专题四生物的新陈代谢微生物与发酵工程.docx
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专题四生物的新陈代谢微生物与发酵工程
专题四：
生物的新陈代谢---微生物与发酵工程
一．微生物的类群
Ⅰ。
知识归纳
1．细菌：
单细胞原核生物
（1）细菌的结构
（2）繁殖方式：
二分裂，无性生殖。
（3）菌落：
单个或者少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体。
不同细菌所形成的菌落，大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征,可以作为菌种鉴定的重要依据。
比如：
无鞭毛的球菌，常形成较小较厚边缘较整齐的菌落，有鞭毛细菌形成大而扁平、边缘波浪或锯齿状菌落
2．放线菌：
单细胞原核生物
（1）由分支状的菌丝构成
基内菌丝：
吸收营养，使放线菌营腐生生活（异养需氧型）。
气生菌丝：
生殖时分化为孢子丝，由孢子丝产生孢子（无性繁殖）。
（2）产生抗生素，如头孢拉定、链霉素、金霉素、土霉素、庆大霉素、春雷霉素等。
（3）分布：
土壤、空气和水中
3．病毒
（1）病毒的结构
①由核酸和衣壳两部分构成，合称核衣壳。
②衣壳粒是组成衣壳的基本单位，每个衣壳粒由1-6个多肽构成，决定病毒的抗原特异性；衣壳粒的排列方式不同，使病毒呈现不同的形态。
③核酸：
DNA或RNA，贮藏着病毒的全部遗传信息，控制着病毒的一切性状
④有些病毒在核衣壳外面还有一层有蛋白质、多糖和脂类构成的囊膜
（2）病毒的增殖：
在活的宿主细胞中增殖
4．真菌
（1）酵母菌（真核单细胞）
（2）霉菌（青霉和曲霉）：
由很多的菌丝构成的，菌丝内具有横隔,是多细胞的生物。
（3）大型真菌（蘑菇）：
真核多细胞生物。
Ⅱ。
易错平台
1．大型真菌如蘑菇、木耳也是微生物，自然界中除动物和植物以外的一切生物都是微生物
2．①细菌的细胞壁由肽聚糖组成，决定细菌的抗原特异性
②除去细菌细胞壁：
酶（溶菌酶），抗生素（青霉素）
③细菌控制抗药性、固氮、抗生素形成的基因位于质粒上
④只有一种细胞器：
核糖体。
虽然没有线粒体和叶绿体，但有些细菌也可进行有氧呼吸和光合作用
⑤不能有丝分裂，进行二分裂
⑥可遗传变异的来源只有：
基因突变
⑦没有染色体，不遵循孟德尔定律
⑧芽孢与孢子：
3.酵母菌与乳酸菌：
酵母菌是真菌,是真核生物；乳酸菌是细菌,是原核生物。
4．①决定病毒抗原特异性的是衣壳并非核酸
②病毒无细胞结构：
无细胞壁，所以对抗生素不敏感；
无产能酶系和蛋白质合成系统，所以不能独立进行新陈代谢（不能生长在培养基中，只能寄生在细胞内）
③每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA，所以其遗传物质中共包括4种核苷酸，4种碱基
④病毒不存在个体的生长和二分裂等细胞繁殖方式
Ⅲ。
题型归类
（一）细菌
1．下列关于幽门螺杆菌的叙述正确的是（）
A.幽门螺杆菌新陈代谢类型是异养厌氧型，在生态系统中是消费者
B.幽门螺杆菌的遗传物质在染色体和质粒上，基因结构的基因编码区是连续的
C.一般来说，幽门螺杆菌所需要的营养物质可归纳成水、无机盐、生长因子、碳源和氮源五大类
D.幽门螺杆菌呼吸作用产生水的场所是在线粒体的内膜上，幽门螺杆菌产生的毒素形成的主要时期是稳定期
2．下列有关硝化细菌的叙述，正确的是
A.能形成细胞壁和合成蛋白质B.可遗传变异的来源有基因突变和基因重组
C.能遵循孟德尔遗传定律D.能以有丝分裂方式进行繁殖
3. 关于炭疽杆菌的叙述，错误的是
A．具有细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核等结构 B．通过二分裂方式进行繁殖
C．核衣壳外面还有多糖、蛋白质和脂质构成的囊膜 D．只能利用现成的有机物
4．控制大肠杆菌抗药性的基因，控制青霉主要性状的基因，控制病毒抗原特异性的基因依次位于（）
①核区DNA上②线粒体DNA上③细胞核染色体上④质粒上⑤蛋白质衣壳内核酸上
A．①④⑤B．④③⑤C．②①③D．④①⑤
5．下图为细菌结构示意图，据此回答：
（1）控制细菌主要遗传性状的物质在（），它由螺旋盘绕而成。
抗生素性状的控制者是（）．
（2）此菌若为大肠杆菌，其在每升水中的数量标志着水的污染情况。
若要检测这种情况应该用的培养基是，除正常成分外，培养基中还应该含有。
（3）此菌的（）常用作基因工程的，是因为它有
多个，还具有，且能够在受体细胞中。
（4）此菌若作为基因工程的受体细胞，为增加目的基因导入的可能性，常常用CaCl
处理它的（）。
若用病毒导入目的基因，是利用了其的特性。
（5）此菌含有的细胞器是（）。
此菌的繁殖方式是。
（二）病毒
1.（04北京）在以下描述中，可以将病毒与其他微生物相区别的是
A.能够使人或动植物患病 B.没有细胞核，仅有核酸
C.具有寄生性 D.由核酸和蛋白质装配进行增殖
2.（09上海）甲型H1N1流感病毒能在宿主细胞内繁殖，其主要原因是该病毒
A基因组变异过快 B基因复制和表达过程过于简单
C基因和蛋白质的结构与宿主的相似性很高
D利用宿主细胞的酶完成基因复制和表达
3．2009年５月１日，中国禽流感研究实验室宣布研制出一种新型人用禽流感适应致弱活疫苗，有望对人类感染H5N1亚型禽流感病毒实现完全保护。
高致病性禽流感病毒H5N1属于RNA病毒，下列与H5N1病毒相关的叙述中，正确的是（）
A.组成H5N1病毒的遗传物质共包含8种核苷酸、5种碱基
B.家禽接种H5N1疫苗可以预防“禽流感”，因为疫苗可以消灭侵入家禽体内的病毒
C.培养H5N1病毒应选用碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等营养全面的培养基
D.H5N1病毒通过蛋白质和核酸的组装实现大量增殖
4．下图是艾滋病病毒（HIV）的结构示意图，其内部有两条RNA。
请据图回答下列问题：
（1）组成［2］的基本单位是_____________。
（2）艾滋病病毒侵入人体后，主要攻击人的_____________细胞，使其大量死亡从而使人体丧失免疫力。
在侵染过程中，HIV的_______________________________________侵入细胞后，在［1］的作用下，能够合成DNA并整合到人体细胞的DNA分子上，可见［1］是__________________________。
（3）在免疫学上，侵入人体的艾滋病病毒被称为__________________________，感染初期人体首先会通过_______________________________________免疫的作用来阻止病毒通过血液而扩散，然后通过_______________________________________免疫的作用来消灭已侵入细胞内部的病毒。
（4）如果艾滋病疫苗研制成功，人们就可以通过预防接种的方式来获得免疫力，接种疫苗一段时间后，如果再被艾滋病病毒感染，则人一般不会患病。
与初次接种相比，再次感染时的免疫反应所具有的显著特点是_______________________________________，特异性更强。
二．微生物的营养
Ⅰ。
知识归纳
1．微生物的营养物质
（1）碳源（凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质）
①含碳无机物：
二氧化碳、碳酸盐
②含碳有机物：
葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖，有机酸，氨基酸，醇，醛，酚
③最常用的碳源：
糖类，尤其是葡萄糖
④含碳有机物可成为异养型微生物的能源物质
⑤不同种类的微生物，对碳源的要求差别很大：
甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇作碳源；洋葱假单胞菌却能利用90多种含碳化合物
（2）氮源（凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质）
①含氮无机物：
分子态氮，铵盐（NH4+），硝酸盐（NO3-）
②含氮有机物：
蛋白质，氨基酸，牛肉膏，蛋白胨
③最常用的氮源：
铵盐（NH4+），硝酸盐（NO3-）
④对异养型微生物，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源
⑤无机氮也可供能：
如硝化细菌
（3）生长因子（指微生物生长不可缺少的微量有机物）
①主要包括维生素、氨基酸、碱基等
②它们一般是酶、核酸等的组成成分
③有些微生物不需要补充生长因子，如大肠杆菌；而有些微生物则必须补充生长因子才能正常生长，如乳酸杆菌就需要补充多种维生素和氨基酸
④微生物要补充生长因子的原因：
缺乏合成这些物质所需要的酶，或合成能力有限
⑤一些天然物质，如酵母膏、牛肉膏、蛋白胨、动植物组织提取液，既是碳源，又是氮源，还可为微生物提供生长因子
（4）无机元素（5）水分
2．微生物的营养类型
营养类型
碳源（区分自养型与异养型微生物的依据）
氮源
能源
自养型微生物
异养型微生物
注：
无机氮也可以供能，但无机碳不能供能
3．培养基的类型
（1）．根据物理状态划分
①液体培养基：
有利于微生物的生长和积累代谢产物，常用于大规模工业化生产。
②固体培养基：
采用天然固体营养物质，如马铃薯块、麸皮等作为营养基质。
在液体培养基中加入一定量的凝固剂，如琼脂（1.5%～2.0%）、明胶等煮沸冷却后，使凝成固体状态。
常用于微生物分离、计数。
③半固体培养基：
加入少量凝固剂（0.5％～0.8％的琼脂）则成半固体状态。
常用来观察细菌的运动，鉴定菌种。
（2）．根据用途划分
①选择培养基：
。
酵母菌和霉菌的筛选：
金黄色葡萄球菌的筛选：
圆褐固氮菌的筛选：
利用石油的微生物的筛选：
②鉴别培养基：
。
大肠杆菌的鉴别：
（3）．根据成分划分
①天然培养基：
②合成培养基：
Ⅱ。
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1．自养型微生物与异养型微生物的碳源：
自养型微生物：
CO2、碳酸盐
异养型微生物：
含碳有机物
2．硝化细菌和碳源、氮源和能源分别是：
CO2、NH3、NH3，所以无机氮也可以供能
Ⅲ。
题型归类
（一）自养型微生物与异养型微生物的差异
1．（07江苏）不同的微生物对营养物质的需要各不相同。
下列有关一种以CO2为唯一碳源的自养微生物营养的描述中，不正确的是
A. 氮源物质为该微生物提供必要的氮素 C．无机盐是该微生物不可缺少的营养物质
B．碳源物质也是该微生物的能源物质D．水是该微生物的营养要素之一
2.（06重庆）下列所述环境条件下的微生物，能正常生长繁殖的是
A.在缺乏生长素的无氮培养基中的圆褐固氮菌B.在人体表皮擦伤部位的破伤风杆菌
C.在新配制的植物矿质营养液中的酵母菌D.在灭菌后的动物细胞培养液中的禽流感病毒
3．（05江苏）下列关于平菇培养的操作程序，正确的是
A、配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养
B、配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养
C、配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养
D、配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养
4．下表是关于四种生物的能源、碳源、氮源、新陈代谢类型的描述，其中正确的是
A.硝化细菌和衣藻 B.乳酸菌和根瘤菌C.根瘤菌和衣藻 D.硝化细菌和乳酸菌
硝化细菌
乳酸菌
根瘤菌
衣藻
能源
氧化NH3
分解乳酸
N2
利用光能
碳源
CO2
糖类
糖类
CO2
氮源
NH3
N2
N2
NO3-
代谢类型
自养需氧型
异养厌氧型
异养需氧型
自养需氧型
（二）培养基
1．分离混杂在一起的大肠杆菌、硝化细菌、乳酸菌、酵母菌、金黄色葡萄球菌、圆褐固氮菌分离开来。
下面是分离筛选的方法步骤，请根据各个步骤的条件，填写空格中的内容：
首先配制一系列不同性质的固体培养基，然后进行高温灭菌。
再将上述微生物的混合液分别接种到各种培养基上培养。
（1）用无氮培养基可筛选出_______________________________________；
（2）用不含有机碳源的选择性培养基可筛选出__________________________；
（3）酵母菌的筛选需要在常规培养基中另加入__________________________；
（4）用加了较高浓度NaCl的培养基可选择出_____，或者根据菌落的颜色呈现金黄色，将其挑取单独培养；
（5）利用伊红和美蓝培养基培养混合菌，菌落呈_________色并带有金属光泽的是_______，挑取该菌落单独培养。
结合显微镜镜检和进一步用伊红和美蓝培养基鉴别来确定。
（6）在无氧环境下培养混合菌，_______________________________________可以生长。
2．（04江苏）通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物。
在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入10％酚可以抑制细菌和霉菌。
利用下述方法能从混杂的微生物群体中分别分离出
A．大肠杆菌 B．霉菌 C．放线菌 D．固氮细菌
3．如下表所示为某微生物培养基的配方，请回答：
成分
含量
成分
含量
NaNO3
3g
FeSO4
0.01g
K2HPO4
1g
（CH2O）
30g
琼脂
15g
H2O
1000ml
MgSO4·7H2O
0.5g
青霉素
0.1万单位
⑴依物理性质，该培养基属于 培养
基。
依用途划分，则属于 培养基。
⑵根据培养基原料，所培养微生物的同化作用
的类型是 ，培养的微生物可能
是 。
⑶该培养基中的碳源是 。
不论何种培养基，在各成分都溶化后分装前，要进行的是 。
⑷若用该培养液培养纤维素分解菌，应除去的物质是 ，应加入的物质是 ，为检测纤维素分解菌的存在与否还应加入 ，将呈 反应。
细菌种群进化过程中，其主要作用的变异来源是（）
A．环境条件B．基因重组C．基因突变D．染色体变异
4．下面是一种培养微生物的培养基的配方：
蛋白胨10g，乳糖5g，蔗糖5g，K2HPO42g，伊红Y0.4g，美兰0.065g，琼脂10g，蒸馏水1000mL，下列有关这种培养基的说法中正确的是
A．这是一种天然培养基 B．这是一种选择培养基
C．这种培养基可以用来鉴别大肠杆菌 D．这种培养基可以用来培养圆褐固氮菌
编号
成分
含量
①
NH4HCO3
0.4g
②
KH2PO4
4.0g
③
FeSO4
0.5g
④
CaCl2
0.5g
⑤
H2O
100mL
⑥
维生素
少量
5．右表是为培养某类微生物而配制的培养基的成分组成，有关叙述正确的是：
A、该培养基从物理性质来看，属于固体培养基
B、运用上述培养基可以培养自养型微生物
C、运用此培养基可以成功地进行植物无土栽培
D、该培养基中NH4HCO3只提供氮源
6.（2009·全国卷Ⅱ·T33
（1））利用微生物分解玉米淀粉生产糖浆，具有广阔的应用前景。
但现有野生菌株对淀粉的转化效率低，某同学尝试对其进行改造，以获得高效菌株。
①配置________（固体、半固体、液体）培养基，该培养基的碳源应为_________________。
②将________接入已灭菌的培养基平板上。
③立即用适当剂量的紫外线照射，其目的是__________。
④菌落形成后，加入碘液，观察菌落周围培养基的颜色变化和变化范围的大小。
周围出现_____现象的菌落即为初选菌落，经分离、纯化后即可达到实验目的。
三．微生物的代谢
Ⅰ。
知识归纳
1．微生物的代谢产物
初级代谢产物
次级代谢产物
种类
氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素
抗生素、激素、色素、毒素
产生时间
生长全过程
生长到一定阶段后
分布
积累在细胞内
可能积累在细胞内，也可能排到细胞外
作用
生长发育和繁殖所必需
对自身无明显生理作用
特异性
不同种类微生物产生的初级代谢产物基本相同
不同种类微生物产生的次级代谢产物不同
2．微生物代谢的调节
（1）酶合成的调节：
组成酶
诱导酶
①例：
大肠杆菌中分解葡萄糖的酶
①例：
大肠杆菌中分解乳酸的酶
②
②
③合成只受遗传物质上是否有合成此酶的基因支配
③合成决定于是否有诱导物和遗传物质上是否有合成此酶的基因
酶合成的调节的意义：
（2）酶活性的调节——反馈抑制
特点：
使酶暂时失去活性，失去催化能力，从而可使代谢作用迅速停止或迅速恢复。
意义：
3．微生物代谢的人工控制
（1）目的：
最大限度积累对人类有用的代谢产物。
（2）措施：
①改变菌种的遗传特性
②控制发酵过程中的各种条件
溶氧：
pH：
温度：
③改变细胞膜透性
改变细胞膜的成分，进而改变膜的通透性，促进代谢产物的分泌。
4．发酵：
利用微生物生产有用代谢产物的过程。
Ⅱ。
易错平台
1．组成酶和诱导酶均是胞内酶
2．诱导酶必须在诱导物作用下才能产生，若环境条件改变则消失
3．活性调节酶既包括组成酶，又包括诱导酶
Ⅲ。
题型归类
（一）微生物的代谢产物
1．（2006天津）
（1）下图为某种细菌的生长曲线及A、B两种代谢产物积累曲线。
请据图回答问题：
①A产物合成始于细菌生长曲线的 期，属于 代谢产物。
②B产物的积累量在细菌生长曲线的 期最大。
（2）绝大多数微生物的最适生长温度为25～37℃。
为了探究培养温度对谷氨酸棒状杆菌代谢产物（谷氨酸）合成量的影响，设计如下实验。
在实验中有4处错误，分别标以①、②、③、④，请依次分析错误原因。
第一步：
设定培养温度为28℃、29℃、30℃。
①
第二步：
将菌种接种到灭菌后的液体培养基中，分别在设定的温度条件下密闭培养。
②
第三步：
在衰亡期 ③定时取样，分别测定谷氨酸合成量，记录结果并绘制曲线。
实验结果预测及结论：
若在30℃培养条件下，谷氨酸合成量最大，则认为30℃为该细菌合成谷氨酸的最适培养温度。
④
① 。
③ 。
② 。
④ 。
2．对微生物代谢产物的叙述正确的是
Ａ．初级代谢产物的种类在不同微生物细胞中不同
Ｂ．抗生素、维生素、激素是微生物生长到一定阶段才产生
Ｃ．次级代谢产物在细胞内、外都可能存在
Ｄ．微生物的代谢增物是自身生长、繁殖所必需的
（二）微生物代谢的调节
1．关于微生物酶的叙述中，正确的是
A．组成酶是胞内酶，诱导酶是胞外酶
B．大肠杆菌分解乳糖和葡萄糖的酶都是组成酶
C．酶合成的调节与酶活性的调节不能共存于同一种微生物体内
D．酶合成的调节增强了微生物的适应能力
2.（09全国Ⅰ）右图是某种策生物体物质代谢过程的示意图。
下列有关酶节的叙述，错误的是
A.丁物质既是酶③催化生成的产物，又是酶③的反馈抑制物
B.成物质通过与酶④结成导致酶④结构变化而使其活性下降
C.当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶①的活性都将受到抑制
D.若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，可消除丙物质对酶①的抑制作用
（三）微生物代谢的人工控制
1．如图，将谷氨酸棒状杆菌接种到四个营养全面、pH适宜的培养基中，用以下条件培养，其中菌落形成最快的是
2.请设计一个实验，验证大肠杆菌生长繁殖所需的最适温度是37℃（注：
在培养液中菌体数越多，菌液越浑浊）。
①材料用具：
菌种、牛肉膏蛋白胨培养液、试管、无菌滴管、恒温箱数个等。
②方法步骤
第一步：
取3支试管，每管装入灭过菌的pH＝7．0的牛肉膏蛋白胨培养液各5mL。
第二步：
③预期实验现象：
。
四．微生物的生长
Ⅰ。
知识归纳
1．微生物生长的研究方法
（1）将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中
（2）并于适宜条件下培养
（3）然后定期取样测定培养基里细菌群体的生长情况
①测定细胞数目②测定重量（干重或湿重）
（4）以活菌数的对数值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物群体的生长曲线。
该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。
2．微生物的生长曲线
（1）调整期
调整期的特点：
①细胞不分裂，生长繁殖的速度几乎等于零
②细胞代谢活跃，细胞体积增大
③产生初级代谢产物：
大量合成细胞分裂所需的酶、ATP以及其他细胞成分
影响调整期长短的因素：
①菌种的菌龄（接种菌种来自对数期，其调整期最短）、菌种的遗传性（繁殖速度较快的菌种其调整期一般较短）、接种量（接种量大可以缩短甚至消除调整期）
②新旧培养基成分（培养条件）
调整期的意义：
对新环境的短暂的的调整和适应过程
（2）对数期
对数期的特点：
①细胞快速分裂，代谢旺盛
②个体的形态、生理特性比较稳定，常作为生产用的菌种和科研材料
（3）稳定期
稳定期到来的主要原因：
①营养物质的消耗②有害代谢产物的积累③pH的改变
稳定期的特点：
①细胞内开始积累贮藏物，如肝糖颗粒、异染颗粒、脂肪颗粒等
②大多数能形成芽孢的细菌在此时期内形成芽孢
③大量积累次级代谢产物，是获取次级代谢产物的最佳时期
④生产上的调节：
适当补充营养物质，有助于延长稳定期，提高产量
（4）衰亡期
①细胞会出现多种形态，甚至畸形。
②有些细胞开始解体，释放出代谢产物
3．实践应用：
连续培养法
概念：
在一个流动装置中，以一定速度不断添加新培养基，同时又以同样速度不断排出老培养基。
目的：
保证微生物对营养物质的需要，排出部分有害代谢产物，使微生物保持较长时间的高速生长。
意义：
缩短培养周期，提高设备利用率，且便于自动化管理。
4．影响微生物的生长因素
（1）温度
①最适生长温度范围内，微生物生长速率随温度上升而加快；超过最适生长温度后，微生物生长速率急剧下降。
原因：
细胞内蛋白质和核酸等发生不可逆破坏。
②依据最适生长温度，可以将微生物分为低温型、高温型、中温型。
（2）pH
①多数细菌最适pH是6.5~7.5，真菌5.0~6.0，放射菌7.5~8.5。
②超过最适生长pH，影响酶活性、细胞膜稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收。
（3）氧：
①好氧型微生物例：
多数细菌，大多数真菌
②厌氧型微生物例：
某些链球菌
③严格厌氧型微生物例：
某些产甲烷杆菌。
④兼性厌氧型微生物例：
酵母菌。
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1．微生物的生长曲线是研究群体而非个体的生长规律，坐标曲线中的纵坐标是活菌数的对数值
2．连续培养，缩短培养周期，缩短的是调整期或衰亡期，而稳定期被延长
3．在调整期合成的酶，主要是诱导酶，因为这是在新环境下经诱导而产生的
Ⅲ。
题型归类
（一）微生物生长的
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