高三生物061.doc

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期数： 0601 SWG3 061
学科：生物 年级：高三 编稿老师：郭彩凤
审稿老师：高毅

预　习 篇
[同步教学信息]

微生物的代谢、营养
【教材阅读提示】
1．微生物所需的碳源、氮源、生长因子等营养物质的主要来源和功能（A知道）
2．培养基的种类和培养基配制的原则（B识记）
3．微生物代谢的概念
4．代谢产物的分类：初级代谢产物、次级代谢产物
5．微生物代谢的调节：酶活性调节、酶合成调节
6．微生物代谢的人工控制（应用）
【高考命题趋向】
营养、代谢和生长：微生物作为自然界的生物类型，其生命活动应与必修教材所涉及的动物代谢的营养基本相似，但由于微生物自身结构的特殊性，因而其代谢情况与动物的有较大的差异。因此，有关本部分的命题主要趋向于学科内综合。
总之，在本单元中既要了解各种微生物的共性，更需充分认识不同种类微生物的特殊性，尤其是生产实践中常用微生物的营养与代谢关系，所需发酵条件的控制将影响微生物的生长繁殖等。
【基础知识构建】
一、微生物的的代谢
初级代谢产物
微生物的代谢产物
次级代谢产物
酶合成的调节
微生物的代谢 微生物代谢的调节
酶活性的调节
改变菌种的遗传特征
微生物代谢的人工控制
控制发酵条件
1．微生物代谢异常旺盛的原因
①相对表面积很大，即表面积与体积比很大，因为小体积、大面积必然有一个巨大的营养吸收面，代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。
②吸收多，转化快。
③生长旺，繁殖快。
④适应强，易变异。
2．初级代谢产物和次级代谢产物的比较

产生
功能
例子
存在部位
初级代谢产物
不停地合成
生长和繁殖的必需物质
氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素
细胞内
次级代谢产物
一定阶段才合成
生长和繁殖的非必须物质
抗生素、毒素、激素、色素
细胞内或外环境中
3．微生物代谢的调节
   微生物完成代谢调控主要是通过调节酶实现的。
   微生物代谢调节的主要方式：酶合成的调节和酶活性的调节。    
 （1） 酶合成的调节
    a.组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；
诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成、存在，它的合成受基因与诱导物共同控制；
    b.酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是使细胞内酶的种类增多；
    c.酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。
 （2）酶活性的调节
    a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶）的催化能力，调节的结果是酶量发生变化；
    b.酶活性调节的机制——通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节；
    c.酶活性调节的特点：快速、精确；
    d.酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。
 （3）两种调节方式的区别与联系
    区别：
    a.从调节对象看：酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率，而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及酶量变化；
    b.从调节效果看：酶活性调节直接而迅速，酶合成调节间接而缓慢；
    c.从调节机制看：酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成；酶活性调节是代谢调节，它调节酶活性。
    联系：
    细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。
4．微生物代谢的人工控制：
（1）人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸。
    a.由苏氨酸、赖氨酸共同积累过量会抑制天冬氨酸激酶的活性，而赖氨酸单独过量不会出现抑制的代谢的现象。
b.通过诱变育种选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种作为工业微生物，达到大量生产赖氨酸的目的。
(2)人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。
a.   由谷氨酸积累过量会抑制谷氨酸脱氢酶活性;
b. 改变细胞膜透性,由此可大量生产谷氨酸。
结论：
（1） 改变遗传特性
（2） 改变培养条件
二．微生物的营养
微生物细胞的化学组成与其他生物的大体相同，其主要化合物可归结为碳源、氮源、生长因子、无机盐和水五大营养要素物质。
1．微生物需要的营养物质及功能
营养要素
来源
功能
碳源
自养型微生物
无机碳源(CO2、NaHCO3、CaCO3，等含碳无机盐)
①用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物 ②既是碳源又是能源是一种双功能的营养物
异养型微生物
糖类(尤其是单糖)，其次是醇类、有机酸、脂类
氮源
氨基酸自养型(将非氨基酸类的简单氮源合成所需的一切氨基酸，如所有的绿色植物和很多的微生物)
无机氮：NH3、铵盐、硝酸盐、N2
将无机氮合成菌体蛋白质、核酸及含氮的代谢产物(如氨基酸等。)
氨基酸异养型(从外界吸收现成的氨基酸，包括所有的动物和大量异养型微生物)
有机氮：复杂蛋白质(如牛肉膏、蛋白胨)、核酸、尿素、一般氨基酸
生
长
因
子
生长因子自养型(不需要外界提供生长因子)
自行合成所需的生长因子
①酶和核酸的组成成分
②参与代谢过程中的酶促反应
生长因子异养型(需要外界提供生长因子)
维生素、氨基酸、碱基
2．培养基的配制原则：
(1)目的要明确
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
自养型微生物：培养基可由简单的无机物组成
异养型微生物：培养基至少含有一种有机物
(2)营养要协调：
不同类型的微生物对各种营养物质的需要量不同，注意配制时各种营养物质的浓度的比例如：蔗糖虽然是多种微生物的主要营养物质，但是高浓度的蔗糖反而会抑制微生物的生长。又如：谷氨酸生产中，培养基中碳源与氮源在3：1的比例时，菌体才能产生大量的谷氨酸，而此比例为4：1时，菌体大量繁殖生长，而合成的谷氨酸很少。
(3)要根据不同微生物所需的pH值进行配制。
3．培养基的种类
(1)按照物理性质划分培养基
种类
是否含凝固剂
用途
固体培养基
是
主要用于微生物的分离、记数等
半固体培养基
是
主要用于观察微生物的运动、鉴定菌种等
液体培养基
否
主要用于工业生产
(2)按照化学成分划分培养基
种类
化学成分是否明确
用途
天然培养基
否
主要用于工业生产
合成培养基
是
主要用于微生物的分类、鉴定
（3）按照培养基的用途
种类
制备方法
原理
用途
例
选择培养基
培养基中加入某种化学物质
依据某些微生物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
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

【应用举例】
1．有关微生物营养物质的叙述中，正确的是
A 是碳源的物质不可能同时是氮源
B 凡碳源都提供能量
C 除水以外的无机物只提供无机盐
D 无机氮源也能提供能量
解析：有些有机物既含碳又含氮，就可有机物以作为异养微生物的碳源，又可作为氮源。某些无机碳源如二氧化碳就不能提供能量。微生物的营养物质中除水和无机盐外，碳源、氮源都可以有无机物，如自养生物需要无机碳源和氮源。无机氮源如NH3是硝化细菌的氮源，又是硝化细菌的能源。
答案：D
2．以下不属于发酵的是
A 利用需氧型的青霉菌生产青霉素 B 缺氧时人的组织细胞产生乳酸
C 利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精 D 利用乳酸菌制作泡菜
解析：首先理解发酵的概念，是指在生产实际中，人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。根据概念可知A、C、D都符合发酵概念。容易选错的原因是，对发酵的狭义理解出错，必修中学过微生物的无氧呼吸就叫发酵，但不是所有生物的无氧呼吸都叫发酵。
答案：B
3．关于微生物酶的叙述中，正确的是
A．组成酶是胞内酶，诱导酶是胞外酶
B．大肠杆菌分解乳糖和葡萄糖的酶都是组成酶
C．酶合成的调节与酶活性的调节不能共存于同一种微生物体内
D．酶合成的调节增强了微生物的适应能力
解析： 微生物的酶有组成酶和诱导酶的区别，还有胞内酶和胞外酶之分，它们之间的关系是：组成酶和诱导酶都是胞内酶。它们的区别是：组成酶是细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制；而诱导酶是在一定条件下才存在的酶，这个条件就是某物质的存在。这种物质的存在是诱导酶合成的条件，当然遗传物质也对诱导酶的合成进行控制，而且控制的情况更加复杂。大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶，分解乳糖的酶是诱导酶。酶合成的调节与酶活性的调节同时存在，密切配合，协调起作用。酶合成的调节，保证了代谢的需要，充分利用原料和能量，增强了适应环境的能力。
答案：D
【强化训练】
【同步落实】（※级）：
1．作为微生物氮源的营养物质中最常用的是
A 分子态氮和氨 B 铵盐和硝酸盐
C 尿素和胺 D 牛肉膏和蛋白胨
2．固体培养基中需要加入琼脂的目的是
A 为菌体提供碳源 B 为菌体提供氮源
C 使培养基保持水分 D 使培养基凝固
3．酵母菌培养液常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制微生物的生长，原因是
　　A.碳源供应太充足　　　B．细胞会发生质壁分离
　　C.改变了酵母菌的出值　D．葡萄糖不是酵母菌的原料
4．微生物的代谢调节属于
A．神经调节 B．激素调节
C．酶的调节 D．基因调节
【同步检测】（※※级）
5．下表为一种营养液的配方，试根据表中的内容作答：
成 分
含 量
Ca(NO3)2
1 g
KH2PO4
0.25 g
KCl
0.12 g
MgSO4
0.30 g
Fe(NO3)2
0.30 g
Mo
极少
蒸馏水
1 000 ml
（1）若用于植物培养，在培养的初期，植物出现萎蔫现象，最可能的原因是         。可采用的最简单的有效措施是            。
    （2）要使植物正常生活，培养液中至少还应加入           种必需元素。
  （3）培养一段时间后，检测到培养液中留存的NO3-较少而Ca2+等离子较多，这一现象与细胞膜的                  有关。
    （4）此培养液若用于培养微生物，则可以培养的微生物代谢类型是        。培养液中含有的营养物质有               类。

6．下图是人们利用黄色短杆菌合成赖氨酸的途径。请回答下列问题：
（1）在生产实际中，人们通过黄色短杆菌的选育培养，大量生产赖氨酸的过程叫___________________。赖氨酸是黄色短杆菌的___________________产物。
（2）用黄色短杆菌生产赖氨酸，培养基属于
A.液体培养基B.半固体培养基 C.固体培养基 D.天然培养基
（3）为了解决生产赖氨酸遇到的问题，科学家们可采用_________________、_________________、_____ ____、 _ ______等方法，选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种。
（4）在黄色短杆菌培养过程中，培养基的pH会发生变化，主要原因是_________________。培养基的pH变化会影响黄色短杆菌种细胞中的_________________、_________________。对此，调节和控制培养基pH的方法有①_________________，②_________________。

参考答案 ：
1B 2D 3D 4C
5.（1）培养液浓度过高 加水稀释 （2）4 （3）选择透过性（4）自养型微生物 3
6．（1）发酵工程 初级代谢
（2）AD
（3）自然选育 诱变育种 基因工程 细胞工程
（4）菌体对营养物质的利用和代谢产物的积累 酶的活性 膜的活性
在培养基中添加pH缓冲液 添加酸或碱进行调节

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