1、小專題四微生物的類群、營養與代謝(含生物固氮)考點整合一：細菌的結構和繁殖1微生物(1)定義：人們把形體微小、結構簡單、通常要用光學顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統稱為微生物。(2)種類：包括病毒界、原核生物界、真菌界、原生生物界的生物。2細菌的結構和繁殖(1)細菌的結構結構名稱主要成分及作用基本結構細胞壁主要成分是肽聚糖，保護細胞和維持細胞形狀細胞膜蛋白質分子和磷脂分子細胞質膠狀物，內有核糖體、質粒和一些貯藏性顆粒擬核一個大型環狀的雙鏈DNA分子，控制著細菌的主要遺傳性狀特殊結構莢膜有保護細菌的作用，一般是由水、多糖或多肽組成芽孢某些細菌在體內形成的一個能抵抗外界不良環境條件的休眠體鞭

2、毛運動功能(2)細菌的繁殖：主要以二分裂的方式進行繁殖。(3)菌落概念：當單個或少數細菌在固體培養基上大量繁殖時，形成的具有一定形態結構的子細胞群體，叫做菌落。特征：不同種類的細菌所形成的菌落，在大小、形狀、光澤度、顏色、硬度、透明度等方面具有一定的特征。應用：可以作為菌種鑒定的依據。特別提醒：1真菌中的蘑菇、銀耳、木耳等大型食用真菌，雖然個體較大，但仍屬于微生物。2青霉素對細菌的作用青霉素能抑制細菌細胞壁的合成，導致細菌細胞破裂死亡，但是對真菌細胞壁的合成沒有影響。因此，可用含青霉素的培養基分離出同細菌混雜在一起的真菌。3細胞器與微生物生理的關系(1)能合成蛋白質的細胞中一定含有核糖體，因此

3、，細菌體內含有核糖體(惟一的細胞器)；(2)能進行光合作用的生物細胞內不一定含有葉綠體(光合細菌能進行光合作用，但不含葉綠體)；(3)能進行有氧呼吸的生物，細胞內不一定含有線粒體(好氧型細菌可進行有氧呼吸)。4細菌的質粒細菌的質粒是一個小型的環狀DNA分子，上面有幾個到幾百個基因，控制著細菌的抗藥性、固氮、抗生素生成等性狀。基因工程中常用細菌的質粒作為運載體。5微生物類群不同角度的分類比較分類依據種類舉例按結構復雜程度非細胞結構的生物病毒原核生物細菌、放線菌、藍藻、支原體等真核生物真菌類和原生生物類等按同化作用類型自養型硝化細菌、藍藻、鐵細菌等異養型腐生型大多數細菌、放線菌、真菌等寄生型病毒、

4、胞內寄生菌等在生態系統中的成分生產者硝化細菌、藍藻、衣藻等消費者根瘤菌、寄生菌等分解者營腐生的細菌、放線菌、真菌等【典例1】下列有關生物甲和乙的說法正確的是()A1和6的化學組成相同B3和5可以作為基因工程中基因的運載體C2和5的化學組成相同D甲的遺傳信息位于2和3上，乙的遺傳信息位于4和5上 解析生物甲為細菌，乙為病毒。1為細胞壁，其主要成分為肽聚糖；2為擬核、3為質粒，二者的化學成分為DNA；4為衣殼，成分為蛋白質；5為核酸，成分為DNA或RNA；6為囊膜，由蛋白質、多糖和脂類構成。答案B【互動探究1】下列有關微生物的敘述，不正確的是()A痢疾桿菌的抗藥基因、圓褐固氮菌的固氮基因位于質粒上

5、 B.根瘤菌和圓褐固氮菌都是異養需氧型生物C乳酸菌和硝化細菌細胞內都不含線粒體，因此只能進行無氧呼吸D細菌與酵母菌相比，在細胞結構上的顯著區別是沒有由核膜包圍的細胞核 解析細菌的抗藥性、固氮、抗生素的生成等性狀受質粒上的基因控制。圓褐固氮菌屬于自生固氮菌，但不是自養生物，它依靠分解土壤中的有機物獲取能量，從而進行固氮。硝化細菌體內雖然沒有線粒體，但是具有有氧呼吸酶系統，因此可以進行有氧呼吸。酵母菌為真核細胞，具有細胞核。答案C考點整合二：微生物的營養1微生物需要的營養物質及功能營養物質定義作用主要來源碳源凡能提供所需碳元素的營養物質用于合成微生物的細胞物質和一些代謝產物、能源葡萄糖、CO2、N

6、aHCO3、脂肪酸、花生粉餅、石油等氮源凡能提供所需氮元素的營養物質合成蛋白質、核酸及含氮產物銨鹽、硝酸鹽、分子態氮、氨、尿素、牛肉膏、蛋白胨等生長因子生長不可缺少的微量有機物組成酶、核酸的成分維生素、堿基、氨基酸、酵母膏、蛋白胨、動植物組織提取液等水和無機鹽(略)(略)(略)2.培養基的配制原則原則基本內容舉例目的要明確根據所培養的微生物的種類、培養目的等選擇原料自養型微生物的培養基可由簡單的無機物組成營養要協調注意各種營養物質的濃度和比例谷氨酸生產中，CN41時，菌體大量繁殖；CN31時，谷氨酸合成量大增pH要適宜各種微生物適宜生長的pH范圍不同細菌的最適pH為6.57.5放線菌的最適pH

7、為7.58.5真菌的最適pH為5.06.03.培養基的種類依據種類加入的特殊成分用途物理性質固體培養基加入凝固劑用于微生物的分離、計數等半固體培養基加少量凝固劑觀察微生物的運動、鑒定菌種等液體培養基不加凝固劑用于工業生產化學性質天然培養基根據需要加用于工業生產合成培養基根據需要加用于微生物的分類、鑒定等用途選擇培養基加某種化學物質分離所需微生物鑒別培養基加一定的指示劑或化學藥品鑒別不同微生物總結提升1微生物、動物、植物所需營養物質的比較項目動物(異養)微生物綠色植物(自養)異養自養碳源糖類、脂肪糖、醇、有機酸等二氧化碳、碳酸鹽等二氧化碳、碳酸鹽氮源蛋白質或其降解產物蛋白質或其降解產物、有機氮化

8、物、無機氮化物、氮無機氮化物無機氮化物能源與碳源同與碳源同氧化無機物或利用光能利用光能生長因子維生素一部分需要維生素等生長因子不需要不需要無機鹽無機鹽無機鹽無機鹽無機鹽水分水水水水2.微生物的營養類型營養類型能源基本碳源實例光能養型自吸收光能，產生ATPCO2或碳酸鹽藍藻、紫硫細菌光能異養型吸收光能，產生ATPCO2及簡單有機物紅螺菌化能自養型氧化H2S、NH3、Fe2等獲得能量CO2硝化細菌、硫細菌、鐵細菌化能異養型分解有機物獲得能量有機物絕大多數細菌、全部真核微生物3.常見微生物分離及應用的實驗設計(1)利用選擇培養基設計實驗分離純化微生物。真菌：用含青霉素的培養基分離。金黃色葡萄球菌：用

9、含高濃度食鹽水的培養基分離。固氮微生物：用無氮培養基分離。自養型微生物：用含無機碳源的培養基分離。光合細菌：用含無機碳源的培養基在無氧而有光照的環境中分離。厭氧型和兼性厭氧型微生物：用普通培養基在無氧條件下分離。乳酸菌：用乳酸含量較高，pH較低的普通培養基分離。大腸桿菌：用伊紅和美藍培養基分離。假單胞桿菌：用石油作為惟一碳源的培養基分離。(2)利用鑒別培養基檢驗自來水中的大腸桿菌是否超標。(3)探究微生物生長所必需的生長因子種類。把需要研究的微生物培養在基本培養基上，然后在部分培養基中添加某物質后觀察是否可以正常生長。【典例2】(2011廣西調研)甲、乙、丙是三種微生物，下表、是用來培養微生物

10、的三種培養基。甲、乙、丙都能在中正常生長繁殖；甲能在中正常生長繁殖，而乙和丙都不能；乙能在中正常生長繁殖，甲、丙都不能。下列說法正確的是()粉狀硫10 gK2HPO44 gFeSO40.5 g蔗糖10 g(NH4)2SO40.4 gH2O100 mLMgSO49.25 gCaCl20.5 gA.甲、乙、丙都是異養微生物B甲、乙都是自養微生物，丙是異養微生物C甲是固氮微生物，乙是自養微生物，丙是異養微生物D甲是異養微生物，乙是固氮微生物，丙是自養微生物 解析碳源、氮源、水、無機鹽是任何一種微生物正常生長所必需的營養物質，培養基中不含氮源，說明只有固氮微生物在該培養基上生長；培養基中不含有機碳源，

11、說明只有自養微生物能在該培養基上生長。答案C【互動探究2】(2011福建質檢)下表是為培養某類微生物而配制的培養基的成分組成，有關敘述正確的是()編號成分含量NH4HCO30.4 gKH2PO44.0 gFeSO40.5 gCaCl20.5 gH2O100 mL維生素少量A.該培養基從物理性質來看，屬于固體培養基B運用上述培養基可以培養自養型微生物C運用此培養基可以成功地進行植物無土栽培D該培養基中NH4HCO3只提供氮源解析該培養基上沒有現成的有機物，但C源、N源、生長因子、水、無機鹽都有，只能培養自養型微生物。培養基中未加瓊脂，應為液體培養基。此配方中植物所必需的礦質元素不齊全。NH4HC

12、O3也可以做碳源。答案B考點整合三：微生物的代謝1微生物代謝的概念和特點(1)概念：微生物的代謝是指微生物細胞內所發生的全部化學反應。(2)特點：由于微生物表面積與體積的比很大，因此微生物的代謝異常旺盛，能夠迅速與外界環境進行物質交換。2微生物的代謝產物產物名稱初級代謝產物次級代謝產物不同點作用生長繁殖所必需對自身無明顯生理作用產生階段一直產生生長到一定階段產生化學結構較簡單十分復雜特異性無有分布細胞內細胞內或外環境中舉例氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等激素、色素、毒素、抗生素等相同點均在微生物細胞的調節下，有步驟產生3.微生物代謝的調節(1)酶合成的調節項目存在合成舉例(大腸桿菌)酶組成

13、酶一直存在只受遺傳物質控制分解葡萄糖的酶誘導酶誘導產生既受遺傳物質控制，又需誘導物誘導分解乳糖的酶意義既保證了代謝的需要，又避免了物質和能量的浪費，增強了微生物對環境的適應能力(2)酶活性的調節通過改變已有酶分子結構來改變酶催化活性，從而調節代謝速率，屬于變構調節，反饋調節，具有可逆性。調節酶活性的物質是酶所催化的化學反應的產物，可以是酶的直接催化反應產物，如谷氨酸對谷氨酸脫氫酶活性的調節；也可以是間接產物，如蘇氨酸和賴氨酸對天冬氨酸激酶活性的調節。對一種酶活性調節可以是一種產物起作用，也可以是兩種產物共同起作用。4微生物代謝的人工控制(1)目的：最大限度地積累對人類有用的代謝產物。(2)措施

14、改變微生物的遺傳特性(誘變、重組、改變膜的透性等，屬于內因控制)；控制生產過程中的各種條件(如溫度、pH、O2等，屬于外因控制)。控制對象控制方式溶氧對需氧型生物要保證氧的供應，厭氧型生物要限制氧氣條件，以通氣量和攪拌速度來控制溶氧pH加酸、加堿或加緩沖液溫度注意降溫，使溫度控制在所培養微生物的最適生長(或生產)溫度5.發酵(1)概念：通過微生物的培養，大量生產各種代謝產物的過程。(2)種類根據培養基的物理狀態，分為固體發酵和液體發酵。根據所生成的產物，分為抗生素發酵、維生素發酵、氨基酸發酵等。根據發酵過程對氧的需求情況，分為厭氧發酵和需氧發酵。歸納總結：1(誘導)酶合成的調節和酶活性的調節的

15、比較項目(誘導)酶合成的調節酶活性的調節區別調節的對象誘導酶組成酶和誘導酶的催化作用調節的機制本質是基因在誘導物的作用下控制酶的合成代謝產物與酶可逆性結合，使酶的結構發生可逆性改變調節的結果細胞內酶的種類增多細胞內酶的活性發生變化調節的特點間接而緩慢直接、精細而迅速調節水平基因水平的調節代謝水平的反饋調節意義既保證代謝需要，又避免物質和能量的浪費，增強適應性避免代謝產物大量積累聯系細胞內兩種調節方式同時存在，密切配合，共同控制代謝的正常進行2.組成酶與誘導酶的關系組成酶與誘導酶是兩個相對的概念，一種酶在某種微生物體內是組成酶，在另一種微生物體內可能是誘導酶。組成酶和誘導酶都是胞內酶，同種微生物

16、在不同環境中產生的組成酶相同，誘導酶不同。【典例3】(2010安徽理綜)大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用。將大腸桿菌培養在含葡萄糖和乳糖的培養基中，測定其細胞總數及細胞內半乳糖苷酶的活性變化(如圖)。據圖分析，下列敘述合理的是()A050 min，細胞內無半乳糖苷酶基因B50100 min，細胞內無分解葡萄糖的酶C培養基中葡萄糖和乳糖同時存在時，半乳糖苷酶基因開始表達D培養基中葡萄糖缺乏時，半乳糖苷酶基因開始表達 解析圖中曲線變化表明：050 min期間，細胞數目一直在增加，50 min后一段時間后，細胞數目不變，之后，半乳糖苷酶才表現出生

17、物活性，將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖，細胞數目繼續增加。因而可確定分解葡萄糖的酶一直存在，分解乳糖的酶(半乳糖苷酶)在葡萄糖缺乏時才開始合成。酶的合成受基因控制，半乳糖苷酶基因一直存在。答案D點撥此題考查學生獲取信息的能力，中等難度，屬于考綱獲取信息能力層次。解決本題的關鍵是考生能從圖中準確提取信息，進而作出正確判斷。 【互動探究3】某種細菌合成某種氨基酸的代謝調節示意圖如下，甲、乙、丙、丁表示合成氨基酸的前體物質，代表代謝的調節方式，代表生理過程。下列說法正確的是()A調節方式屬于酶合成的調節，酶是組成酶B調節方式屬于酶活性的調節，氨基酸M能使酶的結構發生改變C過程分別發生在該生物的細胞核、細

18、胞質中D調節方式比快速而精細 解析本題綜合考查了組成酶、誘導酶的區分，以及代謝調節方式的判斷。屬于酶合成的調節(底物誘發基因表達，產生酶)，酶屬于誘導酶；屬于酶活性的調節(產物作用于酶，與酶結合使其結構發生改變，必致其活性改變)，該調節是一種快速、精細的調節方式。題目中明確指出該圖為細菌代謝調節示意圖，而細菌的轉錄發生于擬核而不是細胞核。答案B考點整合四：生物固氮1生物固氮的概念固氮微生物將大氣中的氮氣還原成氨的過程。2固氮微生物的類型種類舉例與豆科植物的關系代謝類型固氮產物對植物的作用共生固氮微生物根瘤菌共生，具有專一性異養需氧型氨提供氮素自生固氮微生物圓褐固氮菌無異養需氧型氨提供氮素和生長

19、素方法突破：1對固氮微生物的認識和理解(1)從細胞類型看：均為原核生物，包括固氮細菌、固氮藍藻及固氮放線菌等。(2)從代謝的同化類型看：有些固氮微生物為自養型如藍藻，有些則為異養型如根瘤菌、圓褐固氮菌等。(3)從代謝的異化類型看：大多數固氮微生物為需氧型，如根瘤菌、圓褐固氮菌等，而有些則為厭氧型。 (4)從生態學角度看：有些固氮微生物必須與其他生物共生時才能固氮，而且其共生生物有時具專一性，如根瘤菌只能與豆科植物共生，而有些固氮微生物則可自行獨立固氮，與其他生物無依存關系，如圓褐固氮菌。(5)從生態系統成分看：根瘤菌是消費者，圓褐固氮菌是分解者。2根瘤和根瘤菌根瘤是根內部的一些薄壁細胞受到根瘤

20、菌分泌物的刺激，不斷進行細胞分裂，從而使該處的組織逐漸膨大，形成的瘤狀結構。根瘤菌是形成根瘤的微生物，只有在根瘤內根瘤菌才能固氮，分布在土壤中的根瘤菌不能固氮。3自生不等于自養、共生不等于異養自生固氮微生物大多為異養型，如巴氏梭菌、圓褐固氮菌。共生固氮微生物也有自養的，如與滿江紅共生的某種藍藻(魚腥藻)即為自養型。【典例4】圓褐固氮菌和根瘤菌的共同特點是()都是異養生物都能分泌生長素都能將氮還原為氨都能夠與大豆共生都是原核生物A BC D 解析本題主要考查了兩種固氮微生物的代謝等相關知識。圓褐固氮菌和根瘤菌都是異養生物；圓褐固氮菌能分泌生長素而根瘤菌不能分泌生長素；圓褐固氮菌和根瘤菌都為固氮菌

21、，都能將氮還原為氨；根瘤菌能夠與大豆共生而圓褐固氮菌為自生固氮微生物；圓褐固氮菌和根瘤菌都為細菌，屬于原核生物。答案A規律總結對于組合選擇題，可采用排除法進行解答。如上題中，能肯定“都能夠與大豆共生”是錯誤的，那么，就可以排除包含了“”的C、D兩項，如果能肯定“都是異養生物”正確，那么，正確答案一定包含了“”的選項中。 【互動探究4】下列有關生物固氮的敘述，正確的是()A生物固氮是大氣中的氮進入生物群落中的惟一途徑B根瘤菌可從根瘤中直接獲得，難以用無氮培養基篩選到C若能將大豆的固氮基因轉移到小麥，將大大減少小麥的栽培成本D根瘤菌的有機物全部來自豆科植物，豆科植物的氮營養全部來自根瘤菌 解析大氣

22、中的氮進入生物群落有三種方式，即生物固氮、高能固氮和工業固氮，生物固氮不是惟一途徑；根瘤菌是共生固氮菌，在無氮培養基中不能生長；大豆無固氮基因，其氮源主要是來自與其共生的根瘤菌所固定的氮素；豆科植物的氮營養不是全部來自根瘤菌，應該是大多數來自根瘤菌。答案B高考鏈接 1.(2010北京理綜)下列對生物細胞代謝活動的描述，不正確的是()A大腸桿菌在擬核區轉錄信使RNAB乳酸桿菌在細胞質基質中產生乳酸C衣藻進行光合作用的場所是葉綠體D酵母菌的高爾基體負責合成蛋白質解析：本題主要考查生物細胞代謝活動的相關知識。A項，大腸桿菌屬于原核生物，由原核細胞構成，原核細胞沒有成形的細胞核，轉錄發生在擬核區；B項，乳酸屬于無氧呼吸的產物，無氧呼吸的場所是細胞質基質；C項，衣藻屬于單細胞低等植物(真核生物)，因而光合作用的場所是葉綠體；D項，酵母菌屬于真核生物中的真菌類，其蛋白質合成的場所是核糖體，不是高爾基體。答案：D2(2010全國)某種細菌體內某氨基酸(X)的生物合成途徑如圖：這種細菌的野生型能在基本培養基(滿足野生型細菌生長的簡單培養基)上生長，而由該種細菌野生型得到的兩種突變型(甲、乙)都不能在基本培養基上生長；在基本培養基上若添加中間產物2，則甲、乙都能生長；若添加中