2025年高二（下）生物微生物网络题

2025年高二（下）生物微生物网络题一、微生物的形态结构与分类微生物是自然界中个体微小、结构简单的生物群体，根据细胞结构差异可分为原核微生物、真核微生物和非细胞型微生物三大类。（一）原核微生物细菌是最常见的原核微生物，其基本形态有球状（如链球菌）、杆状（如大肠杆菌）和螺旋状（如霍乱弧菌）。细菌细胞主要由细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核组成，细胞壁的主要成分是肽聚糖，这一结构特征使其区别于真菌和植物细胞。部分细菌还具有特殊结构，如荚膜（保护作用）、鞭毛（运动功能）和芽孢（抗逆性休眠体）。例如，枯草芽孢杆菌在恶劣环境下形成的芽孢可耐受100℃沸水灭菌数小时，这一特性在食品加工和医疗消毒中具有重要意义。蓝细菌（旧称蓝藻）是另一类重要的原核微生物，虽无叶绿体，但细胞内含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，属于自养型生物。其形态多样，包括单细胞、群体和丝状体（如念珠藻），在淡水和海洋生态系统中扮演生产者角色，某些种类还能固氮，如满江红与鱼腥藻的共生关系可提高土壤肥力。放线菌是一类呈丝状生长的原核微生物，菌丝分为营养菌丝（吸收营养）和气生菌丝（产生孢子），与人类关系密切。例如，链霉菌可产生青霉素、红霉素等抗生素，而诺卡氏菌能分解石油污染物，在环境保护中发挥作用。（二）真核微生物酵母菌是单细胞真菌，呈椭圆形或球形，细胞结构包括细胞壁（含几丁质）、细胞膜、细胞核、细胞质和液泡。其繁殖方式以出芽生殖为主，在有氧条件下通过有氧呼吸分解葡萄糖产生二氧化碳和水，在无氧条件下则发酵生成酒精和二氧化碳，这一特性被广泛应用于酿酒和面包制作。霉菌是多细胞真菌，由菌丝构成，分为营养菌丝（深入培养基吸收养分）和直立菌丝（顶端产生孢子）。常见的霉菌有青霉（孢子呈扫帚状排列，产生青霉素）和曲霉（孢子呈放射状排列，用于制酱和生产淀粉酶）。霉菌的孢子具有极强的抗逆性，可通过空气传播，导致食品霉变和农作物病害（如小麦锈病）。大型真菌如蘑菇、香菇等，虽肉眼可见，但其本质仍属于微生物。它们由地下菌丝和地上子实体组成，子实体成熟后释放孢子进行繁殖，在生态系统中作为分解者分解木质素和纤维素。（三）非细胞型微生物病毒是最小的微生物，无细胞结构，仅由蛋白质外壳和内部核酸（DNA或RNA）组成，必须寄生在活细胞内才能增殖。根据宿主不同可分为动物病毒（如流感病毒）、植物病毒（如烟草花叶病毒）和噬菌体（感染细菌的病毒）。以新冠病毒为例，其遗传物质为单链RNA，易发生变异，这也是疫苗需要定期更新的原因之一。朊粒是一类特殊的非细胞型微生物，仅由蛋白质构成，不含核酸，却能引起疯牛病、克雅氏病等传染性海绵状脑病。其致病机制是通过诱导宿主正常蛋白质发生构象改变，形成具有毒性的淀粉样蛋白沉淀。二、微生物的生理代谢微生物的代谢类型多样，根据碳源和能源的不同可分为四大营养类型：光能自养型（如蓝细菌）、化能自养型（如硝化细菌）、光能异养型（如红螺菌）和化能异养型（如大肠杆菌）。（一）能量代谢有氧呼吸是多数微生物的主要产能方式，以葡萄糖为底物，通过糖酵解、三羧酸循环和电子传递链产生大量ATP。例如，好氧细菌在有氧条件下可将1分子葡萄糖彻底氧化分解，释放38个ATP。无氧呼吸是某些微生物在缺氧环境下的产能方式，以无机物（如硝酸盐、硫酸盐）为电子受体。例如，反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气，参与自然界氮循环；产甲烷菌在严格厌氧条件下分解有机物产生甲烷，是沼气发酵的关键菌群。发酵是微生物在无氧条件下的另一种产能途径，以有机物为电子受体，常见类型包括乙醇发酵（酵母菌）、乳酸发酵（乳酸菌）和丙酮丁醇发酵（梭状芽孢杆菌）。例如，制作泡菜时，乳酸菌通过乳酸发酵降低环境pH，抑制杂菌生长，同时赋予泡菜酸味。（二）物质代谢碳代谢中，自养微生物通过卡尔文循环固定二氧化碳合成有机物，而异养微生物则通过分解淀粉、纤维素等多糖获取碳源。例如，纤维素分解菌（如木霉）可分泌纤维素酶，将植物秸秆分解为葡萄糖，这一特性在生物能源（如乙醇生产）和饲料加工中具有应用前景。氮代谢是微生物参与生态系统物质循环的核心环节。固氮微生物（如根瘤菌、放线菌）可将大气中的氮气转化为氨，供植物吸收利用；硝化细菌将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐（硝化作用），反硝化细菌则将硝酸盐还原为氮气（反硝化作用），两者共同维持土壤氮平衡。代谢调节是微生物维持生命活动的关键机制，包括酶合成调节和酶活性调节。例如，大肠杆菌在含葡萄糖和乳糖的培养基中，优先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽后才诱导合成乳糖操纵子相关酶，分解乳糖，这一现象体现了微生物对环境资源的高效利用。三、微生物的遗传变异与育种微生物的遗传物质包括染色体（拟核DNA或细胞核DNA）、质粒（细菌细胞质中的小型环状DNA）和噬菌体（病毒核酸）。其变异类型主要有基因突变、基因重组和染色体畸变。（一）基因突变基因突变是微生物变异的主要来源，可自发产生或通过诱变剂诱导。例如，紫外线可导致DNA链上相邻的胸腺嘧啶形成二聚体，引起碱基配对错误；亚硝酸盐可使胞嘧啶脱氨基变为尿嘧啶，导致基因突变。利用诱变育种技术，科学家已培育出高产青霉素的青霉菌菌株，将产量从最初的20单位/毫升提高到数万单位/毫升。（二）基因重组转化是指受体菌直接吸收供体菌的DNA片段并整合到自身基因组中，例如肺炎双球菌的“格里菲斯实验”证明了DNA是遗传物质。转导是通过噬菌体将供体菌的DNA转移到受体菌中，如利用λ噬菌体转导大肠杆菌的抗药性基因。接合是细菌通过性菌毛传递质粒的过程，例如R质粒（抗药性质粒）的传递可导致细菌耐药性扩散，这也是临床抗生素滥用导致“超级细菌”出现的重要原因。（三）基因工程应用利用基因工程技术改造微生物已成为现代生物技术的核心。例如，将人胰岛素基因导入大肠杆菌，可大规模生产重组人胰岛素；将降解石油的基因整合到假单胞菌中，构建“超级细菌”用于海洋石油污染治理；通过CRISPR-Cas9技术编辑酵母菌基因组，优化青蒿素合成途径，降低抗疟疾药物的生产成本。四、微生物的生态作用与人类关系（一）生态系统中的角色生产者：蓝细菌、光合细菌等通过光合作用或化能合成作用将无机物转化为有机物，为生态系统提供基础能量。例如，海洋中的蓝细菌贡献了全球50%以上的初级生产力。分解者：细菌和真菌通过分解动植物遗体和排泄物，将有机物转化为无机物（如二氧化碳、水和无机盐），参与碳、氮、磷等元素的循环。例如，腐生细菌分解落叶和动物尸体，维持生态系统物质平衡。消费者：寄生微生物（如病毒、疟原虫）依赖宿主获取营养，可能导致宿主疾病，但也可通过寄生关系控制种群数量，维持生态平衡。（二）微生物与人类生产生活工业应用：微生物发酵技术广泛用于食品、医药和化工领域。例如，利用醋酸菌生产食醋，乳酸菌制作酸奶和泡菜，谷氨酸棒状杆菌生产味精；在医药领域，通过微生物发酵生产抗生素、维生素和疫苗（如乙肝疫苗）。农业应用：根瘤菌与豆科植物共生固氮，减少化肥使用；苏云金杆菌（Bt）产生的毒蛋白可杀死棉铃虫，作为生物农药减少化学污染；白僵菌寄生在害虫体内，用于防治松毛虫和玉米螟。环境保护：微生物在污水处理中发挥关键作用，好氧菌分解有机物（如活性污泥法），厌氧菌降解有毒物质（如反硝化脱氮）；某些微生物可降解塑料（如Ideonellasakaiensis能分解PET塑料），为解决白色污染提供新途径。（三）微生物与人类健康有益微生物：人体肠道内的双歧杆菌、乳酸菌等益生菌可合成维生素B和K，抑制有害菌（如大肠杆菌）生长，增强免疫力。例如，服用益生菌制剂可缓解抗生素引起的肠道菌群失调。病原微生物：某些微生物可引起传染病，如结核杆菌导致肺结核，霍乱弧菌引发霍乱，流感病毒引起流行性感冒。预防措施包括接种疫苗（如麻疹疫苗）、注意个人卫生（如勤洗手）和控制传播途径（如隔离患者）。五、微生物的实验室培养技术（一）培养基的配制培养基是人工配制的供微生物生长繁殖的营养基质，需满足微生物对碳源、氮源、水、无机盐和生长因子的需求。根据用途可分为基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）、选择培养基（如添加青霉素的培养基筛选真菌）和鉴别培养基（如伊红美蓝培养基鉴别大肠杆菌，菌落呈紫黑色并带有金属光泽）。配制步骤包括：计算（按配方称量试剂）、称量、溶解、调pH（细菌需中性或弱碱性，真菌需偏酸性）、灭菌（高压蒸汽灭菌，121℃、103kPa下灭菌20分钟）和倒平板（冷却至50℃左右倒入培养皿，避免冷凝水影响菌落形成）。（二）无菌操作技术无菌操作是微生物培养的核心，目的是防止杂菌污染。关键步骤包括：操作前对工作台和双手进行酒精消毒，使用酒精灯火焰灭菌接种环和试管口，接种时试管口通过火焰灼烧，培养皿开盖角度不宜过大（约45°）。例如，平板划线法通过连续划线将微生物稀释，最终在培养基表面形成单个菌落，便于纯化菌种；稀释涂布平板法则可用于活菌计数，计算每克样品中的菌落形成单位（CFU）。（三）培养条件控制微生物的生长需要适宜的温度、pH和氧气条件。温度方面，细菌最适生长温度为37℃（如人体致病菌），真菌为25-28℃（如酵母菌），嗜热菌（如温泉中的硫化叶菌）可在80℃以上生存。氧气方面，需氧菌（如枯草杆菌）需在有氧环境中培养，厌氧菌（如破伤风杆菌）需在无氧条件下（如厌氧罐）培养，兼性厌氧菌（如酵母菌）在有氧和无氧环境中均可生长。（四）实验案例：土壤微生物的分离与鉴定取样：从校园土壤中采集5g样品，加入45mL无菌水制成菌悬液。稀释：通过梯度稀释（10⁻¹至10⁻⁶）获得不同浓度的菌悬液。接种：采用稀释涂布平板法将10⁻⁴、10⁻⁵、10⁻⁶三个浓度的菌悬液接种到牛肉膏蛋白胨培养基上，每个浓度做3次重复。培养：将平板倒置放入37℃恒温培养箱，培养24-48小时。观察与计数：选择菌落数在30-300之间的平板，统计菌落类型（如形态、颜色、边缘特征），并通过革兰氏染色鉴别细菌类型（阳性菌呈紫色，阴性菌呈红色）。六、典型例题解析例题1：微生物的代谢类型与应用题目：下列关于微生物代谢的叙述，错误的是（）A.蓝细菌通过光合作用合成有机物，属于光能自养型B.乳酸菌在无氧条件下进行乳酸发酵，可用于制作酸奶C.破伤风杆菌为厌氧菌，伤口深处缺氧环境易导致感染D.酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物相同，均产生CO₂和H₂O解析：酵母菌在有氧条件下通过有氧呼吸产生CO₂和H₂O，在无氧条件下发酵产生酒精和CO₂，产物不同，故D项错误。答案：D例题2：微生物的遗传变异题目：利用基因工程技术将人干扰素基因导入大肠杆菌，可获得能生产人干扰素的工程菌。下列叙述正确的是（）A.该过程需用限制酶切割大肠杆菌的DNAB.干扰素基因可通过噬菌体导入大肠杆菌C.工程菌的遗传物质只含干扰素基因D.工程菌性状稳定，无需筛选即可大规模培养解析：基因工程中需用限制酶切割载体（如质粒）而非大肠杆菌DNA，A项错误；干扰素基因可通过噬菌体（载体）导入大肠杆菌，B项正确；工程菌的遗传物质包括