微生物代谢以及生长
第七章 第二节、微生物代谢与生长
反馈抑制
其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成
2.分支代谢途径中的反馈抑制：
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
五、微生物的代谢调控
• 微生物代谢过程中的自我调节 • 酶活性的调节 • 酶合成的调节
☆微生物自我调节代谢的方式
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞
如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统。
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1、有氧呼吸
概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化 过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环 特点：必须指出，在有氧呼吸作用中，底物的氧化 作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化 过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子 传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成） 最后才传递到氧。
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太 大；
④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的 影响。
2.对数期
特点：细菌数量呈对数增加；生长速度常数R最大；酶系活跃， 细菌代谢旺盛；群体中的细胞化学组成及形态、生理特征一 致，且细菌的形态、大小、染色性均典型，对外界环境因素 的作用比较敏感。
影响指数期微生物增代时间的因素 菌种；营养成分；营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； 实验室研究细菌生物学性状和做药敏试验选取用对数期细菌 为佳（多数为8~18h培养的培养物）
高中生物《微生物的代谢和生长》教案及答案
高中生物《微生物的代谢和生长》教案及答案一、教学目标1. 理解微生物的代谢类型和特点。
2. 掌握微生物的生长曲线和生长规律。
3. 能够运用所学知识分析微生物在生产、生活中的应用。
二、教学内容1. 微生物的代谢类型：同化作用、异化作用。
2. 微生物的代谢产物：代谢终产物、次级代谢产物。
3. 微生物的生长曲线：对数期、稳定期、衰亡期。
4. 微生物的生长规律：比生长速率、最大比生长速率。
三、教学重点与难点1. 重点：微生物的代谢类型、生长曲线和生长规律。
2. 难点：微生物代谢产物的形成及应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法引导学生思考微生物代谢和生长的相关问题。
2. 利用多媒体课件辅助教学，增强学生的感性认识。
3. 案例分析法，介绍微生物在生产、生活中的应用。
五、教学过程1. 导入：通过提问方式引导学生回顾微生物的基本概念，为新课的学习做好铺垫。
2. 微生物的代谢类型：讲解同化作用和异化作用的概念及特点，举例说明不同微生物的代谢类型。
3. 微生物的代谢产物：介绍代谢终产物和次级代谢产物的概念，分析微生物代谢产物的形成及应用。
4. 微生物的生长曲线：讲解对数期、稳定期、衰亡期的特点，分析生长曲线在生产实践中的应用。
5. 微生物的生长规律：讲解比生长速率、最大比生长速率的概念，探讨微生物生长的限制因素。
6. 课堂互动：提问学生关于微生物代谢和生长的问题，鼓励学生积极参与讨论。
7. 案例分析：介绍微生物在生产（如发酵、生物制药）和生活中的应用，强化学生对微生物代谢和生长的理解。
8. 总结与复习：概括本节课的主要内容，布置课后作业，帮助学生巩固所学知识。
9. 课后作业：（1）列举两种微生物的代谢类型，并简要说明其特点。
（2）分析微生物代谢产物的形成过程及其应用。
（3）根据生长曲线，计算某微生物在特定条件下的最大比生长速率。
六、教学评价1. 评价内容：学生对微生物代谢和生长的理解程度，以及运用所学知识分析实际问题的能力。
微生物的基本代谢
次级代谢
次级代谢是与生物的生长繁殖无直接关系的代谢活动，是某些生物为 了避免初级代谢中间产物的过量积累或由于外界环境的胁迫而产生的 一类有利于其生存的代谢活动。
次级代谢产物
次级代谢产物是次级代谢合成的产物，如抗生素、生物碱、色素、毒 素等，他们与微生物的生长繁殖无直接关系。 根据结构和生理活性的不同，次级代谢产物可分为抗生素、生长素、 维生素、色素、毒素、生物碱等不同类型。
产物。
外毒素是指释放或分泌到周围环境的毒素素，如
白喉杆菌、破伤风安军、金黄色葡萄球菌。
内毒素是指菌体死亡自溶或黏附在其他细胞上时才表现出毒性的毒素。
初级代谢和次级代谢的联系
1 初级代谢是次级代谢的基础，初级代谢 为次级代谢提供前体或起始
物。
2 初级代谢的一些关键中间产物也是次级代谢
合成中重要的中Βιβλιοθήκη 产物。抗生素抗生素是生物在其生命活动过程中产生的在低微浓度下能选择性的抑 制或影响其他种生物机能的化学物质。 如青霉素、链霉素、土霉素。
生长刺激素
生长刺激素主要是由植物和某些细菌、放线菌、真菌等微生物合成，
并能刺激植物生长的一类生理活性物质。
如赤
霉素可取代光照和温度，打破植物的休眠，促进植物迅速生长，提早
初级代谢
1 初级代谢是与生物的生长繁殖有密切关系的代谢活动，在细胞生长 繁殖期表现旺且普遍存在于一切生物中。 2 合成代谢是能吸收能量的物质的合成过程。 3 分解代谢是能释放能量的物质的分解过程。
初级代谢产物
初级代谢产物是初级代谢生成的产物，如氨基酸、蛋白质、核苷酸、 多糖、维生素等，他们与微生物的生长繁殖有密切关系。
收获期，增加产量。
维生素
维生素是指某些微生物在特定条件下合成超过产生菌正常需要的那部
生物3.10微生物的类群、营养、代谢和生长
微生物的能量代谢
化能自养生物
01
利用化学反应释放的能量来合成有机物质的微生物，如硝化细
菌。
化能异养生物
02
利用有机物质氧化过程中释放的能量来合成有机物质的微生物，
如大肠杆菌。
光能自养生物
03
利用光能来合成有机物质的微生物，如藻类。
微生物的代谢途径
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下被分解成丙 酮酸，产生少量能量和还原力的 代谢途径，是厌氧微生物的主要 代谢途径。
三羧酸循环
在有氧条件下，线粒体中的乙酰 CoA完全氧化成二氧化碳和水， 并释放能量的代谢途径。
戊糖磷酸途径
葡萄糖经过一系列反应生成五碳 糖和六碳糖的代谢途径，是需氧 生物的主要糖代谢途径之一。
04 微生物的生长
微生物的生长曲线
延迟期
细胞适应生长环境，不进行分 裂，数量基本不变。
对数生长期
细胞快速分裂，数量呈指数增 长。
氧气
好氧微生物需要氧气进行呼吸，厌氧微生物 则在无氧环境下生长。
微生物的生长繁殖方式
无性繁殖
通过二分裂、出芽等方式进行无性繁殖，繁殖速度快。
有性繁殖
通过配子结合形成合子，再发育成新个体，繁殖速度慢。
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03 微生物的代谢
分解代谢和合成代谢
分解代谢
微生物通过分解有机物质获取能量和营养物质的过程。这些有机物质可以是糖 类、蛋白质、脂肪等。分解代谢过程中，微生物产生能量并合成新的细胞成分。
合成代谢
微生物利用能量和营养物质合成细胞成分的过程。合成代谢过程中，微生物消 耗能量并产生新的细胞成分，如蛋白质、核酸等。
生物3.10微生物的类群、营养、 代谢和生长
微生物生理—微生物生长规律
一、生长与繁殖的概念
4、个体生长：微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。
5、群体生长：群体中个体数目的增加。可以用重量、体 积、密度或浓度来衡量
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
二、微生物的生长曲线
一条典型的生长曲线至少可以分为： 迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期
新的培养基，最终可全部死亡。此期细菌的菌体变形或 自溶，染色不典型，难以进行鉴定。
小结
1)生长与繁殖的概念：生长、繁殖、发育、 个体生长、群体生长
2)微生物的生长曲线：迟缓期、对数期、稳 缓期 是细菌植入到新环境后的一个适应阶段。此时菌
体增大，代谢活跃，合成并积累所需酶系统。RNA含 量明显增多，但DNA的量无变化，此时细菌数并不增 加。这一过程一般约需1~4 h。
二、微生物的生长曲线
2、对数期 细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，
活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一 条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强， 其形态、染色特性及生理活性均较典型，对抗菌药物 等的作用较为敏感。大肠杆菌的对数期可持续6~10 h。
二、微生物的生长曲线
3、稳定期 此时因营养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌繁殖
速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活菌数与死菌数 大致持平。该期细菌的形态及生理性状常有改变，革兰 氏阳性菌此时可染成阴性。毒素等代谢产物大多此时产 生。大肠杆菌的稳定期持续约8 h。
二、微生物的生长曲线
4、衰亡期 细菌开始大量死亡，死菌数超过活菌数。如不移植到
微生物的生长规律
主要内容
生长与繁殖的概念 微生物的生长曲线
一、生长与繁殖的概念
微生物代谢物对植物生长的影响
微生物代谢物对植物生长的影响微生物是地球上存在时间最久的生物之一，对生物圈的生态平衡和物质循环有着至关重要的作用。
从过去几十年的研究来看，微生物代谢物对植物生长有着很大的影响。
这篇文章将探讨微生物代谢物如何影响植物的生长，并探讨在农业和园艺生产中新兴的细菌代谢物肥料的应用前景。
微生物代谢物对快速生长的绿色植物的生长有着直接的影响，比如说细菌代谢物可以促进植物生长，提高产量和营养价值。
这种影响体现在两个层面：一是微生物代谢物可以调节植物的生长周期，延长生长期，并使植物就算在较差的环境下也能快速迅速的生长；二是微生物代谢物可以促进植物根系和叶片的生长速度，增加了植物的吸收和转化能力，从而促进植物代谢的增强，增加了植物的产量和营养价值。
同时，微生物代谢物对植物的生长周期和生长过程也有着很大的影响。
在微生物代谢物的作用下，植物的早期生长速度更快，形成了更多的新叶、新枝和新花。
同时，因为细菌代谢物对植物代谢的调节作用，植物的肌酸、抗氧化物质、酶等生物活性物质也得到了提升，这使得植物肌肉的弹性和质量得到了提升，从而提高了植物的耐力和抵御力。
在农业和园艺生产中，新兴的微生物代谢物肥料被广泛应用。
这种肥料由细菌代谢物发酵而来，可以增强植物的养分吸收和养分利用效率，从而提高产量和品质。
该种肥料对农业生产的贡献是显著的，能够帮助农民在增加产量、减少农药化肥使用量的同时提高农产品营养和品质，降低农业生产时间和成本，促进农业稳定可持续发展。
除了农业生产，在园艺生产中，新兴的肥料在种植中同样得到了广泛应用，比如说对于种植多肉植物，细菌代谢物肥料可以使其生长密度更高、更紧凑。
因为植物多肉化和密集化可以更好地消耗土壤中的水分和肥料，同时也能增加植物的强度和稳定性，从而更容易通过条件复杂和变化多样的环境考验。
总之，微生物代谢物对于植物的生长有着重要的影响。
通过调节植物的生长周期、促进根系和叶片的生长，微生物代谢物可以促进植物代谢的增强，增加植物的产量、提高植物的营养价值，从而增强植物的生长能力。
微生物生长和代谢的调控机制
微生物生长和代谢的调控机制微生物是一类具有极强适应性的生物，不仅可以生长于各种极端环境中，还可以分解各种复杂有机物质，在生态系统中发挥着重要的作用。
微生物生长和代谢是由多种调控机制共同协同完成的。
本文将从营养调控、信号转导、转录调控、翻译后修饰等方面进行探讨。
一、营养调控微生物的生长和代谢受生长环境的影响很大，营养物质的获取对于微生物生长发育至关重要。
营养物质作为微生物代谢的原料，能够通过特定的营养调节机制调节细胞内的代谢活性，从而影响微生物的生长和代谢。
例如，细胞脱氧核糖核酸(dNTP)含量对于DNA复制和细胞周期的正常进行起着关键性的调节作用。
当细胞内dNTP含量过高或过低时，会导致DNA复制错误和细胞凋亡等异常现象。
二、信号转导信号转导是微生物生长和代谢的重要调控机制。
细胞内的信号分子能够在不同的代谢途径之间传递信息，并且可以调节细胞的基因表达和代谢产物的合成。
例如，环状二核苷酸(cAMP)和磷酸四酮酸(PPGPP)等信号分子能够分别参与细胞的能量代谢和应激响应，并且能够反馈到细胞的转录调控和翻译后修饰过程中，从而影响微生物的代谢和生长。
三、转录调控微生物的代谢和生长受到转录调控的影响很大，转录因子能够调节基因的表达。
微生物利用转录因子与DNA结合的方式能够对基因进行正、负调节，并且能够根据环境的变化快速地调节基因表达。
例如，传统大肠杆菌的转录因子LacI能够通过与lactose结合来诱导lac operon的转录，从而合成乳糖酶等相关酶。
四、翻译后修饰微生物的代谢和生长与翻译后修饰密切相关。
在蛋白质翻译过程中，N-端信号肽可以调节蛋白质的定位和转运，C-端的修饰可以调节酶活性或稳定性。
例如，乳酸杆菌中的多肽链胺酸酶(DppA)能够利用翻译后修饰方式形成互作性肽链，并且可以与微生物的其他表面蛋白相互结合，从而形成生物膜。
综上，微生物生长和代谢的调控机制是由多种调控机制共同协调完成的。
营养调控、信号转导、转录调控和翻译后修饰等机制可以协同作用，从而实现微生物的生长和代谢的调节。
低温对微生物生长和代谢活性的影响研究
低温对微生物生长和代谢活性的影响研究低温是微生物生长和代谢活性的重要因素之一。
在自然界中，低温环境普遍存在，这对于微生物来说是一个重要的应激条件。
随着现代冷冻、冷藏和冷冻干燥等技术的广泛应用，微生物的低温研究在食品加工、药物生产和环境保护等领域具有重要意义。
本文就低温对微生物生长和代谢活性的影响进行了探讨。
一、低温对微生物生长的影响微生物在低温条件下的生长速度和数量会受到影响。
低温会降低细胞分裂速度，也会降低代谢活性和酶反应速度。
氧气含量、营养物质的稳定性和微生物的菌株特性也会对低温下微生物生长产生影响。
在低温环境下，微生物的寿命会变得更长。
一些微生物甚至能够在极低温度下生存。
这些极端耐寒微生物具有越来越多的研究兴趣。
研究表明，在低温条件下，一些细菌（如假单胞菌属）具有更强的生长能力和代谢能力。
而此外，有些微生物对低温环境的适应性则十分有限。
此外，某些因素可以影响微生物在低温下的生长，包括营养、氧气含量、水分、基质 pH 值、光照和压力等等。
因此，根据实验条件，低温对微生物生长的影响是多样化的。
二、低温对微生物代谢活性的影响在低温条件下，细胞代谢会变得更加缓慢、低效。
微生物需要消耗更多的能量来维持其生命活动。
在低温下，生物成分和代谢产物的稳定性也会发生变化，这可能导致对产物品质和药效的影响。
值得注意的是，低温可能会引发微生物的耐药性变化。
有研究表明，低温条件下的微生物增长速度变慢，微生物个体所感受到的抗生素浓度也会降低。
这将导致细菌能够逃避抗生素的杀菌作用，从而增加耐药性。
三、低温对微生物应激反应的影响低温是一种常见的细胞应激条件，可以激活微生物的应激响应机制。
在低温条件下，微生物的膜分子孔径缩小，渗透压升高，蛋白质折叠变化等会导致微生物产生应激反应。
研究表明，低温可以通过多种方式影响微生物的基因表达和蛋白质合成，这将导致细胞适应环境的变化。
例如，低温下，某些微生物会产生更多的 HSPs（热休克蛋白），从而保护细胞膜、酶和其他蛋白质不受环境的损伤。
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➢酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成 ➢酶活性调节是代谢水平调节，它调节酶活性。
微生物代谢以及生长
调节 调节对象 调节
方式
结果
调节机制
调节 特点
调节 意义
酶合成 的调节
诱导酶
酶的种 类和数
量
酶活性 组成酶和 已有酶 调节 诱导酶 的活性
基因＋诱 导物
代谢产物 与酶可逆
性结合
保证代
谢经济
快速 精细
微生物代谢以及生长
• 已知物质是某微生物生长所必需的，它的合成途径如下图 所示：野生型的在含A物质的培养基上就能正常生长。现发 现有三种突变体（均只有某一基因发生突变），均不能在 只含A物质的培养基上正常生长。现设计一实验方案，区分
出三种突变体的突变基因，并预测实验结果。
• 实验方案：
。
• 预测结果：
酶活性调节和酶合成调节的区别
• a.从调节对象看：
➢酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率
➢而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及 酶量变化
• b.从调节效果看： 两种调节方式同时存在，
➢酶活性调节直接而迅速 ➢酶合成调节间接而缓慢
密切配合，高效、准确地
• c.从调节机制看： 控制代谢的正常进行
非
有
必需
分布
细胞 内
细胞 内、
外
举例
氨基酸、核苷 酸、多糖、脂 类、维生素等
激素、色素、 毒素、抗生素
微生物代谢以及生长
遗传物质 诱导物
组成酶
诱导酶 遗传物质
代谢 物质
能量 适应能力
微生物代谢以及生长
催化活性
改变 恢复
结合 脱离 快速精细
微生物代谢以及生长
发生 变化
复原
微生物的代谢调节
①酶合成的调节 组成酶：微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受
遗传物质的控制 诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能合成的酶
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，增强了微生物对环境的适应能力
②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率 特点：快速、精细 示例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的过程
微生物代谢以及生长
黄色短杆菌合成赖氨酸 谷氨酸棒状杆菌生产谷氨微酸生物代谢以及生长
• ⑴如果
，说明A基因突变。
• ⑵如果
，说明B基因突变。
• ⑶如果
，说明C基因突变。
方案：将这三种突变体分别在只含B、只含C 的培养基中培养，观察生长情况。 ⑴在只含B和只含C的培养基中能正常生长 ⑵在只含B的培养基中不能生长，在只含C的 培养基中能生长 ⑶在只含B和只含C的培养基上都不能生微生长物代谢以及生长
加速期
微生物代谢以及生长
减速期
①.调整期
其它名称：迟滞期、停滞期、适应期 1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。 2.特点：生长速率= 0
➢细胞形态变大或增长 ➢细胞内RNA特别是rRNA含量增高 ➢合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生 诱导酶 ➢对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生素等 化学药物） 3.原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产 物
（09上海39）氯苯化合物是重要的有机化工原料，因 不易降解，会污染环境。某研究小组依照下列实验方 案（图1）筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌，培 养基配方如表1. （1）配制Ⅱ号固体培养基时，除添加Ⅱ号液体培养基 成分外，还应添加1%的____________。 （2）培养基配制时，灭菌与调PH的先后顺序是 ____________。 （3）从用途上来说，Ⅰ号培养基和Ⅱ号培养基分别属 于通用培养基和____________培养基。在Ⅱ号培养基 中，为SP1菌提供氮源的成分是____________。 （4）在营养缺乏或环境恶劣时，SP1的菌体会变成一 个圆形的休眠体，这种休眠体被称为 ____________。
微生物代谢以及生长
• （1）琼脂 • （2）先调PH，后灭菌 • （3） 选择 硝酸铵 • （4）芽孢 • （5）将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的Ⅲ
号培养液中培养，得到生长曲线（如图2）。 从图2可知SP1菌在____________培养条件 下最早停止生长，其原因是____________。 • （5）20mg/L氯苯 碳源最早耗尽
微生物代谢以及生长
微生物群体 少量的
细菌群体
恒定容积 定期
微生物代谢以及生长
动态平衡
调整或 适应 快速分裂
最高峰 超过
微生物代谢以及生长
活菌
调整期 对数期 稳定期 衰亡期
微生物代谢以及生长
延对 滞数 期期
稳定期
典型的生长曲线 （Growth curve）
衰亡期
时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同
微生物代谢以及生长
微生物代谢以及核苷酸
繁殖
基本相同 维生素
生长和繁殖
生理功能
微生物 抗生素 毒素微生物代谢以及生长色素
初、次级代谢产物的比较
微生物代谢以及生长
产物 名称
初级代 谢产物
次级代 谢产物
产生 时间
一直 产生
一定 阶段
作用 种的 特异性
必需 无
而高效 地进行
微生物代谢以及生长
控制
遗传 积累
微生物代谢以及生长
(09理综Ⅰ)2.右图是某种微生物体内某一物质代谢 过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述，错误 的是 A.丁物质既是酶③催化生成的产物，又是酶③的反 馈抑制物 B.戊物质通过与酶④结合导致酶④结构变化而使其 活性下降 C.当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶①的活 性都将受到抑制 D.若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，则可消 除丙物质对酶①的抑制作用 答案：C
• 【解析】D物质应是此微生物正常生命活动所必需的， 从培养基中获得A物质后，在野生型微生物体内通过 一定的代谢途径，形成中间产物B、C，最终得到D。 而突变型由于基因突变，缺乏中间代谢的某种酶， 此中间代谢的某一个环节不能正常进行，使反应不 能继续下去，得不到物质D，使野生型不能在此只含 A的培养基上生活。根据此思路，设计以下方案。如 若只能在含C的培养基上生长，在含A、B的培养基上 均不能生长，说明A到C或B到C反应受阻，缺乏B酶 （均只有某一基因发生突变），B基因突变；若在含 A、B、C三种物质的培养基上不能存活，说明C到D的 反应受阻，缺乏C酶，C基因突变 ；若在含A的培养 基上不能生长，在含B、C的培养基上均能生长，说 明A到B反应受阻，A基因突变。