第十三课 微生物与发酵工程 微生物与发酵工程

要点、疑点、难点 1 微生物的类群 2 微生物的营养 3 微生物培养基 4 微生物代谢产物 5 微生物代谢调控 6 微生物的生长

要点、疑点、难点 1 微生物的类群 种类 结 构 繁殖方式 细菌 细胞壁、细胞膜、细胞质、核区 二分裂(分裂生殖) 放线菌 1 微生物的类群 种类 结 构 繁殖方式 细菌 细胞壁、细胞膜、细胞质、核区 二分裂(分裂生殖) 放线菌 基内菌丝、气生菌丝(部分分化成孢子丝) 孢子生殖 病毒 核衣壳：包括核酸和衣壳、有些具囊膜 增殖(在宿主细胞中进行) 某些真菌界、原生生物界的生物也属于微生物(如：酵母菌、变形虫等)

要点、疑点、难点 2 微生物的营养 营养物质 主 要 种 类 功 能 碳 源 无机碳源：CO2、NaHCO3 2 微生物的营养 营养物质 主 要 种 类 功 能 碳 源 无机碳源：CO2、NaHCO3 等有机碳源：糖类(主要是葡萄糖)、脂肪酸、石油等 提供微生物合成有机物的碳元素，对异养生物来说，主要是提供能源物质 氮 源 无机氮源：主要是铵盐、硝酸盐，还有N2、氨等有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸等 为微生物提供合成含N物质的N源，如核酸、蛋白质和某些脂类 生长因子 维生素、氨基酸、碱基(嘌呤、嘧啶) 提供合成蛋白质、核酸、酶的原料 水 无机盐 P、S、Mg、Fe、K、Ca、Mo、Mn、Ni、Cu、I等 调节渗透压构成某些化合物(物质)的成分

要点、疑点、难点 3 微生物培养基 配制原则 （1）根据所培养的微生物的种类。(如异养微生物的培养基中至少要一种有机物质) 目的明确 3 微生物培养基 配制原则 （1）根据所培养的微生物的种类。(如异养微生物的培养基中至少要一种有机物质) 目的明确 （2）根据培养的目的。（如用于科研还是用于生产） （1）培养基中物质的浓度——因为：某种物质浓度高时反而会抑制微生物生长。 营养协调 （2）培养基中物质的比例——例如：谷氨酸的生产中：C∶N为4∶1时，菌体繁殖慢，产谷氨酸少；C∶N为3∶1时菌体繁殖快产谷氨酸多。 真菌的最适pH为5.0～6.0，细菌的最适pH为6.5～7.5，放线菌的为7.5～8.5，另外微生物在生长代谢过程中会由于物质的消耗和代谢产物的形成，改变环境中的pH，所以一般在培养基中加入缓冲剂。（最常用的是—— ） pH要适宜

要点、疑点、难点 培养基分类 按照物理性质分 种 类 是否有凝固剂 用 途 固体培养基 是 分离、鉴定 半固体培养基 观察运动、保藏菌种 种 类 是否有凝固剂 用 途 固体培养基 是 分离、鉴定 半固体培养基 观察运动、保藏菌种 液体培养基 否 工业生产 按化学成分分 种 类 化学成分 用 途 天然培养基 不明确 工业生产 合成培养基 明确 微生物分类、鉴定

要点、疑点、难点 培养基分类 按培养基的用途分 种类 制备方法 原 理 用 途 举 例 选择培养基 基培养基中加入某种化学物质 原 理 用 途 举 例 选择培养基 基培养基中加入某种化学物质 依据某些微生物对某些物质的抗性而设计 从众多微生物中分离所需的微生物 加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌 鉴别培养基 培养基中加入某种试剂或化学药品 依据微生物产生的某些代谢产物与培养基中特定的试剂或化学药品反应，产生明显特征而设计 鉴别不同种类的微生物 伊红和美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌

要点、疑点、难点 4 微生物代谢产物 内容 初级代谢产物 次级代谢产物 不 同 点 生长繁殖是否必需 是 否 产生阶段 一直产生 4 微生物代谢产物 内容 初级代谢产物 次级代谢产物 不 同 点 生长繁殖是否必需 是 否 产生阶段 一直产生 生长到一定阶段才产生 种的特异性 分布 细胞内 细胞内或细胞外 例 氨基酸、核苷酸、维生素、多糖、脂类等 抗生素、毒素、激素、色素等 相同点 均在微生物细胞的调节下，有步骤的产生

要点、疑点、难点 酶合成调节、酶活性调节 5 微生物代谢调控 酶合成的调节 酶活性的调节 调节对象 诱导酶(受基因和诱导物共同控制) 5 微生物代谢调控 酶合成调节、酶活性调节 酶合成的调节 酶活性的调节 调节对象 诱导酶(受基因和诱导物共同控制) 组成酶(只受基因调控)和诱导酶的催化作用 调节结果 细胞内酶的数量多 酶的活性发生变化 调节机制 基因水平调节 代谢水平调节，通过酶与代谢过程中产生的物质的可逆性结合进行调节 调节效果 间接而缓慢 快速、精确 调节意义 既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性 避免代谢产物积累过多 联 系 同时存在，密切配合，准确控制代谢的正常进行

要点、疑点、难点 人工控制 目的 措施 为了最大限度积累对人类有用的代谢产物 （1）改变微生物的遗传特性 （2）控制生产过程中的各种条件 ① . 人工控制黄色短杆菌合成赖氨酸 ② . 人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸

要点、疑点、难点 6 微生物的生长

课前热身 一、选择题 1下列哪项不是微生物( ) A硝化细菌 B根霉 C烟草花叶病毒 D单细胞绿藻 2放线菌的生殖方式属于( ) 1下列哪项不是微生物( ) A硝化细菌 B根霉 C烟草花叶病毒 D单细胞绿藻 2放线菌的生殖方式属于( ) A分裂生殖 B孢子生殖 C营养生殖 D有性生殖 3决定病毒抗原特异性的根本因素存在于( ) A核酸B衣壳 C囊膜D刺突 4病毒的增殖方式是依靠( ) A自我分裂 B孢子生殖 C营养生殖 D寄主的代谢 D B A D

课前热身 5在噬菌体侵染细菌的实验中，如果用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质衣壳，结果增殖后的噬菌体绝大多数( ) A含32P和35S B不含32P C含32P D含35S，不含32P 6培养流感病毒应使用( ) A在适宜温度和湿度下的活的鸡胚 B碳源与氮源比例恰当的液体的培养基 C富含维生素的固体培养基 D严格无菌的鸡肉汤 7不具有独立新陈代谢能力的生物是 ) A马蛔虫 B放线菌 C烟草花叶病毒 D痢疾杆菌 B A (C

课前热身 8下列哪项不可能是微生物的碳源( ) A石墨 B牛油 C石油 DNaHCO3 8下列哪项不可能是微生物的碳源( ) A石墨 B牛油 C石油 DNaHCO3 9下列哪项不可以作为异养型微生物的碳源( ) A氨基酸 BRNA C甲烷 D二氧化碳 10下列哪项不能作为异养型微生物的氮源( ) AHNO3 B谷氨酸 C核酸 D牛肉膏 11为了培养和分离出酵母菌，淘汰杂菌和放菌，常在培养基中加入( ) A较多的氮源物质 B较多的碳源物质 C青霉素类药物 D高浓度的食盐 A D A C

课前热身 12青霉产生的青霉素是它的( ) A初级代谢产物 B次级代谢产物 C代谢中间产物 D代谢废物 12青霉产生的青霉素是它的( ) A初级代谢产物 B次级代谢产物 C代谢中间产物 D代谢废物 13在酒精发酵生产过程中，在什么时期适当补充营养物质，及时排出老的培养基，使本时期延长，可以提高产量( ) A调整期 B对数期 C稳定期 D衰亡期 14固体培养基中需要加入琼脂的目的是( ) A为菌体提供碳源 B为菌体提供氮源 C使培养基保持水分 D使培养基凝固 B C D

课前热身 15可以做为微生物氮源的物质是(多选)( ) A甲烷 B尿素 C纤维素 DN2 15可以做为微生物氮源的物质是(多选)( ) A甲烷 B尿素 C纤维素 DN2 16控制大肠杆菌性状的基因存在于(多选)( ) A质粒 B核糖体 C细胞核 D核区 17下列哪项不是原核生物(多选)( ) A结核杆菌 B固氮蓝藻 C噬菌体 D肝炎病毒 BD AD CD

课前热身 二、填空与简答题 1细菌分裂时，细胞增大，DNA复制，接着细胞中部的_________向内生长，形成隔膜，将细胞一分为二。 2不用显微镜也可以鉴定细菌的种类，主要依据是细菌菌落的________。 3假如地球上没有了病菌和腐败细菌。请分析，地球是否就变成一个无灾无难的乐园呢? 4下图是某病毒结构示意图，请填出图中引线所指各部位的名称： 答案：1.细胞膜和细胞壁 2.大小、形状、光泽度、颜色、硬度和透明度等特征 3.不是，人类和其他生物疾病是病菌造成的，还有许多其他致病因素。没有腐败细菌，各种生物的尸体就不能分解，就无法进行物质循环，生物也就无法生存。

课前热身 5在培养某些微生物时，在培养基中必须加入尿素或蛋白胨的主要目的是为了————————————————。 6若培养基只由几种简单的无机盐组成。那么，所培养的微生物的新陈代谢类型是____________。 7用发酵法生产谷氨酸时，发现菌体大量繁殖，而生产的谷氨酸却很少，你认为一般应当采取的措施是什么? _________________________________________________ 8在多种杂菌混合存在时，若要从中分离出金黄色葡萄球菌，应采取的方法是_______________________。 5.提供N源 6.自养型 7.调整C和N的比例为3∶1，此时菌体繁殖受抵制，谷氨酸合成会大大增加。 8.在培养基中加入高浓度的食盐

课前热身 9在乳制品的卫生检验中，若在培养基里加入了伊红和美蓝，生长出来的菌落呈深紫色，带有金属光泽。这种细菌可能是___________。 10微生物与其他生物相比，表面积与体积的比值很大，有利于它与外界环境的____________，所以它的代谢也比一般生物异常旺盛。 11当培养基中同时存在葡萄糖和乳糖时，大肠杆菌只能利用葡萄糖，葡萄糖完全被消耗，而培养基中只剩下乳糖的时候，大肠杆菌才开始利用乳糖作为碳源和能源。请分析主要原因是什么? _________________________________ 12微生物在环境中某些因素的作用下，产生诱导酶的生物学意义是什么? 9.大肠杆菌 10.物质交换 11.大肠杆菌分解葡萄糖时的酶属于(组成酶，分解乳糖的酶属于诱导酶。当葡萄糖被完全分解以后，培养基剩下的乳糖诱导大肠杆菌产生乳糖酸，并开始分解乳糖。 12.保证微生物在代谢中对物质和能源的需要，减少浪费，提高了对环境的适应能力。

能力、思维、方法 【例1】下列有关细菌繁殖的叙述，正确的是( ) A细菌通过有丝分裂进行分裂生殖 B分裂生殖时DNA随机分配 【例1】下列有关细菌繁殖的叙述，正确的是( ) A细菌通过有丝分裂进行分裂生殖 B分裂生殖时DNA随机分配 C分裂生殖时细胞质平均分配 D分裂生殖时DNA复制后分配 【答案】D 【解析】解答此题需从如下几方面入手分析：首先细菌的繁殖是二分裂，但它是原核细胞，不具染色体，所以不应是有丝分裂：第二，细菌在分裂时DNA分子复制，细胞中的细胞膜和细胞壁向内生长形成隔膜，将细胞质分成两半，所以细胞质是随机分配，而DNA是复制后平均分配。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是将DNA在分裂中的分配错认为是随机的。排除障碍的方法是： ①明确细菌是原核生物，分裂中无染色体和纺锤丝的出现，所以不是有丝分裂。 ②要清楚分裂时细胞的DNA要复制后平均分配，使分裂后的子细胞能得到亲代细胞的一整套遗传物质，从而保证性状的稳定遗传。

能力、思维、方法 【例2】(2000·上海)下列4种生物中，哪一种生物的细胞结构与其他3种生物的细胞有明显区别( ) 【例2】(2000·上海)下列4种生物中，哪一种生物的细胞结构与其他3种生物的细胞有明显区别( ) (A)酵母菌 (B)乳酸菌 (C)青霉菌 (D)蘑菇 【答案】(B) 【解析】原核生物的细胞无成形的细胞核，而真核生物的细胞有成形的细胞核。原核生物主要包括细菌和蓝藻两大类群，在题目中给出的4个选项中，乳酸菌属于细菌，其他都属于真核生物。

能力、思维、方法 【例3】细菌抗药性基因存在于( ) A核区的DNA BRNA C质粒 D小的直线型DNA 【答案】C 【例3】细菌抗药性基因存在于( ) A核区的DNA BRNA C质粒 D小的直线型DNA 【答案】C 【解析】解答此题需从如下几方面入手分析：首先细菌的遗传物质是DNA，包括核区的大型环状DNA和细胞质中的质粒，其中大型环状的DNA控制细菌的主要遗传性状；第二，细菌的抗药性不是细菌的主要性状，也不是所有的细菌都有的性状。因此，它的基因不在大型环状DNA上，应存在于质粒上，质粒与细菌的抗药性、固氮、抗生素有关。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是混淆质粒的DNA与核区的DNA所控制的性状的类型。 排除障碍的方法是： 要清楚质粒是很小的环状DNA，上有几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状，而细菌的主要性状是由核区的DNA控制的。

能力、思维、方法 【例4】关于病毒增殖的叙述中，正确的是( ) A病毒侵入宿主细胞后，合成一种蛋白质 B病毒的繁殖只在宿主的活细胞中进行 【例4】关于病毒增殖的叙述中，正确的是( ) A病毒侵入宿主细胞后，合成一种蛋白质 B病毒的繁殖只在宿主的活细胞中进行 C病毒繁殖时以核衣壳为单位 D在普通的培养基上能培养病毒 【答案】B 【解析】解答此题需从如下几方面入手分析：首先病毒是营寄生方式生活，必须生活在活的细胞内，不能独立生活，所以在普通的培养基上不能生活。第二，繁殖时，病毒的核酸进入宿主细胞，利用细菌的成分合成子代个体，除了核衣壳，还应包括该病毒的基他结构，而蛋白质不只是一种，应该是多种。包括多种结构蛋白质及物质合成时所需的多种酶。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是病毒的营养方式的确定及繁殖中个体形成的特点不清楚。 排除障碍的方法是： ①理解病毒无细胞结构，不能独立生活，必须在活的细胞中才能生活，属寄生。 ②理解在宿主细胞中繁殖出的是子代个体，而不仅是核衣壳，病毒结构蛋白有多种，形成的蛋白质种类应是多种。

能力、思维、方法 【例5】(1998·上海)将10mL酵母液放在适宜的温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH值，结果如下表，请分析回答： 1210 482 / 820 543 /1210 374 / 1000 50 (1)表中样品的取样先后顺序是； (2)对酵母菌而言，10mL该培养液的环境负荷量为个； (3)若第五次均匀取样时，样品中的酵母菌数量为760个/mm3，产生这一结果的原因是。 【答案】 (1)2、4、1、3 (2)121×107 (3)培养液中的营养物质不断被消耗，部分酵母菌因营养缺乏而死亡并解体 样品 酵母菌数量(个/mm-3) pH值1 1 1210 4.8 2 820 5.4 3 3.7 4 1000 5.0

能力、思维、方法 【解析】由于酵母菌的呼吸作用生成CO2溶于水形成H2CO3，再解离产生H+，溶液的pH值将逐步降低，因此取样的顺序为2、4、1、3。根据4次取样中酵母菌的数量先增后减，以1210个/mm3为最大值，因此10mL该培养液对酵母菌的环境负荷量为121×107个。导致酵母菌数量减少的原因是培养液中营养物质不断被消耗，部分酵母因缺少营养而死亡并解体，即随时间的推移，环境的负载能力在逐渐下降。

能力、思维、方法 【例6】可以作为自养微生物氮源的是( ) AN2、尿素 B牛肉膏、蛋白胨 C尿素、酵母粉 D铵盐、硝酸盐 【例6】可以作为自养微生物氮源的是( ) AN2、尿素 B牛肉膏、蛋白胨 C尿素、酵母粉 D铵盐、硝酸盐 【答案】D 【解析】解答此题需从如下几方面入手分析：首先自养微生物能把从外界吸收的无机物转变成有机物，因此不需要专门提供有机碳源和氮源；第二，分析各选项，N2只有固氮微生物才能利用，自养微生物没有固氮能力，而牛肉膏、蛋白胨及酵母粉是含N的有机物，既能提供碳源又能提供氮源，而自养微生物不需要，而铵盐、硝酸盐是最常用的无机氮源，对自养微生物适宜。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是各种氮源在不同种类微生物中的利用及自养微生物与固氮微生物相混淆。排除障碍的方法是： ①明确自养微生物从外界吸收的是无机物，包括无机碳源和无机氮源。 ②分析固氮微生物代谢特点，固氮微生物虽能直接利用N2还原为NH3，但它属于异养微生物。

能力、思维、方法 【例7】以下能正确说明酶活性调节的是( ) A只要一种代谢产物积累，酶活性就下降 【例7】以下能正确说明酶活性调节的是( ) A只要一种代谢产物积累，酶活性就下降 B代谢产物将使直接形成此化合物的酶活性下降 C细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对酶活性的抑制 D控制生产条件是人们对酶活性调节的惟一手段 【答案】C 【解析】解答此题需从如下几方面入手分析：首先酶活性调节主要是代谢过程中产生的物质与酶结合，使酶结构变化而导致酶活性改变，因此，代谢产物将会影响酶的活性，但不一定是对直接形成此化合物的酶有影响，而且也不一定是一种代谢产物积累，酶活性就下降(如黄色短轩菌生产赖氨酸过程)；第二，微生物一般不会积累大量的代谢产物，生产中要积累代谢产物，可采取一定手段改变细胞膜的透性，及时将代谢产物排出便可减少对酶活性的抑制；第三，对酶活性调节的措施除控制生产条件外，还可改变微生物的遗传特性。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是代谢产物如何影响酶活性的调节。 排除障碍的方法是： 清楚代谢产物在不同的发酵过程中影响酶活性的表现不完全相同，有的可直接影响形成此化合物的酶活性，有的不能。

能力、思维、方法 【例8】利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的最适原料和产生酒精的阶段要控制的必要条件是( ) A玉米粉和有氧 【例8】利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的最适原料和产生酒精的阶段要控制的必要条件是( ) A玉米粉和有氧 B大豆粉和有氧 C玉米粉和无氧 D大豆粉和无氧 【答案】C 【解析】解答此题需从如下两方面入手分析：首先酵母菌的代谢类型是兼性厌氧异养型，发酵生产酒精要在无氧的条件下进行；第二，酒精是葡萄糖无氧发酵形成的，玉米粉与大豆粉相比较，玉米粉含有丰富的糖类，而大豆粉含蛋白质较多，因此玉米粉作原料适于酒精的产生。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是氧气在酵母菌发酵中所起的作用不清，排除此障碍的方法是： 要清楚酵母菌是兼性厌氧，有氧时促进个体的生长繁殖，使数目增多，无氧时进行无氧发酵形成酒精。

能力、思维、方法 【答案】B 【例9】温度对发酵过程的影响，不正确的是( ) A温度过高，发酵周期缩短，产量降低 【例9】温度对发酵过程的影响，不正确的是( ) A温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B温度不影响生物合成的途径 C温度能影响菌种对营养物质的吸收 D菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同 【答案】B 【解析】解答此题需从如下两方面入手分析：首先发酵过程需要适宜的温度，如果温度过高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期就会缩短，产量也会降低；第二，温度能影响生物合成的途径，这是因为生物合成过程需要酶，不同酶的活性与温度有关；第三，菌种吸收营养物质时多数是主动运输，需呼吸作用提供能量，这与温度有关；第四，菌体生长和产物合成，需体内旺盛的代谢作基础，而用于生长繁殖和代谢产物生成的酶不同，因此所需的最适宜的温度也不一定相同。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是温度对发酵过程影响的具体表现不清楚。排除障碍的方法是： ①认真分析几个发酵例子，认识温度对微生物的影响是多方面的，如生长、繁殖、代谢等等。 ②明确温度影响酶的活性，只有适宜的温度，才能保证微生物的各种生命活动。

延伸、拓展 【例10】下图中的曲线1～4是在W、X、Y、Z四种条件下细菌种群的生长曲线，这四种条件是： 以下哪项的生长条件和生长曲线的配对是正确的( ) 123 4 AWXYZ BXYZW CYZWX DYXZW EXYWZ C

延伸、拓展 【例11】关于单细胞蛋白叙述正确的是( ) A是从微生物细胞中提取的蛋白质 B通过发酵生产的微生物菌体 【例11】关于单细胞蛋白叙述正确的是( ) A是从微生物细胞中提取的蛋白质 B通过发酵生产的微生物菌体 C是微生物细胞分泌的抗生素 D单细胞蛋白不能作为食品 【答案】B 【解析】解答此题需从如下两方面入手分析：首先单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液、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，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；第二，单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。 【错解分析】此题容易出现的思维障碍是对单细胞蛋白的概念的理解不清，易受表面文字的迷惑。排除障碍的方法是： 明确单细胞蛋白是指微生物的菌体，它是通过发酵形成的。

延伸、拓展 【例12】酵母菌是一种与人类十分密切的微生物，这与其生理特点密切相关。 (1)啤酒的风味主要取决于所采用的酵母菌株。某酒厂的菌株使用了30多年，繁殖了三千余代，风味不减当年。其主要原因是_________。 (2)酿制甜酒时，总是先来“水”，后来“酒”。其原因是_______。从这一点上看，酵母菌的异化作用特点是________。 (3)糯米饭酿制成甜酒后，其重量__________，原因是__________-。 【答案】见解析。 【解析】这是一道联系社会生活的解析题，考查学生运用基本理论分析解决实际问题的能力。具体解析如下： (1)酵母菌株出芽生殖，进行有丝分裂。因此，在繁殖过程中遗传物质能保持稳定，所以其风味不减。 (2)在酿酒过程中，首先酵母菌利用有机物和氧气进行有氧呼吸产生水，随着氧气的不断减少，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。所以先“水”后“酒”。从这一点上看，酵母菌的异化类型为兼性厌氧型，特点是无氧呼吸在有氧条件下受到抑制。 (3)当糯米饭酿制成甜酒后，由于酵母菌消耗了大量的有机物，产生了CO2，因此重量会减轻。

延伸、拓展 【例13】为了检测饮用水中是否会有某种细菌，配制如下培育基进行培养： (1)该培养基所含的碳源有____，其功能是____。 (2)该培养基所含的氮源有________，其功能是______-。 (3)该培养基除含碳源、氮源外，还有微生物需要的营养物质是_____。 (4)该细菌在同化作用上的代谢类型是__________型。 (5)该培养基可用来鉴别哪种细菌( ) (A)霉菌(B)酵母菌 (C)大肠杆菌(D)乳酸菌 蛋白胨 10g 乳糖 5g 蔗糖 K2HPO4 2g 伊红 0.4g 美蓝 0.065g 蒸馏水 1000ml 将pH调到72 【答案】(1)乳糖、蔗糖、蛋白胨主要用于构成微生物的细胞物质和代谢产物(2)蛋白胨主要用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物(3)水、无机盐(或K2HPO4)(4)异养(5)C