高三生物二轮复习学案微生物的代谢苏教版

1、基本知识基本知识 一、微生物的营养一、微生物的营养 （一） 、微生物需要的营养物质 微生物需要的营养物质包括五大类：水、 无机盐、碳源、氮源和生长因子。 概念来源功能 凡是提供所需碳元（ 1 ） 无 机 碳 源 (CO2、(1)用于合成微生物的 素的物质NaHCO3、等含碳无机物)细胞物质和一些代谢 碳 （2）有机碳源：即含碳有产物 源 机物(2)还是异养微生物的 主要能源物质 凡能提供氮元素的（1）无机氮： N2、NH3、主要用于合成蛋白质、 铵盐、硝酸盐核酸以及含氮的代谢 氮 物质 （2）有机氮：牛肉膏、蛋产物 源 白陈、尿素等 生 长 因 子 一些微生物生长不 可缺少的微量有机 物。主要

2、包括维生 素、氨基酸、碱基 等 一些天然物质如酵母膏、 蛋酶和核酸的组成成分 白栋、 动植物组织提取液等 可以为微生物提供生长因 子 说明： 1、微生物最常利用的碳源是糖类，尤其是葡萄糖；最常利用的氮源是 铵盐、 硝酸盐。 2、不同种类的微生物，对碳源的需求差别很大。 3、对于异养微生物来说，含 C、H、O、N 的大分子化合物既是碳源，又是氮 源和能源。可能又是生长因子。 4、微生物之所以需要生长因子，往往是由于缺乏合成这些物质所需的酶或合 成能力有限。 5、对许多微生物来说既可以利用无机氮化合物作氮源，也可以利用有机氮化 合物作氮源；固氮微生物可以利用 N2作为氮源； 6、对于自养微生物来说

3、，NaHCO3既是又是。 （碳源无 机盐） ，NH4HCO3既是又是还可以是。 （碳源 氮源能源） ； 对于异养微生物来说，含C、H、O、N 的大分子化合物既是，又是 和。还可能又是。 （碳源 氮源 能源 生长因子） （二） 、培养基 1、培养基配制的原则 (1)目的要明确（根据微生物的种类、培养的目的等） ：如培养自养微生物，培 养基可由简单的无机物组成；如培养自身固氮微生物如圆褐固氮菌，培养基中 则不必加氮源；生产用培养基内可加入化学成分不明确的天然物质，而分类实 验用培养基则应加入已知化学成分的物质。 (2)营养要协调：注意各种营养物质的浓度和比例。如：营养物质浓度过高，微 生物细胞内的

4、水分通过细胞膜不断向外渗透，细胞发生质壁分离，影响微生物 的正常生命活动，抑制微生物的生长；在各种营养物质的比例中，碳源与氮源 的比最为重要：如谷氨酸生产中，CN41 时，菌体大量繁殖而产生的谷 氨酸少；CN31 时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。 (3)pH 要适宜：细菌PH6.57.5，放线菌PH7.58.5，真菌PH5.06.0。可 在培养基中加酸或碱调节或加 PH 缓冲液如 K2HPO4/KH2PO4。 2、培养基的种类 划分培养基 特点用途 标准种类 液体不加凝固剂工业生产 培养基物 理半固体加凝固剂如琼脂观察微生物的运动、鉴定菌种 性培养基 质固体微生物的分离、计数 培养基

5、 天然含化学成分不明确，工业生产 化 培养基如玉米粉、牛肉膏等 学 成分明确（用化学成分类、鉴定 成合成 分已知的化学物质配 分培养基 制） 培养基中加入某种化培养、 分离出特定的微生物 （如培养 学物质，以抑制不需和分离酵母菌和霉菌， 可在培养基中 选择 要的微生物，促进所加入青霉素； 培养和分离金黄色葡萄 培养基 需要的微生物的生长球菌， 可在培养基中加入高浓度的食 盐。 ）用 途根据微生物的代谢特鉴别不同种类的微生物， 如可用伊红 点，在培养基中加入美蓝培养基鉴别饮水或乳制品 鉴别 某种指示剂或化学药中是否有大肠杆菌 （若有， 其代谢产 培养基 品物有机酸就一伊红和美蓝反应， 使菌 落呈

6、深紫色，并有金属光泽） 说明：液体培养基营养物质分布均匀与菌体充分接触，有利于微生物更快 吸收营养，有利于菌体繁殖，积累产物，因而适于大规模的工业生产。天然培 养基配制方便，营养丰富且价廉，适于工业生产。 二、微生物的代谢二、微生物的代谢 （一） 、微生物代谢特点及原因：代谢异常旺盛。微生物的表面积与体积之比很 大，使之能迅速与外界进行物质交换。 （二） 、微生物代谢的产物 初级代谢产物次级代谢产物 生长发育所必须对自身无明显生理功能，或并 作用 非生长发育所必须 产生时期生长全过程一直在产生生长到一定阶段（稳定期） 分布细胞内细胞内或外 种的特异无（不同种类微生物细胞内基本相有（不同种类微生

7、物细胞内不 性同）相同） 化学结构比较简单十分复杂 氨基酸、核苷酸、多糖、脂质、维抗生素、毒素、激素、色素等 举例 生素等 相同点都是在微生物细胞的调节下有步骤的产生的 （三） 、微生物代谢的调节 酶合成的调节酶活性的调节 诱导酶的合成已有酶（组成酶和诱导酶）的活 调节对象 性 调节结果酶的种类和数量增加酶的活性发生变化 区特点 （效果） 间接、缓慢快速、精确，变化是可逆的 基因（表达）水平上的调节， 代谢水平的调节（反馈抑制） ， 控制酶的合成，通过酶量的变代谢过程中产生的产物与酶可 调节机制 别化来调节来控制代谢速率逆性的结合， 使酶的结构产生变 化，导致酶的活性发生变化 保证代谢的需要，

8、又避免细胞避免代谢产物积累过多。 如谷氨 内物质和能量的浪费，增强了酸发酵过程中当谷氨酸过量时 调节意义 微生物的适应能力。如大肠杆就会反馈性的抑制谷氨酸脱氢 菌分解乳糖酶的活性 联系同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行 说明：组成酶和诱导酶 酶 酶 存在 生 在 合成 诱导 大肠杆菌分解葡萄糖的 酶 举例 诱导诱 导 产既受遗传物质控制，又须诱导物的大肠杆菌分解乳糖的酶 组成一 直 存只受遗传物质的控制 （四） 、微生物代谢的人工控制 人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、 控制生产过程中的 各种条件(即发酵条件)等。其中应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节和 通过控

9、制细胞膜的渗透性来解除反馈抑制在发酵工业中得到了广泛的应用。 控制条件控制方式 通过诱变育种选择符合生产要求的菌种，如选育出不能合成 高丝氨酸脱氢酶的菌种，让黄色短杆菌发酵积累大量的赖氨 微生物的遗传特酸过程等；控制细胞膜的渗透性也能达到控制微生物代谢的 性目的。如在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变 细胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除 谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的控制作用，提高谷氨酸产量。 需氧生物保证氧的供应；厌氧生物控制氧的供应。在发酵过 溶氧 程以通气量和搅拌速度来控制溶氧发酵 PH条件加酸、加碱或加缓冲剂 温度注意降温，使温度控制在所培养微生物的最适温度 （五）

10、、发酵的概念和种类：通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程 根据培养基的物理状根据发酵过程对氧的需 根据生成的产物分 态分求情况 厌氧发酵 固体发酵（如酒精发酵、乳酸发 酵）抗生素发酵、维生素发酵、 氨基酸发酵等需氧发酵 液体发酵（如抗生素发酵、 氨基酸 发酵） 三、微生物的生长三、微生物的生长 （一） 、微生物群体生长规律 细细 细菌数目的对数 菌菌 的的 生生 长长 时间 曲曲 调整期调整期对数期对数期稳定期稳定期 衰亡期衰亡期线线 特点特点不立即繁殖 （增增繁殖速度快，以增长率为增长率为 0 0 （繁殖增长率小于增长率小于 0 0 等比数列的形式速 增加（增长率最增长率最度与死亡速

11、度相 快快）等） ，活数量最 大， 大量积累代谢产 物 对新环境的短生存条件 （空间、 生存条件（空间 暂调节或适应营养等）适宜缩小、营养消耗 形成形成等）恶化，种内 原因原因斗争加剧 长率最小）长率最小）死亡速率超过 繁 殖速率） ， 活菌 数 目急剧下降 菌体菌体 特征特征 代谢代谢 特点特点 应用应用 与控与控 生存条件（有 害代谢产物积 累、 PH变化等） 极度恶化。与 无机环境的斗 争最为激烈 体积增长较快形态、生理特征有些种类开始出出现多种形态 稳定现芽孢甚至畸形，有 些细胞开始解 体 代谢活跃， 大量代谢旺盛大量积累代谢产释放代谢产物 合成分裂所需物特别是次级代 的酶类、ATP

12、及谢产物 其它细胞成分 缩短该期的措可作为菌种和材通过以一定的速 施： 采用与原料科研。延长该度 添 加 新 培 养 培养基相同的期可在开始时多基，放出老培养 培养基增大放些培养基基，控制其它生 接种量接种产条件（如温度、 对数期的菌种PH、溶 氧）来延 长该期 说明： （1） 、种群数目的增长与细菌群体生长的异同点。 相同点：细菌的生长也符合种群增长的“J”型和“S”型曲线，其中对数期相 当于“J”型曲线，调整期、对数期和稳定期相当于“S”型曲线。不同点：在 自然条件下，一般不会出现细菌在人为的培养条件下的衰亡期，原因是处在自 然条件下的种群， 它总是处于一定的食物链和食物网中， 种群数量受

13、它的天敌、 食物等多种因素的影响。 （2） 、调整期的微生物虽然不能分裂，但是代谢仍是活跃进行的，从这个时期 开始产生初级代谢产物，并贯穿微生物的一生，这是为对数期的分裂做准备。 次级代谢产物在稳定期开始产生并达到最多。 由于对数期的微生物代谢旺盛， 繁殖速度快， 所以应用此期的细菌做菌种。 稳定期的活菌数最多，培养条件（空间、资源）有限，种内斗争最激烈。 由于环境恶化，细菌抵御不良环境的芽孢出现。 细胞形态最多的时期是衰亡期，由于环境极度恶化，细菌与环境间的生存 斗争最为激烈（主要是与无机环境的斗争） 。 （二） 、研究微生物生长曲线的意义 人们培养微生物的目的是想获得菌体本身或代谢产物 1

14、、得到菌种延长对数期：培养开始时多放一些培养基，以延长细菌处在有 丰富营养环境中的时间。 2、得到代谢产物延长稳定期：用连续培养法，即以一定的速度添加新的培 养基，同时以同样的速度放出老的培养基，以保证微生物生长对营养的需求， 同时又排出了部分有害代谢产物，从而使微生物能保持较长时间的高速生长。 思考：连续培养应用_培养基。对于好氧性微生物在连续培养过程中 除了要添加培养基外，还应该 _。 （液体通入无菌 的空气） （三） 、微生物群体生长的测定 1、测定细胞数目 2、测定湿重或干重 （四） 、影响微生物生长的环境因素 环境因影响的原 不适宜因素的结果 素因 影响蛋白低时反应速度降低，高时蛋白

15、质和核酸的结构发生不可 温度质和核酸逆的破坏（绝大多数微生物最适生长温度为 2537C0） 的结构 影响酶的酶失活或膜的稳定性破坏，降低对营养物质的吸收（最 活性和细适 PH：细菌 6.57.5、真菌 5.06.0、放线菌 7.58.5） PH 胞膜的稳 定性 影响微生有氧型：大多数细菌和真菌等 物的细胞严格厌氧型：短时间的有氧也会造成生长停滞或死亡， 呼吸如产甲烷杆菌 氧气一般厌氧型：有无氧都进行无氧呼吸，有氧时细胞呼吸 受抑制，如某些链球菌 兼性厌氧型：无氧时进行无氧呼吸，有氧时进行有氧呼 吸，如酵母菌、大肠杆菌 四、发酵与发酵工程四、发酵与发酵工程 发酵是通过微生物的培养大量生产各种代谢

16、产物的过程。 发酵工程是一种生物技术， 采用现代工程技术手段， 利用微生物的某种特定功 能， 为人类生产有用的产品或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 所以发酵工程是应用于发酵的一种生物技术。 五、谷氨酸发酵五、谷氨酸发酵 （一） 、常用菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（都是异自需氧型微生物） 思考：思考： 以谷氨酸棒状杆菌为例说明选种应该注意什么？以谷氨酸棒状杆菌为例说明选种应该注意什么？ （应选对数期的菌 种；选择细胞膜通透性大的谷氨酸棒状杆菌，因为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸 会因在细胞内积累而终止。 ） （二） 、培养基： 1、液体培养基（天然培养基） 2、原料（五类营养要素物质

17、） ：豆饼水解液、玉米浆、磷酸二氢钾、氧化钾、 硫酸镁、生物素（生长因子）等。 思考：为什么选用液体天然培养基？思考：为什么选用液体天然培养基？（、液体培养基能够使培养基中的 营养物质在发酵过程中得到充分利用，还能为菌体提供更大的空间，同时也有 利于生产过程中培养条件的控制和产物的提取；采用天然培养基作为营养物 质，既能满足菌体对营养的需求，又能降低成本，还可以减少对环境的污染） 。 （三） 、发酵过程 1、培养方式：连续培养 2、控制条件：温度、PH、溶氧、搅拌速度等 思考：搅拌的目的是什么？思考：搅拌的目的是什么？（对于需氧性微生物，在培养过程中，必须不 断通入无菌空气，搅拌不但可使空气成

18、为小泡迅速溶解以增加培养基的溶氧， 还能使菌种下培养基充分接触，提高原料的利用率。 ） （四） 、味精的生成与提取 用适量的碳酸钠中和，经过滤、浓缩、离心分离等步骤，即可获得所需产 品 说明：影响发酵过程的因素温度、PH、溶氧、营养物质的浓度等 六、发酵工程的内容（一般流程）六、发酵工程的内容（一般流程） （一） 、菌种选育 思考:从自然界分离的菌种为什么一般不直接作为生产用菌种？菌种选育 的常用方法有哪些？这些方法在改造菌种遗传特性方面有什么不同特点？（定 向育种） 原理 自 然 选自然突变 种 产品 一般微生物能生 产 举例 诱 变 育人工诱变不能合成高丝氨酸脱氢酶的 种黄色短杆菌 细 胞

19、 工DNA 重组（构建一般微生物不能生产人生长激素的工程菌 程工程细胞或工程生产 基 因 工菌） 程 （二） 、培养基配制 根据培养基配制的原则，选择原料制备培养基，应该注意的是： 1、根据不同的菌种，选择不同的材料， 配制的培养基应满足微生物对碳源、氮 源、水、无机盐和生长因子等方面的要求，并能够为微生物的生长提供适宜的 PH。 2、培养基的营养要协调， 注意各种营养物质的浓度和比例，特别是碳氮比，以 利于微生物代谢产物的合成。 3、应尽量降低生产成本，以得到更大的经济效益。以天然成分的培养基为好。 如谷氨酸发酵：培养基中必需有生长因子生物素，如缺少谷氨酸合成 会受阻；CN31；PH 应为弱

20、碱性，否则会生成谷氨酰胺；溶氧量必须充 足。 （三） 、灭菌 思考：为什么要灭菌？哪些对象需要灭菌？（如混入其它微生物，将与菌 种形成竞争关系， 对菌种的繁殖和代谢造成不良影响。 如在谷氨酸发酵过程中， 混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；如果 在青霉素生产过程中污染了杂菌， 这些杂菌就会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。 所以要防止杂菌的污染，在发酵前应用高温高高压的方式对培养基和发酵设备 进行严格彻底的灭菌处理，杀死所有杂菌的胞体、芽胞和孢子） （四） 、扩大培养 思考： 结合细菌的群体生长规律分析： 菌种接种前为什么要进行扩大培养？ （增加接种时的菌量，以缩短调整期

21、，进而缩短生产周期。扩大培养与发酵的 目的不同， 前者是为了在短期内获得大量的菌种， 而发酵是为了获得代谢产物， 所以采用的培养条件也不同。如谷氨酸棒状杆菌在扩大培养时，碳氮比应为 41，而在发酵获得谷氨酸时碳氮比应为 31；再如酒精发酵中，扩大培养 应在有氧条件下进行，让其迅速进行出芽生殖，而在发酵时应在无氧条件下进 行。 ） （五） 、接种：在保证无杂菌污染的条件下进行接种 （六） 、发酵过程（中心阶段）使培养保持稳定期， 以获得更多的发酵产物 1、随时取样监测培养液中细菌数目、产物浓度等，以了解发酵进程。 2、及时添加必需的营养基组分，以满足菌种的营养需要。 3、严格控制温度、 PH、溶

22、氧、通气量和转速等发酵条件，确保微生物代谢向着 有利的方向快速进行 思考： （1） 、为什么要随时检测影响发酵过程的各种环境条件，并予以人工控 制？ 因为随着发酵过程的进行，营养物质被大量消耗，代谢产物的积累，同时 会产生大量的热量和某些酸性或碱性物质，使培养液中的温度、PH、溶氧、各 种营养物质的浓度特别是碳氮比等发生改变，会影响微生物的生长繁殖、代谢 途径（代谢方向或产物的种类） 、酶的活性、膜的通透性等，所以要随时检测影 响发酵过程的各种环境条件，并予以人工控制。 （2） 、如何控制发酵过程中的各种条件呢？ 对发酵条件的控制可能通过发酵罐上的各种装置来进行。如温度控制可通 过发酵罐上的温

23、度自动测试和控制装置进行检测和调整（微生物代谢、机械搅 拌都会使温度升高，发酵罐壁散热，水分蒸发都会使温度下降） ；溶氧可通过通 气量和搅拌速度来调节；PH 可通过加料装置，添加酸或碱或缓冲液来调节； 营养物质可通过采取连续培养的方法调节。 （七） 、分离提纯 1、产品为菌体：采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中提取出来。 2、产品为代谢产物：可用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。 七、发酵工程的应用七、发酵工程的应用 （一） 、在医药工业上的应用 1、批量生产药品 2、生产基因工程、细胞工程药品 （二） 、在食品工业上的应用 1、生产传统发酵产品 2、生产食品添加剂 3、生产单细胞蛋白，解

24、决粮食短缺问题 （单细胞蛋白是指通过发酵获得的 大量微生物菌体本身：单细胞蛋白又叫微生物蛋白、菌体蛋白。 单细胞蛋白具有以下优点：第一，生产效率高，第二，生产原料来源广，而且 经济。第三，可以工业化生产。但是任何一种新型食品原料的问世，都会产生 可接受性，安全性等问题。单细胞蛋白也不例外。例如单细胞蛋白的核酸含量 在，食用过多的核酸可能会引起痛风等疾病。此外，单细胞作 为一种食物，人们习惯上一时难以接受。但经过微生物学家的努力，这些问题 会得到圆满解） 说明：基因工程、细胞工程、发酵工程的比较说明：基因工程、细胞工程、发酵工程的比较 主要技术 工具 酶 主要操 作对象 基本原理 和工程目的 应

25、用 与其它工 程的关系 DNA 拼接限 制基因及应用分 子 遗工 程菌 生通过细胞 技术 基技术 因 工 程 性 内动物细传学原理，在产药 物 转工程、发 DNA物 酶 细定向改 造 生超 级细 菌目的基因 DNA 重组切 酶胞、植分子水 平 上基因 动植 物酵工程使 连 接胞、微物的遗 传 特（分 解石 油得以表达 生物细性（定向改造净化环境） 胞（供物种） 体或受 体 胞） 细胞培养纤 维动物细在细胞 或 细人 工种 子可以为发 植物体细胞杂素 酶胞、 融合单克隆酶 胰胞、 外受精核移酶 植胚胎移植 细胞 胞器水 平 上（植 物组 织酵工程提 胞的遗 传 结马铃薯 （植物使基因工 性（定向

26、改造试 管动 物现 特种）（胚胎移植） 单 克隆 抗 体 （杂交瘤技 术） 克姓动 物（核移植） 发 菌 种 培 育 酵（自然选种、 工诱变育种、基 微生物利用微 生 物生 产药 品为酶工程 （特别 是 经生 产传 统提供酶的 过 DNA 重组发酵 产品 来源，使 交动物细胞果 胶植物细定向改 造 细培养） 番茄供菌种、 细 胞 工 程 抗体制备体蛋 白微生物构和遗 传 特体细胞杂交） 程得以实 细 程因工程）细 胞（微生物） 大规模培养 产物（菌体或 代谢产物）的 收获 技术改 造 过生产 食品 添基 因 工 的）完成生化加剂 生 产程、细胞 反应使 其 产单细胞蛋白 生出最 多 的 产物（

27、菌体或 代谢产物） 工程的目 的基因得 以表达 相人们按照自己的意愿改造物种采用基因工程或细胞工程，而基因工程或细 互胞工程的成果大多必须通过发酵工程和酶工程来实现产业化。基因工程、 联细胞工程、发酵工程中所需要的酶，往往要通过酶工程来获得，酶工程中 系酶的生产一般要通过发酵的方法。 二二例题分析例题分析 1 1下列与微生物的代谢活动异常旺盛无关的原因是： A表面积与体积比大B表面积大 C对物质的转化利用快D.数量多 微生物的代谢特点: 2 2右图表示某种细菌细胞中的一个反应程序。 在这个程序中，一种氨基酸在酶的作用下产生另 外的氨基酸。16 代表不同的氨基酸(对生命都 是必需的)，VZ 代表

28、不同的酶。原始种的细菌 只要培养基中有氨基酸 l 就能生长，而细菌的变 异种只有在培养基中有氨基酸 l、2、5 时才能生长。该种细菌的变异种中不存 在的酶是 AV、ZBW、YCY、ZDV、W 问题 1：氨基酸属于微生物的代谢产物，是指 对 对微生物的物质,在不同种类的微生物细 胞中, 初级代谢产物-（有无菌种特异性） 2.次级代谢产物是指 或的物质. 因此次级代谢产物对微生物没有意义，对吗？ 它们可能积累在 也可能排到有 等。 3 3以下是用葡萄糖和乳糖培养大肠杆菌，培养基中葡萄糖和乳糖及细胞中分以下是用葡萄糖和乳糖培养大肠杆菌，培养基中葡萄糖和乳糖及细胞中分 解葡萄糖的酶和利用乳糖的酶的含量

29、，请分别指出。解葡萄糖的酶和利用乳糖的酶的含量，请分别指出。 A A B B C C D D (1)微生物代谢调节的主主要要方 式:,. 还有吗？ (2)微生物的胞内酶可分为和. 一般微生物的胞外酶主要是酶 (3)组成酶和诱导酶的区别:组成酶是的酶,他们的合成只受 诱导酶则是在才能合成的酶.这种调节的意义？ 思考思考 诱导酶是诱导诱导酶是诱导 DNADNA 的复制、的复制、RNARNA 的转录、翻译？的转录、翻译？ 4 4 下图是谷氨酸棒状杆菌利用葡萄糖生产谷氨酸的途径示意图 （1）当终产物谷氨酸合成过量时，往往会导致合成 途 径 中 断 ， 原 因 时 谷 氨 酸 抑 制 了 的活性，这属于

30、 的调节 . 归纳：归纳：微生物代谢过程酶活性发生变化的主要原因主要原因？ 该调节的特点 1 2 针对原因提出工业生产中提高产量的一种方法 写出在生产谷氨酸的过程中对数期和稳定期的培养基 的 C/N 比 在工业上生产 谷氨酸使用的培养基从成分、 物理性 质分别属于什么培养基？ 分别有什么优点 课堂练习课堂练习 1蘑菇是一种市场上常见的食用菌。回答： （1）因为蘑菇是型生物，所以种植蘑菇一般用棉籽壳或其他有机质 作培养基，按化学成分该培养基为培养基，按物理性质该培养基为 培养基。 （2）培养基在接种前要进行灭菌处理，简单的就是将培养基堆放也能达到目 的，为什么？ 灭菌的主要目的是为了消除其他细菌

31、、 真菌等其他微生物与平菇间的。 2某课题小组的研究性学习课题是探究影响细菌生长繁殖的因素。他们在培 养细菌的过程中发现了某种细菌（记作 X）的周围其他细菌的生长繁殖受到抑 制。他们把 X 细菌接种到专门的培养基上培养，一段时间后除去 X 细菌，用该 培养基再培养其他细菌，结果其他细菌仍然不能生长和繁殖。据以上材料回答 下列问题： 1）从生态学的角度分析，X 细菌与其周围细菌之间的关系称竞 争。 （2） X 细菌周围的其他细菌不能生长和繁殖的原因最可能是X 细菌代谢过程 中产生了能抑制其他细菌生长和繁殖的物质。 （3）为验证（2）中的原因进行了如下实验。请参照上述题目中给出的有关材 料，补充相

32、关的实验步骤及结果： 第一步：取两个培养皿，按相同营养成分配制成甲、乙两个培养基。 第二步：在甲培养基上接种 X 细菌，培养一段时间后将 X 细菌除去；乙培养基 上不接种X细菌作为对照 第三步：在这两个培养基上分别培养接种相同的其他细菌 第四步：在相同条件下，让甲、乙两个培养基上的细菌生长繁殖。 实验结果：甲培养基上的其他细菌不能生长繁殖，乙培养基上的其他细菌能正 常生长繁殖 3在污水处理方法中，最关键、最有效和最常 用的方法是微生物处理法。 微生物污水处理的一种方法： 整个过程及其 装置的基本原理见右图。 (1)曝气池中的微生物主要的新陈代谢类型为_。沉淀池中的微生 物主要的新陈代谢类型为_

33、。 (2)这个装置实际也是连续培养装置， 在曝气池中的微生物大多处于_ 期。 (3)污水为曝气池中的微生物提供了_等营养物质。 (4)利用翼轮搅拌的作用是_。 课后巩固课后巩固 微生物群体生长的规律（以细菌为例）微生物群体生长的规律（以细菌为例） 1微生物的生长常常以单位来研究。 2 微生 物群体 的生 长的规 律，以为例 说明 ，研究步 骤， 测定细菌群体生长的方法有两种，一种是，另一种是。 3微生物群体生长规律的的曲线- （1）绘制方法；将少量的某种细菌接种到培养基中 条件培养 取样测定 以作横坐标，以作纵坐标，得到生长曲线 （2） 细菌的生长曲线： 她描述了细菌群体从的动态变化 过程。

34、和（） 123 4 （） （3）主要时期 A 调整期：细菌对新环境的过程。 菌体特 点 ：、 。 调整期的长短与等因素有关 思考 1：调整期产生的原因？该时期大量合成的酶是合成酶还是诱导酶？ 思考 2：根据细菌群体的生长曲线，如何缩短调整期？它对于生产实践有何意 义？ B 对数期：该细菌进入阶段 数目增长的特点： 思考：为什么？ 菌体特点： 应用： C 稳定期：整个培养基中达到动态平 衡。 1 原因1 细菌下 降 2 32 增加 菌体特点1达到最高 2 大量积累，特别是 3 形成 思考 1：稳定期和对数期的细菌在物质和结构有无区别？ 思考 2：生产上为获得抗生素，应该采取哪些措施？ 、应用：获

35、取的最佳时期：适当补充， 有助于，提高 。 D 衰亡期：细菌的超过活细菌的数目 菌体特点：细胞出现，甚至：有些细胞： 释放 （4）意义：连续培养法 概 念： 。 应 用： 。 目的：保证，排出，使微生物保 持较长时间的 。 应用：等的生产。 意义；缩短，提高设备，便于 思考：细菌群体生长曲线的哪一阶段与种群数量变化的“J”型曲线相似？ 哪一阶段与种群数量变化的“S”型曲线相似？ 种内斗争最激烈的是哪一阶段？ 与无机环境斗争最激烈的是那一阶段？ 几乎不存在种内斗争的是那一阶段？ （二）影响微生物生长的环境因素： 主要是、。 1温度 （1） 微生物生长最旺盛时的温度叫 （2） 绝大多数微生物最适温

36、度是 （3） 在最适温度范围内，微生物的生长速率随而。 超过最适温度范围，微生物的生长速率 原因。 2氧：依据微生物对氧气的需求微生物分为 好氧性微生物：例 厌氧性微生物例 兼性厌氧性微生物例 3PH： （1） 每种微生物最适 PH 值不同 （2） 多数细菌最适 PH，真菌，放线菌 （3） 超过最适 PH，影响、，从而一向微生物对营养 物质的吸收。 思考：根据影响微生物的生长的主要环境因素，可采取哪些灭菌方法？ 例题：某生物兴趣小组开展探究实验，课题是：培养液中酵母菌种群数量与时 间的变化关系 实验材料：菌种和无菌马铃薯培养液、试管、血球计数板(2 mm2 mm 方格)、 滴管、显微镜等。 酵

37、母菌的显微计数方法 1血球计数板：是带有微小方格刻度的玻璃片， 用在显微镜下对血细胞，微生 物的计数。 2将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，计数一个小方格内的酵母菌数量，再 以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。连续观察 7 天，并记录每天的数值。 根据以上叙述回答下列问题： （1） 根据所学知识， 该课题的实验假设是： 开始在资源和空间无限多的环境中， 酵母菌呈 J 型增长 ，随着时间的推移，_环境中资源和空间逐渐变得有限，酵 母菌呈 S 型增长。 （2） 本实验没有另设置对照实验， 原因是_该实验在时间上形成前后自身对照_。 该实验是否需要重复实验？_需要_，试解释原因_为了提高实验数据的准

38、确 性_。 （3）在吸取培养液制片前，要轻轻震荡几次试管，原因是_使酵母菌分布均匀 _。如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是_增加稀释倍 数。 对于压在小方格界线上的酵母菌， 应当怎样计数？_上下和左右只计一边线上菌 体_。 例题分析例题分析 22微生物群体微生物群体 生长的生长的 规律的主要时期规律的主要时期 调整期：调整期：a.细菌对新环境的短暂调整或适应过程； b.菌体特点：不分裂繁殖、代谢活跃、体积增长较快、大量合成分裂所需 类类、 ATP及其它细胞成分。 c.调整期的长短与菌种、培养条件等因素有关。 思考：思考：1 1 调整期产生的原因？该时期大量合成的是诱导酶还是

39、合成酶？ 2：调整期的长短与菌种的遗传特性、菌种的生长阶段（菌龄）菌龄） 、培养基的 成分等有关，根据细菌群体的生长曲线，如何缩短调整期？它对于生产实践有 何意义？（提示：选择对数期的菌体作为菌种，将菌体接入相同的或某些营养 成分相同的培养基，可明显缩短或消除调整期，从而缩短培养周期，提高设备 利用率） 对数期：对数期：A.该期细菌进入快速分裂阶段； B.菌体特点：代谢旺盛、个体形态和生理特性比较稳定； C.应用：常作为生产用菌种和科研材料。 思考思考 3：对数期的细菌数目为什麽呈现指数增长？ 稳定期：整个培养基中新增细胞数和死亡细胞数达到动态平衡。营养物质的消 耗 原因:营养物质消耗，有害代

40、谢产物积累,pH 变化, 细胞分裂速率降，死亡细胞 数目增加。 菌体特点：活菌数目达到最高峰，大量积累代谢产物,特别是次级代谢产物，形 成芽孢。 应用：获取次级代谢产物的最佳时期；适当补充营养物质，有助于延长稳定期， 提高产量。 思考思考 4:稳定期与对数期的细菌在物质组成上是否相同？有哪些方法能延长稳定 期以提高 代谢产物产量？ 。 衰亡期衰亡期 a.细菌的死亡速率超过繁殖速率，活菌数目急剧下降 b.菌体特点：细胞出现多种形态，甚至畸形；有些细胞开始解体；释放代谢产 物 连续培养法连续培养法 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

41、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。 问题：在微生物问题：在微生物群体生长的 过程中所有的 微生物都处于同一阶段吗？曲 线 中 哪 一 阶 段 与 种 群 数 量 变 化 的 “ J ” 形 曲 线 相 似 ? 哪 一 阶 段 与 种 群 数 量 变 化 的“ S ” 形 曲 线 相 似 ? 种内斗争最激烈的是哪个阶段?与无机环境斗争最激烈的是哪个阶 段几乎不存在种内斗争的是哪个阶 B 段?。 32 相课堂练习：右图表示某细菌生长过程中，在 X 点将 对16 该细菌移入与先前营养条件不同的环境后

42、，细胞数、数 8 量 4 RNA、DNA 和蛋白质的相对数量变化情况。据图分 Y 2 析回答： X 1 (1) 在图中所示 X 点前，细菌生长处于_对数_ -6 -4 -2 0 20 40 60 80 100 _期，判断依据是_细菌的相对数量不断增加_ _。 (2) XY 之间相当于细菌生长的_调整_期，该时期细菌大量合成_ 初级_代谢产物。 (3) 若 C 曲线表示 DNA 的数量变化情况，则细胞数、 RNA、蛋白质分别对应图中的_ DAB _曲线（填字母） 。 （二）影响微生物生长的环境因素：（二）影响微生物生长的环境因素：主要是温度、pH、氧。 1、温度PH： 微微 生生 物物 的的 生

43、生 长长 速速 率率 64 AC D （）温度(PH) 超过最适生长温度后，微生物生长速率急剧下降。 原 因：。 超过最适pH，影 响。 2、氧：厌氧型生物有 问题思考问题思考根据影响微生物生长的主要环境因素，可以采取哪些灭菌方法 ? (提示：高温灭菌，强酸、强碱灭菌等。) 发酵工程发酵工程左图是发酵工程生产产品的流 程图，据图回答下列问题： (1)、能生产人生长激素的工程菌是通过培 养的，是_基因工程_；高产青霉 素菌种是通过培育的，是_人工诱变_ _；是_细胞工程_。 (2)表示_接种_,表示_ 灭菌_。 (3)整个过程的中心阶段是发酵，在此阶段需 要随时取样、检测 _微生物的数目、代谢产

44、 物的浓度_等，以了解发酵进 程，还要及时添加_培养基_， 同时严格控制_代谢条件_。 (4)若是单细胞蛋白的话，是_菌体_。氨基酸、维生素属微 生物的_初级代谢产物_。 三巩固练习三巩固练习 三非选择题 19.(9 分)谷氨酸钠是谷氨酸的一种钠盐，是味精等调味品的主要成分，目前利 用谷氨酸棒状杆菌发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。左下 图表示某容器中培养的谷氨酸棒状杆菌的生长曲线。 + 微 生 生 长d 物c 速 数 时间 率 目e b a - 时间 与其他生物比较，微生物代谢非常旺盛的原因是微生物个体小，表面积与体 积比大，物质交换速率快。 为了测定培养液中细菌的数目，将 5

45、00 个红细胞与 5 毫升该培养液混匀，然 后制片观察，进行随机统计结果如下： 视野1视野2视野3视野4 红细胞数20182220 细菌个数1039710595 该 5 毫升培养液共含有细菌约 2500个。 当培养基中的碳源和氮源之比为 4： 1 时， 有利于延长图中的bc段。 如果想延迟 de 段的出现，可以采用连续培养的方法。 对照左上图，在右上图绘出表示谷氨酸棒状杆菌生长速率变化的曲线。 在自然状态下，随着谷氨酸棒状杆菌细胞内谷氨酸的大量积累，谷氨酸脱氢 酶的活性会下降，发酵生产中通常采取改变细胞膜的透性的 方法，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面。 当培养液中溶氧下降时，发酵罐中有乳酸或琥珀

46、酸出现。 20. (8 分)酵母菌、大肠杆菌等是遗传学上明星试验材料之一，常在生物技术上 用做工程菌。请分析回答： 在酵母菌代谢产生酒精过程中，其主要生殖方式是_ ；在酶工程 中，常用微生物作为发酵对象的原因是_容易培养、繁殖速度快等 _ (2) 若把大肠杆菌接种到含葡萄糖和乳糖的培养基中，只有葡萄糖全被消耗后 大肠杆菌才合成半乳糖苷酶来利用乳糖。这一事实表明半乳糖苷酶属于_诱导 酶_酶。 (3)目前用谷氨酸棒杆菌生产谷氨酸提高产量的方法有a._ 改变遗传特性_ _；b.改善发酵条件。在谷氨酸发酵过程中，一般采用_连续培养_ _方法， 即向发酵罐内连续不断地添加新鲜培养基， 同时又以同等速度不

47、断地 放出老的培养基， 由此可见， 次级代谢产物的形成速度与菌体的繁殖速度无关， 而与_菌体数量_有关。请在图中画出这种方法培养下，大肠杆菌的群体 数量的对数与时间的变化曲线，并标出横坐标轴上时间的含义。 （二分） 21. (10 分)生产谷氨酸等食品添加剂离不开发酵工程。请就谷氨酸发酵回答下 列问题。 （1）谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是_异养需氧型_。 （2）一定容积的培养液中进行谷氨酸发酵，C/N 比为 3：1 时，活菌数可保持 最大；pH 呈现酸性时，发酵产物是乙酰谷氨酰胺，这些事实说明_环境条件的 变化，不仅影响菌种生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。 。 （3）为测定谷氨酸棒状杆菌

48、生长所需要的最适 pH，某同学设计了下列实验步 骤：配制适宜培养基分别分装到 5 个锥形瓶中，用缓冲液分别调整 pH 为 4,0、 4.5、5.0、5.5、6.0，分别标号 I、II、III、IV、V 组；将每组培养基等量分装到 3 支试管中，加棉塞并包扎，每组试管外挂上相应标签；在洒精灯上加热煮沸 1 0 分钟灭菌后冷却；无菌条件下接种等量菌种；37恒温箱中培养 24h；测定每 组谷氨酸的平均产量；记录、统计并分析记录。 A 上述步骤中有 3 个明显科学性错误，请在相应文字下划线标记，并按序改正 如下： （ _）6.5、7.0、7.5、8.0、8.5； _。 _在 98KPa 下高压蒸汽灭菌

49、 20min（答高压蒸也灭也给分_。 _测定蓖体的细胞数目或测重量后再计算出细胞总重量_。 B 试列出每组实验结果的数据统计表格（含标题） C若按改正后步骤实验，请将预期结果用曲线图表示走势。 （3分） B 不同 pH 下谷氧酸棒状菌的数量（或细胞总重量统计表 培养基标号I（pH6.5）II（pH7.0） III （pH7.5） IV（pH8.0） V（pH8.5） 细胞平均数 目/细胞平 均重量 22尽管微生物发酵有各种各样的产物，但通常它们的生产能力小而且单一， 不能胜任大批量的工业生产，于是，科学家们想方设法使它们的功力增长几 十倍到上百倍。 第一种方法是用人工方法让微生物的 DNA 发

50、生突变。 比如在 DNA 分子的长链 中插入或删除碱基，或者把某一碱基换成另一种。然后在这些菌种中筛选出符 合我们要求的能增加产量的个体。 第二种方法叫原生质融合法。这是将两种具有不同发酵本领的微生物细胞放 在一起进行处理，溶解掉细胞壁，让它们的原生质相互融合。等到重新长出细 胞壁后，一种新的微生物诞生了。它可以同时具有两种微生物的发酵能力，也 可能产生新的本领。 第三种方法是通过直接转移遗传物质 DNA，制备出有超强能力的发酵微生物。 以下是一个发酵生产维生素 C 的例子：科学家找到两种微生物-草生欧文氏 菌和棒状杆菌。当它们共同作用时，可以通过发酵而产生维生素 C，后来人们 发现，这两种菌在生产维生素C 的过程中好象接力赛一样，各自先后承担一段 任务：先由草生欧文氏菌将原料发酵成为一种中间产物，随后再由棒状杆菌把 中间产物转变为维生素 C。科学家把棒状杆菌体内与完成后半段工作有关的遗 传物质移人到草生欧文氏菌体内，与它的