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2025年大学生物工程（生物反应工程）技能测试题

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）
答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填涂在答题卡相应位置。

1. 生物反应工程中，关于酶的米氏常数Km的说法正确的是
A. Km值越大，酶与底物亲和力越强
B. Km值越小，酶与底物亲和力越强
C. Km值与酶和底物亲和力无关
D. Km值是反应的最大速度
2. 以下哪种生物反应器不属于气-液-固三相反应器
A. 鼓泡塔反应器

B. 搅拌釜式反应器
C. 流化床反应器
D. 固定床反应器
3. 微生物发酵过程中，关于发酵热的说法错误的是
A. 发酵热包括生物热、搅拌热等
B. 发酵热会影响发酵罐内温度
C. 发酵热与发酵产物生成量无关
D. 发酵热需要通过冷却装置控制
4. 生物反应工程中，细胞的比生长速率μ的计算公式为
A. μ = (lnX - lnX0) / t
B. μ = (X - X0) / t
C. μ = (lnX0 - lnX) / t
D. μ = (X0 - X) / t
5. 对于连续培养的生物反应器，当稀释率D增大时，以下说法正确的是
A. 细胞浓度增大
B.细胞浓度减小
C. 细胞浓度不变
D. 细胞浓度先增大后减小
6. 生物反应工程中，关于底物抑制的描述正确的是
A. 底物浓度越高反应速度越快
B. 底物浓度过高会抑制反应进行
C. 底物抑制只影响酶活性
D. 底物抑制与产物浓度无关
7. 以下哪种生物反应属于厌氧发酵
A. 乙醇发酵
B. 醋酸发酵
C. 乳酸发酵
D. 谷氨酸发酵
8. 生物反应工程中，关于传质系数的说法正确的是
A. 传质系数只与物质本身有关
B. 传质系数与温度无关
C. 传质系数与流体流速无关
D. 传质系数影响物质传递速率
9. 在生物反应工程中，关于细胞生长动力学模型的说法错误的是
A. 莫诺德模型描述了细胞生长与底物浓度的关系
B. 细胞生长动力学模型可预测反应过程
C. 所有细胞生长都符合同一动力学模型
D. 动力学模型参数可通过实验测定
10. 以下哪种生物反应器适合进行高密度细胞培养
A. 搅拌釜式反应器
B. 填充床反应器
C. 中空纤维反应器
D. 鼓泡塔反应器
11. 生物反应工程中，关于固定化酶的优点说法错误的是
A. 稳定性提高
B. 可重复使用
C. 催化活性增强
D. 利于产物分离
12. 在微生物发酵过程中，关于溶解氧的说法正确的是
A. 溶解氧越高对发酵越有利
B. 不同微生物对溶解氧需求不同
C. 溶解氧与发酵温度无关
D. 溶解氧只影响需氧微生物发酵
13. 生物反应工程中，关于反应级数的说法正确的是
A. 反应级数只能是整数
B. 反应级数由反应机理决定
C. 反应级数与反应速率无关
D. 反应级数只与反应物浓度有关
14. 以下哪种生物反应过程属于酶促反应
A. 淀粉水解为葡萄糖
B. 葡萄糖发酵为乙醇
C. 氨基酸合成蛋白质
D. 二氧化碳固定为有机物
15. 生物反应工程中，关于生物催化剂的说法错误的是
A. 生物催化剂具有高效性
B. 生物催化剂具有专一性
C. 生物催化剂稳定性好
D. 生物催化剂易受环境影响
16. 在生物反应工程中，关于发酵罐的通气效率的说法正确的是
A. 通气效率只与通气量有关
B. 通气效率与搅拌程度无关
C. 通气效率影响氧气传递
D. 通气效率与发酵罐体积无关
17. 生物反应工程中，关于细胞代谢途径的说法正确的是
A. 不同细胞代谢途径相同
B. 细胞代谢途径可人为改变
C. 代谢途径与细胞生长无关
D. 代谢途径不受环境影响
18. 以下哪种生物反应工程技术可用于生物制药大规模生产
A. 固定化细胞技术
B. 基因工程技术
C. 膜分离技术
D. 以上都是
19. 生物反应工程中，关于反应热的计算方法说法错误的是
A. 可通过热量衡算计算
B. 与反应物质的比热容有关
C. 与反应进行程度无关
D. 与反应体系温度变化有关
20. 在生物反应工程中，关于动力学方程的应用说法正确的是
A. 动力学方程可直接用于设计反应器
B. 动力学方程只适用于理想反应条件
C. 动力学方程可预测反应结果
D. 动力学方程与实验数据无关

第II卷（非选择题 共60分）

（一）填空题（共10分）
答题要求：请在每题的横线上填上正确答案。

1. 生物反应工程是一门研究生物反应过程中物质转化规律及其________的学科。
2. 酶催化反应的特点包括高效性、专一性、________和易受环境影响。
3. 微生物发酵过程中常用的培养基成分包括碳源、氮源、________、无机盐和生长因子。
4. 生物反应器按操作方式可分为间歇式、连续式和________。
5. 细胞生长的三个阶段分别为延迟期、对数期和________。

（二）简答题（共20分）
答题要求：简要回答问题，要点清晰，语言简洁。

1. 简述米氏方程的意义及其在生物反应工程中的应用。
2. 说明生物反应器设计时需要考虑的主要因素。
3. 简述微生物发酵过程中染菌的危害及预防措施。

（三）计算题（共20分）
答题要求：写出详细的计算过程和答案。

1. 已知某酶促反应的米氏常数Km = 0.05mol/L，当底物浓度[S] = 0.1mol/L时，反应速度v = 0.02mol/(L·min)，求该酶促反应的最大速度Vm。
2. 某连续培养的生物反应器中，细胞的比生长速率μ = 0.2h⁻¹，稀释率D = 0.1h⁻¹，求反应器内细胞浓度的变化情况（设初始细胞浓度X0 = 1g/L）。

（四）分析论述题（共10分）
答题要求：根据给定材料，分析问题并进行论述，观点明确，论述合理。

材料：在生物制药生产中，利用基因工程技术构建了能高效表达某种药物蛋白的工程菌。将该工程菌接种到发酵罐中进行发酵培养，在发酵过程中，对发酵温度、pH值、溶解氧等参数进行了严格控制。但在发酵后期，发现药物蛋白的表达量并未达到预期水平。
问题：请分析可能导致药物蛋白表达量未达预期的原因，并提出相应的解决措施。

（五）综合应用题（共10分）
答题要求：结合所学知识，综合分析问题并进行解答，步骤完整，答案合理。

材料：某生物公司计划利用微生物发酵生产一种新型生物活性物质。该物质具有广阔的市场前景，但目前发酵生产效率较低。公司决定对发酵工艺进行优化，提高产品产量。已知该微生物生长的适宜温度为30℃ - 35℃，pH值为6.5 - 7.5，对溶解氧要求较高。
问题：请设计一套优化该微生物发酵工艺的方案，包括生物反应器的选择、发酵条件的控制以及可能采取的其他措施。

答案：
1. B
2. B
3. C
4. A
5. B
6. B
7. A
8. D
9. C
10. C
11. C
12. B
13. B
14. A
15. C
16. C
17. B
18. D
19. C
20. C

填空题答案：
1. 工程技术问题
2. 温和性
3. 水
4. 半连续式
5. 稳定期

简答题答案：
1. 米氏方程反映了酶促反应速度与底物浓度之间的定量关系。在生物反应工程中，可用于分析底物浓度对反应速度的影响，确定酶的动力学参数，优化反应条件，设计生物反应器等。
2. 主要因素包括反应动力学特性、传质传热特性、流体力学特性、操作条件、产物分离要求经济性等。
3. 危害：导致发酵失败，产量降低，产品质量下降，污染环境等。预防措施：加强设备灭菌，严格控制无菌操作，定期检查维护设备，使用优质培养基，加强人员培训等。

计算题答案：
1. 根据米氏方程v = Vm[S] / (Km + [S])，代入数据可得0.02 = Vm×0.1 / (0.05 + 0.1)，解得Vm = 0.03mol/(L·min)。
2. 对于连续培养，细胞浓度X = X0 / (1 - D/μ)，代入数据可得X = 1 / (1 - 0.1/0.2) = 2g/L，细胞浓度增大。

分析论述题答案：
原因可能有：基因工程菌构建不完善，影响蛋白表达；发酵条件控制不当，如温度、pH值、溶解氧等偏离最佳范围；培养基成分不合适；存在代谢抑制或反馈抑制等。解决措施：重新评估基因工程菌构建，优化发酵条件，调整培养基成分，研究解除抑制方法等。

综合应用题答案：
选择搅拌釜式反应器或通气搅拌式生物反应器。控制发酵温度在30℃ - 35℃，pH值在6.5 - 7.5，保证充足溶解氧。优化培养基配方提高营养水平。采用补料分批培养方式维持底物浓度。定期监测发酵参数并及时调整。对发酵设备进行定期维护和清洁确保无菌环境。