1、基本知识一、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 能碳源凡是提供所需碳元素的物质（1）无机碳源(CO2、NaHCO3、等含碳无机物) （2）有机碳源：即含碳有机物 (1)用于合成微生物的细胞物质和一些代谢产物(2)还是异养微生物的主要能源物质氮源凡能提供氮元素的物质（1）无机氮：N2、NH3、铵盐、硝酸盐（2）有机氮：牛肉膏、蛋白陈、尿素等主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物生长因子一些微生物生长不可缺少的微量有机物。主要包括维生素、氨基酸、碱基等一些天然物质如酵母膏、蛋白栋、动植物组织提取液等可以为微生
2、物提供生长因子酶和核酸的组成成分说明：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，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
3、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
4、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、培养基的种类划分标准培养基种类特点用途物理性质液体培养基不加凝固剂工业生产半固体培养基加凝固剂如琼脂观察微生物的运动、鉴定菌种固体培养基微生物的分离、计数化学成分天然培养基含化学成分不明确，如玉米粉、牛肉膏等工业生产合成培养基成分明确（用化学成分已知的化学物质配制）分类、鉴定用途选择培养基培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物，促
5、进所需要的微生物的生长培养、分离出特定的微生物（如培养和分离酵母菌和霉菌，可在培养基中加入青霉素；培养和分离金黄色葡萄球菌，可在培养基中加入高浓度的食盐。）鉴别培养基根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品鉴别不同种类的微生物，如可用伊红美蓝培养基鉴别饮水或乳制品中是否有大肠杆菌（若有，其代谢产物有机酸就一伊红和美蓝反应，使菌落呈深紫色，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（一）、微生物代谢特点及原因：代谢异
6、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作用生长发育所必须对自身无明显生理功能，或并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性无（不同种类微生物细胞内基本相同）有（不同种类微生物细胞内不相同）化学结构比较简单十分复杂举例氨基酸、核苷酸、多糖、脂质、维生素等抗生素、毒素、激素、色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区别调节对象诱导酶的合成已有酶（组成酶和诱导酶）的活性调节结果酶的种类和数量增加酶的活性发生
7、变化特点（效果）间接、缓慢快速、精确，变化是可逆的调节机制基因（表达）水平上的调节，控制酶的合成，通过酶量的变化来调节来控制代谢速率代谢水平的调节（反馈抑制），代谢过程中产生的产物与酶可逆性的结合，使酶的结构产生变化，导致酶的活性发生变化调节意义保证代谢的需要，又避免细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物的适应能力。如大肠杆菌分解乳糖避免代谢产物积累过多。如谷氨酸发酵过程中当谷氨酸过量时就会反馈性的抑制谷氨酸脱氢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：组成酶和诱导酶存在合成举例诱导酶诱导产生既受遗传物质控制，又须诱导物的诱导大肠杆菌分解乳糖的酶组成酶一直存在只受遗传物质
8、的控制大肠杆菌分解葡萄糖的酶（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。控制条件控制方式微生物的遗传特性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。发酵
9、条件溶氧需氧生物保证氧的供应；厌氧生物控制氧的供应。在发酵过程以通气量和搅拌速度来控制溶氧PH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）、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态分根据生成的产物分根据发酵过程对氧的需求情况固体发酵抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）液体发酵需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵）三、微生物的生长（一）、微生物群体生长规律细菌数目的对数时间调整期对数期稳定期衰亡期细菌的生长曲线特点不立即繁殖（增长率最小）繁殖速度快，以等比数列的形式增加（增长率最快）增长率为0（
10、繁殖速度与死亡速度相等），活数量最大，大量积累代谢产物增长率小于0死亡速率超过繁殖速率），活菌数目急剧下降形成原因对新环境的短暂调节或适应生存条件（空间、营养等）适宜生存条件（空间缩小、营养消耗等）恶化，种内斗争加剧生存条件（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菌体特征体积增长较快形态、生理特征稳定有些种类开始出现芽孢出现多种形态甚至畸形，有些细胞开始解体代谢特点代谢活跃，大量合成分裂所需的酶类、ATP及其它细胞成分代谢旺盛大量积累代谢产物特别是次级代谢产物释放代谢产物应用与控制缩短该期的措施：采用与原培养基相同的培养基增大接种量接种对数期的菌种可作为菌种和材料科研
11、。延长该期可在开始时多放些培养基通过以一定的速度添加新培养基，放出老培养基，控制其它生产条件（如温度、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
12、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、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
13、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素影响的原因不适宜因素的结果温度影响蛋白质和核酸的结构低时反应速度降低，高时蛋白质和核酸的结构发生不可逆的破坏（绝大多数微生物最适生长温度为2537C0）PH影响酶的活性和细胞膜的稳定性酶失活或膜的稳定性破坏，降低对营养物质的吸收（最适PH：细菌6.57.5、真菌5.06.0、放
14、线菌7.58.5）氧气影响微生物的细胞呼吸有 氧 型：大多数细菌和真菌等严格厌氧型：短时间的有氧也会造成生长停滞或死亡，如产甲烷杆菌一般厌氧型：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 发酵是通过微生物的培养大量生产各种代谢产物的过程。 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（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
15、）思考：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）：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？（、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：
16、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？（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）（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）原理产品举例自然选种自然突变一般微生
17、物能生产诱变育种人工诱变不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌细胞工程DNA重组（构建工程细胞或工程菌）一般微生物不能生产生产人生长激素的工程菌基因工程（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；
18、CN31；PH应为弱碱性，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，进而缩短生产周
19、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、溶氧、通气量和转速等发酵条件，确保微生物代谢向着有利的
20、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
21、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（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
22、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、发酵工程的比较主要技术工具酶主要操作对象基本原理和工程目的应用与其它工程的关系基因工程DNA拼接技术DNA重组技术限制性内切酶DNA连接酶基因及动物细胞、植物细胞、微生物细胞（供体或受体细胞）应用分子遗传学原理，在分子水平上定向改造生物的遗传特性（定向改造物种）工程菌生产
23、药物转基因动植物超级细菌（分解石油净化环境）通过细胞工程、发酵工程使目的基因得以表达细胞工程细胞培养植物体细胞杂交动物细胞融合单克隆抗体制备体外受精核移植胚胎移植纤维素酶果胶酶胰蛋白酶动物细胞、植物细胞、微生物细胞在细胞或细胞器水平上定向改造细胞的遗传结构和遗传特性（定向改造特种）人工种子（植物组织培养）番茄马铃薯（植物体细胞杂交）试管动物（胚胎移植）单克隆抗体（杂交瘤技术）克姓动物（核移植）可以为发酵工程提供菌种、使基因工程得以实现发酵工程菌种培育（自然选种、诱变育种、基因工程）细胞（微生物）大规模培养产物（菌体或代谢产物）的收获微生物利用微生物（特别是经过DNA重组技术改造过的）完成生化反
24、应使其产生出最多的产物（菌体或代谢产物）生产药品生产传统发酵产品生产食品添加剂生产单细胞蛋白为酶工程提供酶的来源，使基因工程、细胞工程的目的基因得以表达相互联系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、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，酶工程中酶的生产一般要通过发酵的方法。二 例题分析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
25、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、Z BW、Y CY、Z DV、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，请分别指出。
26、A B C D(1)微生物代谢调节的主要方式: , .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？ 思考诱导酶是诱导DNA的复制、RNA的转录、翻译？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 的调节 .归纳：微生物代谢过程酶活性发生变化的主要原因？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
27、/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、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，
28、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
29、、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_。(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
30、， ， 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。和（ ） 1 2 3 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：
31、 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 3 2 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
32、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 3 PH：（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。
33、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
34、，_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2 微生物群体生长的 规律的主要时期调整期：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、ATP及其它细胞
35、成分。c.调整期的长短与菌种、培养条件等因素有关。思考：1调整期产生的原因？该时期大量合成的是诱导酶还是合成酶？ 2：调整期的长短与菌种的遗传特性、菌种的生长阶段（ 菌龄）、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：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
36、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。
37、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。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段? 。 课堂练习：右图表示某细菌生长过程中，在X点将该细菌移入与先前营养条件不同的环境后，细胞数、RNA、DNA和蛋白质的相对数量变化情况。据图分析回答：(1)在图中所示X点前，细菌生长处于_对数_期，
38、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：主要是温度、pH、氧。微生物的生长速率1、 温度PH： （ ） 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。)发酵工程左图是发酵工程生产产品的流程图，据图回答下列问题：(1)、
39、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
40、物数目对数时间abcde生长速率+-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500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
41、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
42、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
43、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10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
44、下高压蒸汽灭菌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发生突变。比如在DNA分子的长链中插
45、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
46、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DNA相连接。经过这种人工改造后培育出的微生物被称为工程菌，是发酵工程的主角。 (1)上述第一种方法从遗传学角度看属于哪一类型的变异?_。在自然界中，这类变异有何特点(至少写出两个)? _。 (2)上述第二种育种方法属于_。所产生的新型微生物，其后代具有什么特点? _。 (3)上述第三种方法所应用的是_技术。经过这种人工改造后的草生欧文氏菌再繁殖，其后代能够_。 (2)基因突变 突变率低、不定向 (3) 细胞工程 具有两种微生物的特点
47、(4)转基因 独立完成发酵，产生维生素C23某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机化合物A。研究人员用化合物A磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如图所示。请分析回答问题： (1)培养基中加入化合物A的目的是筛选_目的菌_，这种培养基属于_选择_培养基。(2)目的菌生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的_化合物A _，实验需要振荡培养，由此推测目的菌的代谢类型是_异养需氧型 _。(3)培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量_减少_的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量_增加 _。(4)转为固体培养时，常采用
48、_）划线_的方法接种，获得单菌落后继续筛选。(5)若研究目的菌的生长规律，将单个菌落进行液体培养，可采用_定期取样的方法进行计数，以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标，绘制生长曲线。(6)实验结束后，使用过的培养基应该进行_灭菌_处理后，才能倒掉。24.不同的呼吸底物、呼吸方式具有不同的呼吸商(呼吸商=呼吸放出的CO2量呼吸消耗的O2量)。现利用甲图所示装置，测定一定量的酵母菌在不同O2浓度下的O2吸收量和CO2释放量。(1)若要直接读取消耗氧和释放二氧化碳的体积之差，应选用下列乙、丙、丁装置中的_丁_装置。为确保结果的准确，需设置对照校正，则对照实验中试剂X为_蒸馏水_。 (2)如实验结
49、果经校正后，记录数值如下表。请分析回答：02旅度() 0 l 2 3 5 7 10 15 20 25释放C02(mL/h)1.00 0.800.60O.50O.48O.60O.720.84O.961.20吸收02(mL/h)O00 O.10 O.20O.30 O.36 O.50 O.60 0.70 0.80 1.00 当02浓度为3时，酵母菌的呼吸商为_1.67_，其数值不同于02浓度为25时的原因是：氧气浓度为3时，酵母菌的呼吸方式为_有氧呼吸和无氧呼吸_，表中显示，从O2浓度为_7_起，酵母菌只进行有氧呼吸。 (3)工业上酿制啤酒过程中，对通气量控制的总体要求是_先通入无菌空气并适当搅拌，
50、再密闭_。样品酵母菌数量(个/mm3)PH值112124.828205.4312103.7410005.0(4).如果在发酵过程中的 不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH,结果如下表：问题表中样品的取样先后顺序是_2、4、1、3_。若第五次均匀取样时，样品中的酵母菌数量为760个mm3 ，产生这一结果的原因是_培养液中营养物质不断被消耗，部分酵母菌因营养物质缺乏而死亡并解体_。（5）在发酵过程中在,发现取样中有某种杂菌，研究在中发现，酵母菌的生长繁殖因此受到抑制。A请你分析样品中有杂菌的可能原因？请你给酵母菌的生长繁殖受到抑制的原因作出假设：杂菌和酵母菌竞争营养物质和生存空间 细菌产生了某种物质，这种物质会抑制酵母菌的生长繁殖( 针对你的假设设计一个简单的实验方案，证明你的假设将杂菌接种到专门的培养基上进行培养一段时间后，当除去杂菌，再用该培养基培养酵母菌。若酵母菌不能在这个培养基上生长和繁殖则。若酵母菌能在这个培养基上生长和繁殖则。)
