专题三 生物的新陈代谢
第3课时 微生物代谢
一、归类总结
1、微生物的分类
2、生物的营养
营养是指生物摄取、利用营养物质的过程。营养物质是指维持机体生命活动，保证生长发育、生殖所需的外源物质。
对于人和动物，营养物质包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、维生素六类；对于植物，营养物质包括矿物质、水、二氧化碳三类；对于微生物营养物质包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子五类。
微生物所需的无机盐与植物所需的矿质元素有差别。例如NH4+，对于微生物是氮源，对于植物是矿质元素。CO32－，对于植物不是矿质元素，对于异养微生物是无机盐，对于自养微生物可以是碳源。人及动物所需的无机盐中，没有氮，它们所需的氮来自蛋白质等。
维生素是人需要的微量有机物，生长因子是微生物需要的微量有机物。维生素在人体内是维持新陈代谢和某些生理功能的必不可少的物质，大多数是酶的组成部分。生长因子是微生物也是酶的组成部分，如碱基。
3、生物的能源
对于人及动物的能源物质是某些有机化合物；对于植物能源是太阳能；对于微生物的情况就稍微复杂些，自养型微生物的能源是光或无机化合物，比如硝化细菌是以氨的氧化来获得自身所需的能量；对于异养微生物的能源物质是含碳、氮有机物。含有碳、氢、氧、氮的化合物，可以提供碳源和氮源，但不一定能提供能源，如碳酸氢铵，它能给自养微生物提供氮源、碳源，能给异养微生物提供氮源和无机盐。
4、组成酶和诱导酶
| 酶的种类 | 存在 | 合成 |
| 组成酶 | 一直存在 | 只受遗传物质的控制 |
| 诱导酶 | 诱导产生 | 既受遗传控制，又受诱导物诱导 |
5、酶的合成调节和酶活性的调节
| 酶合成的调节 | 酶活性的调节 | |
| 原理 | 通过影响酶合成调节微生物的代谢 | 通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速度 |
| 主要原因 | 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 |
| 实例 | 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脱氢酶的活性 |
| 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运行 |
| 酶活性的调节与酶合成的调节相比较，是反馈调节、精细而快速 | ||
6、微生物的代谢产物
| 产物的种类 | 产生时期 | 生理作用 | 举例 |
| 初级代谢产物 | 生长全过程 | 自身生长、繁殖必需 | 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素 |
| 次级代谢产物 | 生长到一定阶段以后 | 对自身无明显生理作用 | 抗生素、毒素、激素、色素等 |
7、微生物群体生长的规律及影响因素
| 生长曲线 代谢和生长等 |
调整期 | 对数期 | 稳定期 | 衰亡期 |
| 生长量 | 调整适应，一般不分裂，细菌体积增大 | 繁殖率＞死亡率 等比数列式增长1→2→4→8→…→2n | 繁殖率≈死亡率 活菌数达峰值（接近K值） | 繁殖率＜死亡率 活菌数急剧下降 |
| 代谢特点 | 代谢活跃大量合成酶的其他细菌成分 | 代谢旺盛，形态、生理特性稳定、选育菌种的最佳时期 | 大量积累代谢产物（次级代谢产物）、芽孢的形成 | 细胞呈现多态性，畸形、解体，释放代谢产物 |
| 测定 | a．测细胞数目：显微计数，比例计算 | |||
| 影响因素 | a．最适温度： b．最适pH：6.5～7.5（细菌）、5.0～6.0（真菌） c．氧气：对不同代谢类型的微生物，影响不同 | |||
8、微生物群体生长的规律及影响因素在生产因素实践的中的应用
利用处于对数期细菌的生长繁殖速率快，代谢旺盛的特点，生产上常用这个时期的细菌作为菌种，以缩短生产周期；进入稳定期后，抗生素等代谢产物逐渐增多，这时如果适当补充营养物质，就有助于延长稳定期、提高代谢产物的产量。为此人们经过长期的探索，总结出一种连续培养的方法。目前，这种方法已成功地应用于酒精、丙酮、丁醇等产品的生产中。连续培养缩短了培养周期，提高了设备利用率，并且便于自动化管理。
二、典题导引
【例1】可作为对一种单细胞生物进行分类的依据是（ ）（多选）
A．核膜的有无 B．核糖体的有无
C．细胞壁的有无 D．膜上载体蛋白的有无
【例2】炭疽杆菌之所以引起美国人的恐慌，主要原因之一是它能产生两种成分为蛋白质的内毒素。有的科学家将该菌的大型DNA分子破坏，该菌仍然能产生内毒素。请分析推断，应该破坏该菌的什么结构，才能使它从根本上不再产生内毒（ ）
A．核糖体 B．质粒 C．内质网 D．细胞核
【例3】“非典”的病原体SARS病毒是RNA病毒，对SARS疫苗的研究已取得突破性的进展。下列关于SARS病毒及疫苗的叙述正确的是（ ）
A．SARS病毒的遗传物质组成含有5种碱基、8种核苷酸
B．接种SARS疫苗能增强人体免疫力是因为接种了SARS抗体
C．可用含碳源、氮源、生长因子、水、无机盐的培养基培养SARS病毒
D．决定其抗原特异性的是SARS病毒的衣壳
【例4】右图是甲大肠杆菌在复合培养基中的生长曲线，复合培养基中含有葡萄糖和乳糖，图乙表示大肠杆菌内产生G物质的代谢过程。
⑴图甲中a～d所指的生长期的正确名称依次是__________________。
⑵图甲曲线的变化可体现微生物代谢调节的方式之一是_____________，其相应酶的产生是在____（填
字母）时期。图乙体现微生物代谢调节的意义是___________________。
⑶微生物的培养中，常以________________（填字母）时期的微生物为菌种。如果 缩短a时期，其方法有①______________；②____________。
⑷如果G物质是大肠杆菌代谢必需的，现要利用大肠杆菌大量生产C物质，则通过诱变育种，筛选出_____________缺陷型大肠杆菌进行培养。同时培养中需限量提供____________物质，原因是①______________；②______________。
【例5】下列关于微生物营养物的叙述中，正确的是（ ）
A．是碳源的物质不可能同时是氮源 B．凡是碳源都能提供能量
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
三、随堂反馈
1．右图是酵母菌进行酒精发酵时的生长曲线，你认为在下列哪一阶段停止氧气的供应对产生酒精最有利（ ）
A．AB B．BC C．DE D．FG
2．“筛选”是生物学中培育生物新类型常用的手段，下列有关技术过程中为不可能筛选成功的有（ ）
A．在无氮培养基上筛选圆褐固氮菌
B．在不含精氨酸的培养液中筛选不能合成精氨酸的杂交细胞
C．在小麦试验田中普遍喷洒赤霉菌筛选抗赤霉菌小麦
D．基因工程中通过对细胞单独培养并检测目的基因产物进行筛选
3．2004年7月份，中央电视台报道美国一生化制药厂，试制了一种对炭疽杆菌细胞壁有分解转化作用的酶制品。该制品所分解的物质是（ ）
A．DNA和RNA B．DNA和蛋白质结合而成的化合物
C．葡萄糖组成的大分子 D．糖类与蛋白质结合而成的化合物
4．微生物（除病毒外）需要从外界吸收营养物质并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法不正确的是（ ）（多选）
A．乳酸菌与硝化细菌所利用的碳源是相同的
B．微生物生长中不可缺少的一些微量的无机物称为生长因子
C．培养基中营养物质浓度越高对微生物增殖越有利
D．生长因子一般是酶或核酸的组成成分，微生物本身合成生长因子的能力往往不足
5．在豆科植物的根瘤内，根瘤菌固氮所需的ATP和根细胞吸收NH4+所需的ATP分别主要来自（ ）
A．根瘤菌的线粒体和根细胞的线粒体 B．根瘤菌的细胞质和根细胞的细胞质
C．根瘤菌的细胞膜和根细胞的线粒体 D．根瘤菌的线粒体和根细胞的细胞质
6．20世纪70年代基因工程技术刚兴起的时候，都是以微生物作为实验材料，且必须在“负压”（低于外界大气压）的实验室里进行操作。这里“负压”的作用主要是（ ）
A．防止基因重组的生物进入人体或逃逸的外界，从而对环境造成基因污染
B．提高微生物的基因突变频率
C．加快微生物的繁殖速度 D．避免其他生物对实验材料的污染
7．关于微生物营养的说法，正确的是（ ）
A．无机氮源也能提供能量 B．除水以外的无机物仅起提供无机盐的作用
C．凡是碳源都能提供能量 D．同一种物质不可能既作碳源，又作氮源
8．用酵母酿酒从接种后到密封前的这一阶段，酵母菌种群数量变化的曲线图是（纵轴代表种群数量，横轴代表时间）（ ）
9．如图表示利用某种微生物合成某类物质的过程。在发酵过程中利用该微生物来大量合成物质A，应采取的合理措施为（ ）
A．破坏微生物细胞膜的通透性
B．在高温高压的条件下完成发酵
C．对该微生物进行诱变处理，选育出不能合成酶Ⅱ的菌种
D．对该微生物进行诱变处理，选育出不能合成酶Ⅲ的菌种
10．下图为某细菌合成某种氨基酸的代谢调节示意图，据图分析回答：
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⑴氨基酸属于微生物的________代谢产物，可以作为异养微生物的______________等营养要素物质。
⑵从微生物代谢调节来看，酶Ⅰ是_______酶。氨基酸在细胞中积累过多，会抑制酶Ⅱ的活性，这种调节方式与①相比有__________等特点。
⑶完成过程③还需要__________________________等条件。
典题导引
【例1】【简析】真核生物中的原生生物界及原核生物中的细菌放线菌、支原体等都属于单细胞生物。支原体和原生动物没有细胞壁，细菌和放线菌有细胞壁。无论是原核的单细胞还是真核的单细胞生物都有核糖体，细胞膜上都有载体蛋白。
【例2】【简析】细菌可分为杆菌、球菌和螺旋菌。细菌中拟核的大型环状的DNA分子控制细菌的主要遗传性状，质粒也控制部分性状。审题时注意“将该菌的大型DNA的破坏”和“从根本上”的题眼。
【例3】【简析】一种病毒只含有一种核酸，不能独立生存，没有产能的酶系统和蛋白质合成系统，必需营寄生生活，只能在宿主的活细胞中进行。书中微生物的营养、代谢和生长讲述的是除病毒以外的其他微生物的情况。接种SARS疫苗增强人体免疫力是接种的抗原物质，刺激机体产生相应的抗体。病毒的形态结构、致病性等是由核酸控制，而决定病毒抗原特异性等则是衣壳。
【例4】【简析】细菌的生长曲线可分为四个主要时期：调整期、对数期、稳定期、衰亡期。调整期是刚刚接种到培养基上的细菌，对新环境的一个短暂调整或适应过程。一般不立即开始分裂繁殖。对数期的细菌进入快速分裂阶段，细胞数目以等比数列的形式增加。微生物的代谢调节主要有酶的合成调节和酶活性的调节，大肠杆菌在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养时，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕后，大肠杆菌才开始利用乳糖，大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶，分解乳糖的酶为诱导酶，这种调节保证了代谢的需要，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。图甲的c期合成分解乳糖的酶，对新环境的调整和适应过程，故为调整期，d期又快速分裂增殖进入对数期，乙图中的代谢产物G过多又抑制酶1的活性，故为酶的活性调节。缩短调整期的方法有：①加大接种量；②使用对数期的菌种；③在同原来的培养条件相同的培养基上培养。
答案：①调整期、对数期、调整期、对数期；②酶合成的调节 c 酶的活性调节的意义避免代谢产物的积累；③b、d 以对数期作菌种 加大接种量（或与原来的培养条件相同）；④酶3 G或D 首先由于G是大肠杆菌所必需的，由于酶3缺陷不能产物G，故需供应G或D。其次G过量会抑制酶Ⅰ活性，影响c的生产，故要限量。
【例5】【简析】不同的微生物，所需营养物质有较大的差别，要针对微生物的具体情况进行具体分析。对于A、B选项，它的表达是不完整的。有的碳源只能是碳源，如CO2，有的碳源可同时是氮源，如NH4HCO3，有的碳源同时也是能源，如葡萄糖，有的碳源同时是氮源的能源，如蛋白质。对于C选项，除水以外的无机物种类繁多，功能也多样。如：CO2，可作为自养微生物的碳源，碳酸氢铵可作为自养微生物的碳源和无机盐，氯化钠则只能提供无机盐。对于D选项，无机氮源提供能量的情况还是存在的，如氨可为硝化细菌提供能量和氮源。
随堂反馈
1、C 2、B 3、D 4、ABC
5、C 6、A 7、A 8、C 9、D 10、①初级 碳源 氮源 生长因子
②诱导 快速 精细
③转运RNA 氨基酸 酶 ATP 核糖体