幻灯片 1小专题四
微生物的类群、
营养与代谢(含生物固氮)
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幻灯片 2核心考点整合
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幻灯片 3考点整合一：细菌的结构和繁殖
1．微生物
(1)定义：人们把形体微小、结构简单、通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。
(2)种类：包括病毒界、原核生物界、真菌界、原生生物界的生物。
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幻灯片 42．细菌的结构和繁殖
(1)细菌的结构
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幻灯片 5----
幻灯片 6(2)细菌的繁殖：主要以二分裂的方式进行繁殖。
(3)菌落
①概念：当单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，形成的具有一定形态结构的子细胞群体，叫做菌落。
②特征：不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征。
③应用：可以作为菌种鉴定的依据。
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幻灯片 7特别提醒：
1．真菌中的蘑菇、银耳、木耳等大型食用真菌，虽然个体较大，但仍属于微生物。
2．青霉素对细菌的作用
青霉素能抑制细菌细胞壁的合成，导致细菌细胞破裂死亡，但是对真菌细胞壁的合成没有影响。因此，可用含青霉素的培养基分离出同细菌混杂在一起的真菌。
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幻灯片 83．细胞器与微生物生理的关系
(1)能合成蛋白质的细胞中一定含有核糖体，因此，细菌体内含有核糖体(惟一的细胞器)；
(2)能进行光合作用的生物细胞内不一定含有叶绿体(光合细菌能进行光合作用，但不含叶绿体)；
(3)能进行有氧呼吸的生物，细胞内不一定含有线粒体(好氧型细菌可进行有氧呼吸)。
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幻灯片 94．细菌的质粒
细菌的质粒是一个小型的环状DNA分子，上面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。基因工程中常用细菌的质粒作为运载体。
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幻灯片 105．微生物类群不同角度的分类比较
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幻灯片 12【典例1】 下列有关生物甲和乙的说法正确的是( )
A．1和6的化学组成相同
B．3和5可以作为基因工程中基因的运载体
C．2和5的化学组成相同
D．甲的遗传信息位于2和3上，乙的遗传信息位于4和5上
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幻灯片 13 [解析] 生物甲为细菌，乙为病毒。1为细胞壁，其主要成分为肽聚糖；2为拟核、3为质粒，二者的化学成分为DNA；4为衣壳，成分为蛋白质；5为核酸，成分为DNA或RNA；6为囊膜，由蛋白质、多糖和脂类构成。
[答案] B
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幻灯片 14【互动探究1】 下列有关微生物的叙述，不正确的是( )
A．痢疾杆菌的抗药基因、圆褐固氮菌的固氮基因位于质 粒上
B.根瘤菌和圆褐固氮菌都是异养需氧型生物
C．乳酸菌和硝化细菌细胞内都不含线粒体，因此只能进行无氧呼吸
D．细菌与酵母菌相比，在细胞结构上的显著区别是没有由核膜包围的细胞核
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幻灯片 15 [解析] 细菌的抗药性、固氮、抗生素的生成等性状受质粒上的基因控制。圆褐固氮菌属于自生固氮菌，但不是自养生物，它依靠分解土壤中的有机物获取能量，从而进行固氮。硝化细菌体内虽然没有线粒体，但是具有有氧呼吸酶系统，因此可以进行有氧呼吸。酵母菌为真核细胞，具有细胞核。
[答案] C
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幻灯片 16考点整合二：微生物的营养
1．微生物需要的营养物质及功能
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幻灯片 182.培养基的配制原则
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幻灯片 193.培养基的种类
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幻灯片 20总结提升
1．微生物、动物、植物所需营养物质的比较
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幻灯片 222.微生物的营养类型
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幻灯片 233.常见微生物分离及应用的实验设计
(1)利用选择培养基设计实验分离纯化微生物。
①真菌：用含青霉素的培养基分离。
②金黄色葡萄球菌：用含高浓度食盐水的培养基分离。
③固氮微生物：用无氮培养基分离。
④自养型微生物：用含无机碳源的培养基分离。
⑤光合细菌：用含无机碳源的培养基在无氧而有光照的环境中分离。
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幻灯片 24⑥厌氧型和兼性厌氧型微生物：用普通培养基在无氧条件下分离。
⑦乳酸菌：用乳酸含量较高，pH较低的普通培养基分离。
⑧大肠杆菌：用伊红和美蓝培养基分离。
⑨假单胞杆菌：用石油作为惟一碳源的培养基分离。
(2)利用鉴别培养基检验自来水中的大肠杆菌是否超标。
(3)探究微生物生长所必需的生长因子种类。
把需要研究的微生物培养在基本培养基上，然后在部分培养基中添加某物质后观察是否可以正常生长。
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幻灯片 25【典例2】 (·广西调研)甲、乙、丙是三种微生物，下表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在Ⅲ中正常生长繁殖；甲能在Ⅰ中正常生长繁殖，而乙和丙都不能；乙能在Ⅱ中正常生长繁殖，甲、丙都不能。下列说法正确的是( )
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幻灯片 27A.甲、乙、丙都是异养微生物
B．甲、乙都是自养微生物，丙是异养微生物
C．甲是固氮微生物，乙是自养微生物，丙是异养微生物
D．甲是异养微生物，乙是固氮微生物，丙是自养微生物
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幻灯片 28 [解析] 碳源、氮源、水、无机盐是任何一种微生物正常生长所必需的营养物质，培养基Ⅰ中不含氮源，说明只有固氮微生物在该培养基上生长；培养基Ⅱ中不含有机碳源，说明只有自养微生物能在该培养基上生长。
[答案] C
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幻灯片 29【互动探究2】 (·福建质检)下表是为培养某类微生物而配制的培养基的成分组成，有关叙述正确的是( )
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幻灯片 30A.该培养基从物理性质来看，属于固体培养基
B．运用上述培养基可以培养自养型微生物
C．运用此培养基可以成功地进行植物无土栽培
D．该培养基中NH4HCO3只提供氮源
[解析] 该培养基上没有现成的有机物，但C源、N源、生长因子、水、无机盐都有，只能培养自养型微生物。培养基中未加琼脂，应为液体培养基。此配方中植物所必需的矿质元素不齐全。NH4HCO3也可以做碳源。
[答案] B
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幻灯片 31考点整合三：微生物的代谢
1．微生物代谢的概念和特点
(1)概念：微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部化学反应。
(2)特点：由于微生物表面积与体积的比很大，因此微生物的代谢异常旺盛，能够迅速与外界环境进行物质交换。
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幻灯片 322．微生物的代谢产物
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幻灯片 333.微生物代谢的调节
(1)酶合成的调节
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幻灯片 35(2)酶活性的调节
①通过改变已有酶分子结构来改变酶催化活性，从而调节代谢速率，属于变构调节，反馈调节，具有可逆性。
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幻灯片 36②调节酶活性的物质是酶所催化的化学反应的产物，可以是酶的直接催化反应产物，如谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的调节；也可以是间接产物，如苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶活性的调节。
③对一种酶活性调节可以是一种产物起作用，也可以是两种产物共同起作用。
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幻灯片 374．微生物代谢的人工控制
(1)目的：最大限度地积累对人类有用的代谢产物。
(2)措施
①改变微生物的遗传特性(诱变、重组、改变膜的透性等，属于内因控制)；
②控制生产过程中的各种条件(如温度、pH、O2等，属于外因控制)。
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幻灯片 38----
幻灯片 395.发酵
(1)概念：通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。
(2)种类
①根据培养基的物理状态，分为固体发酵和液体发酵。
②根据所生成的产物，分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等。
③根据发酵过程对氧的需求情况，分为厌氧发酵和需氧发酵。
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幻灯片 40归纳总结：
1．(诱导)酶合成的调节和酶活性的调节的比较
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幻灯片 41----
幻灯片 422.组成酶与诱导酶的关系
组成酶与诱导酶是两个相对的概念，一种酶在某种微生物体内是组成酶，在另一种微生物体内可能是诱导酶。组成酶和诱导酶都是胞内酶，同种微生物在不同环境中产生的组成酶相同，诱导酶不同。
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幻灯片 43【典例3】 (·安徽理综)大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成β－半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用。将大肠杆菌培养在含葡萄糖和乳糖的培养基中，测定其细胞总数及细胞内β－半乳糖苷酶的活性变化(如图)。据图分析，下列叙述合理的是( )
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幻灯片 44----
幻灯片 45A．0～50 min，细胞内无β－半乳糖苷酶基因
B．50～100 min，细胞内无分解葡萄糖的酶
C．培养基中葡萄糖和乳糖同时存在时，β－半乳糖苷酶基因开始表达
D．培养基中葡萄糖缺乏时，β－半乳糖苷酶基因开始表达
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幻灯片 46 [解析] 图中曲线变化表明：0～50 min期间，细胞数目一直在增加，50 min后一段时间后，细胞数目不变，之后，β－半乳糖苷酶才表现出生物活性，将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖，细胞数目继续增加。因而可确定分解葡萄糖的酶一直存在，分解乳糖的酶(β－半乳糖苷酶)在葡萄糖缺乏时才开始合成。酶的合成受基因控制，β－半乳糖苷酶基因一直存在。
[答案] D
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幻灯片 47[点拨] 此题考查学生获取信息的能力，中等难度，属于考纲获取信息能力层次。解决本题的关键是考生能从图中准确提取信息，进而作出正确判断。
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幻灯片 48【互动探究3】 某种细菌合成某种氨基酸的代谢调节示意图如下，甲、乙、丙、丁表示合成氨基酸的前体物质，①②代表代谢的调节方式，③④代表生理过程。下列说法正确的是( )
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幻灯片 49A．调节方式①属于酶合成的调节，酶Ⅰ是组成酶
B．调节方式②属于酶活性的调节，氨基酸M能使酶Ⅱ的结构发生改变
C．过程③④分别发生在该生物的细胞核、细胞质中
D．调节方式①比②快速而精细
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幻灯片 50 [解析] 本题综合考查了组成酶、诱导酶的区分，以及代谢调节方式的判断。①属于酶合成的调节(底物诱发基因表达，产生酶Ⅰ)，酶Ⅰ属于诱导酶；②属于酶活性的调节(产物作用于酶Ⅱ，与酶Ⅱ结合使其结构发生改变，必致其活性改变)，该调节是一种快速、精细的调节方式。题目中明确指出该图为细菌代谢调节示意图，而细菌的转录发生于拟核而不是细胞核。
[答案] B
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幻灯片 51考点整合四：生物固氮
1．生物固氮的概念
固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。
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幻灯片 522．固氮微生物的类型
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幻灯片 53方法突破：
1．对固氮微生物的认识和理解
(1)从细胞类型看：均为原核生物，包括固氮细菌、固氮蓝藻及固氮放线菌等。
(2)从代谢的同化类型看：有些固氮微生物为自养型如蓝藻，有些则为异养型如根瘤菌、圆褐固氮菌等。
(3)从代谢的异化类型看：大多数固氮微生物为需氧型，如根瘤菌、圆褐固氮菌等，而有些则为厌氧型。
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幻灯片 54 (4)从生态学角度看：有些固氮微生物必须与其他生物共生时才能固氮，而且其共生生物有时具专一性，如根瘤菌只能与豆科植物共生，而有些固氮微生物则可自行独立固氮，与其他生物无依存关系，如圆褐固氮菌。
(5)从生态系统成分看：根瘤菌是消费者，圆褐固氮菌是分解者。
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幻灯片 552．根瘤和根瘤菌
根瘤是根内部的一些薄壁细胞受到根瘤菌分泌物的刺激，不断进行细胞分裂，从而使该处的组织逐渐膨大，形成的瘤状结构。根瘤菌是形成根瘤的微生物，只有在根瘤内根瘤菌才能固氮，分布在土壤中的根瘤菌不能固氮。
3．自生不等于自养、共生不等于异养
自生固氮微生物大多为异养型，如巴氏梭菌、圆褐固氮菌。共生固氮微生物也有自养的，如与满江红共生的某种蓝藻(鱼腥藻)即为自养型。
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幻灯片 56【典例4】 圆褐固氮菌和根瘤菌的共同特点是( )
①都是异养生物 ②都能分泌生长素 ③都能将氮还原为氨 ④都能够与大豆共生 ⑤都是原核生物
A．①③⑤ B．②③⑤
C．①④⑤ D．②④⑤
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幻灯片 57 [解析] 本题主要考查了两种固氮微生物的代谢等相关知识。圆褐固氮菌和根瘤菌都是异养生物；圆褐固氮菌能分泌生长素而根瘤菌不能分泌生长素；圆褐固氮菌和根瘤菌都为固氮菌，都能将氮还原为氨；根瘤菌能够与大豆共生而圆褐固氮菌为自生固氮微生物；圆褐固氮菌和根瘤菌都为细菌，属于原核生物。
[答案] A
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幻灯片 58[规律总结] 对于组合选择题，可采用排除法进行解答。如上题中，能肯定“④都能够与大豆共生”是错误的，那么，就可以排除包含了“④”的C、D两项，如果能肯定“①都是异养生物”正确，那么，正确答案一定包含了“①”的选项中。
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幻灯片 59【互动探究4】 下列有关生物固氮的叙述，正确的是( )
A．生物固氮是大气中的氮进入生物群落中的惟一途径
B．根瘤菌可从根瘤中直接获得，难以用无氮培养基筛选到
C．若能将大豆的固氮基因转移到小麦，将大大减少小麦的栽培成本
D．根瘤菌的有机物全部来自豆科植物，豆科植物的氮营养全部来自根瘤菌
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幻灯片 60 [解析] 大气中的氮进入生物群落有三种方式，即生物固氮、高能固氮和工业固氮，生物固氮不是惟一途径；根瘤菌是共生固氮菌，在无氮培养基中不能生长；大豆无固氮基因，其氮源主要是来自与其共生的根瘤菌所固定的氮素；豆科植物的氮营养不是全部来自根瘤菌，应该是大多数来自根瘤菌。
[答案] B
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幻灯片 61高考链接
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幻灯片 621.(·北京理综)下列对生物细胞代谢活动的描述，不正确的是( )
A．大肠杆菌在拟核区转录信使RNA
B．乳酸杆菌在细胞质基质中产生乳酸
C．衣藻进行光合作用的场所是叶绿体
D．酵母菌的高尔基体负责合成蛋白质
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幻灯片 63解析：本题主要考查生物细胞代谢活动的相关知识。A项，大肠杆菌属于原核生物，由原核细胞构成，原核细胞没有成形的细胞核，转录发生在拟核区；B项，乳酸属于无氧呼吸的产物，无氧呼吸的场所是细胞质基质；C项，衣藻属于单细胞低等植物(真核生物)，因而光合作用的场所是叶绿体；D项，酵母菌属于真核生物中的真菌类，其蛋白质合成的场所是核糖体，不是高尔基体。
答案：D
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幻灯片 642．(·全国Ⅱ)某种细菌体内某氨基酸(X)的生物合成途径如图：
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幻灯片 65这种细菌的野生型能在基本培养基(满足野生型细菌生长的简单培养基)上生长，而由该种细菌野生型得到的两种突变型(甲、乙)都不能在基本培养基上生长；在基本培养基上若添加中间产物2，则甲、乙都能生长；若添加中间产物1，则乙能生长而甲不能生长。在基本培养基上添加少量的X，甲能积累中间产物1，而乙不能积累。请回答：
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幻灯片 66 (1)根据上述资料可推论：甲中酶________的功能丧失；乙中酶________的功能丧失，甲和乙中酶________的功能都正常。由野生型产生甲、乙这两种突变型的原因是野生型的________(同一、不同)菌体中的不同________发生了突变，从而导致不同酶的功能丧失。如果想在基本培养基上添加少量的X来生产中间产物1，则应选用________(野生型、甲、乙)。
b
a
c
不同
基因
甲
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幻灯片 67 (2)将甲、乙混合接种于基本培养基上能长出少量菌落，再将这些菌落单个挑出分别接种在基本培养基上都不能生长。上述混合培养时乙首先形成菌落，其原因是_________________________________________________________________________。 (3)在发酵过程中，菌体中X含量过高时，其合成速率下降。若要保持其合成速率，可采取的措施是改变菌体细胞膜的________，使X排出菌体外。
甲产生的中间产物1供给乙，使乙能够合成X，保证自身生长产生菌落(其他合理答案也给分)
通透性
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幻灯片 68解析：(1)在基本培养基上添加中间产物2，甲、乙突变型均能正常生长，说明甲、乙突变型中酶c的功能均正常。若添加中间产物1，乙能生长而甲不能生长，说明甲中酶b功能丧失，而在基本培养上添加少量的X，甲能积累中间产物，而乙不能积累，说明乙中酶a功能丧失。这是不同菌体中不同的基因发生突变的结果。因甲中酶a功能正常而酶b功能丧失，故基本培养基中添加少量X，甲能正常生长，并且能将底物催化形成中间产物1。
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幻灯片 69(2)乙可以利用甲代谢产生的中间产物1正常生长，而甲可利用乙产生的中间产物2或X，而乙产生的中间产物2和X需在满足乙自身代谢需要后才能排出到细胞外被甲利用，故混合培养时乙首先形成菌落。
(3)菌体中X含量过高时，X可以通过抑制相关酶的活性而使其合成速率下降，此时可采取相应措施增大膜通透性，使X快速排出细胞，而解除酶活性抑制现象，从而保持其合成速率。
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