谷氨酸的离子交换

1. L-谷氨酸的合成方法

1.可以采用蛋白质水解法和合成法生产谷氨酸，但发酵法是生产谷氨酸的主要方法。发酵生产谷氨酸的碳源是薯类、玉米、木薯淀粉、椰子树淀粉等淀粉的水解糖或糖蜜，也可以是乙酸、液态石蜡（C16石蜡最好）及其他石油化工产品，碳源用以构成微生物细胞和代谢产物中的碳架和能源的营养物质。氮源是铵盐、尿素等，氮是构成菌体细胞蛋白质和核酸等的主要元素，氮也是构成发酵产品谷氨酸氨基的主要组成元素。其他辅助原料为无机盐类，维生素等，例如微生物需要适宜的磷浓度，镁是刺激菌体生长的无机激活剂，钾盐促进产酸，玉米浆提供生物素和有机氮源。此外还包括各种促进剂和添加剂。生产菌是短杆菌（Brevibacterium)、北京棒杆菌（Corynebacterium pekinensis)等。于大型发酵罐中，通气搅拌发酵，温度30-34℃，pH>7-8，经30-40h发酵后，除去细菌，将发酵液中谷氨酸提取出来，精制后即为成品，上述流程中采用等电点法提取，也可采用离子交换法、盐酸盐法、直接浓缩法（以乙酸为原料时）等。发酵法生产的产品为左旋谷氨酸，含量大于98%。每吨谷氨酸消耗淀粉（80%）4000kg，菌种25kg。合成法的优点是不消耗粮食，但生产过程需要高压（约20MPa）、高温（120℃以上），采用有毒原料，设备投资比发酵法高出一倍，得到的消旋谷氨酸还要进拆分，生产工艺复杂。按生产1t 99%的谷氨酸钠（味精）计算，合成法消耗丙烯腈640kg，年产量在5000t以上时，生产成本与发酸法接近。
2.发酵法
3.化学合成法
4.本品主要用发酵法生产。以糖蜜或淀粉为原料，用谷氨酸棒杆菌或小球菌或节杆菌作菌种，以尿素为氮源，在30～32℃下进行发酵，发酵完毕，将发酵液分离出菌体后，用盐酸调节ph值至3.0时，作等电点提取，经分离得谷氨酸结晶，母液中的谷氨酸再经732离子交换树脂提取，经结晶、烘干，得成品。
5. 烟草：BU，22；FC，21；左旋体可由动植物蛋白质经水解后再经脱色、浓缩、结晶而得。也可由糖或淀粉用发酵法制得。外消旋体可用丙烯腈为原料合成。
以淀粉或糖蜜为原料，经发酵、提纯而得。所用菌种主要有产谷氨酸小球菌(Micrococcusglutamicus)，以及棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属和节杆菌属等。
以面筋为原料，经酸水解得L-谷氨酸，再经盐酸盐化，得L-谷氨酸盐酸盐，用L-谷氨酸盐酸盐与苯胺中和反应得粗产物，经过滤、干燥得产品。

2. 味精（谷氨酸钠）是怎样从粮食中提取出来的

谷氨酸提取的方法有等电点法、离子交换法、金属盐法、盐酸水解－等电点法、离子交换膜电渗析法等。提取后经精制而得到符合国际标准的谷氨酸钠。成品为无色或白色柱状结晶性粉末。

易溶于水，微溶于酒精，对光、热较稳定。具有很强的肉类鲜味，稀释3000倍仍能尝到其鲜味。与食盐并用可增强其鲜味作用，以1克食盐加入0.1-0.15克谷氨酸钠呈味效果最佳；与肌苷酸和鸟苷酸配合使用，可使鲜味提高4-6倍。

强力味精即为与上述物质混合配制而成。适用于家庭、饮食业及食品加工业，一般用量为0.1-0.5%。

(2)谷氨酸的离子交换扩展阅读：

味精发展三大阶段：

第一阶段：1866年德国人H·Ritthasen博士从面筋中分离到氨茎酸，他们称谷氨酸，根据原料定名为麸酸或谷氢类(因为面筋是从，小麦里提取出来的)。

1908年日大东京大学池田菊苗试验，从海带中分离到L一谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L一谷氨酸是司样的物质，而且都是有鲜味的。

第二阶段：以面药或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精．在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。

第三阶段：随着三科学的进步及生物技术的发展，使味情生产发生了革命性的变化。自1965年以后我国味精都采主以粮食为顷料(玉米淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯．定粉)通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国京标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品，用了它以后使菜肴更加鲜美可口。

3. 谷氨酸的利用价值

谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L－谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。
L－谷氨酸 又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。
氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。构成蛋白质的氨基酸主要有20多种。在食品工业中应用较多的氨基酸有谷氨酸、赖氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、苏氨酸、精氨酸、缬氨酸、色氨酸、丙氨酸等。各种氨基酸都有自己独特的呈味效应，其中应用较多的有谷氨酸钠和甘氨酸。
谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%-0.5%，每人每天允许摄入量(ADl)为0—120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.2—1.5克/公斤。
甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发功效。用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。
N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。生物表面活性剂N—酰基谷氨酸钠不同于化学法合成的表面活性剂，它不但性能优良，并且具有良好的生物降解性和安全性，在人体内能分解为氨基酸和脂肪酸而吸收利用。
N—酰基谷氨酸钠耐硬水，能在碱性、中性和弱酸条件下使用。这种表面活性剂具有明显的发展优势，其新的使用性能包括具有良好的洗净力和发泡力，对人体无毒无害，无异味，性质柔和无刺激，能稳定酶的活性，是高档香波和浴液的主要原料，能牢固地吸附在头发和皮肤上，增加和保持头发的柔软、蓬松、光泽，使皮肤舒适光洁，对毛发角质损伤有保护和修复作用。
N—酰基谷氨酸钠可用于肥皂的改性剂，在香皂中加入N—酰基谷氨酸钠可缓和对皮肤的刺激，提高香皂在硬水中的钙皂分散性，使泡沫细腻持久，提高发泡性和洗净力，易于被皮肤吸收，使皮肤保持滋润光滑。
N—酰基谷氨酸钠具有抑菌效果，由于无刺激性常可用于儿童洗涤制品和皮肤病患者，N—酰基谷氨酸钠溶液，具有突出的发泡能力和稳泡力，常可与其它表面活性剂复配，具有协同增效作用。
谷氨酸为天然植物成分，由世界上最先进的生物酶工程技术制取，以护发生发、护肤类化妆品为日用化妆品的发展方向，用谷氨酸合成生物表面活性剂具有大的市场。
聚谷氨酸是一种出色的环保塑料，可用于食品包装、一次性餐具及其它工业用途，可在自然界迅速降解，不污染环境。
随着科学的进步，研究的深入，谷氨酸新的应用领域将越来越广。 将有一定反应活性的双功能基试剂氯
乙醇和L—谷氨酸直接酯化保护羧基，用三光气活化成其相应的N—羧酸酐，可直接得到侧链具有一定反应活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。
谷氨酸的结构中有一个氨基和两个羧基，在光气的作用之下，羧基和氨基会形成环状N—羧酸酐，由于羧基也较为活泼，可能会参与成环反应，因此在成环反应之前，通常用苄醇将羧基进行保护，这样得到的聚合物的侧链活性极低，一般需经进一步氢化脱苄或胺解脱苄，才能得到有反应活性的侧链，我们选用双功能基试剂氯乙醇作保护基因，在聚合之后可直接得到有反应活性的侧链，可有效地简化合成路线。
侧链酯化过程是一个可逆反应，随着体系内水含量的不断增加，反应速度会降低，导致产率不高。在形成谷氨酸苄酯时，采用分子筛脱水，操作大大简化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的药物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前药或靶向大分子载体，接入特异性的基因，可进行特殊的分离或提纯，这一聚合物在医药领域会有很广泛的应用前景。
谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、聚谷氨酸等。

4. 谷氨酸生产的发酵工艺

谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。
谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成α�酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。
在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。
在发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。②温度。菌种生长的最适温度为30～32 ℃。当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37 ℃。③pH。谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。④磷酸盐。它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。

5. 谷氨酸在氨基酸代谢中的意义

1.谷氨酸参与谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用（谷氨酸被脱去氨基）。

2.在血氨转运中，谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸与氨结合生成谷氨酰胺。谷氨酰胺中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。

3.在葡萄糖-丙氨酸循环途径中，肌肉中的谷氨酸脱氢酶催化α-酮戊二酸与氨结合形成谷氨酸，接着在丙氨酸转氨酶的催化作用下谷氨酸再与丙酮酸形成α-酮戊二酸和丙氨酸。

4.在生物活性物质代谢途径中，谷氨酸本身就是兴奋神经递质，在脑、脊髓中广泛存在，谷氨酸脱羧形成的γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质，在生物体中广泛存在。

5.在氨基酸合成途径中，谷氨酸是合成谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、赖氨酸的重要前体。

6.在鸟氨酸循环（尿素合成）途径中，线粒体中的谷氨酸脱氢酶将谷氨酸的氨基脱下，为氨甲酰磷酸的合成提供游离的氨；细胞质中的谷草转氨酶把谷氨酸的氨基转移给草酰乙酸，草酰乙酸再形成天冬氨酸进入鸟氨酸循环，谷氨酸为循环间接提供第二个氨基。

6. 谷氨酸的化学式，有啥用途

谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应中文名称：谷氨酸
英文名称：glutamic acid
其它名称：L-2-Aminoglutaric acid, H-Glu-OH, L-glutamic acid, L(+)-glutamic acid, H-L-Glu-OH, S-2-Aminopentanedioic acid
分子式：C5H9NO4
分子量：147.13076
CAS RN：56-86-0
熔点：205℃
医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。
谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L－谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。
L－谷氨酸 又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。

任何食品的食用都要适量，并非多多益善，过量的食用，自然于健康无益。1987年2月16日至25日，在荷兰海牙的联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第19次会议上，根据对味精各种毒理性实验的综合评价结果作出了结论，即味精作为风味增强剂，食用是安全的，宣布取消对味精的食用限量，确认了味精是一种安全可靠的食品添加剂。就营养价值而言，味精是谷氨酸的单钠盐，谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，是人体和动物的重要营养物质，具有特殊的生理作用。1975年美国营养和食品工艺学词典记载，在空腹时食用味精25毫克/公斤体重，25-35分钟后就发生头痛、出汗、恶心、体软、口渴、面颊潮红、腹部疼痛等症状，但这些症状一般在数小时之内就会消失，所以在空腹时不要吃味精。谷氨酸及谷氨酸钠的分解物质中含有很强的变异原物质，如果将植物油与味精混在一起，加热约20分钟，变异原物质会进一步增加。因此在烹调时味精不宜在高温的炒菜过程中添加，而应在烹调终了时加入作调味用。

7. 离子交换法提取的谷氨酸怎么结晶呢

离子交换法提取谷氨酸是利用离子交换树脂对发酵液中谷氨酸与其它同性离子吸附能力的差别 将这些离子选择性地吸附到树脂上 然后用洗脱剂先后洗脱 从而得到谷氨酸
谷氨酸是一种两性电解质 其等电点 为pH3.22.当pH^3.2时 谷氨酸带正电荷 呈阳离子状态 它能被阳离子交换树脂交换吸附
三 仪器与试剂（一）实验器材 （1）玻璃层析柱 （2）试管 （3）移液管 （4）恒压洗脱瓶 （5）部分收集器 （6）水浴锅 （7）分光光度计 （8）电炉
（二）材料与试剂（1）苯乙烯磺酸钠型树脂（100～200目）（2）2mo1/L盐酸溶液（3）2mo1/L氢氧化钠溶液（4）标准氨基酸溶液 将天门冬氨酸和赖氨酸分别配成2mg/mL的0.1m1/L盐酸溶液（5）显色剂。2克水茚三酮溶于95%乙醇中 加水至100毫升
四 操作步骤
（1）树脂的准备 树脂过夜㓎泡 使树脂膨胀 加2mo1/L NaOH至上述树脂中搅拌2号倾弃碱液 用蒸馏水洗涤至中性 加25m1 12mo1/L HC1搅拌2h 倾弃酸液 用蒸馏水充洗涤树脂至中性
（2）层析柱的准备 将强酸性阳离子交换树脂用HC1处理成H*型后洗至中性 搅拌1小时后装入层析柱 使之自然降沉到一定高度
（3）加样分离 将液面缓慢放至贴近层析柱表面 由柱上端仔细加入pH4.5的发酵液离心液3毫升 同时开始收集流出液 每管收集1毫升 测量收集液pH 洗脱液加入速度控制在0.5m1/mim 当样品液弯月面靠近树脂顶端时 立即加入发酵液 如此重复 不断测量收集液的PH值 直至树脂吸附饱和
（4）洗脱 加样完毕后 用滴管小心注入60·C4%（或2%）氢氧化钠溶液（切勿搅动床面）用试管收集洗脱液 每管收集1毫升 同时测量收集液pH 直至收集液

8. 微生物发酵产物离子交换提取法原理

90、稳态：神经系统、体液和免疫系统调节下，内环境的相对稳定
温度、pH、渗透压，水、无机盐、血糖等化学物质含量
血浆 7.35—7.45 缓冲对 NaHCO3/H2CO3 Na2HPO4/NaH2PO4
2/3细胞内液 组织液

91、65%体液 1/3细胞外液 血浆 淋巴
（内环境） 不是血液 血液>血浆>血清
食物 排尿
92、体内水来源 饮水 水排出途径 出汗 皮肤
代谢水（有氧呼吸）面虫、骆驼 呼气 肺
（氨基酸脱水缩合） 排遗 消化道
93、K不吃也排 不经过出汗排
肾上腺分泌醛固酮（固醇） 保Na排K
高温工作、重体力劳动、呕吐、腹泻→→应特别注意补充足够的水、Na（食盐）
细胞外液渗透压下降，出现四肢发冷、血压下降、心率加快
K对细胞内液细胞渗透压起决定作用，维持心肌紧张、心肌正常兴奋性 K心
94、血糖三来源（食物、分解、转化） 三去向
糖的主要功能：供能
胰岛素 唯一降血糖激素；增加糖的去路，减少糖的来源 胰高血糖素、 肾上腺素 升血糖
胰高血糖素促进胰岛素分泌，胰岛素却抑制胰高血糖素分泌
血 糖 升 高
↓ ↑ ↑
下丘脑某区域→胰岛B细胞 胰高血糖素↑ 肾上腺素↑
↓ ↑ ↑
胰岛素↑ 胰岛A细胞 肾上腺髓质
↓ ↑ ↑ 下丘脑另一区域
血 糖 降 低
<50-60 低早 <45 低晚 >130高 >160-180糖尿
一次性摄糖过多，暂时尿糖 持续糖尿不一定糖尿病，如肾炎重吸收不行
糖尿病 血糖高且有糖尿 验尿验血 三多一少症状？
不吃少吃多吃含膳食纤维多的粗粮和蔬菜
95、营养物质：
蛋白质不足：婴幼儿、儿童、少年生长发育迟缓、体重过轻 成年人浮肿
提供能量
营养物质功能 提供构建和修复机体组织的物质
提供调节机体生理功能的物质
维生素：维持机体新陈代谢、某些特殊生理功能

VA：夜盲症
维生素 VB：脚气病
VC：坏血病
VD：佝偻病、骨软化病、骨质疏松症
96、温度感受器分为冷觉感受器和温觉感受器（分布皮肤、粘膜、内脏器官）
体温来自代谢释放热量（不是ATP提供），体温恒定是产热量，散热量动态平衡结果
寒冷 炎热
↓ ↓
皮肤冷觉感受器 温觉感受器 血管
↓传入神经 ↓ 立毛肌
下丘脑体温调节中枢 下丘脑 骨骼肌
传出神经 ↓ 汗
皮肤血管收缩 骨骼肌战粟（产能特多） 血管舒张
皮肤立毛肌收缩 皮肤立毛肌收缩 汗液分泌增多
↓鸡皮疙瘩 肾上腺素↑
缩小汗毛孔 甲状泉激素↑
减少散热 增加产热 散热量增加 不能减少产热
调节水分、血糖、体温
97、下丘脑 分泌激素：促激素释放激素 抗利尿激素
感受刺激：下丘脑渗透压感受器
传导兴奋：产生渴觉
第一道防线：皮肤、粘膜等
非特异性免疫（先天免疫）第二道防线：体液中杀菌物质、吞噬细胞
98、免疫 特异性免疫（获得性免疫） 第三道防线：体液免疫和细胞免疫
在特异性免疫中发挥免疫作用的主要是淋巴细胞
淋巴细胞的起源和分化：胸腺—T 骨髓—B
免疫细胞：B、T
免疫系统的物质基础 免疫器官：扁桃体、淋巴结、脾
免疫物质：抗体、淋巴因子（白介素、干扰素）
99、抗原特点：①一般异物性 但也有例外：如癌细胞、损伤或衰老的细胞
②大分子性
③特异性 抗原决定簇（病毒的衣壳）
100、体液免疫： 记忆细胞
↓ ↓再次受相同抗原刺激
抗原→→吞噬细胞→→T细胞→→B细胞→→→效应B细胞→→→抗体
↑ （摄取处理） （呈递） （识别）
感应阶段 反应阶段 效应阶段
效应B细胞产生：抗体(免疫球蛋白)、抗毒素、凝集素
效应T细胞产生：淋巴因子、干扰素、白细胞介素
识别抗原：B细胞、效应T细胞、记忆B/T
效应B细胞获得有三途径（直接、间接、记忆）
记忆细胞受相同抗原再次刺激后引起的二次免疫反应：更迅速、更强
再次接受过敏原（概念）
过敏反应 抗体分布 细胞表面
组织胺：体液调节
101、免疫失调引起的疾病 自身免疫疾病：风湿…类风湿…系统性红斑狼疮
先天性：先天性胸腺发育不全
免疫缺陷病 获得性：艾滋病、肺炎、气管炎
（人类免疫缺陷病毒） HIV↓攻击T细胞
（AIDS） 获得性免疫缺陷综合症
102、色素吸收、传递、转换光能 色素不能储存光能
蛋白质、氨基酸也不能储存
少数特殊状态叶绿素a 最终电子供体：水
高能量、易失电子 光能→ 电能 最终电子受体:NADP+
103、C4植物：玉米、高梁、甘庶、苋菜
既C3又C4 CO2固定能力强 先CO2+C3→C4
C3、C4叶肉细胞都含正常叶绿体
选修 C3维管束鞘细胞无叶绿体
图 C4维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体 不进行光反应
(P29) C4植物花环型结构 里圈：维管束鞘细胞 外圈：部分叶肉细胞
降低呼吸消耗 增加净光合量
104、提高产量 延长光合作用时间 光：光质、强度、长短
提高农作物对 增大光合作用面积 温度：影响酶的活性
光能利用率 提高光合作用效率 水
矿质元素 N、P、K、Mg
CO2 农家肥、CO2发生器
105、生物固氮：N2 → NH3
根瘤菌的特异性：蚕豆根瘤菌侵入蚕豆、菜豆、豇豆；大豆根瘤菌侵入大豆。
N素
根瘤菌 有机物 豆科植物 异养需氧
共生固氮菌 根瘤 薄壁细胞 愈伤组织
固氮菌 自生≠自养 根瘤菌拌种 豆科植物绿肥
自生固氮菌：圆褐固氮菌（固氮+激素）
生物固氮（主：根瘤菌） 工业固氮 高能固氮
106、N循环 硝化、反硝化、氨化作用
反硝化：氧气不足NO3-→N2
自生固氮菌的分离原理：无氮培养基对固氮菌的选择生长
物质基础：线粒体、叶绿体中的DNA（质基因）
…线粒体
107、细胞质遗传 典型代表 …叶绿体 花斑植株→三种
特点 母系遗传（受精卵中的细胞质几乎全来自卵细胞）
后代性状不出现一定分离比
（形成配子时，质基因不均等分配）
编码区：编码蛋白质 连续的
原核细胞 非编码区 编码区上游：RNA聚合酶结合位点
基因结构 调控 编码区下游
108、基因的结构 真核细胞 非编码区
基因结构 编码区 内含子：非编码序列
外显子：能编码蛋白质内含子>外显子
原核基因无外显子内含子之说
主要分布于微生物
剪刀：限制性内切酶 特异性（专一性）
（200多种） 获得粘性末端
109、基因的操作工具 针线：DNA连接酶：扶手（磷酸二脂键）不是踏板（氢键）
条件①复制保存②多切点③标记基因
种类：质粒、病毒
运输工具：运载体 ①染色体外小型环状DNA
②存在于细菌、酵母菌
质粒特点 ③质粒是常用的运载体
④最常用：大肠杆菌
⑤对宿主细胞的生存无
基因工程 (基因拼接技术、DNA重组技术、转基因技术) 决定性作用
直接分离 常用鸟枪法
提取目的基因 人工合成（反转录法、根据已知AA序列合成DNA）
目的基因与运载体结合 同一种限制酶
110、基因操作步骤 将目的基因导入受体细胞→细菌、酵母菌、动植物
CaCl2处理细胞壁 （ 受精卵好 繁殖速度快）
目的基因的检测和表达：标记基因、目的基因是否表达？
逆转录 碱基互补配对
mRNA 单链DNA 双链DNA
推测 推测 合成
氨基酸序列 mRNA序列 DNA碱基序列 目的基因
药（胰岛素、干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗）
111、基因工程的成果 治病：基因诊断与基因治疗（基因替换）
新品种（转基因） 食品工业（食物）
环境监测（DNA分子杂交 探针）
生物固氮、基因诊断、基因治疗、单细胞蛋白（微生物菌体本身）、
单克隆抗体、生物导弹（单抗+抗癌药物）
112、 间接联系 核心 核膜
高尔基体 内质网 细胞膜
线粒体膜
间接（具膜小泡） （内吞外排说明双向）
分泌蛋白：抗体、蛋白质类激素、胞外酶（消化酶）等分泌到细胞外
粗面内质网上的核糖体 内质网运输加工 高尔基体加工 成熟蛋白质 胞外
113、生物膜系统（不等于生物膜）：细胞膜、核膜及由膜围绕而成的细胞器
离体→营养物质+激素 适宜温度+无菌
植物组织培养 离体→愈伤组织→根芽（胚状体）→植物体
选无病毒 尖（生长点） 紫草素
114、植物细胞工程 两种不同→杂种细胞→新植物体
植物体细胞 去掉细胞壁→原生质体→杂种细胞→新植物体
杂交 种间存在生殖隔离 不能有性杂交
好处：克服远源杂交不亲和障碍 培育新品种
是其它动物细胞工程技术的基础
动物细胞培养 液体培养基：动物血清
115、 动 取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
物 用胰蛋白酶处理
细 原代培养→传代培养（细胞株→细胞系 遗传物质发生改变）
胞 灭活的病毒做诱导剂+物理、化学方法
工 动物细胞融合 最重要用途：制备单克隆抗体
程 理论基础：细胞膜的流动性
单克隆抗体→指单个B淋巴细胞经克隆形成的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体（优点：特异性强、灵敏度高）。每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体（共百万种） *杂交瘤细胞 *生物导弹
116、微生物包含了除植物界和动物界以外的所有生物
质粒（小型环状DNA）控制抗药性、固氮、抗生素生成
核区（大型环状DNA）控制主要遗传性状 有的细菌有荚膜、芽孢、鞭毛
碳源：无机/有机碳源 自养/异养
117、 微生物生长 氮源：加不加额外的氮源
所需的营养物质 生长因子：（维生素、氨基酸、碱基→构成酶和核酸）
水：
无机盐：
固体培养基：分离、鉴定、计数
物理性质 半固体培养基：运动、保藏菌种
液体培养基：工业生产
118、培养基 天然培养基：工业生产
化学性质 合成培养基：分类鉴定
选择培养基 青霉素→选出酵母菌、霉菌等真菌
用途 NaCl：金黄色葡萄球菌
鉴定培养基：伊红美蓝→大肠杆菌→深紫色和金属光泽
自己设计实验：把混合在一起的圆褐固氮菌、硝化细菌、大肠杆菌区分开，并筛选纯种。

酶合成的调节 诱导酶：基因和诱导物控制
119、微生物代谢调节 酶活性的调节 结构改变 可逆 快速 准确
必需物质，一直产生 氨基酸、核苷酸、维生素
初级代谢产物 无种的特异性 多糖、脂类
120、代谢产物 非必需物质，一定阶段 抗生素、毒素
次级代谢产物 有种的特异性 四素 色素、激素
121、微生物群体生长曲线： 3

2 4
1

（1）调整期：代谢活跃，开始合成诱导酶 初级代谢产物收获的最佳时期
（2）对数期：形态和生理特性稳定，代谢旺盛；科研用菌种，接种最佳时期
（3）稳定期：次级代谢产物收获最佳时期，芽孢生成（种内斗争最剧烈）
及时补充营养物质，可以延长稳定期
（4）衰亡期：多种形态，出现畸形，释放次级代谢产物 生存环境恶劣
与无机环境斗争最激烈的是4衰亡期。
营养物质消耗有害代谢产物积累PH不适宜导致3.4时期的出现。
注意：前三个时期类似“S”型增长曲线，但是多了衰亡期
122、影响微生物生活的环境因素
PH值：影响酶的活性、细胞膜的稳定性，从而影响微生物对营养物质的吸收
温度：影响酶和蛋白质的活性
O2浓度：产甲烷杆菌
123、高压蒸汽灭菌法：1/5、1/2、2/3、75% 由里向外、细密、不重复
溶化后分装前必须要 调节pH
细菌培养的过程：培养基的配制→灭菌→搁置斜面→接种→培养观察
实例：谷氨酸发酵（黄色短杆菌、谷氨酸棒状杆菌）
概念：
菌种选育：诱变育种、基因工程、细胞工程
培养基的配制：成分、比例，pH适宜
124、发酵工程 内容 灭菌：去除杂菌
扩大培养和接种：菌种多次培养达到一定数量
发酵过程：（中心阶段）控制各种条件，生产发酵产品
分离提纯 菌体：过滤、沉淀（单细胞蛋白即微生物菌体本身）
代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换
应用 医药工业：生产药品和基因工程药品
食品工业：传统发酵产品、食品添加剂、单细胞蛋白等
125、 C/N=4/1 菌体大量繁殖但产生的谷氨酸少(P79)
记住 C/N=3/1 菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增
溶氧不足： 产生乳酸或琥珀酸
pH呈酸性： 产生乙酰谷氨酰胺（P95）
专家提供：

9. 谷氨酸的作用是什么，有哪些用途

谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。 医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。 谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L－谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸 又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 γ-聚谷氨酸γ-PGA具有良好的生物亲和性和生物降解性，作为药物载体可提供药物缓释性、靶向性，提高药物水溶性，降低药物不良反应，从而提高药物疗效。 γ-聚谷氨酸γ–PGA及γ–PGAHydrogel应用于化妆保养品上的功能 1.机能型长效保湿，帮助皮肤抵抗干燥环境。 2.增加皮肤的弹性，增进皮肤滑嫩触感。 3.抑制皮肤黑色素生成。 4.维持皮肤健康pH值。 γ-聚谷氨酸γ–PGA也可以用在食品工业上 可以防止食品老化、不易软化、增强质地、维持外形，可以用作各种食品的苦味驱除剂、保健食品、食品防腐剂、作为食品添加剂具有改善食品口感、食品品质和色、香、味等效果

10. 用强酸性型阳离子树脂分离谷氨酸与赖氨酸谁先流出

谷氨酸先流出，根据离子交换层析的原理，强酸性的阳离子树脂有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。赖氨酸带正电，被其吸附，谷氨酸带负电，相互排斥，则随洗脱液先流出。