2025年高二（下）生物微生物灵化题

2025年高二（下）生物微生物灵化题一、微生物的基本分类与结构特征微生物是一类个体微小、结构简单的生物群体，根据细胞结构可分为原核微生物、真核微生物和非细胞型微生物三大类。原核微生物：包括细菌、放线菌等，其细胞结构中无成形细胞核，遗传物质直接存在于细胞质中。例如，大肠杆菌（Escherichiacoli）通过二分裂繁殖，细胞壁主要成分为肽聚糖；而幽门螺旋菌作为螺旋形细菌，具有鞭毛结构，可通过饮食传播并引发胃溃疡。真核微生物：如酵母菌、霉菌（青霉、匍枝根霉）和大型真菌（蘑菇），具有细胞核和复杂细胞器。青霉的直立菌丝顶端呈扫帚状，产生青绿色孢子；匍枝根霉则形成球状孢子囊，成熟孢子为黑色。酵母菌在无氧条件下通过出芽生殖产生酒精，是发酵工程的常用菌种。非细胞型微生物：以病毒为代表，无细胞结构，仅由蛋白质外壳和核酸（DNA或RNA）组成，必须寄生在活细胞内才能繁殖。例如，噬菌体可特异性侵染细菌，而新冠病毒通过刺突蛋白与宿主细胞受体结合实现入侵。结构对比表|类别|细胞核|细胞壁成分|繁殖方式|代表生物||------------|--------------|------------------|----------------|------------------------||原核微生物|无成形细胞核|肽聚糖|二分裂|大肠杆菌、幽门螺旋菌||真核微生物|有细胞核|几丁质（真菌）|出芽、孢子生殖|酵母菌、青霉、蘑菇||非细胞型|无细胞结构|无|复制（依赖宿主）|噬菌体、新冠病毒|二、微生物的营养与培养基制备技术微生物的生长依赖营养物质，培养基需满足碳源、氮源、水、无机盐和特殊营养需求（如维生素）。培养基的类型与应用按物理状态：固体培养基（含琼脂，用于分离、鉴定和活菌计数）、液体培养基（工业生产）、半固体培养基（观察微生物运动）。按化学成分：天然培养基（成分不明确，如牛肉膏蛋白胨培养基，用于工业生产）、合成培养基（成分明确，如含葡萄糖和铵盐的培养基，用于分类鉴定）。按功能：选择培养基（抑制杂菌，如加入青霉素的培养基可筛选酵母菌）、鉴别培养基（如伊红-亚甲蓝培养基，大肠杆菌菌落呈深紫色并带金属光泽）。无菌技术与实验操作灭菌方法：高压蒸汽灭菌（培养基，121℃、15-20分钟）、干热灭菌（玻璃器皿）、灼烧灭菌（接种环）。接种技术：平板划线法（通过连续划线分离单菌落）和稀释涂布平板法（用于活菌计数，计数范围需控制在30-300个菌落）。例如，分离土壤中分解尿素的细菌时，需使用以尿素为唯一氮源的选择培养基，并加入酚红指示剂，若菌落周围变红则证明该菌能产生脲酶。案例分析：在“土壤中分解纤维素的微生物分离”实验中，需制备以纤维素为唯一碳源的选择培养基，接种后加入刚果红染料。若微生物能分泌纤维素酶，会将周围纤维素分解为葡萄糖，形成以菌落为中心的透明圈，透明圈越大，分解能力越强。三、微生物的代谢类型与能量转换微生物的代谢根据氧气需求和能量来源可分为多种类型：有氧呼吸：需氧菌（如醋酸菌）通过三羧酸循环彻底氧化有机物，产生大量ATP。例如，醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为乙酸（醋的酿造）。无氧呼吸与发酵：厌氧菌（如乳酸菌）在无氧环境中通过无氧呼吸或发酵产能。乳酸菌将葡萄糖分解为乳酸（泡菜、酸奶制作），酵母菌则通过乙醇发酵生成酒精和CO₂（果酒酿造）。特殊代谢途径：某些微生物具有独特代谢能力，如固氮菌（根瘤菌）可将N₂转化为氨，蓝细菌通过光合作用固定CO₂，而甲烷菌在无氧条件下分解有机物产生甲烷（沼气发酵）。代谢应用实例：酒精发酵：酵母菌在18-25℃、无氧条件下，通过糖酵解将葡萄糖转化为丙酮酸，再脱羧生成乙醇，反应式为：C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH+2CO₂+能量。抗生素合成：青霉菌在次级代谢过程中产生青霉素，通过抑制细菌细胞壁合成发挥杀菌作用，是第一种临床应用的抗生素。四、微生物的生长规律与培养技术生长曲线的四个阶段调整期：微生物适应环境，代谢活跃但数量不增加。对数期：营养充足，繁殖速率最快，细菌呈指数增长（N=N₀×2ⁿ，n为代数），此阶段适合作为菌种。稳定期：营养消耗、代谢产物积累，出生率=死亡率，活菌数达到最大值，此时可收获代谢产物（如抗生素）。衰亡期：环境恶化，死亡率＞出生率，细胞出现畸形或自溶。无菌培养与分离技术纯培养关键：防止杂菌污染，操作需在超净工作台进行，接种环经灼烧灭菌后冷却使用，培养皿倒置培养以防冷凝水污染菌落。分离方法：平板划线法：通过连续划线将菌种逐步稀释，最终获得单菌落。稀释涂布平板法：将菌液梯度稀释后涂布于平板，统计菌落数计算活菌浓度（公式：每毫升活菌数=平板菌落数×稀释倍数/接种体积）。实验案例：从反刍动物瘤胃中分离纤维素分解菌取样与预处理：采集瘤胃内容物，加入无菌生理盐水制成菌悬液，由于瘤胃微生物多为厌氧菌，需在培养基表面添加无菌石蜡隔绝氧气。选择培养：使用以纤维素为唯一碳源的选择培养基，37℃恒温培养48小时，淘汰不能分解纤维素的微生物。鉴定与计数：加入刚果红染料，筛选透明圈最大的菌落，通过稀释涂布平板法计算活菌数量（如某平板菌落数为189个，稀释倍数10⁴，接种体积0.1mL，则每毫升样品活菌数=189×10⁴/0.1=1.89×10⁷个）。五、微生物的应用与生物技术实践食品工业发酵食品：利用酵母菌制作面包（CO₂使面团蓬松）、酿酒（乙醇发酵）；乳酸菌制作酸奶、泡菜（乳酸抑制杂菌）；醋酸菌制作食醋（乙醇氧化为乙酸）。食品保鲜：利用溶菌酶（破坏细菌细胞壁）或乳酸菌发酵产生的有机酸降低pH，抑制腐败菌生长。医药与环保抗生素生产：除青霉素外，链霉菌产生链霉素，头孢菌产生头孢菌素，均通过抑制细菌蛋白质合成或细胞壁形成发挥作用。环境治理：利用微生物降解污染物，如假单胞菌分解石油烃，甲烷菌处理生活污水产生沼气（主要成分为CH₄），减少温室气体排放。农业与能源生物固氮：根瘤菌与豆科植物共生，将大气N₂转化为氨，减少化肥使用；圆褐固氮菌可独立固氮，用于制作生物肥料。生物能源：通过酵母菌发酵玉米秸秆等纤维素材料生产乙醇，替代化石燃料；利用产氢菌进行光合产氢，开发清洁能源。六、典型试题分析与实验探究例题1：培养基类型与微生物筛选某同学欲分离土壤中能分解尿素的细菌，设计实验流程如下：土壤取样→梯度稀释→涂布平板→培养观察。问题：（1）该实验需使用何种选择培养基？添加何种指示剂？预期现象是什么？（2）若平板上菌落密集，无法计数，应如何改进？答案：（1）以尿素为唯一氮源的培养基；加入酚红指示剂；尿素分解菌产生脲酶，将尿素分解为NH₃，使培养基pH升高，酚红变红，菌落周围出现红色环。（2）增加稀释倍数（如从10⁻⁴稀释至10⁻⁶），确保平板菌落数在30-300之间，符合计数要求。例题2：微生物代谢与发酵条件控制在果酒制作中，将葡萄汁装入发酵瓶时需留有1/3空间，且发酵过程中需定期排气。请解释原因。答案：留1/3空间：初期酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖（C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O），消耗氧气后进入无氧发酵阶段；若空间不足，CO₂会导致瓶内压力过大。定期排气：无氧呼吸产生CO₂，若不及时排出，可能导致发酵瓶爆裂，同时避免杂菌污染。七、微生物与人类健康的关系有益微生物肠道菌群：双歧杆菌、乳酸菌等调节肠道pH，促进营养吸收，抑制致病菌（如大肠杆菌）过度繁殖，增强免疫力。益生菌制剂：如乳双歧杆菌BL-99，可改善肠道微生态平衡，用于治疗腹泻和消化不良。病原微生物感染与预防：幽门螺旋菌通过口-口传播，引发胃炎、胃溃疡，需通过抗生素（如阿莫西林）联合治疗；新冠病毒通过飞沫传播，接种疫苗可诱导中和抗体产生，阻断感染。耐药性问题：滥用抗生素导致细菌产生耐药基因（如MRSA耐甲氧西林金黄色葡萄球菌），需通过合理用药、研发新型抗生素（如噬菌体疗法）应对。八、前沿技术与未来展望合成生物学：通过基因编辑（如CRISPR-Cas9）改造微生物代谢途径，生产药物（如胰岛素）、生物燃料（如丁醇）和可降解塑料（如聚羟基脂肪酸酯）。微生物组学：研究人体肠道菌群与疾病的关系，开发个性化益生菌疗法；利用土壤微生物组提高作物抗逆性，减少农药使用。极端微生物：从深海热泉、盐湖等极端环境中筛