菌，不断筛选抗噬菌体菌株，经常轮换生产菌种等。
8. 简述微生物在地球碳、氮、硫物质循环中的重要作用？
答: 微生物在碳循环作用:初级生产者把CO2转化成有机物，微生物可以将初级生产者和其他营养级的生物残体最终分解转化成CO2重新被生产者利用。同时微生物也能使非常丰富的生物多聚物得到分解。在氮循环作用:微生物是氮循环的核心生物，氮循环由六种氮化合物的转化反应所组成，包括固氮、铵同化、氨化（脱氨）、硝化作用、硝酸盐还原和反硝化作用，微生物能够参与所有这些反应。在硫循环中作用:硫的地球物质循环包括还原态无机硫化物的氧化、异化硫酸盐还原、硫化氢的释放(脱硫作用)、同化硫酸盐还原，微生物参与所有这些循环过程。
9. 那三大经典实验证明了核酸是遗传物质，简述其实验情况。
答：(1)证明核酸是遗传物质三个经典实验是：①肺炎双球菌的转化实验；②噬菌体的感染实验；③植物病毒的重建实验。(2)转化实验是将肺炎双球菌的致病株（S型菌株）和无毒株（R型菌株）分别或混合感染小鼠，进行动物接种试验、细菌培养试验和S型菌的无细胞抽提液实验，结果表明灭活的S型菌株具有小鼠致死因子，使R型菌株转化为S型菌株的转化物——DNA。(3)噬菌体感染实验是将大肠杆菌培养在含放射性32P或35S标记的磷源或硫源的组合培养基中，再用噬菌体侵染获得含32P-DNA的噬菌体或含35S-蛋白质噬菌体，然后分别用32P-DNA的噬菌体和35S-蛋白质噬菌体感染新的大肠杆菌，10分钟后，捣碎使空壳脱离，离心，分别测定上清和沉淀中放射性量，并对沉淀物进一步培养，观测子代噬菌体的产生情况。实验发现，在噬菌体的感染过程中，其蛋白质外壳未进入宿主细胞，进入宿主细胞的虽只有DNA，但经增殖、装配后，却能产生一大群既有DNA核心又有蛋白质外壳的完整噬菌体颗粒。从而证明，在其DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。(4)植物病毒的重建实验是将烟草花叶病毒（TMV）和车前花叶病毒（HRV）的蛋白质外壳和核酸分离后，重新组合，组成由TMV-RNA与HRV-蛋白质外壳重建的杂合病毒I以及由TMV-外壳蛋白与HRV-RNA重建的杂合病毒II，用它们分别感染烟草，前者出现典型的TMV病斑，后者出现典型的HRV病斑。从而说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。
10. 从地球物质循环方面来看，浸矿微生物主要氧化那两个元素？并列举两种常见的浸矿微生物，说明它们在浸矿过程中的作用。
答: ①主要氧化铁和硫两种元素；②常见的浸矿微生物有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁微螺菌和氧化铁杆菌；③微生物浸矿过程中，浸矿微生物参与浸矿剂的再生。氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌能够通过氧化作用将亚铁变为三价铁，产生酸性硫酸高铁可以作为矿物氧化铜还原性铁离子；同时它们也可以通过将低价硫氧化为硫酸，进而将矿物中的金属浸出。
11. 何谓分解代谢阻遏？在含有乳糖和葡萄糖的培养基中，微生物的生长会出现什么现象？请从操纵子模型解释这一现象。
答:(1)分解代谢物阻遏又被称为葡萄糖效应，当培养基含有多种能源物质时，微生物首先利用更易于分解利用的能源物质，而首先被利用的这种物质的分解对利用其它能源物质的酶产生有阻遏作用；(2)会出现两个生长高峰，第一个是利用葡萄糖的，第二个是利用乳糖的；(3) 该现象的产生是由于乳糖操纵子受到了葡萄糖分解代谢物的阻遏，该机制涉及一种激活蛋白对乳糖操纵子转录的调控。这种激活蛋白是一种变构蛋白，当它与cAMP结合后构象发生变化，这时才能与操纵子DNA结合并促进RNA聚合酶的结合。cAMP由腺苷酸环化酶催化ATP而产生，葡萄糖能抑制cAMP形成并促进cAMP分泌到胞外。葡萄糖进入细胞后，胞内的cAMP水平下降，RNA聚合酶不能与启动子结合。因此，乳糖操纵子就不能表达。当葡萄糖消耗完以后，这种抑制作用解除，乳糖操纵子的功能正常表达。
12. 肽聚糖单体由哪几个部分组成？何谓革兰氏染色？试从肽聚糖的结构变化说明革兰氏染色的机制。
答: ①肽聚糖单体由三部分组成:双糖单位，由一个N-乙酰葡糖胺通过β-1,4糖苷键与另一个N-乙酰胞壁酸相连；四肽尾或四肽侧链，由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成；肽桥或肽间桥，连接前后两个肽尾分子的桥梁。肽聚糖的多样性变化主要反应在肽桥上。②革兰氏染色是指通过结晶紫初染、碘液媒染、脱色(乙醇或丙酮)和复染(沙黄或番红)使不同的细菌染上不同的颜色，其机制是细菌之间细胞壁化学成分存在差异。革兰氏染色是细菌学中广泛使用的一种鉴别染色方法，由丹麦学者革兰发明，它根据染上的颜色把细菌分为两大类，即革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)。③革兰氏染色的机制:通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物。革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙酮作脱色处理时因失水使网孔缩小，再加上它不含类脂，所以乙醇处理不会溶出缝隙，而把结晶紫和碘的复合物滞留在壁内呈现紫色。革兰氏阴性菌的细胞壁薄、外膜类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能将结晶紫与碘复合物留在壁内，经乙醇脱色后呈无色，再经沙黄等红色染料复染后使革兰氏阴性菌为红色，同时革兰氏阳性菌仍保留紫(加红)色。
13. 何谓“三界生物”理论，伍斯创立这一理论主要依据何种基因序列信息？为什么选用这一基因作为进化与分类的指征？目前这一理论遇到什么挑战？
答：(1)三界生物理论把生物分成三界（后来改称三个域）：古生菌、真细菌和真核生物；(2)伍斯创立这一理论主要依据16S rRNA(古生菌和真细菌)或18S rRNA（真核生物）基因序列同源性的比较。(3)选用16S rRNA或18S rRNA作为进化与分类指征的主要原因是：它们普遍存在原核生物和真核生物的细胞中；参与生物蛋白质的合成过程，有重要而稳定的生理功能；在细胞中含量较大、易于提取；在细胞中不像质粒DNA那样会转移而稳定的；既含有高度保守的序列区域又有中度和高度变化的序列区域，适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系比较；含有足以广泛比较各类生物的信息量，且分子量适中，便于序列分析。(4)目前这一理论遇到的挑战是：随许多微生物基因组测序比较表明，16S和18S rRNA寡核苷酸测序很难代表全基因组的分子进化，许多真核生物基因组及其具有代表性的功能蛋白则更近于细菌而非三域中所指的与古生菌相邻，随着各种生物全基因序列的揭示，三域学说必将面临更大的考验。
14. 为什么浸矿微生物通常容易从酸性环境中分离得到？它们通常是否容易通过固体平板培养进行分离纯化？为什么？
答：浸矿微生物为化能(无机)自养型，通过氧化无机物来为自身的生命活动提供能量，这些环境可以为浸矿微生物提供还原态无机物，为其产能提供物质基础。浸矿微生物一般氧化硫、铁等还原无机物，生成酸性的硫酸高铁和硫酸，使细胞所处的环境显酸性。此外，因为浸矿微生物大多为嗜酸菌，其外被需要高H+来维持其结构，且其细胞壁、细胞膜具有排斥H+，对H+不渗透或把H+从细胞内排出的机制，因而能够在酸性条件下生长繁殖，故能从酸性环境中分离得到。通常容易通过液体培养基进行分离纯化，浸矿微生物的生长环境一般为酸性液体环境，且以CO2为唯一碳源，液体环境有利于CO2的吸收。再因其为化能无机营养类型，对培养基的要求简单，培养基是完全的无机培养基，其他大多数的有机营养类型很难在此培养基上生长，因此分离纯化相对容易。
15. 何谓微生物的初级代谢与次级代谢？它们之间的主要区别在哪些方面？
答: 初级代谢是微生物从外界吸收的各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动的物质和能量的过程；次级代谢是指微生物在一定生长时期，以初级代谢物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。主要区别有：初级代谢为微生物生命活动所必需，它一直存在微生物的生命历程中，为微生物所必需；对环境的变化不敏感，参与的酶专一性都很强。次级代谢一般发生在菌体指数生长后期或稳定期；会受到环境条件的影响；某些催化次级代谢的酶专一性不高；而且大多数跟质粒有关。
16. 蓝白斑筛选是通过哪种基因重组方式来进行重组克隆子筛选的？属于哪一种类型的突变表型效应？说明其所涉及到的主要试剂及筛选原理。
答: 通过特异位点重组的方式(异常重组也称复制性重组方式)来进行重组克隆子筛选；属于营养缺陷型；所涉及的主要试剂: X-gal、IPTG(异丙基硫代-β-D-半乳糖苷)、氨苄青霉素(Amp)；筛选原理: 携带lacZ’ 基因的一段序列的载体能够编码β-半乳糖苷酶的α肽。而宿主细胞含lacZ ΔM15 的突变基因，其产物没有β-半乳糖苷酶活性，但在IPTG的诱导下，遇α肽可发生α互补作用，产生具有生物活性的酶，使培养基中无色物质X-gal分解，菌落呈蓝色；若将外源基因插入到载体上lacZ’ 的序列中，失去α互补作用，结果带有外源基因的菌落呈白色，不带外源基因的菌落呈蓝色，从而将两者区分开来。
17. 微生物在生态系统中扮演了哪些角色？自然界的氮可分为哪“三板块”？并论述微生物在自然界氮素循环的作用。
答：微生物在生态系统中的角色有:有机物的主要分解者；物质循环中的重要成员；生态系统中的生产者；物质和能量的储存者；地球生物演化的先锋种类。“三板块”是氮气，硝化物，氨基酸。地球氮循环作用：(1)固氮作用：在固氮微生物作用下将氮气转变为氨的过程；(2)氨化作用：在腐生微生物的作用下将有机氮转变为氨的过程；(3)硝化作用：在好氧条件下，硝化细菌将氨氧化成硝酸盐的过程；(4)硝酸盐还原和反硝化作用：硝酸盐还原包括同化性硝酸还原和异化性硝酸还原。同化性硝酸还原：硝酸盐被还原成亚硝酸盐和氨进而被同化成氨基酸进入生物体。异化性硝酸盐还原：在厌氧或微氧条件下，以硝酸盐为最终电子受体的无氧呼吸作用。反硝化作用：硝酸盐作为最终电子受体通过反硝化细菌被还原成一氧化二氮和氮气返回大气。
18. 简述水体富营养化污染的基本过程与原理。
答：(1)水体富营养化：指水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物含量过高而引起水体表层蓝细菌和藻类等过量生长的现象。(2)污染的过程与原理：水中因含有大量的N、P等有机物而富营养化造成藻类等过量生长，产生大量的有机物；异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧；使厌氧菌开始大量生长和代谢，分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味；鱼和好氧微生物因缺氧大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色，进而又加剧了水体的污染。
19. 大多数浸矿微生物属于哪一营养类型的微生物，它们可以通过哪些途径获得能源和碳源？并写出其氧化产能的两个化学反应方程。
答：化能(无机)自养型。可以通过氧化硫、铁和各种还原态的无机物、光能等获得能源，碳源可以通过吸收空气中的CO2(唯一碳源)来获得。化学产能方程:
2S＋3O2＋2H2O → 2H2SO4
4FeSO4＋2O2＋2H2SO4 → 2Fe2(SO4)3
20. 在含有乳糖和葡萄糖的培养基中，微生物的生长会出现什么现象？请从操纵子模型解释这一现象。
答: 会出现两个生长高峰，第一个是利用葡萄糖的，第二个是利用乳糖的；
该现象的产生是由于乳糖操纵子受到了葡萄糖分解代谢物的阻遏，该机制涉及一种激活蛋白对乳糖操纵子转录的调控。这种激活蛋白是一种变构蛋白，当它与cAMP结合后构象发生变化，这时才能与操纵子DNA结合并促进RNA聚合酶的结合。cAMP由腺苷酸环化酶催化ATP而产生，葡萄糖能抑制cAMP形成并促进cAMP分泌到胞外。葡萄糖进入细胞后，胞内的cAMP水平下降，RNA聚合酶不能与启动子结合。因此，乳糖操纵子就不能表达。当葡萄糖消耗完以后，这种抑制作用解除，乳糖操纵子的功能正常表达。
21. 微生物学中那几项技术是独特的？简述其原理和方法及对现代生物学发展所作的贡献。
答: 微生物学中的独特技术有:无菌技术、培养基配制技术、固体培养基分离纯化微生物技术、菌种保藏、诱变育种技术。无菌技术原理:通过对操作器具以及操作环境的灭菌来创造一个无菌的操作过程，防止自身和杂菌污染。培养基配制技术原理:根据微生物对营养物和生长条件的要求，按适当比例添加一定的营养物并优化培养基条件来使微生物能够生长。固体培养基分离纯化微生物技术原理:微生物能够在培养基上正常生长而形成一定的肉眼可见的菌落，挑取单个菌落进行划线或梯度稀释使微生物能够以单个细胞的状态在固体平板生长繁殖而获得纯化。菌种保藏技术原理:微生物在生长不利的条件下能够产生抗逆性极强的芽孢或大大降低代谢水平，利用这些特点使微生物得到保存。无菌技术可以保持微生物纯培养物的纯度，防止其他微生物的混入，它是保证微生物学研究正常进行的关键。培养基配制技术使人工培养、控制微生物的生长成为可能，给微生物的研究奠定了基础。固体培养基分离纯化技术使微生物的研究从自然界转移到了实验室，并对单个物种的微生物研究提供了技术基础，是微生物学研究的基本技术。菌种保藏保证了微生物研究和应用工作的顺利进行。方法:无菌技术:火焰或试剂对器具消毒，操作环境在超净工作台内，规范的无菌操作。培养基配制技术:按比例称量营养物质，溶于适宜的溶剂内，添加适当凝固剂，灭菌。固体培养基分离纯化技术:平板划线法和梯度稀释法。菌种保藏技术:冷冻保藏法，传代培养保藏法，干燥保藏法。
22. 简述科赫法则的内容与意义。
答: 内容是:病原微生物总是出现在患病的动物中而健康个体中不出现；将微生物从动物体分离出来并培养为纯培养物；把纯培养物接种到敏感健康的动物体后出现特有的症状；进一步再从患病的实验动物中把该微生物重新分离出来并在实验室中再次培养，最后它仍然与与原始微生物相同。意义:科赫法则为病原微生物学系统研究方法的建立奠定了基础，使其成为一门独立的学科；使人们对病原微生物及其引起的疾病有了深入的了解，对微生物引起的疾病的治疗具有向导作用等。
23. 比较真菌、细菌、病毒在形态构造、繁殖方式和分类鉴定方面的主要区别。
答: 1.形态构造：(1)真菌：形态比较大，大多为多细胞（少数单细胞）真核生物，有细胞核和细胞器(2)细菌：形态比较小，大多为单细胞原核微生物，有细胞壁但无细胞核和细胞器(3)病毒：形态最小，非细胞生物，主体为核酸和蛋白质。2.繁殖方式：真菌：孢子为主；细菌：二分裂为主；病毒：DNA复制与装配。3.分类鉴定：(1)真菌：以形态为主，一般使用光学显微镜即可(2)细菌：以生理生化指标为主，需要使用高倍光学显微镜才能观察其形态(3)病毒：以分子特征为主，需要使用电子显微镜才能观察其形态。
24. 某突变菌株在基本培养基上无法生长，而在添加了0.1%碱水解酵母核酸后，该菌株能生长。请设计一实验以进一步确定该菌株的生长必需物。
要点:它是核酸营养缺陷型。可采用生长谱法，分别配制缺A、G、C、T和U其中一物的混合液，添加到该菌的基本培养基中，将该菌株分别接入到不同的培养基中，即可判断是哪种或哪几种核苷酸缺陷型。
答: 1. 配制完全培养基培养该突变菌株，获得平板纯培养物。2. 配制基本培养基，分别配制缺A、G、C、T和U其中一物的混合液，分别添加到编号A-,G-,C-,T-,U-的基本培养基中制成缺一种碱基的基本培养基平板。3. 用影印法将1中平板中的菌落分别影印接种到2中的五个平板上，适宜条件下培养。4. 培养一段时间后，出现可见菌落，对比3中的五个平板和1中平板相同位置的菌落生长状况。5. 结果分析。该突变菌株的生长必需物可能有一种，两种，三种，四种和五种都需要。
25. 微生物在生态系统中扮演了那些角色？试以硫循环为例说明微生物在其中所起的作用并说明硫氧化作用的主要微生物类群（按照营养类型）。
答：微生物在生态系统中的角色有:有机物的主要分解者；物质循环中的重要成员；生态系统中的生产者；物质和能量的储存者；地球生物演化的先锋种类。以硫循环为例，硫循环包括还原态无机硫化物的氧化、异化硫酸盐还原、硫化氢的释放和同化硫酸盐还原，微生物参与所有这些循环。在硫的氧化中，无机硫化物(如S、H2S、FeS2、S2O32-和SO32-等 )被微生物氧化成硫酸。硫酸盐和硝酸盐相似，可以被微生物还原成H2S，H2S可以在胞内被结合到细胞组分中，微生物还可将硫酸盐作为末端电子受体将其还原成不被同化的H2S，前者是同化硫酸盐还原，后者是异化硫酸盐还原也称反硫化作用。生物残体和残留物中的含硫有机物可经微生物分解作用释放出H2S、CH3SH、(CH2)3S等含硫气体。硫氧化作用的微生物类群一般可分为两个不同的生理类群，包括好氧或微好氧的化能营养硫氧化菌和光营养硫细菌。此外异养微生物(如曲霉、芽孢杆菌、和微球菌)也具有氧化能力。
26. 微生物产生的抗生素为什么不能杀灭自身？
答: 微生物产生抗生素不能杀灭自身的原因有:①微生物可以通过合成抗生素的基因与其抗性基因的重叠来进行相互协调，保证了一种具有潜在毒性的抗生素的生物合成基因在其抗性基因有效表达之后才开始表达②抗生素作用的靶子在合成抗生素的微生物细胞内被修饰，使抗生素作用的部位对其敏感性降低，进而减轻抗生素的影响③合成的抗生素在细胞内受到自身的修饰或呈非活性的结构，以无活性状态存在与细胞内，而分泌到胞外时再去掉修饰和由某种膜蛋白催化，使其在胞外成为具有活性的结构。通过这样作用，微生物产生的抗生素才对自身不具有危害性，从而达到保护自身的作用。
27. 简述肽聚糖的结构并说明青霉素的抗菌机理与作用特点。
答：1.肽聚糖的结构：由N-乙酰葡糖胺与N-乙酰胞壁酸借β-1，4糖苷糖连接为聚糖骨架，与四肽侧链或四肽尾相连，再通过肽间桥连接前后两个四肽侧链构成。2.青霉素抗菌作用机理：革兰氏阳性菌细胞壁主要由粘肽构成，合成粘肽的前体物，需在转肽酶的作用下，才能交互联结形成网络状结构包绕着整个细菌，青霉素的化学结构与合成粘肽的前体物的结构部分相似，竞争地与转肽酶结合，使该酶的活性降低，粘肽合成发生障碍，造成细胞壁缺损，导致菌体死亡。3.青霉素的杀菌作用特点为：①对革兰阳性菌作用强，对革兰阴性菌作用弱；②对繁殖期细菌有作用，对静止期细菌无作用；③因为哺乳类动物和真菌细胞无细胞壁，故青霉素对人毒性小，对真菌无效。
28. 简述现代基因组学技术的发展对原核微生物种的概念的新认识。
答: 现代基因组学技术包括核酸序列分析，核酸碱基组成分析，核酸分子杂交等。随着现代分类学的不断进步，将有越来越多的分类单元不能以表型特征进行鉴别，必须测定基因型特征才能鉴定，现代基因组学技术的发展正好符合了这一要求。传统的根据原核生物形态特征来进行分类的方法由于可利用的形态特征少有很大的局限性，而且表型特征在不同类群中进化差异也很大，因此应用范围受到限制，而通过核酸碱基C+G的含量差别分析比较可以很好的判断出原核生物间亲缘关系的相近程度；通过比较原核生物rRNA，尤其是5S rRNA和16S rRNA的序列分析发现了古生菌，由此伍斯等人创立了三域学说，将生物界分为古生菌、真细菌和真核生物。正是由于现代基因组学技术的发展，才使得以上成就得以实现，对原核微生物种的认识进一步加深。★产甲烷的细菌，嗜热的细菌是人们早就熟知的细菌，过去只注重了它们产甲烷和耐热性的特性，一直归为真细菌的范畴。直到20世纪70年代后，由于现代基因组学技术尤其是16S rRNA序列分析方法的不断完善，才对甲烷细菌、嗜热细菌、嗜盐细菌等极端环境微生物的研究逐步深入，进而对古生菌的系统发育有了了解和认识。
29. 如何通过诱变技术获得一株His-的大肠杆菌菌株？（简要写出你的技术路线）
答: 1.先获得野生型大肠杆菌纯培养物。2.诱变：可选用多种诱变法，如紫外线诱变法，将一定浓度的野生型大肠杆菌菌液（可分成几等分分别做实验）放在一定强度的紫外灯下照射。注意菌液不可太稀太浓，操作应在黑暗(或红光)的条件下进行，只允许有紫外光，以免光修复造成突变失败。3.诱变后培养：将上述诱变后的大肠杆菌菌种液分别涂抹接种在配好的完全培养基上(牛肉膏-蛋白胨培养基)，倒置培养过夜。4.筛选：配置好基本培养基，添加一定浓度的His氨基酸营养液(必需氨基酸都要添加)，制成His的补充培养基，再用影印法将3中的大肠杆菌菌落分别影印到His的补充培养基和基本培养基上，倒置培养过夜。5.挑取：对比完全培养基、His补充培养基和基本培养基中的菌落位置的生长状况，挑取能够在His补充培养基和完全培养基中生长但在基本培养基上不生长的菌落，即为His-的大肠杆菌突变菌株。
30. 什么是反硝化作用？其对土壤肥力和地球氮循环有何作用？
答: 反硝化作用是反硝化细菌利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把硝酸盐还原成亚硝酸、NO、N2O直至转变为氮气的过程。反硝化作用可引起土壤氮素损失，导致土壤肥力降低，同时也是氮素化肥利用率不高的一个重要原因。有人根据实验结果计算，土壤维持湿润时，每天每公顷土壤由反硝化损失的N2O态氮素2～3kg。而在自然界氮素循环中，反硝化作用是一种不可缺少的有益作用，它会影响大气中氮气含量和组分，进而影响地球氮循环和生物的生存。
31. 简述不可培养微生物研究的意义与主要方法。
答:不可培养微生物的研究意义:1.发掘具有潜在用途或价值的遗传资源和代谢产物，为微生物生理、遗传乃至生命科学及相关学科许多领域，如功能基因组学、生物电子器材等的研究提供新的课题和材料2.丰富微生物物种的多样性内容，进一步深化对微生物多样性的理解，为生物进化、分类和生命起源的研究提供新的材料。3.为微生物的应用开拓新的资源，如工业化大规模生产菌种的选育等。研究主要方法:DNA重组技术、核酸分子杂交技术，PCR技术和核酸序列分析技术等。采用从环境中直接分离并克隆不可培养微生物的rRNA，分析其序列和在分子进化树上的位置来确定其种类和进化情况，利用特异性rRNA探针进行荧光原位杂交(fluorescence in siut hybridization,FISH)，或进行原位PCR(in siut PCR)后再进行荧光原位杂交的技术对不可培养微生物进行定位、计数和形态观察。
32. 细菌生长曲线分哪几个时期？各时期有何特征及在生产和应用方面有什么意义。
答：延滞期,指数期,稳定期,衰亡期；
(1)延迟期：菌数没有增加，细胞大量合成细胞物质，准备分裂。生产上要尽量缩短该时期，如应用处于对数期的菌体接种，适当增大接种量，培养基成分尽量与种子培养基一致；(2)对数期：菌数以指数增加。是研究微生物生理、遗传的好材料，是作菌种的好材料，是噬菌体的适当宿主；(3)稳定期：菌体生长速度和死亡速度相等，菌体量达到最大。以培养菌体为目的时，可结束培养；开始积累次级代谢产物，以生产次级代谢产物为目的时，应通过调pH值，补加新鲜培养基等方式，延长该时期；(4)衰亡期：菌数以指数下降。要及时放罐，避免菌体自溶，以利于后处理。生长曲线在生产中的应用：①延期限:在此时期菌体的遗传保守性较差,给予低于致死量的外界诱变因素都可导致变异,所以此时期是诱变育种的最佳时期。②对数期：可以获得大量菌体，如果用于获得菌体或接种，需要延缓对数期。③稳定性：如果以菌体为发酵产品的微生物，在此时活细胞达到最高水平，以代谢产物为发酵产品的微生物，它的产物积累量在平衡期后期达到收获期。④衰亡期：芽孢细菌开始形成芽孢，霉菌形成孢子，所以保存菌种要利用衰亡期的芽孢或孢子。
33. 试述微生物的几大主要类群，并指出它们的分类地位和特征。
答:微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。不是分类学名之一，是一些个体微小，构造简单的低等生物。它包括属于原核类的细菌（真细菌和古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌（酵母菌，霉菌和），原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒，拟病毒和阮病毒）。
34. 何谓基因突变的自发性与不对应性？有哪三大经典试验被用来证明这些特性，其公同的思路是什么？
答:基因突变的自发性是指能可以自发地产生各种遗传性状的突变，不对应性是指突变与引起该突变的原因(如用紫外线照射或化学诱变剂诱变)间无直接对应关系。证明这些特性的三大实验是:Luria等的变量试验、Newcombe的涂布试验和Lederberg等的影印平板试验。共同思路就是证明突变性状在没有诱发条件诱变之前都已经存在。
35. 试比较营养物质进入微生物细胞的四种方式。
答:营养物质进入微生物细胞的方式有:单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位。
单纯扩散无需载体和能量供应，它的运输速率依赖于膜两侧的浓度差，运输的物质主要是小分子和非电离分子尤其是亲水性分子物质，且运输方向与细胞膜内外浓度有关。促进扩散需要相应的载体，但不需能量供应，运输物质具有一定的选择性，其运输方向也是顺浓度梯度的。主动运输需要载体和能量供应，可以逆浓度梯度进行物质运输，物质的运输通过载体蛋白的构象变化来实现。基团移位既需要特异性载体又需要耗能，而且溶质在运送前后会发生分子结构的变化，不同于一般的主动运输。
36. 试述F因子在E coli中的不同存在方式，以及不同组合杂交时的特点。
答：(1)存在方式：A、F-菌株：不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接受F因子而变成雄性菌株。B、F+菌株：F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。C、Hfr菌株：F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。D、F’菌株：Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特成为F’因子。细胞表面有性菌毛。(2)不同组合杂交时的特点： F+×F-杂交：受菌体变为F+；Hfr×F-杂交：受菌体为F-；F’×F-杂交：受菌体变为F’，有三种存在状态。
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