金属熔浸（铜、铀）；环境保护（生物方法洁净煤技术、处理含硫废气、改良土壤）；高温酶的来源。
答：一般而言，微生物对酸性环境的适应不需要像对高温、低温、高盐等环境那样的全细胞的适应，酸性环境主要对细胞外部成分产生影响。此类菌必须生长在酸性环境中，在中性条件下细胞质膜会溶解。虽然嗜酸微生物生长的外部环境呈酸性，但通过一定的机制其细胞内部的PH值接近中性，
细胞内部的酶系和代谢过程与中性菌颇为相似，多数嗜酸微生物的细胞壁和细胞质膜之间含有大量的酸稳定性酶蛋白，最高酶活性均在酸性范围，这些特点保证其能够更好的适应细胞外的酸性环境同时还能维持细胞的pH值接近中性。主要有三种机制：
 质子泵学说，即在细胞内质子通过电子传递链泵到细胞外，形成pH梯度和电化学梯度，质子动力学又可驱动ATP合成，离子运输、鞭毛运动，最终达到细胞内近中性的pH环境，但还无直接的实验数据
道南平衡学说来解释，认为细胞质膜存在高分子电解质，产生的大离子不能通过膜，所构成的道南点位是小离子向膜两侧扩散达到平衡，则膜外过量的氢离子不能进入膜内，致使膜内维持中性状态
 屏蔽学说（主要理论）认为细胞质膜是两种环境的渗透屏蔽物，使外部氢离子和氢氧根离子都不能进入细胞内，进而维持胞内pH值接近中性。
近几十年来，由于环境污染的日益严重，使生物方法洁净煤技术的研究受到关注。嗜算硫杆菌还可以用来处理含硫废气，改良土壤等。用嗜热嗜酸的硫化叶菌脱除煤炭中的硫化物，不仅无机硫化物去除率高，还可以去除有机硫化物。嗜碱菌的细胞膜上，①有一种Na+/ H+反向载体蛋白，细胞主动运输时，能迅速催化细胞将Na+从胞内排出，并将胞的H+摄入胞内，经过这一离子交换过程，使H+积累于细胞质内，保证了细胞内PH值的稳定。嗜碱菌在呼吸过程中通过呼吸链将H+逐出细胞外，建立起跨膜质子电化学梯度，为了维持胞内PH值平衡，需要通过质膜上Na+/ H+反向载体将H+重新不断摄入胞内，Na+不断被排出胞外，②但因质子摄入的量大于Na+的电化学梯度，此时Na+与溶质通过细胞膜上的Na+/溶质同向载体的作用，可同时由胞外进入胞内。③嗜碱酶。④主动外排氢氧根，维持细胞内的中性环境。反向载体排钠吸氢，维持内环境稳定，呼吸时，将氢排出，需要反向载体吸氢，但是氢离子电化学梯度大于钠离子，所以要通过同向载体吸入钠离子和营养物质；嗜碱酶、主动外排氢氧根。
在基础研究方面，模式生物，该菌在高PH条件下的细胞结构与功能，包括上脂类细胞膜脂类的组成成分、膜与蛋白质的比值、膜上高水平的呼吸链成分、暴露于胞外或分泌至胞外的酸性氨基酸以及物质运输有关的Na+循环和维持细胞质内PH值稳定等方面的机制。（高ph下的细胞结构与功能，包括细胞膜中的脂类组成成分，脂类与蛋白质的比值，钠离子的运输、维持细胞质中性环境的机制等）
在工业上，尤其是嗜碱菌产生的胞外酶，工业酶制剂的生产，碱性污水处理等等。在医药、纺织、洗涤、和化工等行业应用有明显优势。
16. 试述嗜盐微生物的耐盐机制，特别是紫膜的生理功能。
答：1 高离子浓度维持细胞结构的稳定性
①嗜盐菌中特别是极端嗜盐菌细胞中有相当高的离子浓度，用于维持其细胞结构的稳定性。②其细胞壁结构特殊，不含肽聚糖，而以脂蛋白为主，其完整性需要离子键维持，高浓度的钠离子对于细胞壁蛋白质亚基之间结合，保持细胞完整性是必须的。③嗜盐菌细胞内积累钾离子，胞内钾离子浓度往往要达到或超过胞外钾离子的浓度的100倍以上，具有排出钠离子，吸放钾离子的现象，通过钾离子浓度来调节渗透压。
   2 嗜盐菌的紫膜
嗜盐菌的细胞膜内有一个性能非常特殊的色素，称细菌视紫红质，呈紫色，占细胞膜一半面积成为紫膜。紫膜实际上具有光能转换器的作用。细菌视紫质红有一分子视黄醛和蛋白质相连，其功能是吸收光的发色团，并促进质子跨越细胞质膜。细菌视紫红质中的视黄醛在正常情况下是反式构型，吸收光能后改变成顺式构型。视黄醛每吸收1个光量子，便有两个质子跨过细胞膜排出胞外，形成质子梯度。当视黄醛从细胞质内吸收1个质子后，在无光情况下又恢复到原来的反式构型。当细胞外侧表面积累了足够的质子，达到一定质子电化学梯度时，便可驱动质子通过膜上ATP酶的作用合成ATP，为细胞活动提供能量。
17. 比较古菌与真细菌、真核生物在细胞结构上的异同。
答：在细胞的结构与功能上，古生菌既有类似真细菌之处，也有类似真核生物之处，还有一些独特的特点。（1）具有与真细菌类似功能的细胞壁，但细胞壁的结构和化学成分均差别甚大。（2）细胞膜古生菌的质膜在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物有更明显的多样性。（3）细胞质和内含物无复杂内膜的细胞器，且核糖体为70S （4）核区不具有核仁、核膜的细胞核，染色体DNA为共价闭合环状。
    古细菌具有与原核相似的细胞结构，但在分子水平上与真细菌有很大差异：细胞壁具有多样性，有的是蛋白质性质，有的是杂多糖性质，有的虽类似肽聚糖、但都不含胞壁酸、D-氨基酸和二氨基庚二酸。质膜所含脂都是不可皂化的，中性脂以异戊二烯类的碳氢化合物为主，极性脂以植烷甘油为主。rRNA、tRNA具有独特的核苷酸序列。核糖体表面上是70S，但对原核细胞蛋白质合成有抑制的氯霉素、卡那霉素对古细菌无作用，而茴香霉素对真核生物和古细菌的蛋白质合成都有抑制作用，因为其实质与80S核糖体有些相似。
18. 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？
   ①改变细胞膜和细胞壁的通透性（细胞壁是改变孔蛋白的表达量或者不表达，细胞膜是改变膜外蛋白选择吸收，主动外排机制将药物排除）
   ②药物作用靶位的改变
   ②产生分解抗生素的酶
   ③胞内代谢途径的改变
   ④细菌生物膜的作用：细菌可以与一些生物材料等结合，形成一种膜状的物质，将其包围，避免药物的杀伤和吞噬细胞的吞噬。
    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。
19.请解释下列名词：
    生长因子：微生物正常生长所不可缺少的，本身不能合成，需要外源提供但需要两又很少的物质。
    质子驱动力：电子传递链上电子传递体可以起到质子泵的作用，在氧化过程中，将质子泵出膜间隙，这样在膜内外就形成了跨膜的电位差和ph差，称为质子驱动力。电子供体的氧化作用与有关的电子传递链的哦啊之质子往膜的一侧分泌而产生的一个由跨膜的电位差和PH差组成的质子驱动力。
    钠泵：ATP动力型运输系统，直接利用ATP或其它高能磷酸化合物结合的能量，Na-K-ATPase，又称钠泵
    初级主动运输：能量来源与ATP或被偶联到某些氧化还原反应系统的叫初级主动运输
    次级主动运输：与其它溶质顺浓度梯度运输偶联的逆浓度梯度的运输称次级主动运输
    信号肽：分泌蛋白前体的氨基端含有一段作为通过膜时的信号的氨基酸序列，即长15—35个氨基酸残基的信号肽
    细胞周期：指一个新细胞的生产到分裂出两个新细胞的过程
    细胞分化：细胞通过分裂在形态，功能及蛋白质合成等方面发生稳定差异的过程。或是指在一定条件下，细胞朝着不同方向发展，使其形态结构，生理发生了一系列的变化，产生另外一种类型的细胞，是基因在转录和翻译水平上有序表达的结果。
    连续培养：在微生物培养过程中，不断补充新鲜的无菌培养基，培养物一新鲜培养基补充的同等流速不断流出，相应保持培养基组成的稳定，避免代谢物积累，是指数期能较长时间维持下去，这种培养成连续培养。
    嗜极菌：普通微生物不能生存的环境，如高温，低温，高酸碱，高盐，干燥，辐射，高压，高药物或低营养环境等，在这些极端环境中能生长的微生物。
    固有耐药性：又称天然耐药性，指细菌对某些抗菌药物天然不敏感，它决定着抗菌药的抗菌谱
    获得性耐药性：指在正常情况下敏感的细菌中出现了对抗菌药物有耐药性的菌株，这是由DNA的改变使其获得耐药性。

第四章    化能异养型微生物的糖代谢及细胞能学
1. 请解释下列名词：新陈代谢、巴斯德效应、克奈特瑞效应、能荷、化学渗透假说
答：新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。它包括物质代谢和能量代谢两个方面。物质代谢：是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。可细分为：同化作用，从外界摄取营养物质并转变为自身物质；异化作用，自身的部分物质被氧化分解并排出代谢废物。  能量代谢：是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。可细分为：同化作用，储存能量；异化作用，释放能量。在新陈代谢过程中，既有同化作用，又有异化作用。
同化作用：又叫做合成代谢)是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。
异化作用：(又叫做分解代谢)是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。
   巴斯德效应：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，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谢时，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，同时开始消耗氧的现象就叫做巴斯德效应。
    克奈特瑞效应：由于糖分解而产生的呼吸抑制，成为克奈特瑞效应，是于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，当葡萄糖含量超过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。果糖也和葡萄糖一样，即使在好养条件下，酵母菌大部分因发酵而增殖，抑制呼吸体系。克奈特瑞效应是①由于糖酵解夺去了氧化磷酸化的基质而引起的，②而且还有蛋白质合成受阻，③以及伴随已有线粒体分解的复杂机制而发生的现象。
    能荷：细胞内的能量状态取决于ATP、ADP及AMP的相对浓度。贮存在腺苷酸体系的总能量与其中的焦磷酸基的数目成正比。为便于定量表示其能量状态而提出能荷的概念，即单位腺苷酸中(包括AMP、ADP和ATP)所含焦磷酸基团总数的二分之一，其大小在0～1之间。可根据细胞内AMP、ADP和ATP的实际浓度来计算能荷是细胞中高能磷酸键状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态。
能荷=（[ATP]+1/2[ADP])/([ATP]+[ADP]+[AMP])
    化学渗透假说：是英国生物化学家皮特，米切尔于1961年提出的，是目前最盛行的理论。这个假说认为在电子传递和ATP形成之间起偶联作用的是H+电化学梯度。此模型是以线粒体内膜对H+和OH-不透过为基础，H+只能经由ATPase的质子通道回到基质的一边。根据化学渗透假说，要发生氧化磷酸化作用，膜必须是完整的，必须是一种连续的密闭的囊泡，呼吸链的电子载体起了主动运输系统或泵的作用
2. 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。微生物对糖的代谢方式很多，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CO2和H2O，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G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（CO2和H2），产能水平较低。从三个主要途径来介绍：糖的酵解是各种发酵的基础，发酵作用是酵解过程的发展。