微生物代谢

第3课时 微生物代谢

阜宁中学 王为明

【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

【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】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

【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】“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

【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e d 衣壳。

c 【例4】右图是甲大肠杆菌在复合培养基中的生

细胞数目 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

a b 培养时间/n 图（甲） （一） 酶1酶2酶3酶4ABCDG

图（乙）

1

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______________。

【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】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 C．除水以外的无机物只提供无机盐

B．凡是碳源都能提供能量 D．无机氮源也能提供能量

【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。

2

【归类总结】

1、微生物的分类

无细胞结构的:病毒界原核细胞:原核生物界微生物 有细胞结构原生生物界真核细胞真菌界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 组成酶 诱导酶 原理 主要原因 实例

存在 一直存在 诱导产生 酶合成的调节 合成 只受遗传物质的控制 既受遗传控制，又受诱导物诱导 酶活性的调节 通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速度 代谢产物与酶的结合，致使酶的结构产生变化 谷氨酸生产过程中，大量谷氨酸的5、酶的合成调节和酶活性的调节

通过影响酶合成调节微生物的代谢 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 大肠杆菌乳糖代谢中半乳糖苷酶3

的合成 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 积累抑制谷氨脱氢酶的活性 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 初级代谢产物 产生时期 生长全过程 生理作用 自身生长、繁殖必需 举例 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素 抗生素、毒素、激素、色素等 衰亡期 繁殖率＜死亡率 活菌数急剧下降 细胞呈现多态性，畸形、解体，释放代谢产物 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 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 调整适应，一般不分裂，细菌体积增大 代谢活跃大量合成酶的其他细菌成分 对数期 繁殖率＞死亡率 等比数列式增长1→2→4→8→„→2n 代谢旺盛，形态、生理特性稳定、选育菌种的最佳时期 稳定期 生长量 繁殖率≈死亡率 活菌数达峰值（接近K值） 大量积累代谢产物（次级代谢产物）、芽孢的形成 代谢特点 测定 a．测细胞数目：显微计数，比例计算 a．最适温度：25℃～37℃ 影响因素 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。

4

【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

C D · · · ·B A E · F · G · 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 D．糖类与蛋白质结合而成的化合物

C．葡萄糖组成的大分子

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．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：

甲 ① DNA mRNA ③ 酶Ⅰ 乙 ② 酶Ⅱ 丙 酶Ⅲ 丁 酶Ⅳ 氨基酸 NH4+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。

5

【课后提升】

1．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 C．根瘤菌的细胞膜和根细胞的线粒体

B．根瘤菌的细胞质和根细胞的细胞质 D．根瘤菌的线粒体和根细胞的细胞质

2．20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

3．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

4．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）（ ）

A

B

C

D 底物 酶Ⅰ 中间产物 酶Ⅱ 酶Ⅲ 抑 制 都过量 5．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

物质A 物质B 6．下列关于生物圈中的氮素循环的叙述中，正确的是（ ）（多选） A．固氮菌能将N2转化为NO3供植物利用

6

－

B．硝化细菌能将土壤中的NH3氧化成NO3供植物利用 C．动植物尸体内的含氮物质能被分解者分解为NH3 D．土壤缺氧时某些菌类可将NH3转变成N2

7．某生物兴趣小组开展探究实验，课题是：“培养液中酵母菌种群数量与时间的变化关系”。

实验材料、用具

菌种和无菌培养液、试管、血球计数板（2mm×2mm方格）、滴管、显微镜等。 酵母菌的显微计数方法

①血球计数板：是带有微小方格刻度的玻璃片，用于在显微镜下对微生物的计数。 ②将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。连续观察7天，并记录每天的数值。

根据以上叙述回答下列问题：

⑴血球即血液中的________，选用血球作为计数参照物的原因是________； ⑵酵母菌种群计数的另一种方法是________；

⑶本实验没有另设对照实验，但在实验中存在对照，这种对照是________； ⑷为了准确测到酵母菌与时间的关系，请你设计表格用于记载实验数据；

⑸在该实验的基础上，根据你影响酵母菌种群生长因素的推测，进一步确定一个探究实验的课题：________________________。

（随堂反馈） 1、C 2、B 3、D 4、ABC 5、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 [课后提升] 1、C 2、A 3、A 4、C 5、D 6、BCD 7、⑴红细胞 红细胞为红色，便于记数清楚 ⑵测重量 ⑶时间前后对照

⑷ 时间(天) 次数 1 2 3 平均 1 2 3 4 5 6 7 －

⑸ 酵母菌的种群数量与营养物质（代谢废物或pH或溶氧量等）的变化关系

7