课时37 微生物的类群
一．书本基础知识整理
1． 微生物的概念、种类
2． 细菌
基本结构：
特殊结构：
遗传物质：
细菌的繁殖：
菌落的概念：
菌落的特征：
3． 放线菌
菌丝体的结构：
放线菌的繁殖：
4． 病毒
基本结构：
特殊结构：
功能：
病毒的增殖：
二． 思维拓展
1. 微生物类群的比较
| 分类 | 形态 | 结构 | 生活方式 | 举例 |
| 病毒 | 无细胞结构 | 主要由核酸和蛋白质外壳组成，有些具囊膜、刺突 | 寄生 | 噬菌体、烟草花叶病毒、艾滋病病毒 |
| 原核生物 | 单细胞 | 原核细胞 | 寄生、腐生、自养 | 细菌、蓝藻、放线菌 |
| 真菌 | 单细胞或多细胞 | 原核细胞 | 寄生、腐生 | 酵母菌、霉菌 |
| 原生生物 | 单细胞 | 真核细胞 | 寄生、异养、自养 | 衣藻、变形虫、疟原虫 |
2．常见的易混淆的几种原核生物、真核生物
蓝藻：念珠藻、色球藻、鱼腥藻、颤藻、螺旋藻
细菌：乳酸菌、根瘤菌、原褐固氮菌及××球菌、××杆菌、××螺旋菌
真菌：酵母菌、霉菌、
衣藻、团藻等绿藻、红藻、褐藻均为真核生物
原生生物如变形虫、疟原虫、草履虫等均为真核生物
3． 细菌的特殊结构及功能
（1）芽孢：壁厚而致密、含水少、通透性低，对高温、干燥、光线和化学药品有很强的抵抗力。芽孢不是生殖细胞、而是抵抗不良环境、保存生命的一个休眠体。芽孢是鉴别细菌的重要依据之一。
（2）鞭毛：使细菌运动
（3）荚膜：保护作用，一般由水、多糖或多肽组成，有荚膜的细菌，不易被白细胞吞噬，因此能增强致病力。荚膜是某些细菌的重要特征、它的有无也可作为鉴别细菌的重要依据之一。
4．几种疾病及其致病微生物
艾滋病——HIV病毒（RNA） 非典型性肺炎——SARS病毒（RNA）
疯牛病——朊病毒（蛋白质） 禽流感——禽流感病毒（RNA）
结核病——结核杆菌 疟疾——疟原虫
炭疽热——炭疽杆菌
5. 细菌与人类的关系
有益：利用细菌生产工业用品如乳酸、醋酸、谷氨酸；利用细菌分解有机物；利用细菌防治害虫；人体内的有益菌群维护人体健康……
有害：使人致病；发酵工业因细菌污染而减产；使农作物致病……
6.易混淆的几组概念
芽孢 细菌的细胞壁 原核生物
孢子 植物的细胞壁 原生生物
课时37跟踪训练
一、单项选择题
1、下列不属于微生物范畴的是 ( )
A、原核生物 B、原生生物
C、真菌 D、微小动植物
2、下列关于放线菌的论述中，正确的是 ( )
A、是多细胞原核生物 B、是靠基内菌丝吸收营养寄生生活
C、其菌丝可分为气生菌丝和基内菌丝 D、生殖时由气生菌丝分化成孢子囊
3、在以下描述中，可以将病毒与其他微生物相区别的是 ( )
A、能够使人、动物、植物患病 B、没有细胞核，仅有核酸
C、具有寄生性 D、由核酸和蛋白质装配进行增殖
4、产生标准菌落的细菌的最初数目和培养基分别是 ( )
A、一个菌落，液体培养基 B、许多细菌，液体培养基
C、一个细菌，固体培养基 D、许多细菌，固体培养基
5、细菌细胞壁和植物细胞壁的区别是 ( )
A、功能不同 B、细菌细胞壁具流动性
C、组成不同 D、细菌可形成芽孢
6、控制细菌主要性状的基因，控制根霉菌主要性状的基因，控制病毒抗原特异性的基因依次是 ( )
①核区DNA上 ②线粒体DNA上 ③细胞核染色体上 ④衣壳内核酸上
A、①③④ B、①②④ C、②①③ D、②①④
7、有细胞壁但属于异养型的原核生物有 ( )
A、硝化细菌 B、大肠杆菌 C、蓝藻 D、衣藻
8、乳酸杆菌的全部遗传信息存在于它的 ( )
A、细胞核中 B、细胞质中
C、DNA和RNA分子中 D、DNA分子和质粒中
9、已知下列单细胞生物，它们都具有细胞壁，但没有核膜和核仁，在研究它们生活所需条件的实验中，得出下面的结果。这三种生物依次是 ( )
| 生物 | 必需的生活条件 | |||||
| 水 | 氧 | 二氧化碳 | 葡萄糖 | 氨 | 光 | |
| A | √ | √ | √ | √ | ||
| B | √ | √ | ||||
| C | √ | √ | √ | √ | ||
A、衣藻、乳酸菌、变形虫 B、衣藻、酵母菌、变形虫
C、固氮蓝藻、酵母菌、硝化细菌 D、固氮蓝藻、乳酸菌、硝化细菌
10、下列有关细菌代谢的论述中，正确的是 ( )
A、细菌的储存颗粒是蛋白质、淀粉、脂肪等
B、细菌无细胞器，只能进行无氧呼吸
C、细菌的蛋白质合成在自身的核糖体上进行
D、细菌的代谢终产物主要是CO2和尿素
11、目前利用病毒杀虫剂进行生物防治害虫尚有很大困难，主要原因是 ( )
A、施用病毒杀虫剂易使施用者患病毒病
B、昆虫病毒不能大规模培养因而制剂昂贵
C、病毒杀虫制剂杀虫效果不如化学制剂
D、病毒杀虫剂具生物活性易失效
二、多选题
1、关于病毒增殖的叙述中不正确的是 ( )
A、病毒侵入宿主细胞后，合成一种蛋白质
B、病毒的繁殖只在宿主的活细胞中进行
C、病毒繁殖时以核衣壳为单位进行
D、在普通培养基上不能培养病毒
2、硝化细菌和圆褐固氮菌的共同特点是 ( )
A、同化作用类型相同 B、异化作用类型相同
C、都能直接利用氮气 D、都具有核糖体
3、病毒经过某种处理后，可作为 ( )
A、促进植物细胞融合 B、促进动物细胞融合
C、基因工程中的运载体 D、刺激人体产生免疫
4、下列生物或细胞中，能够合成蛋白质的是 ( )
A、细菌 B、艾滋病毒 C、淋巴T细胞 D、汗腺细胞
三、非选择题
1、根据微生物类型的相关知识，回答以下问题：
(1)微生物既包括没有细胞结构的______________，也包括__________界、________界以及____________界的生物。
(2)细菌的结构主要是由____________、_____________、____________和__________ 等部分构成。
(3)病毒主要由____________和___________两部分构成，合称为______________。有些病毒的外面还有一层由蛋白质、多糖和脂类构成的膜，叫做_________________，其上生有__________________，如_________________病毒。
2、炭疽病是一种由炭疽芽孢杆菌引起的疾病。病菌是通过产生外来毒素使人致病，炭疽病的诊断方法之一为：从病区采样，在5%的血液琼脂平板培养基上室温培养，然后镜检出有芽孢的病菌。炭疽病的预防可采用预防接种的方法，但须持续频繁注射菌苗
才能具有长期的保护作用。
一位科学家在显微镜下观察到载玻片上每单位面积平均有50个炭疽杆菌，把此载玻片放在液体培养液中培养4h后，将其稀释10倍，再放到相同条件的显微镜下观察，发现每单位面积平均有80个炭疽杆菌。
请根据上述材料，分析回答下列问题：
(1)炭疽芽孢杆菌的同化作用类型为_____________，生殖方式为__________________，每繁殖一代的时间约为___________________。
(2)若在培养基中添加青霉素，病菌的生长情况为_____________________________。
(3)炭疽芽孢杆菌外毒素的产生是受____________基因控制的。人和动物感染病菌后，可产生____________，获得抵抗再感染的免疫力。
(4)除了上述方法外，还能够为炭疽病诊断提供重要依据的是_____________________。
(5)目前治疗炭疽病的主要方法是大剂量注射抗生素，如_____________________等。
(6) 炭疽杆菌在结构上与酵母菌相比，最主要的区别在________________________。
参考答案：
单选1.DCDCC 6.ABDDC 11.CB多选1.AC2.BD.3.BCD4.ACD
1、（1）病毒，原核生物、原生生物、真菌 （2）细胞壁、细胞膜、细胞质、核区
（3）核酸、衣壳、核衣壳。囊膜、刺突、流感
2．（1）异养型，分裂生殖，1h。（2）受抑制（3）质粒上，抗体（4）菌落特征（5）青霉素（6）无核膜包围的细胞核
课时38微生物的营养、代谢及生长（一）
重点难点提示：
重点：
1、微生物生长所需要的碳源、氮源和生长因子的来源和功能：
2、培养基配置的原则；
3、微生物代谢的调节；
4、微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用；
5、温度、PH和氧等因素对微生物生长的影响；
难点：
1、培养基配置的原则；
2、生产中如何人工控制微生物的代谢；
3、微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用；
高考考纲视点：
1、 微生物的营养
2、 微生物的代谢
3、 微生物的生长
综合知识梳理：
一、微生物的营养：
1、 微生物所需营养物质和功能：
微生物所需营养物质有 ，其功能分别为 。
最常用的碳源是： ；最常用的氮源是： ；如何证明某物质是某种微生物的生长因子： 。
2、 培养基
依据物理性质分为： ;依据化学成分分为： 。
分离固氮微生物应选用何种培养基： 。
二、微生物的代谢：
1、微生物的代谢的概念：微生物细胞内所发生的 。
特点： 原因： 、 。
2、代谢产物：分为 和 两种，两者的区别为
。
3、微生物代谢的调节：包括酶 的调节和酶 的调节。
| 比较 | 酶合成的调节 | 酶活性的调节 |
| 实例 | ||
| 调节对象 | ||
| 原理 | ||
| 调节结果 | ||
| 特点 | ||
| 意义 | ||
| 联系 |
4、微生物代谢的人工控制：
目的：最大限度地 。措施： ， 。
5、发酵：
概念：
类型：按培养基的物理状态分： ；按产物分：
按对氧的需求分： 。
三、微生物的生长：
（一）测定：测定微生物的生长通常以 为研究的单位。方法： 。
（二）微生物群体生长规律：
如图各阶段名称、菌体数量变化、特点及应用：
1、
2、
3、
4、
（三）研究微生物群体生长的实践意义——（ 法）
概念： ：目的；
应用： ；优点：
（四）影响环境微生物的生长的环境因素：
要点梳理
1、 微生物的营养物质
（1） 碳源：是指含碳元素的碳素营养物质。其中无机碳源主要指的是空气中的CO2和土壤碳酸盐，有机碳源主要是含有碳元素的有机物。如糖类、醇类、有机酸类、烃类、脂类、淀粉、果胶、纤维素。碳源在微生物细胞内主要是构成细胞结构物质（如细胞壁、荚膜等）和合成某些次级代谢产物（如抗生素、色素等）的原料。在分解过程中，碳源可提供微生物生命活动的能量
（2） 氮源：是指含氮元素的氮素营养物质。其中无机氮主要有铵盐、硝酸盐和大气中的分子氮。有机氮源主要指蛋白质、氨基酸和一些含氮有机物。空气中的氮只有固氮微生物才能利用。实验室常用的氮源有铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白质水解物、豆饼粉、花生饼粉等。氮源的生理功能主要是作为合成细胞原生质、生理活性物质、细胞结构和某些代谢产物的原料。
（3） 无机盐：是指无机化合物，即矿质元素。
（4） 生长因子：是指某些微生物在生命活动过程中必须从外界环境摄取的某些微量有机化合物，如维生素、氨基酸和碱基。
（5） 水分：是微生物细胞的重要组成成分。
2、 微生物营养类型
| 营养类型 | 主要或唯一碳源 | 能源 | 代表菌 |
| 光能自养型 | CO2 | 光能 | 蓝细菌 |
| 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 |
3、 初级代谢产物和次级代谢产物比较
| 产生时间 | 功能 | 例子 | 存在部位 | |
| 初级代谢产物 | 不停的合成 | 生长和繁殖必须物质 | 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素 | 细胞内 |
| 次级代谢产物 | 一阶段合成 | 生长繁殖非必须物质 | 抗生素、毒素、激素、色素 | 细胞内或外 |
4、 组成酶和诱导酶的比较
| 存在时间 | 控制与合成 | |
| 组成酶 | 一直存在 | 只受遗传物质控制 |
| 诱导酶 | 诱导存在 | 既受遗传物质控制，又需诱导物诱导 |
5、 酶合成的调节和酶活性的调节比较
| 调节的对象 | 调节的结果及特点 | 调节机制 | 意义 | |
| 酶合成的调节 | 诱导酶合成与否 | 是细胞内酶的种类增多。特点是直接而迅速。 | 本质是基因表达的调控，它调节酶的合成 | 既保证代谢的需求，又避免细胞内物质和能量的浪费，增强了适应性 |
| 酶活性的调节 | 酶的催化能力 | 酶的活性发生变化。特点是间接而缓慢。 | 代谢产物调节酶的活性。 | 避免代谢产物大量积累。 |
6、 
微生物和动物、植物营养要素的比较
| 生物类型 营养要素 | 动物 （异养） | 微生物 | 绿色植物 | |
| 异养 | 自养 | |||
| 碳源 | 糖类脂肪 | 糖、醇、有机酸等 | 二氧化碳、碳酸盐等 | 二氧化碳、碳酸盐 |
| 氮源 | 蛋白质或其降解物 | 蛋白质或其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮 | 无机氮化物、氮 | 无机氮化物 |
| 能源 | 与碳源相同 | 与碳源相同 | 氧化有机物或利用光能 | 利用光能 |
| 生长因子 | 维生素 | 一部分需要生长因子 | 不需要 | 不需要 |
| 无机元素 | 无机盐 | 无机盐 | 无机盐 | 无机盐 |
| 水分 | 水 | 水 | 水 | 水 |
7、 微生物生长规律及其应用
| 生长期 | 各期特点 | 形成原因 | 菌体特征 | 生产应用与控制 |
| 调整期 | 不立即繁殖 | 对新环境适应 | 代谢活跃，体积增长快 | 通过菌种、接种量、培养基等缩短调整期 |
| 对数期 | 繁殖速度快 | 生存条件适宜 | 个体形态和生理特性稳定 | 获取菌种，科研材料 |
| 稳定期 | 繁殖速度与死亡速度相等，活菌数量最多，代谢产物积累最多。 | 生存条件恶化，如PH变化，代谢产物积累，营养消耗 | 开始出现芽孢 | 通过添加培养基，放出原培养基和控制其他条件延长稳定期 |
| 衰亡期 | 死亡率大大增加 | 生存条件极度恶化 | 出现畸变 |
8．发酵生产中微生物培养装置
（1）固体培养
①好氧菌的曲法培养：其中通风曲是机械化程度和生产效率较高的现代化制曲设备。我国的酱油厂一般都用此法制曲。
②厌氧菌的堆积培养法：在白酒的生产中，用大型深层地窖进行堆积式的固体发酵。
（2）液体发酵
①好氧菌的培养——发酵罐
利用发酵罐作深层液体培养，这种培养方法是近代发酵工业中最典型的培养方法。它的发明在微生物培养技术的发展过程中具有革命性意义。发酵罐的主要应用是要为微生物提供丰富而均匀的养料、良好的通气和搅拌，适宜的温度和酸碱度，并能确保防止杂菌的污染。为此，除了罐体有合理的结构外，还要有一套必要的附属装置，例：培养基配制系统、蒸汽灭菌系统、空气压缩和过滤系统，以及发酵产物的后处理系统等。
②厌氧菌大规模的液体培养装置——发酵罐
发酵罐用于厌氧菌发酵，可省略通气、搅拌装置，简化工艺过程，还能大大节约能源的消耗。其体积可明显大于有通气、搅拌装置的发酵罐，从而提高了生产效率。
9．温度控制与发酵生产的产量
由于微生物的生命活动是由一系列生物化学反应组成的，而这些反应受温度的影响极为明显。任何微生物的生长温度总有最低生产温度、最适生产温度和最高生产温度，也就是说，最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。对不同的生理过程、代谢过程各有其相应最适温度的研究，有着重要的实践意义。例如：国外在产黄青霉165小时的青霉素发酵过程中，运用了有关规律，即根据不同生理代谢过程的温度特点分四段控制其培养温度，即0小时
5小时
40小时
125小时
165小时。结果，青霉素的产量比自始至终进行30℃恒温培养的对照提高了14.7%。
10．发酵过程中pH的变化及调整
微生物在其生命活动过程中，会改变外界环境的pH，即培养基的原始pH在培养微生物过程中时时发生改变
培养基中成分与pH变化有关，C：N高的培养基，经培养后pH常会下降，C：N低的培养基经培养后，pH会明显上升。培养基内的pH在培养微生物的过程中会发生变化，对生产来说，往往不利，因此要及时调整培养基中pH。
11．通过控制细胞膜的渗透性解除反馈调节
微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度积累着，并自然地通过反馈限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜透性使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。
（1）通过生理学手段控制细胞膜的渗透性
在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的积累有着明显的影响。只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸，控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸的分泌。
当培养液内生物素含量很高时，只要添加适量的青霉素也有提高谷氨酸产量的效果。其原因是青霉素可抑制细菌细胞壁的形成，造成细胞壁的缺损。这种细胞的细胞膜在细胞膨压的作用下，有利于代谢产物的外渗，并因此降低了谷氨酸的反馈抑制和提高了产量。
（2）通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性
通过诱变育种选育的不能合成油酸的谷氨酸产生菌的菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因为细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。这种菌株因其不能合成油酸而使细胞膜缺损。
课时39微生物的营养、代谢和生长（二）
【典型例题精讲】
［例1］（2001年广东综合卷）利用酵母菌发酵生产时，投放的适宜原料和在产生酒精阶段要控制的条件分别是
A．玉米粉和有氧 B．大豆粉和有氧
C．玉米粉和无氧 D．大豆粉和无氧
【解析】 大豆粉的主要成分是蛋白质；而玉米粉的主要成分是糖类、淀粉；酵母菌属兼性厌氧型微生物在无氧条件下分解糖类产生酒精。
【答案】 C
［例2］用大肠杆菌生产胰岛素应用的生物工程的组合是
①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
【解析】 一个产品的开发中，通常是由几个工程彼此合作来完成的。用大肠杆菌生产胰岛素直接是发酵工程；而把人的胰岛素基因转入大肠杆菌，是由基因工程完成的；而基因工程所用的工具酶，来自酶工程。
【答案】 C
［例3］黄色短杆菌合成赖氨酸的途径见下图，要增加赖氨酸的产量，本质上必须（ ）
A．增加天冬氨酸
B．增加天冬氨酸激酶
C．降低（消除）高丝氨酸脱氢酶
D．减少苏氨酸
【解析】 从黄色短杆菌合成赖氨酸的途径可以看出：苏氨酸和赖氨酸都积累时，就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。而消除或降低高丝氨酸脱氢酶可以实现这一目的。
【答案】 C
［例4］谷氨酸除用于制造味精外还可用于治疗神经衰弱及配制营养注射液，应用前景广阔。光明制醋厂转产用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因是
A．温度控制不适 B．通气量过多
C．pH呈酸性 D．溶氧不足
【解析】 谷氨酸棒状杆菌发酵产生谷氨酸，受温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件的限制。当溶氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。
【答案】 D
［例5］下图是O2浓度（或分压）对不同微生物生长的影响。哪条曲线代表好氧菌
A．① B．②
C．③ D．都是
【解析】 好氧菌必须有O2的条件下才能生长，兼性厌氧菌在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧条件下生长的更好。O2对厌氧菌有强烈抑制作用，即使短期接触空气，也会抑制其生长甚至致死。
【答案】 C
2005年高考试题分类及解析选修5第五章 微生物与发酵工程
第五章 微生物与发酵工程
微生物类群——营养、代谢及生长——发酵工程
一、选择题
23．（2005·江苏生物·23）下列有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述．错误的是（B）
A、组成酶是维持菌体基本生活的必要条件
B、菌体能合成各种生长因子，不需要从外界补充
C、发酵液pH呈酸性时，就会生成乙酰谷氨酰胺
D、细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对有关酶活性的抑制
命题意图：本题考查的知识点是微生物的营养、代谢和生长中相关知识。
解析：菌体并不是能合成各种生长因子，如果缺乏合成生长因子所需的酶或合成能力有限，则需要补充生长因子。
24．（2005·广东生物·24）在利用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，下列叙述正确的是（B）
①各个生长时期的长短是固定的，无法人为缩短生长周期
②对数期是采样留种的最佳时期
③在稳定期补充营养物质可以提高产量
④调整期是收获代谢产物的最佳时期
A、①② B、②③ C、③④ D、①④
命题意图:本题考查的知识点是发酵工程的知识。
解析:利用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，微生物生长过程中各生长时期的长短是不同的，在生产上可以连续培养法等缩短培养周期。各时期特点也不同，如对数期菌种形态、特性稳定，常作为生产用的菌种，在稳定期补充营养物质，排出有害代谢产物，可保持微生物较长时间的高速生长，可以提高产量，也是获得代谢产物的最佳时期。
22．（2005·江苏生物·22）下列关于平菇培养的操作程序，正确的是（D）
A、配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养
B、配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养
C、配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养
D、配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养
命题意图：本题考查的知识点是平菇培养的基本技术的操作程序。
解析：培养平菇所用的培养基是棉子壳，具体的操作程序是：配制培养基、高压蒸气灭菌、接种、培养。
二、非选择题
30．（2005·北京春季理综·30）（19分）将酵母分为a、b、c、d四组，用不同的方式培养，其种群增长曲线如图所示。请据图回答下列问题。
（1）a呈现___“J”___型增长，该种群的生长在20h之前处于___调整___期，20h－40h处于___对数___期。
（2）d呈现___“S”____型增长，在100h－200h，d的增长率趋于_____0____。若在现有条件下继续培养，其种群数量趋于_____B_____。（A增多 B减少）
（3）随着更换培养液的时间间隔的延长，酵母种群的增长率趋于___降低（或减小）___，其可能的限制因素是____营养____不足和____有害代谢产物（或有害产物）__的积累。
答案：（1）J 调整 对数 （2）S 0（或零） B（或减小） （3）降低（或减小） 营养 有害代谢产物（或有害产物）
33．（2005·江苏生物·33）(6分)抗生素作为治疗细菌感染的药物，其高效性和巨大的经济价值使抗生素工业经久不衰。其中青霉素的发现和应用具有划时代的意义。·
(1)肯霉菌发酵产生青霉素。肯霉菌的新陈代谢类型是 ，青霉素是青霉菌的 代谢产物。
(2)在生产和科研中，常选用处于 期的青霉菌作为菌种或研究材料．因为此时的青霉菌代谢旺盛， 和 比较稳定。
(3)对青霉菌菌体生长情况的测定，取一定体积的发酵液，经离心分离、反复洗涤后， ，再计算发酵罐中菌体的总重量。
答：(1)异养需氧型 次级(2)对数 个体的形态 生理特性(3)称菌体的湿重(称烘干后的重量)。
命题意图：本题考查的知识点是微生物营养、代谢与生长的知识。
解析：微生物的生长情况是以群体为单位研究，测定不是根据细胞个体大小，而是根据群体的增加量，方法有：一是测细菌的细胞数目；二是测重量，称菌体的湿重或干重。由此计算出其中细胞的总重量。细菌生长有生长曲线，处于对数期的细菌，代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用的菌种和科研的材料。不同种类的细菌的代谢类型不同。青霉菌的新陈代谢类型是异养需氧型，青霉素是青霉菌的次级代谢产物。
31．（2005·北京·31）（20分）某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机化合物A。研究人员用化合物A、磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如图所示。请分析回答问题：
（1）培养基中加入化合物A的目的是筛选 ，这种培养基属于 培养基。
（2）“目的菌”生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的 ，实验需要振荡培养，由此推测“目的菌”的代谢类型是
。
（3）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养液中连续培养，使“目的菌”的数量 。
（4）转为固体培养时，常采用
的方法接种，获得单菌落后继续筛选。
（5）若研究“目的菌”的生长规律，将单个菌落进行液体培养，可采用 的方法进行计数，以时间为横坐标，以 为纵坐标，绘制生长曲线。
（6）实验结束后，使用过的培养基应该进行 处理后，才能倒掉。
答案：
（1）目的菌 选择
（2）化合物A 异养需氧型
（3）减少 增加
（4）划线
（5）定期取样 细菌数目的对数
（6）灭菌
课时40微生物的营养、代谢和生长（三）
【达标训练】
一、选择题
1．赖氨酸是一种人和动物必需的氨基酸，在利用黄色短杆菌生产赖氨酸的过程中，科学家培育出一种能大量积累赖氨酸的菌种，这种新菌种的选育方法是通过
A．基因工程 B．细胞工程
C．诱变育种 D．杂交育种
【答案】 C
2．微生物连续培养的优点是
①培养基利用更充分 ②微生物可长期高速生长 ③缩短了培养周期 ④提高了设备利用率 ⑤便于自动化管理
A．①②③ B．②③④
C．③④⑤ D．②③⑤
【答案】 C
3．以下不属于发酵的是
A．利用需氧型青霉菌生产青霉素
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
【答案】 B
4．用发酵工程生产的产品，如果是菌体，则进行分离提纯时可采用的方法是
A．蒸馏、过滤 B．过滤、沉淀
C．萃取、离子交换 D．沉淀、萃取
【解析】 发酵工程生产的产品有两类：一类是代谢产物，另一类是菌体本身。产品不同，分离提纯的方法一般不同。如果产品是菌体，可采用过滤，沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；如果产品是代谢产物，可用萃取、蒸馏、离子交换等方法进行提取。
【答案】 B
5．科学家用青霉素酰化酶研究出了氨苄青霉素，利用固定化青霉素酰化酶反应器进行生产，除严格控制温度和pH外，还必须严格要求的条件是
A．高压 B．无菌
C．搅拌 D．光照
【答案】 B
6．以下发酵产品中不属于微生物代谢产物的是
A．味精 B．啤酒
C．“人造肉” D．人生长激素
【答案】 C
7．若不进行扩大培养，直接接种将导致
A．对数期提前出现 B．调整期延长
C．代谢产物减少 D．稳定期缩短
【答案】 B
8．生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素基因以后，重新置入大肠杆菌的细胞内，然后用这种带有生长激素基因的大肠杆菌进行发酵。该处理过程在发酵中属
A．菌种选育 B．扩大培养
C．接种 D．诱变育种
【答案】 A
9．能为发酵工程提供菌种的是
A．植物体细胞杂交
B．动物细胞杂交
C．目的基因转移
D．聚乙二醇处理大肠杆菌
【答案】 C
10．培养基在计量、溶化后，首先要做的是
A．调整pH B．分装
C．灭菌 D．搁置斜面
【答案】 A
11．下列叙述正确的是
A．环境条件中只有温度、pH的变化影响微生物的代谢途径
B．发酵罐中代谢产物的形成与搅拌速度有关
C．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
D．菌种扩大培养的目的是使菌种优化
【答案】 B
12．谷氨酸发酵产生了乳酸，此时应该
A．加酸 B．加碱
C．通风 D．隔绝空气
【答案】 C
13．利用酵母菌发酵，生产啤酒，培养基的最适pH应调至 利用大肠杆菌在发酵罐中生产胰岛素，培养基的最适pH应调至
A．6.5～7.5 B．5.0～6.0
C．6.0～7.0 D．7.5～8.5
【答案】 B A
14．谷氨酸棒状杆菌扩大培养时，培养基应该
A．C∶N为4∶1
B．C∶N为3∶1
C．隔绝空气
D．加大氮源、碳源的比例
【答案】 A
15．谷氨酸棒状杆菌的代谢类型属于
A．异养需氧型 B．异养厌氧型
C．自养需氧型 D．自养厌氧型
【答案】 A
16．下面对发酵工程中灭菌的理解中，不正确的是
A．防止杂菌污染
B．灭菌就是杀死培养基中一切细菌
C．培养基和发酵设备都必须消毒
D．灭菌必须在接种前
【答案】 B
17．生产单克隆抗体要用到的生物工程是
①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程
A．①②③④ B．②③④
C．①②④ D．①③④
【答案】 B
18．固定化酶的优点是
A．有利于增加酶的活性 B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度 D．有利于酶的发挥作用
【答案】 B
19．研究认为，用固定化酶技术处理污染是很有前途的。如将从大肠杆菌中得到的磷酸三脂酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的
A．温度 B．pH C．水分 D．营养
【答案】 D
20．与血糖快速测试仪原理相同的酶的应用是
A．多酚氧化酶传感器 B．尿激酶
C．氨苄青霉素的生产 D．尿糖试纸
【答案】 A
二、非选择题
21．生物工程包括细胞工程、酶工程、发酵工程、基因工程。
（1）将鸡的DNA分子的某个片段整合小鼠的DNA分子中，属于_________________。
（2）将抗药菌的某个基因引入细胞内，属于_________________。
（3）将鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞，属于______________。
【答案】 （1）基因工程 （2）基因工程 （3）细胞工程
22．以下是发酵工程生产产品的流程图。据图回答：
（1）能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的，①是_________；高产青霉素菌是通过②培育的，②是_________，③是_________。
（2）④表示_________，⑤表示_________。
（3）整个过程的中心阶段是发酵，在此阶段需要随时取样、检测_________等，以了解发酵进程，还要及时添加_________，同时严格控制_________。
（4）若⑥是单细胞蛋白的话，⑦是_________。氨基酸、维生素属⑦中的_________产物。
【答案】 （1）基因工程 诱变育种 细胞工程（2）接种 灭菌 （3）细菌数目和产物浓度 培养基 发酵条件（溶氧、温度、pH、通气量、转速） （4）微生物菌体 初级代谢
23．人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。真菌蛋白的制造过程如下图所示。请根据图解回答下列问题：
（1）往发酵罐注入少量氨水的目的是______________________________________。
（2）制造真菌蛋白时，要向发酵罐内注入空气，由此可以推知发酵罐中真菌的异化作用类型是_________型。
（3）往发酵罐内添加一些物品都要经过消毒，从生态学的角度分析，其原因是________。
（4）添加的糖被真菌利用，转化成真菌蛋白，必须经过的生理过程是________________。
（5）从自然界分离出的真菌菌种，用于制造真菌蛋白时，真菌蛋白的产量较低。要获得较多的真菌蛋白，培育优质的真菌菌种可采用_________________方法。
（6）利用微生物工程方法制造出的真菌蛋白，常作为家畜（如猪）的饲料添加剂。猪食用这些添加剂后，可加速育肥的原因是_____________________________，这些添加剂在猪体内的代谢产物有_________________。
【答案】 （1）满足真菌所需氮源 （2）需氧或兼性厌氧 （3）防止杂菌与真菌之间的竞争 （4）氨基转换作用、脱水缩合等 （5）诱变育种（或基因工程育种均可） （6）真菌蛋白被分解成的氨基酸，经脱氨基作用形成的不含氮部分可转变成脂肪 CO2、H2O、尿素
课时41学习微生物培养的基本技术
一．书本知识梳理
实验原理
目的要求
材料用具
方法步骤
二．思维拓展
培养基配制步骤：称量，溶化，调PH，培养基分装，加棉塞，包扎。
灭菌与消毒：前者常见有高压蒸气灭菌法，火焰灼烧灭菌法等，其理化性质变化剧烈，是指杀死一定环境中所有微生物的细胞芽孢和孢子。后者理化性质变化温和，指杀死表层有害物，主要是有害病原体和微生物营养体。
高压蒸气灭菌法杀菌效力强的原因：湿热穿透力强，空气中有潜热存在，蛋白质容易凝固。
关键操作原由：
培养基分装与调酸碱度要在灭菌前否则会造成培养基污染
培养基分装要趁热否则培养基变成固体不好分装
培养基高度不能超过试管的五分之一否则搁置斜面时会占到棉塞，影响透气性污染培养基
培养基分装后要用普通棉塞比脱脂棉好，因为容易透气
灭菌时要用牛皮纸包住试管，可防止冷凝水润湿棉塞影响透气性污染培养基
接种操作要在火焰旁因为那里形成一个无菌区
对木屑培养基灭菌要进行第二及第三次加热是为了杀死芽孢彻底灭菌
分装平菇培养基时要用木棒钻洞，因为它是需氧型微生物，钻洞能增加底部氧气含量，促进基内菌丝生长
接种划线要注意(1)划线方向应该从里向外（2）线条要细而密（3）不要重复划线
D常用灭菌方法有加热法、过虑法、紫外线法、化学药品法
12（多选）通过选择培养基可以从混杂微生物群体分离出所需微生物，在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入10％酚可以抑制细菌和霉菌。利用上述方法能从混杂的微生物群体分离出
A大肠杆菌 B霉菌 C放线菌 D固氮细菌
13、生产谷氨酸等食品添加剂离不开发酵。请就谷氨酸发酵回答下列问题
（1）谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是
（2）若从自然界分离得到的样品中含有谷氨酸棒状杆菌、固褐固氮菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌等，现欲筛选出酵母菌，则简便的方案是
（3）一定容积的培养液中进行谷氨酸发酵，C/N之值为3/1时，活菌数可保持最大；pH呈酸性时，发酵产物是乙酰谷氨酰胺，这些事实说明
（4）为测定谷氨酸棒状杆菌的生长，某同学设计了如下步骤：
配置适宜培养基，分装到5个锥形瓶中，用缓冲液分别调pH为4.0，4.5, 5.0, 5.5
6.0,分别标号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ ；将每瓶培养基等量分装到3支试管中，加棉塞包扎，每捆试管外挂上相应的标签；在酒精灯上加热煮沸10MIN后冷却；无菌条件下接种等量菌种；37度恒温箱中培养24小时；测定每管中谷氨酸的产量；计量、统计并分析结果。上述步骤中有三个明显错误，请指出并改正。
a
b
c
14下面是最早发现抗生素－青霉素的 佛来明的探索过程：
观察及对问题的认识：培养细菌过程中，在青霉菌周围没有其它细菌生长。为什么出现这种情况？
假设：______________________________________________________________。
进行实验：把青霉菌放在培养液中培养后，观察这些培养液对细菌生长的影响。
结果：培养液阻止了细菌的生长和繁殖。
结论：_____________________________________________________________
（1）作为该实验的假设最恰当的是（ ）
A青霉菌能产生有利于人类的物质 B青霉菌污染了细菌生长的培养基
C青霉菌可能产生了有利于细菌繁殖的物质 D青霉菌可能产生了不利于细菌繁殖的物质
（2）结论是_____________________________________________________________
（3）青霉菌和细菌的关系是_____________________________________。
（4）为了证明青霉菌确实是由青霉菌产生的，而不是培养液和培养基中其它微生物产生的，应进一步设计 实验，其实验方法是____________________________________。若实验结果为： ，则能证明青霉菌确实能产生可阻止细菌繁殖的青霉素。
（5）最初使用较少青霉素杀菌效果较好，而现在药效不明显了，这是因为：
。
其根本原因是 。
答案：
选择题：DCCDBCABC;ABC;ACD;BCD.
13.(1)异氧需氧型（2）在培养基中加入青霉素或无氧条件下培养(3)环境条件的变化不仅影响菌种的生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成（4）PH为4.0, 4.5,
5.0,5.5,6.0;在酒精灯上加热煮沸10min;改正：6.5,7.0,7.5,8.0,8.5;在98kpa下高压蒸汽灭菌20min；测定菌体的细胞数目或测重量后再计算出细胞的总重量。
课时42发酵工程简介
一、书本知识梳理
1． 发酵的概念
2． 谷氨酸发酵实例
3． 发酵工程的概念和内容
4． 发酵工程的应用
5． 发酵工程的优点
6． 发酵工程生产流程图
7． 发酵罐的装置及作用
二、思维拓展
液体培养基━━按物理性质分
1．发酵工程常用培养基
天然培养基━━按化学成分分
目的要明确
2．培养基配制原则 营养要协调
PH值要适宜
温度
PH值
容氧 影响因素：通气和搅拌
3．影响发酵的因素
安装消泡沫控板
泡沫：消除方法
使用消泡沫剂
营养物质的浓度
4．扩大培养与发酵生产过程的培养
扩大培养是将培养到对数期的菌种分开，在分别培养，以促进菌体数量快速增加，在短时间内获得大量菌种；发酵生产过程的培养是为了获得代谢产物；它们培养目的不同，条件也就可能不同：如酒精发酵过程中，在有氧条件下快速增殖，就是说酵母菌扩大培养必须有充足的氧气；酵母菌在无氧的条件下才能产生酒精，所以酒精发酵的条件必须缺氧。
5．味精的生产与使用：
目前我国采用发酵法生产味精，首先要将各种粮食制成淀粉，然后将淀粉糖化，加入菌种进行发酵产生谷氨酸，再经过冷却隔离，中和除铁脱色结晶，分离干燥等工序制成纯度很高的谷氨酸钠，即味精。味精易溶于水，一般在起锅之前加入效果好，味道会更加鲜美。味精平时贮存在密闭防潮通风干燥处，可经久不变质。
6．发酵工程的人工控制
| 控制对象 | 控制方式 |
| 微生物遗传特性 | 诱变育种和生物工程（细胞工程，基因工程） |
| 容氧 | 对需氧微生物保证氧供应，对厌氧微生物控制氧供应，以通气量和搅拌速度控制 |
| PH | 通过加料装置，加酸加碱进行调节，也可以在培养基中添加PH缓冲液 |
| 温度 | 注意降温，控制最适温度范围 |
| 营养物质的比例和浓度 | 发酵过程（发酵中心阶段）及时通过对放料口的检测，了解发酵进程，调整浓度与比例 |
说明：条件控制至关重要，不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响代谢产物的形成，例子见课本。
7单细胞蛋白
本质:微生物菌体
分离提纯法：过滤 、沉淀
石油蛋白
按生产原料分 甲醇蛋白
甲烷蛋白
分类：
细菌蛋白
按产生菌种类分
真菌蛋白
作用:作为饲料，制造“人造肉”，用作食品添加剂。
生产效率高
优点： 生产原料来源广
生产工业化
缺点：安全性问题如食用过多，由于核酸含量多，可导致痛风等疾病
课时42跟踪训练
1．下列不属于单细胞蛋白作用的是（ ）
A使家禽家畜快速增重 B做饲料
C增加产奶产蛋量 D做食品添加剂
2 . 在谷氨酸发酵生产中，必须不断地调整PH，原因是 ( )
①谷氨酸发酵的最适PH是7.0~8.0 ②在发酵过程中，溶液的PH会发生变化
③当PH呈酸性时，谷氨酸的产量会下降 ④不调整PH，培养液中生产的谷氨酸会转变成其他物质
A. ①②③ B. ①②③④ C. ①② D. ①④
3. 下列何种条件的变化使谷氨酸发酵得不到产物
① PH升高 ②PH值降低 ③温度升高 ④温度降低 ⑤溶氧增多 ⑥溶氧降低
A.①③④ B.②③⑥ C.①⑤ D.②⑥
4. 若不进行扩大培养,直接接种将导致 ( )
A.对数期提前出现 B.调整期延长 C.代谢产物减少 D.稳定期缩短
5. 酵母菌扩大培养,培养条件应该是 ( )
A.C:N为4:1
B.C:N为3:
6. 以下不属于发酵工程范畴的是 ( )
A.利用高产型青霉菌生产青霉素 B.缺氧时人的某些组织细胞产生乳酸
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
7. 利用酵母菌酿酒时,从开始便向发酵罐内通入氧气,其结果是 ( )
A.酵母菌大量死亡,酒精减少 B酵母菌数量不变,酒精产量不变
C 酵母菌数量增多,酒精增产 D 酵母菌数量增多,不产酒精
8掌握微生物群体的生长规律有利于研究它们.下列有关说法错误的是( )
A生产上常用对数期菌种 B在稳定期适当补充营养物质有利于提高产量
C连续培养延长了培养期 D调整期细菌的代谢活跃,体积增长快
9下列那些不是发酵工程的特点（ ）
A生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉 B产物专一
C废物对环境污染小，易处理 D微生物的发酵产物对人类都有利的
（多选）10．谷氨酸发酵生产中，控制好发酵的条件是十分重要的。下列关于谷氨酸发酵过程中的处理的叙述中，正确的是 （ ）
A。从控制磷脂合成或使细胞膜受损入手，提高谷氨酸棒状杆菌细胞膜的通透性，有利于提高谷氨酸的合成速率。
B．谷氨酸棒状杆菌属于好氧型细菌，发酵过程中应进行通气和搅拌，以提高培养液的溶氧量。
C．控制C/N的值为3:1，既有利于谷氨酸棒状杆菌的大量繁殖又有利于谷氨酸的大量合成。
D．在发酵过程中应保持ＰＨ呈酸性，有利于谷氨酸高效持久地大量合成。
11（多选）发酵工程使发酵的中心阶段，这一阶段要严格控制的条件有（ ）
A温度 B PH C溶氧 D通气量与转速
（多选）12。下列有关谷氨酸发酵的叙述中，不正确的是 （ ）
A。发酵中要不断通入空气。
B．培养条件不当将不能得到产品。
C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡。
D．冷却水可使酶活性下降。
13（多选）菌种选育常用方法有（ ）
A人工诱变育种 B 基因工程 C 原生质体融合 D 克隆
14(多选)在发酵过程中除严格控制发酵条件还应进行（ ）
A随时检测培养液中细菌的数量 B随时检测产物的浓度
C大量补充营养物质 D及时添加必需的培养基成分
15．如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答问题：
|
|
过②培育的，②是 ▁▁▁▁▁▁ ③是▁▁▁
▁▁▁▁。
（2）配置好的培养基必须经过灭菌，其目的是
▁▁▁▁▁▁▁，常用的方法是 ▁▁▁▁▁。
（3）选择好的菌种经扩大培养后，接种到发酵
罐内的培养液中，接种的最佳时期是
▁▁▁▁
▁ ， 因为 ▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
|
发酵若干天，仍然无产物合成，试分析最可能的
原因是 ▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
（5）整个过程的中心阶段是发酵，要随时取样
检测培养基的细菌数目、产物浓度等。同时，要
严格控制 ▁▁▁▁▁ 通气量、转速等发酵条件。
（6）若⑥是单细胞蛋白的话，⑥实际上是▁▁▁
▁▁▁ ， 氨基酸、维生素属⑦中的 ▁▁▁▁▁▁ 产物。
16.回答谷氨酸发酵过程中问题：
（1）在生产中配制合适的培养基，在发酵的初级阶段即 和 期，为以后的谷氨酸发酵做准备，培养基中C/N为 。
（2）当要大量生产谷氨酸时，C/N应为 ，配制好的培养基必须严格
，这是因为
将导致产量下降。
17．请认真思考后回答问题:
(1)人们不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻,而经常可以在冷水环境中分离出嗜热微生
物,据酶的特性分析原因.
(2)淀粉酶可以通过微生物发酵生产.为提高酶的产量,请设计一实验,利用诱变育种方法,获得产生淀粉酶较多的菌株.（要求：写出主要实验步骤；根据诱发突变率低和不定向性预测实验结果。）
答案：
选择题：CBDBCBDCD;AB;ABCD;ACD;ABC;ABD.
15.(1)基因工程 诱变育种 细胞工程 （2）杀死一定环境中所有的细胞芽孢和孢子 高压蒸汽灭菌 （3）群体生长的对数期 对数期的菌种代谢旺盛，个体形态和生理特征比较稳定 （4）PH不适当 （5）溶氧量 温度 PH （6）微生物菌体 初级代谢
16．(1)调整 对数 4/1 (2)3/1 灭菌 杂菌污染
17．（1）嗜冷海藻体内的酶遇高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快死亡；而嗜热微生物体内的酶遇低温环境，酶活性降低，但酶的分子结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性。
（2）第一步：将培养好的生产菌株分为两组，一组用一定量的诱变剂处理，另一组不做处理做对照。第二步：制备含淀粉的培养基。第三步：把诱变组大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上，同时接种对照组，相同条件下培养。第四步：比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。 预期实验结果： 由于诱发突变率低，诱变组中绝大部分菌落周围的透明圈大小与对照组相同。 由于诱发突变的不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。
课时43 生物固氮
一． 书本基础知识整理
1． 生物固氮的概念
2． 固氮微生物的种类
（1） 共生固氮微生物
概念
代表生物
代谢类型
共生关系
根瘤的成因
（2） 自生固氮微生物
概念
代表生物
代谢类型
作用
应用
3． 生物固氮过程与氮素循环
固氮作用反应式
氮循环途径
a.固氮作用
b.氨化作用
c.硝化作用
d.反硝化作用
e.生物体内有机氮的合成
4． 生物固氮的意义
5． 在农业生产上的应用
二． 思维拓展
1．固氮微生物的种类
| 生活方式 | 代谢类型 | 对植物的作用 | 固氮量 | 常见类型 | |
| 共生固氮 微生物 | 与植物共生，有专一性 | 异养需氧型自养需氧型 | 提供氮素 | 大 | 根瘤菌 共生蓝藻 |
| 自生固氮 微生物 | 独立生活 | 自养需氧型异养需氧型 | 提供氮素提供生长素 | 小 | 自生固氮蓝藻 圆褐固氮菌 |
2．自然界中的氮循环
（1） 主要环节：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。
（2） 生物体内有机氮的合成：
植物吸收氨盐和硝酸盐，进而将无机氮同化成植物蛋白等有机物，动物再将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮的过程。
（3） 氨化作用：动植物体内的有机氮被微生物分解后形成氨的过程。
（4） 硝化作用：在有氧的条件下，土壤中的氨或氨盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程。
（5） 反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并进一步还原成分子态氮，分子态氮返回到大气中的过程。
（6） 固氮作用：大气中的分子态氮被还原成氨的过程，包括生物固氮、工业固氮和高能固氮。
3．生物固氮过程的必需条件
（1） ATP的供应
（2） 固氮酶
（3） 还原底物N2
（4） Mg2＋
（5） 适宜的温度和pH
4．氮循环与碳循环的比较
| 进入生态系统的方式 | 进入生态系统的作用生物 | 返回大气途径 | 参与循环的生物 | |
| 碳循环 | 光合作用 | 绿色植物及其它自养生物 | 生产者、消费者、分解者的细胞呼吸 | 所有生物 |
| 氮循环 | 生物固氮作用、闪电、工业固氮 | 固氮微生物 | 反硝化细菌的反硝化作用 | 分解者、固氮微生物、硝化、反硝化细菌 |
5．氮循环中几种微生物的作用及其在生态系统中的地位
| 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N2合成氨 | 异养需氧型 | 消费者 |
| 圆褐固氮菌 | 将N2合成氨 | 异养需氧型 | 分解者 |
| 细菌、真菌 | 将生物遗体中含氮化合物转化为氨 | 异养需氧型 | 分解者 |
| 硝化细菌 | 将土壤中氨转化为硝酸盐 | 自养需氧型 | 生产者 |
| 反硝化细菌 | 硝酸盐—亚硝酸盐—N2 | 异养厌氧型 | 分解者 |
6．易混淆的几组概念
自生固氮微生物 根瘤 氨化作用
自养型 根瘤菌 硝化作用
课时43跟踪训练
一、单选题
1、圆褐固氮菌固氮后形成的产物 ( )
A、可以直接被植物吸收利用
B、经过分解者作用后才能被植物吸收
C、经过动物代谢后才能被植物吸收利用
D、经某种生产者的作用后才能被植物吸收利用
2、下面对氮循环的叙述中，正确的一项是 ( )
A、生物的固氮过程就是N2吸收 到植物体内被利用了
B、氮素一旦进入生物体内就不会形成N2
C、生物体内的氮主要来源于闪电固氮
D、动物产生的尿素转化成的铵盐可被植物吸收利用
3、关于氮循环的有关叙述，正确的是 ( )
A、硝化细菌可以把植物不能吸收的氮转变为能吸收的硝酸盐
B、硝化细菌可以最后完成使氮元素回归大气的作用
C、圆褐固氮菌固定的氮可以直接被植物吸收利用
D、固氮细菌是惟一能够把氮气转变为植物可利用氮的生物
4、以下说法错误的是 ( )
A、土壤中的氨经过硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐
B、土壤中的一些细菌在氧气充足的条件下，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮气
C、植物只能利用土壤中的硝酸盐和铵盐，而不能直接利用空气中氮气
D、根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留给自己使用
5、在土壤中含有自生固氮微生物比较多的是 ( )
A、表层土壤 B、中层土壤 C、底层土壤 D、所有的土层都是一样的
6、在生态系统中，下列生物既是生产者，又能固氮的是 ( )
A、根瘤菌 B、蓝藻 C、硝化细菌 D、圆褐固氮
7、以下关于根瘤菌的说法中不正确的是 ( )
A、疏松土壤有利于根瘤菌的大量繁殖
B、与豆科植物的关系属于互利共生
C、只有侵入到豆科植物根内的根瘤菌才能固氮
D、所有的根瘤菌只能侵入一种豆植物
8、人们现在所知的固氮微生物都属于 ( )
A、真核生物 B、原核生物 C、细菌 D、根瘤菌
9、下列关于氮循环中进行固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用的微生物的代谢类型的叙述，正确的是 （ ）
A、同化作用全是自养型 B、同化作用全是异养型
C、异化作用全是需氧型 D、异化作用既有需氧型也有厌氧型
10、如果大肠杆菌和圆褐氮菌混合，采用下列哪组培养基可将它们鉴定、分离 ( )
A、食盐培养基和牛肉膏、蛋白胨培养基 B、伊红—美蓝培养基和无N培养基
C、无N培养基和牛肉膏、蛋白胨培养基 D、青霉素培养基和伊红—美蓝培养基
11、大气中的N2经过固氮后形成的化合物中哪一组化合物被植物吸收后直接可用于蛋白质的合成 ( )
A、NH3和NO3— B、NH4+和NO2— C、NH4+和NH3 D、NO3— 和NO2—
二、多项选择题
1、关于根瘤菌的说法不正确的是 ( )
A、根瘤即是根瘤菌 B、根瘤是根瘤菌的聚集体
C、根瘤是根瘤菌在其共生植物体内所形成的癌变
D、根瘤是根的内皮层薄壁细胞受根瘤菌分泌物的刺激进行分裂，组织膨大而形成的
2、下列关于自然界氮循环的反应式与转化作用名称相符合的是 ( )
A、
B、
C、
D、
3、下列说法正确的是 （ ）
A、根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能固氮 B、根瘤菌只能侵入大豆的根内
C、圆褐固氮菌属于自养型 D、圆褐固氮菌为原核生物，能分泌生长素
三、非选择题
1、下图是自然界中氮在生物体内以蛋白质形式转化的部分过程示意图，请据图回答下列问题：
|
①
④ 
|
⑤
氧化分解
|
不含N部分
|
|
转化 糖类、脂肪
新氨基酸
肌肉 分泌 酶 血浆 血红
蛋白 蛋白 蛋白 蛋白
⑧分泌
（1）大气中的N2进入生物群落的主要途径是____________________，完成①过程的微生物被称为固氮微生物，可以分为两类，其中根瘤菌属于________，它的新陈代谢类型是__________________。
(2)自然界中将NH3转化成NO3－的生物叫______________，该种生物的同化方式是通过
____________来实现的，它的生命活动的最初碳源为_____________。
(3)图中⑤为_______过程，⑥为________过程，与⑦⑧过程密切相关的细胞器有(写出4
个)____________、______________、____________、______________。
(4)人体若只通过⑥过程获得氨基酸，则由于会缺乏某些_______而导致营养不良。
(5)在肥料一定的情况下，要想使非豆科植物含氮量较大幅度增加，可采取的方法有哪些？
试举两例：①___________________________________________________
②__________________________________________________。
参考答案：
单选题：1DDABA 6BDBDBC 多选题：1ABC2ABCD3AD
(1) 生物固氮，共生固氮微生物，异养需氧型（2）硝化细菌，化能合成作用，CO2
（3）脱氨基作用，氨基转换，核糖体、内质网、高尔基体、线粒体 （4）必需氨基酸
（5）①土壤中施用圆褐固氮菌菌剂②通过基因工程使非豆科植物接上固氮基因