微生物与发酵工程含生物固氮.pptx

1,(2010,全国卷,),下列是与微生物培养有关的问题，请,回答：,(1),某细菌固体培养基的组成成分是,KH,2,PO,4,、,Na,2,HPO,4,、,MgSO,4,、葡萄糖、尿素、琼脂和蒸馏水，其中凝固剂是,_,，碳源是,_,，氮源是,_,。已知只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，故该培养基属于,_,培养基。按照化学成分分类，该培养基属于,_,培养基。从同化作用类型看，用该培养基培养的细菌属于,_,。,(2),将少量细菌接种到一定体积的液体培养基中，适宜条件,下培养，定时取样测定菌体数目，以时间为横坐标，以菌体数目的对数为纵坐标，可以得到细菌的,_,曲线。该曲线中以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是,_,。实验室中，为了获得形态和生理特征一致的菌体，一般应在,_,期取材；在生产中，常收集培养至,_,期的细菌用于次级代谢产物的提取。,解析,本题主要考查微生物的营养、培养基的分类、微生物的代谢类型及细菌的生长规律等知识，意在考查理解能力、获取信息的能力和综合运用能力。,(1),由所给培养基的组成成分及教材相关知识可知：凝固剂是琼脂，碳源是葡萄糖，氮源为尿素。由于这种培养基只有能合成脲酶的细菌才能生长，因此，该培养基属于选择培养基；由于其化学成分清楚，属于合成培养基；由于细菌所用碳源为有机碳源，因此，所培养的细菌为异养型。,(2),通过题中操作所得曲线为细菌的生长曲线。在细菌的生长曲线中，对数期菌体的形态和生理特征一致；稳定期菌体的次级代谢产物相对较多，生产中，常收集培养至稳定期的细菌，用于提取次级代谢产物。,答案,(1),琼脂葡萄糖尿素选择合成异养型,(2),生长培养中的细菌以指数形式增殖，取对数便于反映细菌群体的生长规律,(,其他合理答案也给可,),对数稳定,科目三考试,科目,3,实际道路考试技巧、视频教程,科目四考试,科目四模拟考试题,C1,科目四仿真考试,1,比较选择培养基与鉴别培养基,种类,制备方法,原理,用途,举例,选择培养基,加入某种,物质,改变营养,成分,除去某种,物质,依据某些微生物代谢特点及对某些物质的抗性而设计,从众多微生物中分离所需的微生物,加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌,种类,制备方法,原理,用途,举例,鉴别培养基,培养基中加入某种试剂或化学药品,依据微生物产生的某种代谢产物与培养基中特定试剂或化学药品反应，产生明显的特征变化而设计,鉴别不同种类的微生物,伊红和美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌,2,比较初级代谢产物与次级代谢产物,产物名称,产生,时间,作用,分布,种的特异性,举例,相同点,初级代谢产物,不停地合成,生长繁殖所必需,细胞内,无,氨基酸、核苷酸、多糖、,脂质等,都在微生物细胞调节下有步骤地产生,次级代谢产物,生长后期,对自身无明显生理作用,细胞内或细胞外,有,抗生素、毒素、激素、色素等,3,比较酶合成调节与酶活性调节,调节方式,比较项目,酶合成调节,酶活性调节,原理,通过影响酶的合成来调节微生物的代谢,通过改变已有酶的催化活性来调节微生物的代谢速率,调节过程,在环境中存在诱导物,(,通常是反应底物,),的情况下才能合成诱导酶,代谢产物与酶的结合，致使酶的结构产生变化,(,该种变化是可逆的,),结果,改变酶的种类与数量,不改变酶的种类和数量，但改变已有酶的活性,调节方式,比较项目,酶合成调节,酶活性调节,调节特点,较缓慢,快速、精细,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,不会积累大量的代谢产物，保证各种代谢经济而高效地进行,举例,大肠杆菌乳糖代谢中半乳糖苷酶的合成,谷氨酸生产过程中，大量谷氨酸的积累抑制谷氨酸脱氢酶的活性,4,微生物群体生长规律,微生物在各个时期的规律和特点如下：,细菌,的生,长曲线,特点,不立即繁殖,(,增长率最小,),繁殖速率快，以等比数列的形成增加,(,增长率最大,),增长率为,0,，活菌数量最大，大量积累代谢产物,增长率小于,0,，活菌数目急剧下降,形成原因,对新环境的短暂调节或适应,生存条件,(,空间、营养等,),适宜,生存条件,(,空间缩小、营养消耗等,),恶化，种内斗争加剧,生存条件极度恶化。与无机环境的斗争最为激烈,菌体特征,体积增长较快,形态、生理特征稳定,某些细菌开始出现芽孢,出现多种形态甚至畸形，有些细胞开始解体,代谢特点,代谢活跃，大量合成分裂所需的酶类、,ATP,及其他细胞成分,代谢旺盛,大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物,释放代谢产物,应用与控制,缩短该期的措施：,采用与原培养基相同的培养基；,增大接种量；,接种对数期的菌种,可作为菌种和科研材料。在开始时多放些培养基可延长该期,通过以一定的速度添加新培养基，放出老培养基，控制其他生产条件,(,如温度、,pH,、溶氧,),来延长该期,考点二,生物固氮,考点,解读,1.,共生固氮微生物与自生固氮微生物,2,生物固氮的意义,3,生物固氮在农业生产中的应用,2,(,全国卷,),根瘤菌是一种固氮微生物，其生物学特征,之一是,(,),A,在土壤中独立生活时能够固氮,B,需氧的异养细菌,C,所需能量由自身的线粒体提供,D,单细胞真核生物,解析,根瘤菌的新陈代谢类型为异养需氧型，根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能进行生物固氮，在土壤中独立生活时不能够固氮。根瘤菌属于单细胞原核生物，并没有线粒体。,答案,B,1,生物固氮,(1),两种固氮微生物的比较,比较项目,共生固氮微生物,自生固氮微生物,常见类型,根瘤菌,圆褐固氮菌,与豆科植物关系,共生，有专一性,无,固氮产物及其去向,氨,可直接进入共生植物体，提供氮源,氨,需经硝化细菌转化为,NO,，再被植物利用,对植物的作用,提供氮素,提供氮素、生长素,固氮量,大,小,-3,(2),生物固氮在农业生产上的应用,根瘤菌拌种豆科作物，可增产,10%,20%,；,用豆科植物作绿肥，增加土壤含氮量；,新鲜的豆科植物饲料饲养家畜，其粪便还田肥沃土壤，提高作物、畜产品产量。,制作圆褐固氮菌菌剂施至土壤，为作物提供氮肥和生长素。,2,氮循环示意图,3,氮循环中几种微生物的特殊作用及其在生态系统中的地,位辨析,在氮循环中的作用,代谢类型,在生态系统中的地位,根瘤菌,将,N,2,合成,NH,3,异养需氧型,消费者,圆褐固氮菌,将,N,2,合成,NH,3,异养需氧型,分解者,细菌、真菌,将生物遗体中的含氮化合物转化为氨,异养需氧型,分解者,硝化细菌,将土壤中的氨转化为硝酸盐,自养需氧型,生产者,反硝化细菌,将硝酸盐转化为,N,2,异养厌氧型,分解者,特别提示,(1),所有固氮微生物都是原核生物，其固氮基因位于质粒上，,基因编码区是连续的，其可遗传变异来源只有基因突变。,(2),共生固氮微生物也有自养型,(,如共生蓝藻,),。,(3),自生固氮微生物同化类型既有自养型,(,如自生固氮的蓝藻,),，,也有异养型,(,如圆褐固氮菌,),；异化类型既有需氧型,(,如圆褐固氮菌,),，也有厌氧型,(,如巴氏梭菌,),。,热点一,微生物的营养、,代谢与生长,热点指数,命题点,本热点内容包括微生物的类群、微生物所需的营养、微生物代谢及调节、微生物群体生长规律,命题,角度,以上内容在历年高考中一向为考查重点之一，近年高考更多地以非选择题形式呈现对微生物代谢与生长规律的考查，多把微生物的结构、代谢特点与环境问题相联系创设新情境，考查对“微生物在环境保护等方面的应用”这方面知识的理解和掌握,例,1,(2010,重庆高考,),炭疽病是由炭疽杆菌引起的一种人畜,共患传染病。炭疽杆菌两端截平、呈竹节状排列，菌落呈卷,发状。对炭疽病疑似患者，可根据噬菌体的宿主专一性，通,过实验确诊。,(1),细菌培养：采集疑似患者的样本，分离培养，获得可疑菌落。,(2),细菌鉴定：实验流程如下图所示：,对配制的液体培养基等需采取,_,方法灭菌；实验所用液体培养基的碳源为,_(,填,“,无机碳,”,或,“,有机碳,”,),。,挑选可疑菌落制片后，用,_,观察，可看到呈竹节状排列的杆菌。,接种可疑菌后，,35,培养,24,小时，液体培养基变浑浊，原因是,_,。对照组试管中应加入,_,，与实验组同时培养,6,小时后，若实验组液体培养基的浑浊度比对照组,_(,填,“,高,”,或,“,低,”,),，则可明确疑似患者被炭疽杆菌感染；反之则排除。,对排除的疑似患者及易感人群，可接种炭疽杆菌疫苗，刺激机体产生相应抗体，与产生抗体相关的细胞除,T,细胞、,B,细胞外，还有,_,。,解析,本题考查培养基的灭菌、微生物的特点及营养和免疫等相关知识，意在考查对知识的理解能力、应用能力和实验分析、设计能力。,培养基应用高压蒸汽法进行灭菌。炭疽杆菌同化类型为异养型，应选有机碳作为其碳源。,微生物个体小，肉眼观察不到，必须借助显微镜才能观察到菌体特征。,在液体培养基中，细菌大量繁殖会导致培养液变浑浊；该实验中实验变量为是否加入噬菌体，所以对照组除不加噬菌体外，其他处理都应该和实验组保持一致,(,即应加入不含噬菌体的生理盐水,),。噬菌体可破坏细菌细胞，从而使培养液变清。,在特异性免疫的感应阶段，吞噬细胞参与了抗原的呈递，效应,B,细胞是直接产生抗体的细胞。,答案,(2),高压蒸汽,(98 kPa,蒸汽,),有机碳,显微镜细菌大量繁殖等量生理盐水低,吞噬细胞、效应,B,细胞,“,种群数量增长曲线”与“微生物群体生长曲线”的区别及联系,(1),曲线图示,(2),图示表解,种群数量增长曲线,微生物群体,生长曲线,区别,研究,内容,只研究种群数量增长阶段的变化规律,研究微生物从生长到死亡整个生命周期的数量变化规律,纵轴,含义,种群的实际数量,微生物数目的对数，不代表实际数量,种群数量增长曲线,微生物群体,生长曲线,联系,“,J,”,型曲线无,K,值但也有调整期和对数期，微生物群体生长曲线的调整期和对数期符合,“,J,”,型曲线,“,S,”,型曲线也可分为三个阶段：对环境的适应期、快速增长期、数目稳定期，曲线总体趋势与微生物生长曲线的调整期、对数期和稳定期相一致,1,如图为某细菌培养过程中的增长,率曲线，,a,、,b,、,c,代表不同的时,刻，下列有关叙述中不正确的是,(,),A,组成酶在每个时期都相同,B,0,a,段可以看做是,“,J,”,型增长,C,b,时刻细胞内可能大量积累次级代谢产物,D,连续培养的目的主要是为了延长,a,b,段时间,.,解析：,组成酶是细菌中固有的，只受遗传物质控制，与环境中物质无关；,0,a,段是细菌刚刚接种到培养基中，空间、资源等生活条件充裕，所以会出现近似,“,J,”,型的增长；图中,b,时刻细菌死亡率和繁殖率相等，代表进入稳定期，此时活菌数目达到最大，细胞内积累大量代谢产物，尤其是次级代谢产物；,a,b,段代表稳定期前的时期，而连续培养有助于延长稳定期。,答案：,D,热点二,发酵工程及其应用,热点指数,命题点,本热点内容包括发酵工程的内涵，发酵工程几个重要环节，发酵条件的控制及发酵工程应用实例,命题,角度,近年高考多以选择题形式考查发酵工程重要环节、发酵条件的控制等，也可通过与微生物代谢与调节相结合的模式考查发酵工程的应用及产品的分离与提纯,例,2,用某种培养基培养谷氨酸棒状杆菌，测得其生长曲线如图,A,所示；谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌的代谢产物之一，其合成途径如图,B,所示；图,C,为生产谷氨酸的发酵罐的结构示意图。请据此回答下列相关问题：,(1),要得到图,A,所示生长曲线，该培养基应是,_,，,含有水、无机盐、碳源、,_,、,_,五大类营养要素物质。,(2),图,A,中,是,_,期，为了缩短该期，可采取的措施是,_,。,(3),谷氨酸在图,A,中的,_(,填标号,),时期都有合成。,(4),由图,B,可知，当谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱,氢酶的活性，酶活性发生改变的原因是,_,。,(5),图,C,中,处是发酵罐夹层中水的进出口，水在发酵罐夹,层流动的作用是,_,。,(6),谷氨酸发酵液的,pH,应控制在,7,8,范围内，随着代谢产物,的积累，发酵液的,pH,变化趋势是,_,，控制的办法是,_,。,解析,首先要识别不同图形所代表的生物学含义和过程。微生物生长曲线是在容积恒定的液体培养基中培养微生物时得到的，即微生物生长繁殖所需的营养物质、生存空间是有限的。生长曲线包括,调整期、,对数期、,稳定期、,衰亡期，通常采用加大接种量和使用对数期菌种的方法缩短调整期，在发酵工程中通常采用连续培养的方法，缩短培养周期。谷氨酸属于初级代谢产物，在微生物的一生中都必须不停地合成，否则就会影响微生物的正常生命活动。冷却水的作用是降低发酵罐和培养液的温度，使其维持在微生物代谢适宜的温度范围之内。由于谷氨酸棒状杆菌的呼吸作用会产生,CO,2,，使培养液,pH,下降，可向培养液中添加氨水，既可作为氮源，又能调节,pH,。,答案,(1),容积恒定的液体培养基氮源生长因子,(2),调整加大接种量和使用对数期菌种,(3),(4),代谢产物与酶结合，导致酶结构发生变化,(5),冷却或降温,(6),下降加碱,(,氨水,),发酵工程流程简图,2,发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下,图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，相关叙述不正确的是,(,),.,A,人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物的遗传,特性和控制发酵条件等,B,目前采用诱变育种已经选育出不能合成高丝氨酸,脱氢酶的黄色短杆菌新菌种,C,在发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明赖氨,酸或谷氨酸的生产采用了连续培养的发酵方式,D,图中所示的提取方法包括过滤、沉淀等方法,解析：,微生物代谢的人工控制包括改变微生物遗传特性和控制生产过程中的各种条件等方法，目前选育菌种的方法除了基因工程和细胞工程培育的工程菌外，还有诱变育种，目前已经成功选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌菌种来生产谷氨酸。生产上常采用连续培养法来达到可以源源不断地生产谷氨酸或赖氨酸的目的。由于发酵生产的产品为代谢产物，因此常采用萃取、蒸馏、离子交换等方法进行分离提纯。,答案：,D,热点三,生物固氮与氮循环,热点指数,命题点,本热点内容包括固氮微生物类型及实例、氮循环过程、生物固氮的意义及应用等,命题,角度,生物固氮部分的知识点在高考中所占比重很小，常以选择题的形式对固氮微生物的种类、代谢类型、在生态系统中的地位及在生产实践中的应用等知识进行考查，也可以与氮循环、矿质代谢、蛋白质代谢等知识进行学科内的综合，以理解能力、获取信息的能力为考查重点,例,3,(2009,北京高考,),为研究森林群落在生态系统物质循环中的作用，美国一研究小组在某无人居住的落叶林区进行了,3,年实验。实验区是两个毗邻的山谷,(,编号,1,、,2),，两个山谷各有一条小溪。,1965,年冬，研究人员将,2,号山谷中的树木全部砍倒留在原地。通过连续测定两条小溪下游的出水量和硝酸盐含量，发现,2,号山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近,40%,。两条小溪中的硝酸盐含量变化如图所示。,请回答问题：,(1),大气中的,N,2,进入该森林群落的两种途径有,_,。在森林群落中，能从环境中直接,吸收含氮无机物的两大类生物是,_,。,(2),氮元素以,N,2,、和,_,的形式被生物吸收，进入细胞,后主要用于合成,_,两类生物大分子。,(3),图中显示，,1,号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性规律,变化，其原因是不同季节生物,_,。,(4)1966,年,5,月后，,2,号山谷溪水中的硝酸盐含量急剧升高，,主要的两个原因是,_,。,(5),硝酸盐含量过高的水不宜饮用。在人体消化道中，硝酸,盐可转变成亚硝酸盐。能使,DNA,中,CG,碱基对中的,“,C,”,脱氨成为,“,U,”,。上述发生突变的碱基对经两次复制后，在该位点上产生的碱基对新类型是,_,、,_,。,(6),氮元素从森林群落输出的两种途径是,_,。,(7),该实验结果说明森林群落中植被的两个主要作用是,_,。,解析,(1),大气中的,N,2,通过生物固氮、闪电固氮和工业固氮三条途径进入生物群落。而森林群落无肥料的施入，故大气中的,N,2,进入森林群落的途径有生物固氮和闪电固氮两条途径。,(2),植物和微生物能从环境中直接吸收 等含氮无机物。进入细胞内的氮主要用于合成含氮的化合物，如蛋白质、核酸等。,(3),因不同季节生物对硝酸盐的利用量不同,(,如,12,月,5,月植物对硝酸盐吸收量较少,),，故,1,号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性变化。,(4)2,号山谷溪水中硝酸盐含量急剧升高，说明硝酸盐来源增,多,(,即动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪,),，而硝酸盐的去路,(,即植物对硝酸盐的吸收,),丧失。,(5),由题意知：导致,CG,变为,UG,，只有发生碱基替换的,DNA,链经两次复制后该位点能产生碱基对新类型，即,TA,、,UA,。,(6),通过反硝化细菌的作用，可将 还原成,N,2,返回大气，也,可以通过雨水冲刷由河流带出森林群落。,(7),植被可以涵养水源，吸收利用无机环境中氮元素等作用。,答案,(1),生物固氮、闪电固氮植物和微生物,(2),蛋白质、核酸,(3),对硝酸盐的利用量不同,(4),丧失了植被对硝酸盐的吸收；,动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪,(5)TA,UA,(6),通过细菌的作用将硝酸盐最终变成,N,2,返回大气、雨水的冲刷,(7),涵养水源、同化无机环境中的氮元素,在三大物质循环,(,碳循环、氮循环与硫循环,),中，碳和硫,均可由非生物环境直接被生产者吸收利用，但氮元素却必须,先经过以生物固氮为主的固氮作用方可被生产者利用，即进,入生物群落时，,CO,2,、,SO,2,(),可直接进入,“,生产者,”,，,而,N,2,则直接进入,“,固氮微生物,”,。,3,如图是生态系统中碳循环和,氮循环的一部分，甲、乙、,丙三类微生物参与其中，下,列说法不正确的是,(,),.,A,甲类细菌是自养需氧型，乙类细菌是异养厌氧型,B,丙类微生物中有的是自生的，有的是共生的,C,甲和丙的活动加强可以提高绿色植物的光合作用,D,乙类细菌将,HNO,3,转变成,N,2,，既促进了氮的循环，,又提高了土壤肥力,解析：,图中甲类细菌为硝化细菌，乙类为反硝化细菌，丙为固氮微生物，乙类细菌的活动降低了土壤肥力。,答案：,D,