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1、小专题四 微生物的类群、营养与代谢(含生物固氮)考点整合一：细菌的结构和繁殖1微生物(1)定义：人们把形体微小、结构简单、通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。(2)种类：包括病毒界、原核生物界、真菌界、原生生物界的生物。2细菌的结构和繁殖(1)细菌的结构结构 名 称主要成分及作用基 本 结 构细 胞 壁主要成分是肽聚糖，保护细胞和维持细胞形 状细 胞 膜蛋白质分子和磷脂分子细 胞 质胶状物，内有核糖体、质粒和一些贮藏性颗 粒拟 核一个大型环状的双链DNA分子，控制着细菌 的主要遗传性状 特 殊 结 构荚 膜有保护细菌的作用，一般是由水、多糖或多 肽组成芽 孢某些细菌在
2、体内形成的一个能抵抗外界不良 环境条件的休眠体鞭 毛运动功能(2)细菌的繁殖：主要以二分裂的方式进行繁殖。(3)菌落概念：当单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，形成的具有一定形态结构的子细胞群体，叫做菌落。特征：不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征。应用：可以作为菌种鉴定的依据。特别提醒：1真菌中的蘑菇、银耳、木耳等大型食用真菌，虽然个体较大，但仍属于微生物。2青霉素对细菌的作用青霉素能抑制细菌细胞壁的合成，导致细菌细胞破裂死亡，但是对真菌细胞壁的合成没有影响。因此，可用含青霉素的培养基分离出同细菌混杂在一起的真菌。3细胞器与微生物生理的
3、关系(1)能合成蛋白质的细胞中一定含有核糖体，因此，细菌体内含有核糖体(惟一的细胞器)；(2)能进行光合作用的生物细胞内不一定含有叶绿体(光合细菌能进行光合作用，但不含叶绿体)；(3)能进行有氧呼吸的生物，细胞内不一定含有线粒体(好氧型细菌可进行有氧呼吸)。4细菌的质粒细菌的质粒是一个小型的环状DNA分子，上面有几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状。基因工程中常用细菌的质粒作为运载体。5微生物类群不同角度的分类比较分类依据种类举例 按结构 复杂程度非细胞结构的 生物病毒原核生物细菌、放 线菌、 蓝藻、支 原体等真核生物真菌类和原 生生物类 等按同化 作用 类型自养型硝化
4、细菌、蓝藻、 铁细菌等 异养型 腐生型大多数细菌、放线 菌、真菌等 寄生型病毒、胞内寄生菌 等 在生 态系 统 中的成 分生产者硝化细菌、蓝藻、 衣藻等 消费者根瘤菌、寄生菌等分解者营腐生的细菌、放 线菌、真菌等【典例1】 下列有关生物甲和乙的说法正确的是( )A1和6的化学组成相同B3和5可以作为基因工程中基因的运载体C2和5的化学组成相同D甲的遗传信息位于2和3上，乙的遗传信息位于4和5上解析 生物甲为细菌，乙为病毒。1为细胞壁，其主要成分为肽聚糖；2为拟核、3为质粒，二者的化学成分为DNA；4为衣壳，成分为蛋白质；5为核酸，成分为DNA或RNA；6为囊膜，由蛋白质、多糖和脂类构成。答案
5、B【互动探究1】 下列有关微生物的叙述，不正确的是( )A痢疾杆菌的抗药基因、圆褐固氮菌的固氮基因位于质粒上B.根瘤菌和圆褐固氮菌都是异养需氧型生物C乳酸菌和硝化细菌细胞内都不含线粒体，因此只能进行无氧呼吸D细菌与酵母菌相比，在细胞结构上的显著区别是没有由核膜包围的细胞核解析 细菌的抗药性、固氮、抗生素的生成等性状受质粒上的基因控制。圆褐固氮菌属于自生固氮菌，但不是自养生物，它依靠分解土壤中的有机物获取能量，从而进行固氮。硝化细菌体内虽然没有线粒体，但是具有有氧呼吸酶系统，因此可以进行有氧呼吸。酵母菌为真核细胞，具有细胞核。答案 C考点整合二：微生物的营养1微生物需要的营养物质及功能营 养 物
6、 质定义作用主要来源碳源 凡能提供所需 碳元素的营 养物质用于合成微生 物的细胞物 质和一些代 谢产物、能 源葡萄糖、CO2、 NaHCO3、脂肪 酸、花生粉饼、 石油等氮源 凡能提供所需 氮元素的营 养物质合成蛋白质、 核酸及含氮 产物铵盐、硝酸盐、 分子态氮、氨、 尿素、牛肉膏、 蛋白胨等 生 长 因 子生长不可缺少 的微量有机 物组成酶、核酸 的成分维生素、碱基、氨 基酸、酵母膏、 蛋白胨、动植物 组织提取液等 水和 无 机 盐(略)(略)(略)2.培养基的配制原则原则基本内容举例 目的 要 明 确根据所培养的微生物的种 类、培养目的等选择原 料自养型微生物的培 养基可由简单的 无机物组
7、成营养 要 协 调注意各种营养物质的浓度 和比例谷氨酸生产中，C N 4 1时，菌体大 量繁殖；C N 3 1时，谷氨酸合 成量大增 pH要 适 宜各种微生物适宜生长的pH 范围不同细菌的最适pH为 6.57.5放线菌 的最适pH为7.5 8.5真菌的最 适pH为5.06.03.培养基的种类依据种类加入的特殊成分用途 物理 性质固体培养基加入凝固剂用于微生物的分离 、计数等 半固体培养基加少量凝固剂观察微生物的运动 、鉴定菌种等 液体培养基不加凝固剂用于工业生产 化学 性质天然培养基根据需要加用于工业生产 合成培养基根据需要加用于微生物的分类 、鉴定等 用途选择培养基加某种化学物质分离所需微生
8、物 鉴别培养基加一定的指示剂或 化学药品鉴别不同微生物总结提升1微生物、动物、植物所需营养物质的比较项 目动物(异养 )微生物绿色植物 (自养)异养自养碳 源糖类、脂 肪糖、醇、有机酸 等二氧化碳、 碳酸盐 等二氧化碳 、碳酸 盐 氮 源蛋白质或 其降解 产物蛋白质或其降解 产物、有机 氮化物、无 机氮化物、 氮无机氮化物无机氮化 物能源与碳源同与碳源同氧化无机 物或利 用光能利用光能生长 因 子维生素一部分需 要维生 素等生 长因子不需要不需要无机 盐无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水2.微生物的营养类型营 养 类 型能源基本碳源实例光能 养 型 自吸收光能，产生 ATPCO2或碳酸 盐蓝
9、藻、紫硫细菌光能 异 养 型吸收光能，产生 ATPCO2及简单 有机物红螺菌化能 自 养 型氧化H2S、NH3、 Fe2等获得能 量CO2硝化细菌、硫细 菌、铁细菌化能 异 养 型分解有机物获得 能量有机物绝大多数细菌、 全部真核微生 物3.常见微生物分离及应用的实验设计(1)利用选择培养基设计实验分离纯化微生物。真菌：用含青霉素的培养基分离。金黄色葡萄球菌：用含高浓度食盐水的培养基分离。固氮微生物：用无氮培养基分离。自养型微生物：用含无机碳源的培养基分离。光合细菌：用含无机碳源的培养基在无氧而有光照的环境中分离。厌氧型和兼性厌氧型微生物：用普通培养基在无氧条件下分离。乳酸菌：用乳酸含量较高，
10、pH较低的普通培养基分离。大肠杆菌：用伊红和美蓝培养基分离。假单胞杆菌：用石油作为惟一碳源的培养基分离。(2)利用鉴别培养基检验自来水中的大肠杆菌是否超标。(3)探究微生物生长所必需的生长因子种类。把需要研究的微生物培养在基本培养基上，然后在部分培养基中添加某物质后观察是否可以正常生长。【典例2】 (2011广西调研)甲、乙、丙是三种微生物，下表、是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在中正常生长繁殖；甲能在中正常生长繁殖，而乙和丙都不能；乙能在中正常生长繁殖，甲、丙都不能。下列说法正确的是( )粉 状 硫 1 0 gK2HP O44 gFeSO40. 5 g蔗糖 10 g(NH4 )2
11、S O4 0.4 gH2 O 1 0 0 m LMg S O49. 2 5 gCa C l20 . 5 g A.甲、乙、丙都是异养微生物B甲、乙都是自养微生物，丙是异养微生物C甲是固氮微生物，乙是自养微生物，丙是异养微生物D甲是异养微生物，乙是固氮微生物，丙是自养微生物解析 碳源、氮源、水、无机盐是任何一种微生物正常生长所必需的营养物质，培养基中不含氮源，说明只有固氮微生物在该培养基上生长；培养基中不含有机碳源，说明只有自养微生物能在该培养基上生长。答案 C【互动探究2】 (2011福建质检)下表是为培养某类微生物而配制的培养基的成分组成，有关叙述正确的是( )编号成分含量 NH4HCO30.
12、4 g KH2PO44.0 g FeSO40.5 g CaCl20.5 g H2O100 mL 维生素少量A.该培养基从物理性质来看，属于固体培养基B运用上述培养基可以培养自养型微生物C运用此培养基可以成功地进行植物无土栽培D该培养基中NH4HCO3只提供氮源解析 该培养基上没有现成的有机物，但C源、N源、生长因子、水、无机盐都有，只能培养自养型微生物。培养基中未加琼脂，应为液体培养基。此配方中植物所必需的矿质元素不齐全。NH4HCO3也可以做碳源。答案 B考点整合三：微生物的代谢1微生物代谢的概念和特点(1)概念：微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部化学反应。(2)特点：由于微生物表面积
13、与体积的比很大，因此微生物的代谢异常旺盛，能够迅速与外界环境进行物质交换。2微生物的代谢产物产物名称初级代谢产物次级代谢产物不 同 点作用生长繁殖所必需对自身无明显生 理作用 产生阶段一直产生生长到一定阶段 产生 化学结构较简单十分复杂 特异性无有 分布细胞内细胞内或外环境 中 举例氨基酸、核苷酸、多糖、脂类 、维生素等激素、色素、毒 素、抗生素等 相同点均在微生物细胞的调节下，有步骤产生3.微生物代谢的调节(1)酶合成的调节项目存在合成举例(大肠 杆菌) 酶组成酶一直存在只受遗传物质 控制分解葡萄 糖的酶 诱导酶诱导产生既受遗传物质 控制，又需 诱导物诱导分解乳糖 的酶意义既保证了代谢的需要
14、，又避免了物质和能量 的浪费，增强了微生物对环境的适应能力(2)酶活性的调节通过改变已有酶分子结构来改变酶催化活性，从而调节代谢速率，属于变构调节，反馈调节，具有可逆性。调节酶活性的物质是酶所催化的化学反应的产物，可以是酶的直接催化反应产物，如谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的调节；也可以是间接产物，如苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶活性的调节。对一种酶活性调节可以是一种产物起作用，也可以是两种产物共同起作用。4微生物代谢的人工控制(1)目的：最大限度地积累对人类有用的代谢产物。(2)措施改变微生物的遗传特性(诱变、重组、改变膜的透性等，属于内因控制)；控制生产过程中的各种条件(如温度、pH、O2等，属于
15、外因控制)。控 制 对 象控制方式溶 氧对需氧型生物要保证氧的供应，厌氧型生 物要限制氧气条件，以通气量和搅拌速 度来控制溶氧 pH 加酸、加碱或加缓冲液温 度注意降温，使温度控制在所培养微生物的 最适生长(或生产)温度5.发酵(1)概念：通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。(2)种类根据培养基的物理状态，分为固体发酵和液体发酵。根据所生成的产物，分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等。根据发酵过程对氧的需求情况，分为厌氧发酵和需氧发酵。归纳总结：1(诱导)酶合成的调节和酶活性的调节的比较项目(诱导)酶合成的 调节酶活性的调节区 别调节的 对象诱导酶组成酶和诱导酶的催 化作用 调节
16、的 机制本质是基因在诱 导物的作用下 控制酶的合成代谢产物与酶可逆性 结合，使酶的结构 发生可逆性改变 调节的 结果细胞内酶的种类 增多细胞内酶的活性发生 变化 调节的 特点间接而缓慢直接、精细而迅速调节水 平基因水平的调节代谢水平的反馈调节意义既保证代谢需要 ，又避免物质 和能量的浪费 ，增强适应性避免代谢产物大量积 累联系细胞内两种调节方式同时存在，密切配 合，共同控制代谢的正常进行2.组成酶与诱导酶的关系组成酶与诱导酶是两个相对的概念，一种酶在某种微生物体内是组成酶，在另一种微生物体内可能是诱导酶。组成酶和诱导酶都是胞内酶，同种微生物在不同环境中产生的组成酶相同，诱导酶不同。【典例3】 (2010安徽理综)大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用。将大肠杆菌培养在
