高三生物微生物的营养和代谢人教版知识精讲

人才推荐高三生物微生物的营养和代谢人教版【同步教育信息】一.本周教学内容：微生物的营养和代谢二.学习重点：微生物的营养物质、培养基的种类、微生物的代谢产物三.学习过程：（一）微生物的营养微生物的种类繁多，对营养物质的需要也各不相同。在生产实际和科学研究中，常常要人工培养某一种微生物，因此，必须了解微生物所需要的营养物质。微生物需要的营养物质及功能微生物所需要的营养物质可以归纳成碳源、氮源、生长因子、无机盐和水这五大类营养要素物质。碳源：凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质，就叫做碳源。种类：糖类是最常用的碳源，尤其是葡萄糖。在自然界，从CO2、NaHCO3等含碳无机物，到糖类、脂肪酸等含碳有机物，甚至花生粉饼、石油等成分复杂的天然物质，都可以作为微生物的碳源。但不同种类的微生物，对碳源的需要情况却差别很大。例如，甲基营养细菌只能利用甲醇、甲烷作碳源，而某些细菌（如假单胞菌）却能利用九十多种含碳化合物。功能：碳源主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物，有些碳源还是异养微生物的主要能源物质，因此微生物对碳源的需要量最大。提问：自养型和异养型微生物分别能利用哪类碳源物质？氮源：凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质，就叫做氮源。种类：铵盐、硝酸盐等是最常用的氮源。可以作为微生物氮源的营养物质很多，有分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏和蛋白胨等。功能：氮源主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。注意：对于异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源。提问：硝化细菌的碳源、氮源、能源分别由哪些物质提供？生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物。种类：主要包括维生素、氨基酸和碱基等。功能：它们一般是酶、核酸等的组成成分。有些微生物不需要补充生长因子，如大肠杆菌；而有些微生物则必须补充生长因子才能正常生长，如乳酸杆菌就需要补充多种维生素和氨基酸。除碳源、氮源和生长因子以外，无机盐和水也是微生物不可缺少的营养物质。培养基的配制原则在配制培养基时，要注意以下几点：1.应当根据不同种类微生物的营养需要选择不同的原料配制培养基。例如，自养型微生物能够自己合成所需的有机物，它们的培养基可由简单的无机物组成，而异养型微生物的培养基至少要含有一种有机物。2.注意各种营养物质的浓度和比例。例如，蔗糖是多种微生物的主要营养物质，但是高人才推荐浓度的蔗糖反而会抑制微生物的生长。又如，在谷氨酸生产中，当培养基中的碳源和氮源的比为4:1时，菌体大量生长而合成谷氨酸少；当碳源与氮源比为3:1时，菌体的繁殖受抑制，但谷氨酸合成量大增。3.各种微生物所要求的最适pH不同，因此，培养基的pH要适宜。提问：为什么培养基中的营养物质浓度过高会抑制微生物的生长？培养基的种类1.根据物理性质的不同，可以将培养基分为液体培养基、半固体培养基和固体培养基。2.根据化学成分的不同，可以分为天然培养基和合成培养基。3.根据用途的不同，可以将培养基分为选择培养基、鉴别培养基等。选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，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。例如，当需要酵母菌和霉菌时，可以在培养基中加入青霉素，以抑制细菌、放线菌的生长，从而分离得到酵母菌和霉菌。又如，在培养基中加入高浓度的食盐可以抑制多种细菌的生长，但不影响金黄色葡萄球菌的生长，从而可以将该菌分离出来。鉴别培养基是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配制而成的，用以鉴别不同种类的微生物。例如，在培养基中加入伊红和美蓝，可以用来鉴别饮用水和乳制品中是否存在大肠杆菌等细菌：如果有大肠杆菌，其代谢产物就与伊红和美蓝结合，使菌落呈深紫色，并带有金属光泽。伊红——美蓝培养基的配方蛋白胨乳糖蔗糖K2HPO4伊红Y美蓝蒸馏水10g5g5g2g0.4g0.065g1000Ml将培养基pH调至7.2（二）微生物的代谢微生物的代谢产物微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指微生物生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。人才推荐次级代谢产物是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，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。提示：某种抗生素所能抑制和杀灭的微生物范围叫抗菌谱。广谱抗生素就是抗菌范围较广的抗生素，反之，就是窄谱抗生素。人才推荐总之，这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。微生物代谢的调节微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。酶合成的调节：微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。组成酶是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，如大肠杆菌分解葡萄糖的酶诱导酶则是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。如大肠杆菌分解乳糖的酶酶活性的调节微生物还能够通过改变酶的催化活性来调节代谢的速率。例如，谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物——谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。调节特点：酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。上述两种调节方式是同时存在，并且密切配合、协调起作用的。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。但在工业生产中，人们总希望微生物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就需要对微生物代谢的调节进行人工控制。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。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。其中，赖氨酸是一种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。在黄色短杆菌的代谢过程中，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，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。由此可见，要想利用黄色短杆菌生产赖氨酸，就必须抑制苏氨酸的合成。那么，怎样才能抑制苏氨酸的合成呢？科学家通过研究发现，高丝氨酸脱氢酶是合成高丝氨酸不可缺少的一种酶，而合成赖氨酸则不需要这种酶。科学家通过对黄色短杆菌进行诱变处理，选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的。人才推荐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抑制作用，提高谷氨酸产量。在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据培养基的物理状态，可以分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可以分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可以分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵）。【模拟试题】（答题时间：50分钟）一.选择题1.在下列物质中，不能用作异养微生物碳源的是（）A.含碳无机物B.蛋白胨C.含碳有机物D.石油、花生粉饼2.可以作为硝化细菌碳源、氮源及能量来源的物质依次是（）A.含碳有机物、氨、光；B.含碳无机物、氮、氮；C.含碳有机物、氨、氨；D.含碳无机物、氨、氨。3.在培养酵母菌时，培养基中加入什么样的特殊物质，以保证抑制其它杂菌的繁殖（）A.生长因子B.食盐C.高浓度蔗糖D.青霉素4.微生物在生命活动过程中需要的主要营养物质是（）A.碳源、氮源、无机盐、能源和水B.碳源、氮源、水C.碳源、氮源、生长因子、无机盐和水D.碳源、氮源、生长因子5.碳源是为微生物提供所需碳元素的营养物质，微生物最常用的碳源是（）A.CO2B.NaHCO3C.脂肪酸D.糖类6.对下列培养基的叙述正确的是（）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氮源D.发酵工程一般用半固体培养基7.关于微生物的代谢产物，下列说法中正确的是（）A.初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必需的B.次级代谢产物是微生物生长和繁殖所必需的C.初级代谢产物只在微生物生长的最初阶段产生D.次级代谢产物在微生物生长的全过程都产生8.下列说法正确的是（）A.诱导酶一旦产生，其活性就将一直保持下去B.组成酶不是微生物细胞中一直存在的酶C.大肠杆菌分解葡萄糖的酶是诱导酶，分解乳糖的酶是组成酶D.诱导酶的合成除取决于诱导物以外，还取决于细胞内所含的基因人才推荐暴露在空气中，下列哪种微生物不能生存（）A.酵母菌B.真菌C.放线菌D.产甲烷杆菌10.大肠杆菌分解乳糖的酶属于（）A.组成酶B.诱导酶C.合成酶D.外来酶二.非选择题：1.将大肠杆菌培养在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖；只有当葡萄糖被消耗完毕后，才开始用乳糖。这是因为分解葡萄糖的酶属于酶，而分解乳糖的酶属于酶，这种调节方式属于的调节，它不如的调节快速、精细。2.下表是某微生物培养基成分。请据此回答：（1）培养基中营养成分共有类。（2）该培养基可培养的微生物类型是。（3）若不慎将过量NaCl加入培养基中，如果不想浪费此培养基，可再加入，用于培养。（4）若除去成分②，加入（CH2O），该培养基可用于培养。（5）不论何种培养基，在各种成分都溶化后、分装前，要进行的是。（6）表中各成分含量确定的原则是。（7）若该培养基用于菌种鉴定，应该增加的成分是。3.如图是黄色短杆菌合成赖氨酸的途径示意图解，请回答：（1）图中黄色短杆菌能利用合成赖氨酸、苏氨酸和。（2）当和都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性。（3）利用黄色短杆菌大量生产赖氨酸就必须抑制的形成。（4）科学家对黄色短杆菌进行处理，选育出不能合成的菌种，编号成分含量①粉状硫10g②（NH4）2SO40.4g③K2HPO44.0g④MgSO49.25g⑤FeSO40.5g⑥CaCl20.5g⑦H2O100mL人才推荐提高了赖氨酸的产量。（5）黄色短杆菌合成的赖氨酸是代谢产物，它合成后的存在部位是。人才推荐试题答案一.选择题：1.A2.D3.D4.C5.D6.C7.A8.D9.D10.B二.非选择题：1.组成诱导酶合成酶活性2.（1）三（2）自养型微生物（3）含碳有机物金黄色葡萄球菌（4）固氮微生物（5）调整pH（6）依微生物的生长需要来确定（7）琼脂（或凝固剂）3.（1）天冬氨酸甲硫氨酸（2）苏氨酸赖氨酸（3）苏氨酸（4）诱变高丝氨酸脱氢酶（5）初级细胞内