(十) 微生物的代谢 1. 微生物的营养 营养物质 来源 最常利用 功能 碳源 无机化合物:CO2.NaHCO3.有机化合物:糖类.脂肪酸.花生粉饼.石油等 糖类 提供碳素营养.能源物质.形成代谢产物.构成细胞成分 氮源 无机化合物:N2.NH3.铵盐.硝酸盐 有机化合物,尿素.牛肉膏.蛋白胨等 铵盐.硝酸盐等 提供氮素营养.合成蛋白质.核酸.含氮代谢产物 生长因子 维生素.氨基酸.碱基等 酵母膏.蛋白胨.动植物组织提取液 酶和核酸的组成成分.微生物不可缺少的微量有机物 2. 培养基的种类 分类依据 种类 加入的特殊成分 用 途 物理性质 固体培养基 加入凝固剂 用于微生物的分离.计数 半固体培养基 加少量凝固剂 观察微生物的运动.鉴定菌种 液体培养基 不加凝固剂 用于工业生产 化学成分 天然培养基 成分不明确的天然物质 用于工业生产 合成培养基 成分已知的化学物质 用于微生物的分类和鉴定 用途 一般培养基 依微生物生长需要配制 生产.培养等.如生产谷氨酸用的培养基 选择培养基 加某种化学物质 分离所需微生物.如:在培养基中加入高浓度食盐选择金黄色葡萄球菌,加入青霉素分离酵母菌和霉菌等真菌 鉴别培养基 加一定的指示剂或化学药品 鉴别某种微生物.如:培养基中加入“伊红-美蓝 .鉴别是否有大肠杆菌 3. 微生物的代谢产物 产物 种类 产生时期 生理作用 分布 有无种的特异性 举例 初级代谢产物 生长全过程 生长.繁殖必需的 细胞内 无 氨基酸.核苷酸.多糖.脂肪.维生素等 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 细胞内或细胞外 有 抗生素.毒素.激素.色素等 4. 微生物代谢的调节 (1) 组成酶和诱导酶的比较 种类 合成 存在 举例 组成酶 只受遗传物质控制.与营养物质无关 细胞内一直存在 分解葡萄糖的酶 诱导酶 既受遗传物质控制.又受诱导物制约 环境中只存在诱导物时才能合成 分解乳糖的酶 (2) 两种调节方式的比较 酶合成的调节 酶活性的调节 区别 调节对象 诱导酶的合成 已有酶的活性 调节机制 基因水平调节.调节酶的合成 代谢水平调节.代谢产物与酶可逆性结合.使酶的结构发生可逆性改变 调节结果 细胞内酶的数量.种类增多 细胞内酶的活性发生变化 调节特点 间接而缓慢 快速.精细 调节意义 既保证代谢需要.又避免物质 避免代谢产物积累过多 联系 两种调节方式同时存在.密切配合.高效.准确地控制代谢的正常进行 5. 微生物群体生长规律 时期 菌体数目变化 菌体代谢特点 形成原因 生产应用与控制 调整期 增长不明显 ①代谢活跃.体积增大, ②大量合成初级代谢产物 短暂调整.以适应新环境 通过选择菌种.增加接种量.改善培养条件等可以缩短调整期 对数期 快速增长 ①细胞分裂速率最快,②繁殖速率大于死亡速率,③个体形态和生理特性较稳定 ①适应了环境,②生存条件适宜 可作生产用的菌种和科研材料 稳定期 活菌数目达到最高峰 ①繁殖速率和死亡速率达到动态平衡,②积累大量次级代谢产物,③某些种类细菌可形成芽孢 生存条件恶化:①营养物质消耗,②有害代谢产物积累:③pH变化 ①获取代谢产物.特别是次级代谢产物,②连续培养法可延长│稳定期.增加代谢产物产量 衰亡期 活菌数目急剧下降 ①繁殖速率小于死亡速率,②菌体出现多种形态,③细胞解体.释放代谢产物 生存条件极度恶化 特别提醒:微生物的生长曲线与生长速率的关系 6. 发酵工程(以谷氨酸的发酵生产为例) (1) 发酵工程生产实例:谷氨酸发酵 ①选育菌种,对数期的谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌. ②配制培养墓:豆饼水解液.玉米浆.尿素.KH2PO4.K2O.MgSO4.生物素等. ③灭菌:在发酵罐中通入98kPa的蒸汽进行灭菌. ④无菌接种,冷却后加入菌种. ⑤发酵:通气.搅拌.温度和pH调节,谷氨酸大量生成. ⑥味精生成和提取:加Na2CO3.过滤.离心分离. (2) 发酵工程的内容:六个方面 ①菌种的选育,②培养基的配制,③灭菌,④扩大培养和接种,⑤发酵过程,⑥分离提纯. (3) 发酵过程的人工控制 控制对象 控制方式 微生物的遗传特性 诱变处理.选育符合生产要求的菌种 溶氧 对需氧微生物保证氧的供应.厌氧型控制氧的供应.以通气量和搅拌速度控制氧 pH 加酸.加碱或缓冲液 温度 使温度控制在所培养微生物的最适宜温度 特别提醒: ① 单细胞蛋白:微生物含有丰富的蛋白质.如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%-80%.酵母菌的占45%-65%.而且它们的生长繁殖速度很快.因此.许多国家就利用淀粉或纤维素的水解液.制糖工业的废液.石化产品等为原料.通过发酵获得大量的微生物菌体.这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白. ② 举例说明发酵条件控制不好会出现的问题:在谷氨酸发酵过程中.当pH呈酸性时.谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺,当溶氧不足时.生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸. ③ 产品不同.分离提纯的方法一般也不同.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.可采用蒸馏.萃取.离子交换等方法进行提取.(在味精生产过程中.提取出来的谷氨酸要用适量的Na2CO3溶液中和后.再经过过滤.浓缩.离心分离等步骤.才能能制成味精). 2010新课标高考总复习全案[学生专用] 第三课时 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

尽管微生物发酵有各种各样的产物,但通常它们的生产能力小而且单一,不能胜任大批量的工业生产,于是科学家们想方设法使它们的功力增长几十倍到上百倍。以生产维生素C为例:科学家找到两种微生物--草生欧文氏菌和棒状杆菌,它们共同作用时,可以通过发酵产生VC,它们生产VC的过程好像接力赛一样,先由草生欧文氏菌将原料发酵成一种中间产物,随后再由棒状杆菌完成后半断工作,科学家将棒状杆菌的有关遗传物质转入草生欧文氏菌体内,与它的DNA相连接,经过改造后的新型欧文氏菌成了发发酵工程的主角。

(1)

从变异的来源看,该种新型欧文氏菌的变异类型属于________,该种新型欧文氏菌与原来的欧文氏菌在结构上的主要区别是________,功能上的主要区别是________

(2)

生产中将新型欧文氏菌接种到发酵罐内,必须先进行________,选取________期的新型欧文氏菌接种为最佳。

(3)

从生态学角度考虑限制对数期菌体进一步发展的主要的生物因素为________。造成衰亡期菌体数目减少的非生物因素有________

(4)

从发酵工程的菌种来源看,人工改造菌种的方法还有________________

(5)

微生物发酵工程的前景非常广阔,是因为微生物的代谢异常旺盛,产物生成迅速。微生物的代谢异常旺盛的原因是________

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尽管微生物的发酵有各种各样的产物,但通常它们的生产能力小而且单一,不能胜任大批量的生产,于是科学家想方设法使它们的“功力”增长几十倍到几百倍,从而成为本领高强的“高级工人”,下面是让微生物增长“功力”的三种方法,回答其中的问题:

(1)第一种方法叫“原生质融合法”,是将两种不同发酵本领的微生物细胞放在一起进行处理,溶解掉细胞壁,让它们的原生质相互融合,从而形成新的微生物。

①溶解掉细菌细胞壁可以用酶解法,选用正确的方法是             

A.温和条件、纤维素酶和果胶酶     B.温和条件、溶酶体酶

C.高温条件、纤维素酶和果胶酶     D.高温条件、溶酶体酶

②形成新微生物(细菌),从遗传角度来看,这是属于哪一种变异?              ,所形成的新型微生物的后代有什么特点?                            

(2)第二种方法是通过直接转移遗传物质DNA,制备出有超强能力的发酵微生物。

③这种方法所应用的技术是                     ,其人工改造后培育出的微生物称为                  

④在由超强能力的发酵微生物产生的产品中,单细胞蛋白是指                             

(3)第三种方法是人工办法让微生物的DNA发生突变,然后选出符合要求的,能增加产量的个体。某科学家用紫外线处理黄色短杆菌后,得到很多突变体,在其中筛选出了不能合成                   酶的菌种,从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的。

(4)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,利用这第(3)步用紫外线处理黄色短杆菌后得到的5种突变体成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。请分析回答问题:

⑤培养基中加入化合物A的目的是筛选                                         ,“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                        

⑥培养若干天后,应选择培养瓶中化合物A含量          (增加或减少)的培养液,接入新的培养液中连续培养,使“目的菌”的数量        (增加或减少)。

⑦若研究“目的菌”的生长规律,将菌落进行液体培养,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。

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尽管微生物发酵有各种各样的产物,但通常它们的生产能力小而且单一,不能胜任大批量的工业生产,于是,科学家们想方设法使它们的“功力”增长几十倍到上百倍,从而成为本领高强的“高级工人”。

  第一种方法是用人工办法让微生物的DNA发生突变。比如在DNA分子的长链中插入或删除碱基,或者把某一碱基换成另外一种。然后在这些动过“小手术”的菌种中筛选出符合我们要求的,能增加产量的个体。

  第二种方法叫“原生质融合法”。这是将两种具有不同发酵本领的微生物细胞放在一起进行处理,溶解掉细胞壁,让它们的原生质相互融合。等到重新长出细胞壁后,一种新的微生物就诞生了。它可以同时具有两种微生物的发酵能力,也可能产生新的本领。

  第三种方法是通过直接转移遗传物质DNA,制备出有超强能力的发酵微生物。以下是一个发酵生产维生素C(后称VC)的例子:科学家找到两种微生物——草生欧文氏菌和棒状杆菌。当它们共同作用时,可以通过发酵而产生VC,后来人们发现,这两种菌在生产VC的过程中好像接力赛一样,各自先后承担一段任务:先由草生欧文氏菌将原料发酵成一种中间产物,随后再由棒状杆菌把体内与完成后半段工作有关的遗传物质移入到草生欧文氏菌体内,与它的DNA相连接。经过这种人工改造后培育出的微生物被称作“工程菌”,是发酵工程的主角。

(1)微生物是对所有形体________,结构________的低等生物的统称。

(2)酿酒过程中最重要的微生物是________,它的代谢类型是________。即________。因此,其繁殖必须在密封发酵________(之前、之后)进行。

(3)发酵工程的第一种方法从遗传学角度看,属于哪一类型的变异?这类变异有何特点?

(4)第二种方法从遗传学角度看属于哪一类型的变异?所诞生的新型微生物其后代具有什么特点?

(5)第三种方法所应用的技术是________技术。经过改造后的草生欧文氏菌再繁殖,其后代能够________

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(分)白细胞介素2是淋巴细胞产生的一种淋巴因子,用基因工程和微生物培养方法获得的白细胞介素2在临床上主要用于治疗肿瘤和感染性疾病。请完成有关问题。?

(1)除白细胞介素2外,淋巴细胞产生的淋巴因子还有________。?

(2)传统生产白细胞介素2的方法是从人体血液的白细胞中提取的,每300 L血液中只能提取出1 mg的白细胞介素2,应用基因工程方法生产白细胞介素2可以数十倍地增加产量。应用基因工程方法生产白细胞介素2 ,首先要提取________,完成此过程的工具酶是________,最常用的运载体是________,重组的 DNA分子进入受体细胞后,受体细胞必须________才能说明目的基因完成了表达过程。 ?

(3)提取白细胞介素2应在细菌生长的________期,在细菌生长的________期,其代谢旺盛,个体形态和生理特征比较稳定,是选择生产留种和科研材料的时期。

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白细胞介素2是淋巴细胞产生的一种淋巴因子,用基因工程和微生物培养方法获得的白细胞介素2在临床上主要用于治疗肿瘤和感染性疾病。请完成有关问题。?

(1)除白细胞介素2外,淋巴细胞产生的淋巴因子还有________。?

(2)传统生产白细胞介素2的方法是从人体血液的白细胞中提取的,每300L血液中只能提取出1mg的白细胞介素2,应用基因工程方法生产白细胞介素2可以数十倍地增加产量。应用基因工程方法生产白细胞介素2,首先要提取________,完成此过程的工具酶是________,最常用的运载体是________,重组的DNA分子进入受体细胞后,受体细胞必须________才能说明目的基因完成了表达过程。?

(3)提取白细胞介素2应在细菌生长的________期,在细菌生长的________期,其代谢旺盛,个体形态和生理特征比较稳定,是选择生产留种和科研材料的时期。

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