1、第六单元生物工程第30讲微生物的类群、营养、代谢与生长【考纲搜索】(1)细菌(放线菌不作要求)的结构和繁殖；病毒的结构和增殖；(2)微生物需要的营养物质及功能；培养基的配制原则；培养基的种类；(3)微生物的代谢产物；微生物代谢的调节；微生物代谢的人工控制；(4)微生物群体的生长规律；影响微生物生长的环境因素。【分析预测】微生物的活动与人类生产、生活，特别是人体健康密切联系，在近几年高考中考查频率呈上升趋势，常以选择题形式出现，非选择题中常综合遗传变异知识，集中在微生物的增殖、遗传信息的表达，真核、原核细胞的结构和基因的结构、突变与代谢的关系等，复习时要重视以之作为背景材料的实验设计，关注微生物
2、与人类生活健康。一、知识概述微生物类群细菌病毒微生物的营养微生物的代谢结 构菌 落微生物需要的营养物质及功能培养基的种类代谢的产物代谢的调节微生物的生长细菌结构主要结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核等部分；有些细菌还可能有一些特殊结构，如荚膜、鞭毛和芽孢等拟核DNA：环状；控制着细菌的主要性状质粒：细菌细胞质中的小型环状DNA，其上一般含有几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、抗生素生成等性状芽孢：是细菌细胞休眠体固氮细菌菌落 繁殖：方式 菌落 概念：单个或少数细菌在培养基上大量繁殖时，形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体 特征：不同种类细菌的菌落在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、
3、透明度等方面具有一定的特征 形态：无鞭毛球菌的菌落、边缘较整齐；有鞭毛的细菌的菌落大而扁平、边缘呈波状或锯齿状二分裂固体较小较厚病毒基本结构：由核酸()和衣壳两部分组成，有些病毒还有具有保护作用的囊膜病毒的抗原性：由决定病毒抗原的特异性增殖场所：细胞内噬菌体侵染细菌过程：吸附注入合成装配释放DNA或RNA衣壳宿主微生物的营养及物质C源：主要用于合成微生物的细胞物质和一些代谢产物；需要量；不同种类的微生物对碳源的需要情况差异很大N源：主要用于合成蛋白质、核酸以及含N的代谢产物；硝化细菌的N源为；自生固氮微生物可以在培养基上生长生长因子概念：微生物生长的微量有机物；种类：维生素、氨基酸和碱基等；原
4、因：由于微生物细胞中缺乏的酶或合成能力有限；来源：酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等均可提供生长因子：微生物需要量很大的营养物质无机盐最大NH3无氮不可缺少合成某些生长因子水培养基的配制及种类配制原则：目的明确；营养协调(浓度和比等)；pH适宜培养基的种类按物理形态分类：固体培养基、液体培养基、半固体培养基；按化学成分分类：合成培养基和天然培养基；按用途分类选择培养基：加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长，如培养基中加入青霉素以抑制的生长，而对酵母菌、霉菌生长没有影响鉴别培养基：加入某种指示剂或化学药品，以鉴别不同种类的微生物，如利用伊红-美蓝培养基可以鉴定的
5、存在C/N细菌、放线菌大肠杆菌微生物代谢特点及产物特点：异常旺盛，这与微生物的表面积与很大，能迅速与外界环境进行物质交换有关初级代谢产物：微生物代谢产生的、自身生长和繁殖所必需的物质；这类物质无的特异性、分子结构简单；如氨基酸、维生素等次级代谢产物：微生物才产生的、对微生物无明显生理功能的物质；这类物质具有物种的特异性，且化学结构十分复杂；如色素、素、激素、毒素等体积比物种生长到一定阶段抗生代谢的调节酶合成的调节酶种类组成酶：微生物细胞内一直存在的酶，其合成只受遗传物质的控制；：在环境中存在某种物质的情况下才可能合成的酶；优点：既保证微生物生命活动的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了
6、微生物对环境的适应能力酶活性的调节作用机理：代谢过程中产生的物质与酶结合，改变其，从而影响酶活性，这种调节是的；特点：快速、精细诱导酶空间结构可逆代谢的人工控制改变微生物遗传特性：通过人工诱变、基因工程、细胞工程等方面改变微生物细胞中的遗传物质控制发酵条件：如温度、酸碱度等微生物的生长群体的生长规律研究方法：将少量微生物菌种接种到容积的液体培养基中，并置于适宜条件下培养，然后定期取样测定中微生物的生长情况微生测定方法：一种是测量微生物数目；另一种是测量微生物重量(干重或湿重)微生物生长规律：微生物生长经历和衰亡期四个阶段研究微生物生长规律的实践意义影响微生物生长的环境因素：温度、pH、氧气等恒
7、定培养基调整期、对数期、稳定期二、要点归纳 微生物类群的比较微生物需要的营养物质微生物生长必须满足碳源、氮源、生长因子、水及无机盐等五类营养，依据其对碳源的需求不同可将微生物分为自养型与异养型，前者需无机碳源，后者则需有机碳源。注意：自养微生物与异养微生物的划分与碳源相关，而与氮源无关。许多微生物都需要生长因子，只是有些可自身合成，不需要额外补充；有些微生物因自身无法合成或合成能力有限，才需在培养基中添加。培养基的配制原则及种类1.培养基的配制原则(1)目的要明确一是依据培养微生物的种类确定。不同种类的微生物对营养的需求不同，培养基中要加的营养成分也就不同。例如，自养型微生物的培养基可以由简单
8、的无机物组成，而异养型微生物的培养基中至少要有一种有机物。二是依据培养目的确定，即是用于生产还是科学研究。用于生产的培养基应具有原料易得、价格低廉、配制方便等特点；用于科研的培养基应具有成分含量准确、可多次反复实验的特点。(2)营养要协调营养物质的浓度和比例要适宜。如果培养基中营养物质的浓度过高，微生物细胞内水分就会通过细胞膜不断向外渗透，影响微生物正常的生命活动。又如谷氨酸发酵在扩大培养时CN=41，连续培养时CN=31。(3)pH要适宜要根据培养微生物的种类调整培养基的pH，并且要先调节pH，再灭菌。2.培养基的种类微生物代谢产物的比较微生物初级代谢产物与次级代谢产物的比较注意：判断初级和
9、次级代谢产物主要依据是是否为微生物生命活动所必需。微生物的代谢调节与控制1.比较组成酶与诱导酶注意：诱导酶的合成并不是只要有了诱导物就合成。例如，大肠杆菌利用乳糖的酶，其合成时取决于：环境中必须有乳糖；除乳糖外再无其他糖可利用时才合成该酶。2.微生物代谢的调节酶合成调节及酶活性调节注意：酶活性的调节是一种反馈调节。在酶活性调节中，所调节的酶并不一定是直接产生该物质的酶。3.微生物代谢的人工控制目的：最大限度地让微生物积累对人类有用的代谢产物。人工控制的措施：改变微生物的遗传特性：诱变处理，选择符合生产需要的菌种控制发酵条件溶氧：控制通气量和搅拌速率pH：加酸、加碱或加缓冲液调节pH温度：注意降
10、温，将温度控制在所培养微生物的最适温度微生物群体生长规律注意：微生物在调整期合成的酶主要是诱导酶，因为这是在新环境下经诱导产生的。细菌的繁殖为二分裂，所以在对数期生长曲线呈指数增长。在调整期和对数期，几乎不存在种内斗争；在稳定期，种内斗争最激烈；在衰亡期，生存斗争最激烈。(2011重庆)下列有关细菌培养的叙述，正确的是()A在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌B在培养基中加入青霉素可抑制真菌而促进细菌生长C向液体培养基中通入氧气能促进破伤风杆菌的生长D在半固体培养基中接种细菌培养后可以观察其运动D本题考查微生物的培养、生长、代谢等知识点。固体培养基上长出的单个菌落属于一个种群；青霉素能
11、抑制细菌的生长，但不能抑制真菌的生长；破伤风杆菌为厌氧型细菌，在有氧条件下，其生长及代谢活动受到抑制；在半固体培养基中接种细菌经培养后可对菌体运动进行观察。答案：D(2008天津)莠去津是一种含氮的有机化合物，它是广泛使用的除草剂之一。(1)莠去津的作用机理之一是阻断光反应中的电子传递过程，影响NADP+形成，进而影响在中进行光合作用的暗反应过程，最终抑制杂草生长。(2)从使用莠去津的农田中，选到了能遗传的耐莠去津杂草，将它与敏感型植株杂交，结果见下表：由表推断，控制该耐药性状的基因位于。NADPH叶绿体基质细胞质中(3)莠去津在土壤中不易降解，为修复被其污染的土壤，按下面程序选育能降解莠去津
12、的细菌(目的菌)。已知莠去津在水中溶解度低，含过量莠去津的固体培养基不透明。据下图回答：由于莠去津的作用，在长期使用莠去津的土壤中可能含有目的菌。下图是AC瓶中三类细菌的最大密度柱形图，由图推断，从A瓶到C瓶液体培养的目的是；甲类细菌密度迅速降低的主要原因是；从A瓶中应选择细菌生长处于期的菌液加入到B瓶中，培养效果会更好。自然选择 培养液中缺少甲类细菌可利用的氮源或(和)有氧条件抑制了甲类细菌的生长对数 初步选择能降解莠去津的细菌(目的菌)并提高其密度在固体培养基中，无透明带菌落利用的氮源主要是；有透明带菌落利用的氮源主要是，据此可筛选出目的菌。在无氮培养液和莠去津中能生长，说明此环境能满足细
13、菌对氮的需要，无透明带说明细菌不能降解培养基，因此这些细菌的氮源只能来自氮气，而有透明带说明这些细菌能降解培养基，分解莠去津并利用分解产生的氮作为生长的营养。莠去津氮气(1)根据光合作用的知识可知，光反应阶段 NADP+接 受 电 子 和 H+生 成 NADPH，NADPH用于发生在叶绿体基质中的暗反应阶段C3的还原。(2)表格所示为正、反交，其结果都跟母本一致，可知此性状遵循细胞质遗传，控制细胞质遗传的基因位于细胞质中。由于莠去津的选择，土壤中能够分解利用莠去津的细菌将会出现，这个过程是自然选择作用。不断放在敞开的培养瓶中加入无氮培养液和过量莠去津培养，目的是要选择出能降解莠去津的细菌，并通过多次接种使其密度增加。甲类细菌数量减少，只能从环境和营养来进行考虑，因此可能的原因是培养液中缺少甲类细菌可利用的氮源或有氧条件从而抑制了甲类细菌的生长。为缩短调整期，在培养时应选代谢旺盛，分裂快的菌种(对数期)。
