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1、2013高考生物二轮复习精品资料专题16 微生物及发酵工程 （教学案，教师版）【2013考纲解读】 （1）微生物的分离和培养（2）某种微生物数量的测定（3）培养基对微生物的选择利用（4）利用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用【知识网络构建】【重点知识整合】 一、细菌的结构与生理特征 结构与生理 特征 细菌的结构 基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核 特殊结构：荚膜、鞭毛和芽孢 细菌的拟核 由一个大型的环状DNA构成，控制细菌的主要性状 质粒 几个到几百个小型环状DNA，控制抗药性、固氮、抗生素生成等性状 细胞器 只有核糖体，无其他细胞器 芽孢 一些细菌在细胞内形成的对不良环
2、境具较强抗性的休眠体 细菌的繁殖 主要是二分裂 菌落 细菌在固体培养基上形成的一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体 菌落特点 不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形态、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定特征，是菌种鉴定的重要依据 细菌的运动 有鞭毛的可以运动 【特别提醒】构成细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖而不是纤维素，用纤维素酶不能除去细菌细胞壁。 二分裂不是有丝分裂，只有真核细胞才能进行有丝分裂。 青霉素等抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但不能影响真菌细胞壁的合成，因此应用含有抗生素的培养基可分离出同细菌混杂在一起的真菌。 除去细菌细胞壁的酶是溶菌酶。 二、病毒的特点 1形体极其微
3、小，必须在电子显微镜下才能观察到，一般都可通过细菌过滤器。 2没有细胞结构，无细胞壁，因此对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；无产能酶系和蛋白质合成系统，因此不能独立进行代谢活动，必须寄生在活的宿主细胞中。 3其主要成分仅有核酸和蛋白质两种，且每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA。 4在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸、蛋白质装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂等细胞繁殖方式。 5离体状态下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶。 三、自养微生物和异养微生物的营养比较 营养类型 碳源 氮源 生长因子 自养型微生物 CO2、NaHCO3 NH3、铵盐、硝酸盐等 一般
4、不需要 异养型微生物 糖类、脂肪酸等 铵盐、硝酸盐、蛋白质等 有些种类需要 1.自养微生物与异养微生物类型划分的主要依据是能否以无机碳作为生长的主要或唯一碳源，而与氮源无关。自养微生物以CO2或碳酸盐为唯一碳源进行代谢生长；异养微生物必须以有机物作为碳源进行代谢生长。 2自养微生物的能源 (1)利用光能，如蓝藻等。 (2)依靠物质氧化过程中释放的能量，如硝化细菌，能利用NH3氧化过程中释放的化学能，NH3既作为氮源，又作为能源。 3异养微生物的能源：主要来源于有机物的氧化分解，碳源不仅为异养微生物提供构成细胞的物质，而且提供完成整个生命活动所需的能量。 4根据微生物的碳源和能源，将微生物的营养
5、类型归纳如下表： 营养类型 主要(或唯一)碳源 能源 代表菌 光能自养型 CO2 光能 蓝藻 光能异养型 有机物 光能 红螺菌 化能自养型 CO2 无机物 硝化细菌 化能异养型 有机物 有机物 大肠杆菌 四、不同培养基的比较 培养基类型 用途 制法 原理 举例 一般培养基 生产、培养等 依微生物生长需要配置原则配制 依据培养基的配制 生产谷氨酸用的培养基 选择培养基 分离菌种 加入某种化学物质 促进所需微生物的生长，抑制不需要的微生物的生长 选择金黄色葡萄球菌的培养基中加入高浓度食盐 鉴别培养基 鉴别菌种 加入指示剂或化学药品 依微生物的代谢特点 鉴别是否有大肠杆菌的培养基中加入伊红和美蓝 【
6、特别提醒】选择培养基的应用：选择培养的目的是从众多微生物中分离所需微生物。 在培养基中加入某种化学物质可以做到这一点，如加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。 培养基中成分的改变也可达到分离微生物的目的，如培养基中缺乏氮源时，可以分离固氮微生物，因为非固氮微生物不能在此培养基上生存。当培养基的各种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果，如石油是唯一碳源时，可以抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，达到分离能消除石油污染的微生物的目的。 五、初级代谢产物与次级代谢产物的比较 内容 初级代谢产物 次级代谢产物 不 同 点 生长繁殖是否必需 是 否 产生阶段 一直产生 生长到一定
7、阶段产生 种的特异性 无 有 分布 细胞内 细胞内或细胞外 实例 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等 抗生素、毒素、激素、色素等 相同点 均在微生物细胞的调节下有步骤地产生 【特别提醒】判断初级和次级代谢产物的主要依据是微生物生命活动是否必需，如乳酸是乳酸菌无氧呼吸的产物，是始终产生的，但其并非乳酸菌生命活动所必需，因此乳酸是乳酸菌的次级代谢产物。抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物，有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素(抗体)、干扰素(淋巴因子)是完全不同的。 六、微生物的代谢调节及人工控制 1微生物代谢调节 类型 项目 酶合成的调节 酶活性的调节 区别调节对象 诱导酶 组成酶和诱导酶 调节结果
8、使细胞内酶的种类增多 使已有酶的活性发生改变 调节效果 间接而缓慢 直接而迅速、精细 调节机制 基因水平调节，控制酶的合成，增加酶的数量 代谢水平调节，调节酶的活性，不涉及酶量变化 联系 同时存在、密切配合、高效准确地控制代谢的正常进行 【特别提醒】组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因控制；诱导酶只有环境中有诱导物时才能合成、存在，它的合成受基因与诱导物的共同控制。 酶活性的调节属于抑制反馈机制。即微生物细胞代谢过程中的终端产物达到一定浓度时，通过与代谢途径中的某个酶或某些酶发生可逆性结合，来抑制其活性，因此这种调节快速、精确，避免了代谢产物积累过多。 2微生物的人工控制 控制对象 控制方
9、式 微生物的遗传特性 诱变处理，选择符合生产要求的菌种 溶氧 对需氧型生物保证氧的供应，厌氧型生物控制氧的供应，以通气量和搅拌速度控制溶氧 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温度 七、微生物群体生长规律 1研究方法 (1)条件：只接种一种细菌，以免杂菌干扰。 恒定容积的液体培养基：易于取样和计数。 (2)方法：取样调查法(测细菌细胞数或测重量)。 2模型(生长曲线)及解读 【特别提醒】在调整期合成大量的酶，这些酶主要是诱导酶，因为这是在新环境下经诱导产生的。 细菌的繁殖方式为二分裂，所以在对数期生长曲线呈指数增长。 不要把生长曲线看成是自然种群的增长曲线
10、，因为自然种群不存在衰亡期。但调整期和对数期类似于自然种群的“J”型增长，而纵观调整期、对数期和稳定期正好反映了“S”型增长。 八、影响微生物生长的环境因素 环境因素 影响的原因 最适条件 不适宜因素导致的结果 温度 影响蛋白质和核酸的结构 2537 低温时反应速率降低，高温时蛋白质和核酸的结构发生不可逆的破坏 pH 影响酶的活性和膜的稳定性 细菌：6.57.5 真菌：5.06.0 酶失活或膜的稳定性改变，新陈代谢受阻 氧 影响微生物的呼吸或生命 不同微生物所需条件不同 严格厌氧型：短时间的有氧也会造成生长停滞或死亡兼性厌氧型：无氧时进行无氧呼吸，有氧时进行有氧呼吸一般厌氧型：有氧无氧都进行无
11、氧呼吸好氧型：只进行有氧呼吸，无氧时难以生存 九、发酵工程和微生物 1发酵和发酵工程 (1)发酵：通过微生物培养，大量生产微生物菌体或各种代谢产物的过程。 (2)发酵工程：指采用现代工程技术手段，人工控制环境条件，进行大规模的发酵生产的一种技术。 (3)两者关系：发酵工程是应用发酵过程中的一种生物技术。 2发酵工程的基本流程及特点 (1)流程： (2)特点 生产条件温和：温度、压力都不高。 原料来源丰富且价格低廉：微生物种类多，易分离。 产物专一：可直接生产某种物质。 废弃物对环境污染小容易处理：废料是各种代谢产物，只要灭菌后，对环境不造成污染。 【特别提醒】发酵工程产品不只是代谢产物，还有微
12、生物菌体，且产品不同，分离提纯的方法手段不同。 发酵工程中要注意营养物质的充分利用，增加有用代谢产物的积累。 3菌种选育常用方法的比较 育种类型 原理 方法 优、缺点 诱变育种 基因突变 物理、化学、生物因素诱变 能大幅度改良某些性状，操作简便，但具有很大的盲目性 基因工程 DNA重组 将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌 能定向改变微生物的遗传性状，但操作过程复杂，要求高 细胞工程 细胞膜的流动性等 体细胞杂交等 定向改变遗传性状 十、影响发酵过程的因素分析 1温度 (1)影响酶活性，进而影响代谢速率。 (2)影响生物合成的途径，如金色链霉菌在30 以下时，合成金霉素能力强，在35
13、以上时，则只合成四环素。 (3)影响发酵液的物理性质以及菌种对营养物质的分解和吸收。 【特别提醒】菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同，因此，通常通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，进行分段控制。 2pH (1)影响因素：发酵过程中营养物质的消耗，代谢产物的积累。 (2)影响结果 酶活性改变。 细胞膜的通透性改变营养物质吸收与代谢产物分泌速率改变。 引起培养基中营养物质的分解。 产物的生成，如pH呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺，而不是谷氨酸。 (3)调整措施：添加缓冲物质，或中间补加氨水、(NH4)2CO3、CaCO3等。 3溶氧 (1)不同代谢类型的微生物对溶氧的
14、要求不同。氧气能促进需氧型微生物的生长、繁殖和代谢，抑制厌氧型微生物的生长、繁殖、代谢。 (2)有时溶氧可影响产物的合成。如当溶氧不足时，谷氨酸棒状杆菌生成的代谢产物是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸。 4营养物质的浓度 C/N、无机盐、维生素均能影响菌体生长和代谢产物的积累，如C/N3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N4时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生的谷氨酸少。 【高频考点突破】考点一 关于细菌的综合考查 例1、瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，把诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚科学家罗宾华伦和巴里马歇尔，以表彰他们发现了导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的细菌幽门螺杆菌。下列有关叙述正确的是()A幽门螺杆菌是一种原核生物，细胞中没有线粒体、核糖体等复杂的细胞器 B幽门螺杆菌的遗传物质只存在于拟核中 C幽门螺杆菌的细胞壁中不含有纤维素，但含有糖类和蛋白质结合而成的化合物 D由幽门螺杆菌引起的疾病不能用青霉素治疗，但可以用干扰素治疗 考点二 关于病毒的综合考查例2、如图为病毒的结构，请回答 (1)病毒主要由_和_组成，其中_是病毒的核心。
