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1、高三生物高三生物第二节第二节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长人教版人教版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 第二节 微生物的营养、代谢和生长 二. 学习内容： 本周学习微生物的营养和代谢，理解微生物代谢的概念，微生物生长过程中的所需的 营养要素碳源、氮源、生长因子，知道营养要素的来源、功能、对微生物生长的意义，掌 握培养基的配置原则，能根据微生物的特点简单设计培养基。掌握微生物的代谢特点，区 别初级代谢产物和次级代谢产物，比较两者的异同点，知道微生物的代谢调节基本模式， 并且了解对于代谢调节的控制在生产中的实际应用。 三. 学习重点： 1. 微生物所需的碳源、氮
2、源、生长因子等营养物质的来源和功能 2. 培养基的种类和培养基的配置原则 3. 微生物的代谢调节 4. 微生物代谢的人工控制 四. 学习难点： 1. 微生物的碳源、氮源、生长因子等营养物质的来源和功能 2. 培养基的配置原则（配置原理） 3. 微生物的代谢调节（代谢产物、调节构成） 4. 微生物代谢的人工控制（控制方法、原理） 五. 学习过程： （一）微生物的营养 1. 微生物的代谢 （1）概念：微生物生命活动过程中不断从外界吸收营养物质，通过代谢获取能量并合 成自身物质，维持正常的生长和繁殖 （2）化学组成：与其他生物大致相同 C、H、O、N、P、S 以及其他元素组成 （3）元素来源：最终来
3、自环境中的各种无机物、有机物 2. 微生物需要的营养物质及功能 （1）营养要素：碳源、氮源、生长因子、无机盐、水 （2）碳源：能为微生物提供所需碳元素的营养物质 无机碳源：CO2、NaHCO3等 有机碳源：糖类、脂肪酸等含碳有机物，花生粉饼、石油等成分复杂天然物质 糖类是最常用的碳源，尤其是葡萄糖 功能： a. 构成微生物的细胞物质和一些代谢产物 b. 是异养微生物的主要能源物质 特点：微生物对碳源的需要量最大 能利用无机碳源的微生物是自养生物，只能利用有机碳源的是异养生物 不同的微生物对碳源的需求差异很大 甲基营养细菌：只能利用甲醇、甲烷作为碳源 假单孢菌：能利用 90 多种含碳化合物 （3
4、）氮源：能为微生物提供所需氮元素的营养物质 无机氮源：N2、氨、铵盐、硝酸盐等，铵盐、硝酸盐最常用 有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨等 功能：a. 主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物 b. 异养生物中，含 C、H、O、N 的化合物既是碳源也是氮源 特点：a. 固氮微生物的氮源是分子氮，分子氮不能提供能源， b. 非固氮微生物的氮源是化合态的氮，无机氮中的硝酸盐，可以作为能源（硝化细菌 化能自养） c. 用有机氮作为氮源的，可以是氮源、碳源、能源 （4）生长因子：微生物生长不可缺少的微量的有机物 主要类型：维生素、氨基酸、碱基等 来源：一些天然物质如酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液 功能：
5、是酶和核酸的组成成分 特点： a. 补充其他营养要素而没有生长因子，微生物无法正常生长 b. 补充量很少，每升培养基只需要几微克 c. 微生物体内缺乏合成生长因子的所需的酶或合成能力有限 d. 不是所有微生物都需要外源生长因子 举例：乳酸菌需要补充多种维生素、氨基酸 3. 培养及配制的原则 （1）目的明确 根据微生物的种类、培养的目的，选择配制培养基 自养微生物培养基由简单无机物组成 （2）营养协调 各营养物质的浓度、比例，其中碳源和氮源的比例最为重要 蔗糖：多种微生物的主要营养物质，高浓度蔗糖抑制微生物生长（渗透压） 谷氨酸生产：碳源氮源41 时，菌体大量繁殖而产生谷氨酸少 碳源氮源31 时
6、，菌体繁殖受抑制而谷氨酸合成量大 （3）PH 值要适宜 各微生物最适 PH 值不同，细菌 6.57.5 放线菌 7.58.5 4. 培养基的种类 （1）根据物理性质分 液体培养基：用于工业生产 固体培养基：微生物的分离、鉴定 半固体培养基：观察微生物的运动、菌种保藏 （2）根据化学成分分 合成培养基：用化学成分已知的化学物质配制，培养基成分明确。常用于分离、鉴定。 天然培养基：化学成分不明确的天然物质配成，玉米粉、牛肉膏等。常用于工业生产。 （3）根据用途分 选择培养基：在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物生长，促进所需 要的微生物生长 青霉素培养基：抑制细菌、放线菌生长，培养酵母
7、菌、霉菌等真菌 高浓食盐培养基：抑制多种细菌生长，金黄色葡萄球菌可生长 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 伊红美蓝培养基：鉴别大肠杆菌等细菌 有大肠杆菌，其代谢有机酸与伊红美蓝结合，呈深紫色，金属光泽的菌落 5. 培养基的发明 德国细菌学家科赫发明固体培养基，特别是琼脂培养基的应用，成功地进行了菌种的 分离，病原微生物的分离和纯种的培育 （二）微生物的代谢 1. 概念 微生物代谢：微生物细胞内所发生的全部化学反应 特点：微生物表面积与体积比值大，代谢异常旺盛，代谢类型多，生长快 2. 微生物的代谢产物 根据代谢产物与微生物生长繁殖的关
8、系分： 初级代谢产物：微生物通过代谢活动产生的、自身生长和繁殖所必需的物质 种类：氨基酸、核昔酸、多糖、脂类、维生素等 特点： a. 不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同 b. 在微生物生长过程中合成在不停地进行着 c. 自身生长和繁殖所必需的物质 次级代谢产物：指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无 明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质 类型：抗生素、毒素、激素、色素等 特点： a. 微生物生长到一定阶段才产生的 b. 不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同 c. 可能积累在细胞内，也可能排到外环境中 d. 对该微生物无明显生理功能 抗生
9、素：是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，常用的有链霉素、青霉素、 红霉素和四环素等 3. 微生物的代谢调节 微生物在进化过程中形成一套完整的代谢调节系统，保证代谢经济、高效进行 酶合成调节： 组成酶：微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制 诱导酶：是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶 范例：大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶 分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的诱导酶 意义：既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环 境的适应能力 酶活性调节： 概念：微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率 原理： a. 代谢过程中产生的物质与酶结合，致
10、使酶的结构产生变化，活性改变 b. 结合是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原，又恢复原有的活性 范例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸 谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱 氢酶的活性；谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除 特点： a. 酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式 b. 这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍 相互关系：调节方式是同时存在，并且密切配合、协调起作用的 4. 微生物代谢的人工控制 人工控制目的：通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物 工业生产中，希望微生物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物 范例： 赖氨酸生产： 用途：赖氨酸是
11、人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大 菌种：黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸 特点： a. 代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性, 赖 氨酸单独过量就不出现这种现象 b. 高丝氨酸脱氢酶是合成高丝氨酸不可缺少的酶，合成赖氨酸则不需要这种酶 c. 诱变处理选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，大量积累赖氨酸 谷氨酸生产： 菌种：谷氨酸棒状杆菌 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 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸产量 发酵：通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程 a. 据培养基的
12、物理状态 固体发酵（酒精发酵） ；液体发酵（谷氨酸发酵） b. 根据所生成的产物 抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等 c. 根据发酵过程对氧的需求情况 厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵） ；需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵） 六. 学习指导： 1. 生物代谢营养比较 微生物 项目动物（异养）植物（自养） 自养异养 碳源糖类、脂肪CO2、碳酸盐 CO2、碳酸盐 等 糖、醇、有机酸 等 氮源 蛋白质或其降 解物 无机氮化物 无机氮化物、 氮 蛋白质或其降解 物、有机氮化物， 氮 生长因子维生素不需要不需要 部分需要生长因 子 水需要 无机盐需要 2. 微生物代谢产物比较 项目初级代谢产物次级代谢
13、产物 产生生长过程中都产生在一定阶段才产生 分布存在于细胞内部 积累在细胞内或排到外环 境中 功能自身生长和繁殖所必需的物质 对该微生物无明显生理功 能 种类氨基酸、核昔酸、多糖、脂类、维生素 抗生素、毒素、激素、色 素等 【模拟试题模拟试题】 一. 选择题： 1. 在谷氨酸发酵的过程中，为了获得更多的发酵产品下列措施不合理的是（ ） A. 培养基的碳源和氮源的比先控制在 3:1，然后稳定在 4:1 B. 培养基的碳源和氮源的比先控制在 4:1，然后稳定在 3:1 C. 发酵过程中因该不断的加入碱 D. 发酵过程中必须不断的通入氧气 2. 大肠杆菌菌落伊红美蓝培养基中的特点是（ ） A. 蓝色
14、带有金属光泽 B. 红色没有金属光泽 C. 深紫色带有金属光泽 D. 深紫色没有特殊的光色 3. 下列物质中自养生物既可作为碳源也可以作为氮源的是（ ） A. 氮气 B. 蛋白胨 C. 尿素 D. 碳酸氢铵 4. 半固体培养基的用途是（ ） A. 工业生产 B. 菌种的分离 C. 菌种的鉴定 D. 菌种的保存 5. 发明固体培养基的著名科学家是（ ） A. 巴斯德 B. 科赫 C. 米尔斯坦 D. 柯勒 6. 下列生物中可以和青霉菌在同一培养基中共同培养的是（ ） A. 酵母菌和霉菌 B. 大肠杆菌和噬菌体 C. 谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌 D. 酵母菌和噬菌体 7. 下列物质中只限用作氮源不
15、能提供能源的物质是（ ） A. 氮气 B. 牛肉膏 C. 尿素 D. 氨 8. 初级代谢产物和次级代谢产物说法中不正确的是（ ） A. 两者都是基因的表达产物 B. 两者的合成过程都受到调节 C. 在细胞中初级代谢产物比次级代谢产物作用重要 D. 次级代谢产物是代谢终产物 9. 关于诱导酶和组成酶比较中那种说法是正确的（ ） A. 两者的合成是细胞内基因控制的 B. 诱导酶在完成一次催化作用后在细胞内被分解 C. 组成酶在细胞内能长期存在起催化作用不被分解 D. 诱导酶和合成酶不可能同时存在而控制同一个代谢过程 10. 在微生物代谢的人工控制中，赖氨酸的生产调节说法种错误的是（ ） A. 赖氨
16、酸单独过量时对天冬氨酸激酶不起抑制作用 B. 赖氨酸正常情况下会积累在细胞内 C. 这是一个负反馈调节方式 D. 高丝氨酸脱氢酶缺陷型菌种无法产生苏氨酸，细胞内的甲硫氨酸和赖氨酸积累 11. 不能以糖类作为碳源的细菌是（ ） A. 假单胞菌 B. 乳酸菌 C. 甲基营养菌 D. 固氮菌 12. 不能作为异养微生物碳源的是（ ） A. 牛肉膏 B. 含碳有机物 C. 石油 D. 含碳无机物 13. 根瘤菌能利用的营养物质的组别是（ ） A. NH3， （CH2O） ，NaCl B. N2， （CH2O） ，CaCl2 C. 铵盐，CO2，NaCl D. NO2，CO2，CaCl2 14. 配制培养基的叙述中正确的是（ ） A. 制作固体培养基必须加入琼脂 B. 加入青霉素可得到放线菌 C. 培养自生固氮菌不需要氮源 D. 发酵工程一般用半固体培养基 15. 下列属于微生物不可缺少的微量有机物的是
