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原核生物界
单细胞
原核细胞结构
寄生、腐生、自养
细菌、蓝藻、
放线菌
真菌界
单细胞或
多细胞
真核细胞结构
腐生、寄生
酵母菌、霉菌等
原生生物界
寄生、异养、自养
衣藻、变形虫、
疟原虫等
2、细菌的结构和功能:
(1)基本结构与功能的关系。
细菌作为原核生物,其基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核,与真核细胞的结构和功能有明显的区别。
例如:
细菌的细胞器中只有核糖体,拟核没有核膜,细胞内蛋白质合成时,转录和翻译是同时进行的,细胞呼吸的完成也没有专门的细胞器——线粒体等,所有这些功能特点都是由其结构所决定的。
原核生物没有线粒体和叶绿体,但不等于原核生物不能进行有氧呼吸和光合作用,这一点很多同学容易弄混。
如:
硝化细菌、根瘤菌和圆褐固氮菌等属于需氧型生物,蓝藻属于自养需氧型生物。
具体说来:
原核生物与有氧呼吸有关的酶一般位于细胞膜的内表面,与光合作用有关的酶和色素一般位于光合片层上。
(2)特殊结构与功能的关系。
细菌的芽孢能抵抗外界不良环境,部分细菌能以芽孢(细菌的休眠体)的形式来度过恶劣环境。
有的细菌依靠鞭毛进行运动。
还有的细菌具有夹膜,如S型肺炎双球菌具夹膜,有毒性,能使小鼠患败血症死亡。
细菌的细胞体内除拟核中控制主要遗传的大型环状DNA外,在细胞质中还具有小型环状DNA——质粒,上面含有抗药性、固氮、抗生素等性状的基因,它们中有的可作为标记基因,在基因工程中用作运载体。
3、微生物的营养:
微生物在生长过程中需要碳源、氮源、生长因子、水和无机盐等五大营养要素物质。
(1)碳源:
碳源主要用于合成微生物的细胞物质和一些代谢产物,有些碳源还是异养型微生物的主要能源,微生物对碳源的需求量最大。
不同种类的微生物需要的碳源不同。
自养型微生物利用无机碳源,如CO2、NaHCO3等,因此,在利用固体培养基培养硝化细菌等时,培养基中就不需要加入有机碳源——葡萄糖等。
异养型微生物需要有机碳源,其中糖类是最常用的碳源,但甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇作为碳源。
(2)氮源:
氮源主要用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物。
铵盐、硝酸盐是最主要的氮源。
圆褐固氮菌等具有固氮能力,能将大气中的氮还原成氨,因此培养时,培养基中无须加入其他氮源。
对于异养微生物来说,有机氮源既是氮源又是能源。
(3)生长因子:
微生物生长不可缺少的微量有机物,主要包括维生素、氨基酸和碱基等。
微生物之所以需要补充生长因子,往往是因为缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限。
(4)培养基的配制原则、种类应用:
对比:
中学教材中所涉及的培养基:
植株培养、植物组织培养、动物细胞培养、微生物培养
4、初级代谢产物和次级代谢产物
产物
产生时间
作用
分布
物种特异性
示例
初级代谢产物
生长全程
生长繁殖所必需
细胞内
无
氨基酸、核苷酸、多糖、维生素等
次级代谢产物
生长后期
对自身无明显生理作用或非生长繁殖所必需
细胞内或外
有
激素、色素、毒素、抗生素等
5、微生物代谢的调节:
(1)方式:
酶合成的调节和酶活性的调节。
(2)酶合成的调节:
1.调节对象:
诱导酶的合成
2.调节方式:
在环境中存在某些物质时合成诱导酶
3.举例:
大肠杆菌在环境中只有乳糖作碳源时,才能合成半乳糖苷酶
4.意义:
保证代谢需要,避免物质和能源的浪费。
(3)酶活性的调节:
酶的活性(诱导酶和组成酶)
通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸时
快速、精细的调节代谢。
(4)微生物代谢的人工控制:
1.措施:
改变微生物的遗传特性、控制生产过程中的各种条件
2.举例:
对黄色短杆菌进行诱变处理,选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种,提高了赖氨酸的产量。
在谷氨酸的生产过程中,可通过采取一定的手段改变细胞膜的透性,使谷氨酸能迅速排放到细胞外,解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用,提高谷氨酸产量。
6、微生物的生长特点及应用:
调整期
①
②
对数期
③
稳定期
④
衰亡期
群体生长测量
生长量及测定
一般不立即繁殖,处于对新环境的适应时期。
快速繁殖时期,繁殖>死亡,对数式增长。
繁殖≈死亡,活菌数最多,接近K值。
繁殖<死亡,活菌数,急剧下降。
a.计数器计数
b.称干重或湿重
代谢特点
大量合成酶、ATP及其他细胞成分。
代谢旺盛、个体形态、生理特征稳定。
代谢产物积累,生产次级代谢产物。
畸形,自溶,释放代谢产物
微生物的生长受温度、pH、氧的影响
生产应用
及控制
采用适宜的菌种和培养条件,缩短调整期。
获取菌种和科研材料。
连续培养,缩短培养周期,提高产量。
认识和掌握生长曲线,具有重要的实践意义。
7、发酵工程简介:
发酵工程的内容包括了菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程、产品的分离和提纯等。
这些太过于工业化的过程本身并不重要,关键是这些过程所包含的微生物学原理。
菌种选育的过程就是人工选择的过程,菌种选育的方法经典的是诱变育种的方法,现在则可以采取基因重组来构建工程菌。
8、学习微生物培养的基本技术:
微生物的实验高考只能从理论上加以考察,重在考察有关根据微生物代谢类型进行微生物培养、分离的实验,其原理就是前述的基本原理,这里只要求大家知道其基本事实验过程及操作。
典例剖析:
【例1】在以下描述中,可以将病毒与其他微生物相区别的是
A.能够使人或动、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
【解析】病毒是自然界中没有细胞结构、成分基本为核酸和蛋白质、全部营寄生生活的一类微生物。
病毒繁殖时,由亲代DNA分子复制形成子代DNA分子,然后组装成子代病毒,该特征为病毒所特有。
【答案】选D。
【例2】通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微牛物。
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。
利用下述方法能从混杂的微生物群体中分别分离出
A.大肠杆菌B.霉菌C.放线菌D.固氮细菌
【解析】本题考查各种选择培养基的作用。
固氮细菌能从空气中吸收氮素,所以能生活在缺乏氮源的培养基中。
青霉素能抑制细菌和防线菌的生长,所以加入青霉素的培养基中只能生活霉菌。
在培养基中加入10%酚可以抑制细菌和霉菌,而大肠杆菌和固氮细菌都是细菌,故只能生长放线菌。
【答案】选BCD。
【例3】与调整期长短有关的因素中,可缩短调整期的一组是
①用与菌种相适应的培养基②某种营养丰富的培养基③稳定期获得的菌种
④对数器获得的菌种⑤接种调整期的菌种⑥接种量加大⑦接种量减少
⑧接种种类增加
A.①③⑤⑦ B.②③⑤⑦ C.①④⑥ D.②④⑤⑥⑧
【解析】调整期的出现,主要是微生物到了新的环境中,通过合成诱导酶以适应新的环境,若用与菌种相适应的培养基,对数期获得的菌种及加大接种量,有利于缩短调整期,使菌群迅速增大。
【答案】选C。
【例4】研究认为,用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。
如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯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.pHC.水分D.营养
【解析】大多数微生物的同化作用类型都是异养型,在其生命活动过程中需要外界提供养料。
而一种酶催化作用的进行,需要适宜的温度和酸碱度,酶的催化作用也离不开水,因此,在题干给出的选项中,符合题意的是D。
【例5】将酵母分为a、b、c、d四组,用不同方式培养,其种群增长曲线如图所示。
请据图回答下列问题。
(1)a呈现增长,该种群的生长在20h之前处于时期,20h~40h处于时期。
(2)d呈现增长。
在100h~120h,d的增长率趋于时期,若在现有条件下继续培养,其种群数量趋于。
(A增长,B减少)
(3)随着更换培养液的时间间隔的延长上,酵母种群的增长率趋于,其可能的限制因素是不足和的积累。
【解析】本题以酵母培养过程为载体,综合考查了种群的两种增长曲线:
“J”型曲线和“S”型曲线,及微生物的代谢和群体生长规律。
生物种群在理想条件下呈“J”型增长曲线,在有环境阻力时,呈“S”型增长曲线。
在微生物的培养中,及时更换培养液能及时补充微生物生长所需的营养、减少培养液中微生物代谢时所产生的有害产物,有利于微生物的生长。
【答案】
(1)J调整对数
(2)S0B(或减少)(3)降低(或减少)营养有害代谢产物(或有害产物)
【例6】某同学在做微生物实验时,不小心把圆褐固氮菌与酵母菌混合在一起,请你完成分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌的设计实验步骤,并回答有关问题:
(1)实验材料:
无氮培养基、完全培养基、高浓度的食盐水、青霉素等
(2)实验器材:
接种工具、恒温箱等必要器材
(3)主要步骤:
①准备两种培养基:
一种是培养基,另一种是培养基。
每种分别分成两份,依次标上A、Aˊ和B、Bˊ,然后灭菌,备用。
②。
③接种后,放在恒温箱中培养3~4天。
④分别A、B培养基的菌落中挑选生长良好的菌种,接种到Aˊ、Bˊ培养基中。
⑤接种后,把Aˊ、Bˊ培养基放在恒温箱中培养3~4天。
(2)回答问题:
①在步骤①中,灭菌的主要措施是。
②第④⑤两步骤的目的是。
【解析】本题考查学生对微生物的培养、分离和提纯等知识的实际应用能力及实验设计能力。
这里要求学生需要整合的知识有:
培养基成分的选择、细菌培养的基本技术。
需要提醒的是,圆褐固氮菌具有固氮能力而酵母菌不具备,因此用无氮培养基中能够获得圆褐固氮菌;
在完全培养基中加入青霉素能抑制圆褐固氮菌的生长,从而得到酵母菌。
(1)①无氮加青霉素的完全②分别向A、B培养基中接种混合菌
(2)①高压蒸汽灭菌锅②获得纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌
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