高考生物三轮考前重点突破：专题五微生物的生长与发酵工程简介（含答案）

1、小专题五微生物的生长与发酵工程简介考点整合一：微生物的生长1生长曲线的形成条件(1)菌种：数量上是少量，但不能是一个，若加大接种量能缩短调整期；种类上是一种，可避免不同种细菌之间的竞争。 (2)培养基：恒定容积的液体培养基。恒定容积提供一定的生存环境，但营养和空间是有限的；液体培养基便于测定群体生长，如通过样品推测细菌总数。(3)培养条件：适宜条件。(4)菌体数量的测定方法：定期取样。测细菌的细胞数目：将等量的待测样品与已知含量的红细胞混匀，固定染色，求出细菌与红细胞的比例，计算出单位体积内的细菌数目；分离出单位体积培养液中的细菌，称重，计算出其中的细胞总重量。2解读生长曲线(1)生长曲线如图

2、： (2)生长曲线四个时期主要内容的比较：时期项目调整期对数期稳定期衰亡期生长量一般不分裂繁殖率死亡率繁殖率死亡率繁殖率死亡率活菌体数量基本不变呈2n增长活菌数量最多，接近K值活菌数量急降成因对新环境的适应条件适宜生存条件恶(营养大量消化耗、有害代谢产物积累、pH改变)生存条件急剧恶化菌体及代谢特点代谢活跃、体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分个体形态和生理特性稳定出现芽孢，大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物细胞出现多种形态，有些细胞开始解体，释放代谢产物应用与其他调整期的长短与菌种、培养条件等有关生产用菌种、科研材料连续培养法，延长稳定期3.研究微生物生长曲线的

3、实践意义(1)在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短调整期：通过遗传学方法改变微生物的遗传特性使之缩短；利用对数期的细胞作为“种子”；尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；以适当扩大接种量等方式缩短调整期。 (2)发酵中延长稳定期、提高代谢产物产量的方法连续培养：基本原则：微生物培养过程中不断地补充营养物质和以同样的速率移出培养物。优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；产品质量较稳定。缺点：杂菌污染和菌种退化。4影响微生物生长的环境因素因素影响的原因最适条件不适宜因素的结果温度影响蛋白质和核酸的结构多数温度低时生长速率减慢，温度过高时蛋白质和核酸的结构发生不可逆的破坏影响

4、酶的活性和膜的稳定性细菌真菌放线菌酶或膜的稳定性被破坏，新陈代谢受阻氧气影响微生物的细胞呼吸或生命活性好氧型微生物：需氧厌氧型微生物：不需氧兼性厌氧型：有氧、无氧均可严格厌氧型：短时间的有氧也会造成生长停滞或死亡厌氧型微生物：有氧时发酵受抑制好氧型微生物：只能生活在有氧条件下特别提醒：1微生物生长速率曲线2细菌的生长曲线与种群的增长曲线比较(1)细菌的生长曲线与种群的增长曲线均以时间为横坐标，但生长曲线纵坐标是细菌数目的对数，增长曲线纵坐标是种群数量。生长曲线可分为四个时期。 (2)生长曲线的“调整期对数期”与种群数量变化的“J”型曲线相似：“调整期对数期稳定期”与种群数量变化的“S”型曲线相

5、似。(3)生长曲线中，种内斗争最激烈的阶段是隐定期；与无机环境斗争最激烈的阶段是衰亡期；调整期和对数期种内斗争很小；产生初级代谢产物的最佳时期是调整期；产生次级代谢产物的最佳时期是稳定期。【典例1】用某种培养基培养谷氨酸棒状杆菌，测得其生长曲线如图甲所示。谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌的代谢产物之一，其合成途径如图乙所示。下列有关叙述，不正确的是()A该培养基是恒定容积的液体培养基，含有五大类营养要素物质B谷氨酸脱氢酶是组成酶，谷氨酸在图甲中的各个时期都有合成C在图甲中的时期，谷氨酸棒状杆菌代谢旺盛，种内斗争最激烈D在图乙中，谷氨酸脱氢酶被抑制的直接原因是其结构发生改变 解析从生长曲线看，是微生物群体

6、在恒定容积的条件下的生长情况；组成酶在各个时期都可以产生，诱导酶是在一定外界条件下产生的；在稳定期种内斗争最激烈；谷氨酸脱氢酶被抑制的直接原因是其结构发生改变，催化效率降低。答案C【互动探究1】(2009上海卷)在光照下，将等细胞数量的衣藻和大肠杆菌分别接种到只含无机盐的培养液中培养，结果是(虚线和实线分别表示大肠杆菌和衣藻的生长曲线)() 解析本题考查自养型生物和异养型生物的生长曲线。在没有有机物供应的情况下，明确大肠杆菌的生长状况是解答本题的突破口。大肠杆菌是异养型生物，不能利用无机物制造有机物，只能摄取现成的有机物进行生长繁殖，因此在只含无机盐的培养基上几乎不能生长繁殖，而四个图中只有C

7、符合该结论。衣藻是含有叶绿体的低等植物，能进行光合作用合成有机物，因此能生长繁殖，其生长曲线应近似于“S”型曲线。答案C考点整合二：发酵工程一、发酵工程生产产品的流程简图归纳总结：1菌种选育的常用方法比较育种类型原理方法优点(缺点)诱变育种基因突变物理、化学、生物因素诱变能大幅度改变某些性状、操作简便，但具有很大的盲目性基因工程DNA重组将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程细菌能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高细胞工程原生质体融合等体细胞杂交等能克服远源杂交不亲和的障碍，定向改变遗传性状2.发酵工程与其他生物工程的比较生物工程主要技术主要操作对象目的或应用联系基因工程DN

8、A重组技术基因及动植物细胞、微生物细胞为了获得工程菌、转基因动物、转基因植物各种生物工程之间是相互联系的，基因工程和细胞工程可以为发酵工程提供菌种，发酵工程可以使某些基因工程、细胞工程的产物实现规模化生产细胞工程细胞培养；细胞融合；胚胎移植；单克隆抗体制备；核移植动植物细胞、微生物细胞为了获得人工种子、试管动物、单克隆抗体、克隆动植物发酵工程菌种选育；大规模培育细胞微生物为了获得生产药品、传统发酵产品、食品添加剂、单细胞蛋白二、发酵的影响因素及控制1温度(1)造成的影响：温度影响酶活性，进而影响代谢速率；影响生物合成的途径，如金色链霉菌在30C以下时合成金霉素能力较强，在35C以上时则只合成四

9、环素；影响发酵液的物理性质以及菌种对营养物质的分解和吸收。 (2)采取的措施：要根据生产实际合理控制温度，如最适生长温度不一定是该菌体内生成代谢产物的最适温度。发酵罐中热量来源于有机物的氧化分解、机械摩擦等，需要通过发酵罐壁、水分蒸发、冷却水等将热量散发出去，最终使发酵罐中的温度保持动态平衡。2pH(1)造成的影响：pH的改变可以影响酶活性，造成细胞膜通透性改变，影响营养物质的吸收和代谢产物的排出；影响产物种类，如谷氨酸棒状杆菌在pH为酸性时生成乙酰谷氨酰胺而不是谷氨酸。 (2)采取的措施：在微生物的代谢过程中，产生的二氧化碳、有机酸等会引起培养基中pH的降低，某些无机盐的选择性吸收可能会引起

10、pH的上升，pH的改变不利于生产，因此要及时调整。过酸时加Na2CO3等中和，过碱时加稀盐酸等中和。3溶解氧(1)造成的影响：不同代谢类型的微生物对溶氧的要求不同，氧可以促进需氧型微生物的代谢，抑制厌氧型微生物的代谢；溶氧还可以影响产物的合成，如当氧气不足时，谷氨酸棒状杆菌生成的是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸。 (2)采取的措施：对需氧型生物进行发酵，发酵过程中要不断地通入无菌空气，并进行搅拌(要合理控制转速)；对厌氧型生物进行发酵，要隔绝空气。4营养物质的浓度C/N、无机盐、维生素等均能影响微生物的生长和代谢产物的积累。如当C/N3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；当C/N4时，谷氨酸棒状杆菌

11、大量繁殖而产生的谷氨酸很少。【典例2】如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答： (1)能生产人生长激素的工程菌是通过_培育的；高产青霉素菌种是通过培育的，是_，是_。(2)整个过程的中心阶段是发酵，要随时取样检测培养基中的细菌数目、产物浓度等。同时，要严格控制_和转速等发酵条件。(3)若是单细胞蛋白的话，是_，氨基酸、维生素属中的_产物。基因工程诱变育种细胞工程溶解氧、温度、pH微生物菌体初级代谢 解析一般情况下，从自然界中分离得到的野生菌种不能满足人们的需求，因此需进行改造，常用的措施有基因工程、诱变育种、细胞工程。影响发酵的主要条件有溶解氧、温度、pH等。发酵工程的产品有两类，一是菌

12、体本身，二是代谢产物。【互动探究2】(2009全国理综)下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述，错误的是()A发酵时需不断通入无菌空气，否则会积累乳酸B发酵时常采用的培养基为液体天然培养基C从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产D当菌体生长进入稳定期时，补充营养物可提高谷氨酸产量 解析本题以谷氨酸发酵过程为切入点，主要考查与发酵工程相关的知识，熟知发酵工程的基本步骤及每步中需要注意的事项，是解题的关键。发酵工程生产谷氨酸，溶液不足时，会产生乳酸或琥珀酸；培养基中含豆饼的水解液、玉米浆等成分复杂的物质，工业生产常用液体培养基，因此该培养基属于液体天然培养基；从自然界分离的野生型菌株，产量一般都比较

13、低，不能满足工业生产的需要，通常要用人工诱变的方法处理，使菌种产生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌种，才能用于生产； 当菌体生长进入稳定期时，要及时补充营养物质，以满足菌体的营养需求，提高谷氨酸的产量。答案C(2010全国)下列是与微生物培养有关的问题，请回答：(1)某细菌固体培养基的组成成分是KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4、葡萄糖、尿素、琼脂和蒸馏水，其中凝固剂是_，碳源是_，氮源是_。已知只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，故该培养基属于_培养基。按照化学成分分类，该培养基属于_培养基。从同化作用类型看，用该培养基培养的细菌属于_。琼脂葡萄糖尿素选择合成异养型 (2)将少

14、量细菌接种到一定体积的液体培养基中，适宜条件下培养，定时取样测定菌体数目，以时间为横坐标，以菌体数目的对数为纵坐标，可以得到细菌的_曲线。该曲线中以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是_。实验室中，为了获得形态和生理特征一致的菌体，一般应在_期取材；在生产中，常收集培养至_期的细菌用于次生代谢产物的提取。生长培养中的细菌以指数形式增殖，取对数便于反映细菌群体的生长规律(其他合理答案也可)对数稳定解析：(1)在细菌固体培养基组成成分中，凝固剂是琼脂，碳源是葡萄糖，氮源是尿素；由于只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，从培养基用途上看，该培养基应属于选择培养基；按照培养基的化学成分划分，该培养基应属于合成培养基；由于