新陈代谢的基本类型与微生物的代谢

新陈代谢的基本类型与微生物的代谢

教学目的:

1.识记自养型、异养型、需氧型、厌氧型的概念和特点。

2.理解新陈代谢的概念和厌氧型生物的主要特征

3.掌握化能合成作用的概念和实例以及化能合成作用与光合作用的比较。

4.掌握应用微生物的营养与代谢.

5.理解微生物的生长

教学重点:

1.化能合成作用与光合作用的比较

2.微生物的代谢,生长

教学难点:

1.根据条件判断各类生物的代谢类型

2.微生物的代谢及调节生长

学法指导:培养学生运用比较学习的方法

教学准备:多媒体课件

教学过程:

一.考点内容全解:

( 一).新陈代谢的概念

概念：是＿＿＿＿中全部有序的＿＿＿＿＿＿的总称。

对新陈代谢概念的理解可从以下四方面分析:

1.从性质上看:新陈代谢包括物质代谢与能量代谢.

2.从方向上看:新陈代谢包括同化作用与异化作用.

3.从实质上看:新陈代谢是生物体内进行的一系列的生物化学反应.

4.从意义上看:新陈代谢是生物体自我更新过程.

(二).新陈代谢的基本类型

概念：生物体利用光能、通过光合作用制造有机物。

举例：＿＿＿＿＿植物等。

概念：生物体利用体外环境中物质的氧化放出的＿＿能

合成有机物。

举例：＿＿＿＿＿等。

同化成自身组成物质，并贮存能量。

概念：必须依靠无氧呼吸分解有机物、释放能量。

举例：动物体内的寄生虫、＿＿＿＿等。

特点：在有氧的情况下，无氧呼吸受到抑制。

概念：在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸。

举例：＿＿＿＿＿＿＿＿。

注意:光合作用与化能合成作用的比较

1、微生物的营养

特别提醒:

1.“N·C·H·O”类营养物(如蛋白胨,牛肉膏)常是异养微生物的能源、碳源兼氮源。

2.生长因子虽是一种重要的营养要素，但它与碳源、氮源和能源不同，并非任何一种

微生物都须从外界吸收的。

3.应用：利用某些微生物碳源的特殊性解决环境污染、粮食危机等问题。

①利用某些细菌、放线菌、酵母菌以石油作为碳源的原理，消除石油污染；

②运用某些细菌可以分解、利用氰化物、酚等有毒物质的原理处理有害物质；

③研究开发以纤维素、石油、二氧化碳等作为碳源和能源的工业微生物，解决工业发酵用粮与人们日常用粮的矛盾。

4.问题：如何证明某种物质是某种微生物的生长因子？可以让学生讨论，训练学生实验设计能力。

（思路：在含碳源、氮源、水、无机盐但缺乏某种物质的培养基中培养微生物，微生物不能生长或生长极差，向培养基加入该种物质，微生物正常生长。）

依据微生物生长所需碳源物质的性质以及生长所需能源，将微生物的营养类型进行归纳，以此作为知识的归纳、巩固、深化

*还原态的NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等

2、微生物的代谢

(1)．微生物代谢的特点：

微生物代谢的特点：代谢异常旺盛，对物质的转化利用快

资料1：发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖。

资料2：产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍

探究其原因：微生物的表面积与体积比很大，有利于与外界环境进行物质交换。(2)．微生物的代谢产物

微生物的代谢产物分为初级产物(合成不停；缺少不行；种类基本相同)和次级产物（种类不同；有无都行）大类。

拓展：

（1）毒素：细菌可产生内、外毒素，与细菌的致病性密切相关。

内毒素即革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖，其毒性成分为类脂A。菌体死亡崩解后释放出来。外毒素是由革兰氏阳性菌及少数革兰氏阴性菌在生长代谢过程中释放至菌体外的蛋白质。具有抗原性强、毒性强、作用特异性强的突出特点。

（2）色素：有些细菌能产生色素，对细菌的鉴别有一定意义。

细菌色素有两类：①水溶性色素，如绿脓杆菌产生的绿脓色素使培养基呈绿色。②脂溶性色素，不溶于水，仅保持在菌落内使之呈色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌色素。细菌色素的产生需一定条件（营养丰富、氧气充足、温度适宜），无光合作用，对细菌的功能尚不清。

（3）抗生素：某些微生物代谢过程中可产生一种能抑制或杀死某些微生物或癌细胞的物质，称抗生素。抗生素多由放线菌和真菌产生。

(3)．微生物代谢的调节

实例1：大肠杆菌合成半乳糖苷酶的调节；

实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的调节

微生物代谢调节的两种主要方式：酶合成的调节和酶活性的调节。

质疑:

1.诱导酶与组成酶有什么不同? (举例；合成条件；存在时间)

2.半糖苷酶为什么在葡萄糖和乳糖同时存在时不能合成？(提示:酶合成调节有两种形式：诱导和阻遏。) 4．微生物代谢的人工控制

拓展:细胞膜缺损突变株的应用：通过细胞膜缺损突变控制其渗透性：例如，油酸缺陷型

菌株：油酸是细菌细胞膜磷脂中的重要脂肪酸，因为不能合成油酸使细胞膜缺损，在限量添 加油酸的培养基中，因细胞膜发生渗漏提高谷氨酸产量。（诱变育种）； 3、微生物的生长 (1)．如何测定？

(2)．微生物群体生长的规律

措 施

改变微生物的遗传特性：例如诱变处理 控制发酵条件：例如改变细胞膜的透性

问题讨论:

（1）调整期的特点是什么？如何缩短？

（2）对数期有何特点？处于此期的微生物有何实际应用？

（3）稳定期有何特点？为什么在对数期后，如果不创造特殊条件，就必然进入稳定期？

(4)在工业发酵过程，需要延长稳定期，以提高代谢产物的产量。如何解决？

拓展问题：连续培养有无时间限制？

（菌种易于退化：长期处于高速繁殖下的微生物，即使其自发突变率极低，也无法避免变异的发生，尤其发生比原来生产菌株生长速率高、营养要求低、代谢产物少的类型；易遭杂菌

污染：在长期的运转中，保持各种设备无渗漏，尤其是通气系统不出任何故障，是极其困难的，所以，有时间限制，一般可以达到数月至1、2年。此外，在连续培养中，营养物的利用率一般低于单批培养。）

(3)．影响微生物生长的环境因素

①充足的营养：

②适宜的温度：

注意：对同一微生物，其不同的生理生化过程有着不同的最适温度，即最适生长温度不等于累积代谢产物最高时的温度。

在最适生长温度范围内，其生长速率随温度上升加快。（影响对数期的因素之一）

各类细菌对温度的要求不同，可分为嗜冷菌，最适生长温度为（10℃～20℃）；嗜温菌，20℃～40℃;嗜热菌，在高至56℃～60℃生长最好。病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37℃，故实验室一般采用37℃培养细菌。

有些嗜温菌低温下也可生长繁殖，如5℃冰箱内，金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素，故食用过夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。

③合适的酸碱度：细菌为6.5－7.5；真菌为5.0－6.0。多数病原菌最适PH为中性或弱碱性（pH7.2～7.6）。

问题：

为什么微生物在生长繁殖过程中会引起培养基PH的改变？

（代谢产生有机酸；N源的利用产生氨；微生物对无机盐的选择性吸收等原因。）为什么要调节？（PH变化影响细菌正常生长；影响代谢的方向。）

如何调节？

第一.培养基中应加入缓冲剂，保持PH稳定。例如：磷酸缓冲液的方式，调节K2HPO4和）KH2PO4的浓度比可以获得从pH6.0～7.6的一系列稳定的pH，当两者为等摩尔浓度比时，pH可稳定在pH6.8。

K2HPO4 + HCl →KH2PO4 + KCl

KH2PO4 +KOH→ K2HPO4+H2O

第二.在发酵过程中加酸（HCl 、H2SO4）或碱（NaOH、Na2CO3）或加适当C源（糖、乳酸）N源（尿素、NH4OH、蛋白质）

注意：对同一微生物，其不同的生理生化过程有着不同的最适pH。例如，丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范围，以菌体生长繁殖为主，pH4.3~5.3 范围才进行丙酮丁醇发酵。

④氧气：

二.典型例题:

【例1】（2004年江苏卷）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2】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．①③⑤⑦B．②③⑤⑦C．①④⑥D．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3】（2005年北京春招）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）酵

母

数

时间（h）

酵母种群的增长曲线

换一次培养液）

（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）S 0 B（或减少）（3）降低（或减少）营养有害代谢产物（或有害产物）