(三) 微生物的代谢

1．微生物的营养

2．培养基的种类

3．微生物的代谢产物

4．微生物代谢的调节

(1)　　　 组成酶和诱导酶的比较

(2)　　　 两种调节方式的比较

5．微生物群体生长规律

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(谷氨酸钠)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

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)。

(二) 动物的代谢

1． 人和动物体内三大营养物质的代谢

(1)　 糖代谢

(2)　 蛋白质代谢

(3)　 脂质代谢

2． 三大营养物质代谢的联系

　　 ①三大营养物质在动物体内可以进行相互转化。由于三大营养物质代谢的中间产物基本相同，故这些中间产物构成了三大营养物质相互转化的枢纽物质。

　　 ②三大营养物质在动物体内的转化是有条件的：糖类充足时可大量转化为脂肪，但脂肪不能大量转化为糖类；多余的氨基酸可以转化成糖类或脂肪，但糖类和脂肪只能转化为非必需氨基酸。

　　 ③三大营养物质的代谢之间是相互制约的：人体所需要的能量主要来自于糖类的氧化分解，只有当糖类代谢发生障碍时，人体才会动用脂肪和蛋白质氧化分解供能。

3．三大营养物质代谢与人体健康

(1)　 血糖含量与疾病　　　 正常血糖浓度80~120mg/dL

(2)　 脂质代谢和疾病

(3)　 蛋白质缺乏的危害

①　　 由于蛋白质在人体内不能储存，且人体内的蛋白质每天都要分解一部分，如果每天蛋白质的摄人量不足，会使合成蛋白质的原料氨基酸种类和数量不足，导致营养不良而诱发其他疾病的发生。

②　　 蛋白质的缺乏时，血浆蛋白浓度低，血浆的吸水能力下降，组织液中的水不能及时被运输到血浆，从而引起组织水肿。

　　　 奶粉中蛋白质缺乏时，抗体的合成减少，使婴幼儿的免疫能力降低，导致疾病频发甚至死亡。

(一) 植物的代谢

1．酶与ATP

(1)　　　 关于酶的正确与错误说法

(2)　　　 酶的特性：①高效性；②专一性；③需要适宜的条件

①　　 酶的高效性的验证：实验四 比较过氧化氢酶和Fe³⁺的催化效率(见实验专题)

②　　 酶的专一性的验证：实验五 探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用(见实验专题)

③　　 酶需要适宜的条件：酶的催化作用需要适宜的条件，如适宜的温度、适宜的pH等，易受活化剂或抑制剂的影响。在高温、强酸或强碱、重金属盐等引起蛋白质变性的条件下，酶都会丧失活性。相比而言，无机催化剂则不易受影响，如同样加热到100℃，过氧化氢酶早已失去活性，而Fe³⁺仍可起催化作用。但要注意的是，低温仅是抑制酶的活性，随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。

(3)　　　 ATP并非新陈代谢唯一的直接能源。新陈代谢所需的能量主要是由细胞内ATP提供的，但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能。

2．单一因子对光合作用的影响

因素	图像	关键点的含义	在生产上的应用
光照强度		①　 A点：光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量即是此时的呼吸强度。 ②　 B点(光补偿点)：呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=呼吸作用强度。 ③　 C点：此时的光照强度为光合作用的饱和点。	(1)适当提高光照强度 (2)对温室大棚用无色透明玻璃。(若要降低光合作用则用有色玻璃)。
光合面积		①　 OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。 ②　 OB段表示干物质量随光合作用增强而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加呼吸量也不断增加(曲线OC)，所以干物质积累量不断降低如BD段。 ③　 植物的叶面积指数不能超过D点，若超过D点，植物将入不敷出，无法生活下去。	(1)适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免陡长； (2)合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。
CO2 浓度		CO2是光合作用的原料，在一定范围内，CO2越多，光合作用速率越大，但到A点时，即CO2达到饱和时，就不再增加了。	温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使根部吸收的CO2增多。 大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量
温度		光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10℃-35℃下正常进行光合作用，如AB段(10℃-35℃)，随温度的升高光合速率逐渐加强，B点(35℃)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降， 50℃左右光合作用几乎完全停止	(1)适时播种 (2)温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温 (3)植物“午休”现象的原因之一
叶龄		OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。 AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。 BC段为老叶，随叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。	农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理。又可降低其呼吸作用消耗有机物
矿质元素	矿质元素是光合作用的产物--葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N，就影响蛋白质(酶)的合成；缺少P就会影响ATP的合成；缺少Mg就会影响叶绿素的合成	合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，从而提高光合作用速率

3．影响植物呼吸速率的因素及相关曲线

(1). 内部因素

　 ① 不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。

　 ② 同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗在开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。

　 ③ 同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。

(2). 环境因素

①　　 温度：呼吸作用在最适温度(25℃-35℃)时最强，超过最适温度则减弱。温度主要通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。

②　　 O₂的浓度：O₂浓度不仅直接影响呼吸速率，还直接影响细胞呼吸的类型。如右图所示：绿色植物在完全缺氧条件下只进行无氧呼吸，在低氧条件下(浓度为2a%以下时)既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为2a%以上时，只进行有氧呼吸。

O₂的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内；有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。

大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO₂。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。

③　　 CO₂浓度：增加CO₂的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO₂的浓度也具有良好的保鲜效果。

4．从光合作用和呼吸作用分析物质循环和能量流动

(1). 从反应式上追踪元素的来龙去脉

①光合作用总反应式　　　　　　　　　　　　　 ②有氧呼吸反应式

(2). 从具体过程中寻找物质循环和能量流动

(3). 用图解的形式呈现总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系

5．有关计算

①　　 同时进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量：

有机物积累量＝光合作用产量+呼吸消耗量

　　 当O₂的吸收量和CO₂的释放量均为0时，光合作用强度=呼吸作用强度；

当光照强度为0时，O₂的消耗量＝CO₂的产生量=有氧呼吸强度

②　　 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸的生物的有关气体体积：

耗氧量=有氧呼吸CO₂产生量

无氧呼吸CO₂产生量=CO₂总产生量-有氧呼吸CO₂产生量(耗氧量)；

特别提醒：

①对于绿色植物来说，由于进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用；因此，光下测定的值为净光合速率，而实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。

②呼吸作用的底物一般是葡萄糖，以葡萄糖作为底物进行有氧呼吸时，吸收的O₂和释放的CO₂的量是相等的，但如果以其他有机物作为呼吸底物时，吸收的O₂和释放的CO₂的量就不一定相等，在计算时一定要写出正确反应方程式，并且要正确配平后才进行相关的计算。

34.　 环境中影响微生物生长的因素主要有温度、PH和氧。

每种微生物只能在一定的温度范围内生长。在最适温度范围内，微生物的生长随温度的升高而加快。超过最适温度后，微生物的生长速率会急剧下降，这是由于细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆转的破坏。

每种微生物的最适PH不同。当温度超过最适PH范围以后，就会影响酶的活性，细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收。

33.　 酶活性的调节和酶合成的调节两种方式同时存在，并且密切配合、协调起作用的。

32.　 酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。

31.　 酶活性发生改变的主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构发生变化，但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构就会复原，又恢复原有的活性。

30.　 诱导酶的合成与调节，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。

29.　 组成酶是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。而诱导酶是在环境中存在某种物质的情况下才能合成的酶。

28.　 次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同。