专题六 微生物（含生物固氮）与发酵工程
考情分析
l．简述共生固氮微生物和自生固氮微生物及其二者的代谢方式及在生态系统中的地位。 2．说出生物固氮在自然界氮循环中的重要作用。 3．简述细菌的结构和繁殖的知识。 4.简述放线菌、病毒的结构和繁殖。
5．概述微生物所需营养物质的种类、功能。 6．说出培养基配制的原则及培养基的种类。
7.概述微生物的生长规律并分析微生物的生长曲线。
8.分析微生物代谢的调节方式、实例以及生产实践中微生物代谢的人工控制的知识。 9．说出发酵工程的过程。 命题规律
1.从考查内容上：固氮微生物的种类和生物固氮的意义是本考点的重要考查内容。命题多集中在微生物的营养、代谢和生长以及发酵工程等内容。 2.从考查题型上：均以非选择题的形式考查该部分内容，并且试题中生物固氮经常与新陈代谢类型、生态系统的成分和细胞的结构等知识联系在一起进行命题。 3.从命题趋势上：该部分内容在高考试题中出现的概率不是很高，有可能与微生物的知识、新陈代谢的类型、生态系统的成分、细胞的结构等内容在一起进行考查。由于微生物自身结构与代谢状况的特殊性，再加上微生物与其他章节极易渗透，与生物工程、环境问题联系非常紧密，应用十分广泛，因此受高考命题者的青睐。 高考妙法
①注意利用表格来比较知识，有助于理解和记忆。如碳源、氮源和生长因子的比较，培养基的分类比较，初级代谢产物和次级代谢产物的比较。
②注重对知识的理解。如培养基的配制原则，酶合成的调节和酶活性的调节、微生物群体生长规律。 要点归纳总结
一、几种特殊微生物的新陈代谢特点
1.固氮微生物：大部分属于异养需氧型，包括根瘤菌（共生固氮菌）、圆褐固氮菌（自生固氮菌）。
2.硝化细菌（化能合成细菌）：属化能自养需氧型微生物，这类细菌能将氨(NH3）氧化成亚硝酸和硝酸，并利用这一氧化过程中所释放的能量把CO2和H2O合成有机物。 3.光合细菌：自养需氧型微生物，本身无叶绿体等复杂的细胞器，但在细胞膜上附着有进行光合作用和有氧呼吸的酶系，因此可进行光合作用与有氧呼吸。 4.病毒：没有独立新陈代谢能力的非细胞生物，必须依赖于宿主细胞的新陈代谢而生存，但能进行复制繁殖，因此，一旦离开宿主细胞将很快死亡。 5.其他典型微生物的代谢类型
绿硫细菌：光能自养厌氧型 红螺细菌：兼性营养厌氧型 硫细菌：自养需氧型 酵母菌：异养兼性厌氧型 乳酸菌：化能异养厌氧型 肺炎双球菌：异养需氧型 二、细菌的结构和繁殖
细胞壁：化学成分是肽聚糖 细胞膜：控制物质交换
核糖体
细贮藏颗粒 结细菌构胞的质粒：小型环状DNA，含几个至几百个基因，控制着细菌的抗药性、
质结 固氮、抗生素生成等性状，在基因工程中可作运载体。 构和核区：含一个大型环状DNA，控制细菌主要性状 繁特殊结构：荚膜、鞭毛、芽孢 殖方式：二分裂 繁菌落：形状、大小、光泽度、颜色、透明度各不同，常常作为菌种鉴别 殖的重要依据
三、几种微生物的营养比较 微生物种类 甲基营养菌 乳酸菌 根瘤菌 硝化细菌 谷氨酸棒状杆菌 碳源 糖类等 糖类等 CO2 糖类等 氮源 生长因子 ／ ／ ／ 生物素 能源 有机物 有机物 有机物 NH3 有机物 甲醇、碳酸氢盐等 铵盐、硝酸盐等 N2 NH3 铵盐、硝酸盐等 铵盐、硝酸盐等 多种维生素、氨基酸 特别提醒：1. 自养型生物的碳源是无机物，异养型生物只能利用有机碳源。
2.固氮微生物的氮源是N2，而其他生物的氮源是离子态氮。
四、培养基的种类及作用 分类 培养基标准 种类 物 理 性 质 化 学 性 质 固体 外观固态 培养基 半固体容器放倒不致流出，剧烈震动则培养基 破散 液体 呈液态 培养基 天然 由天然物质配制而成，化学成分培养基 不明确 合成 化学成分明确 培养基 在一般培养基中加入了某种化选择 学物质，抑制不需要的微生物的培养基 生长，促进所需微生物的生长 鉴别 在一般培养基中加入指示剂或培养基 化学药品，以鉴别某种微生物 培养基特点 作用 用于微生物的分离、计数 举例 选择培养基、鉴别培养基 观察微生物的 运动，鉴定菌种 常用于工业生产 工业生产 分类、鉴定 谷氨酸发酵的培养基 谷氨酸发酵的培养基、蛋白胨、牛肉膏 鉴别培养基 加入了青霉素的培养基、无氮培养基 伊红-美蓝培养基 用 途 分离菌种 鉴别菌种 特别提醒：培养基配制时要根据培养微生物的代谢类型和培养目的来确定其成分，如培养固氮菌不需加氮源而培养非固氮生物需加氮源；培养自养型微生物（如蓝藻等）需加
入无机化合物，培养异养型微生物（如酵母菌等）则需加有机碳源。 五、微生物群体生长曲线及特点分析 1.生长曲线（如图）
2.生长曲线规律分析： 生长 分期 调整 期 各期的特点 形成原因 菌体特征 代谢活跃，体积增长较快 个体形态和生理特性稳定 生产应用与控制 通过菌种、接种量、培养基等缩短调整期 获取菌种，科研材料 通过添加新培养基、放出老培养基和控制其他生产条件延长稳定期 不立即繁殖 对新环境的适应 对数 繁殖速度快，以等比 期 数列的形式增殖 生存条件适宜 生存条件恶化（pH繁殖速度与死亡速度稳定 值变化，有害代谢相等，活菌数量最大，期 产物积累，营养物代谢产物积累最多 质消耗） 衰亡 期 死亡大大增加 生存条件极度恶化 开始出现芽孢 出现多种形态畸变 特别提醒：根据微生物群体生长曲线的规律，可采取有效措施控制发酵工程中的发酵条件，以获得高产。
六、菌种选育的常用方法比较 育种类型 诱变育种 基因工程 细胞工程 原理 基因突变 DNA重组 原生质体融合等 方法 物理、化学、生物因素诱变 优缺点 能大幅度改变某些性状，操作简便，但也具有很大的盲目性 将目的基因导入受体细胞，能定向改变微生物的遗传性构建工程细胞或工程细菌 状，但操作过程复杂，要求高 体细胞杂交等 能克服远缘杂交不亲合的障碍，定向改变遗传性状 典例分类精析
类型一、微生物的生长曲线
【典例1】下图表示某有限容器中培养的微生物的生长曲线。
(1)与其他生物比较微生物代谢非常旺盛，其原因是 ；影响微生物生长的环境因素包括
(2)图中bc段表示 期；如果想延迟cd段表示的时期的出现，可以采用 的方法；如果想获得大量次级代谢产物，则应使曲线保持在 段。 (3)为了测定培养液中细菌的数目，将500个红细胞与5mL该培养液混匀，然后制片观察，进行随机统计结果如下： 红细胞数 细菌个数 视野1 21 102 视野2 17 98 视野3 22 106 视野4 20 94 则5mL该培养液中的细菌数为
解析：微生物的代谢异常旺盛，这是由于微生物的表面积与体积的比很大，使它们能够迅速与外界环境进行物质交换，环境中影响微生物的生长的因素很多，主要的有温度、pH和氧；图中ab段表示调整期和对数期，bc段表示稳定期，cd段表示衰亡期，欲延迟cd段需延长bc段即稳定期，生产上常用连续培养的方法，稳定期活菌数达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物；从表中可得出细菌与红细胞的比例为5：1，则5mL该培养液中细菌数为2500个。 答案：（1)微生物个体小，相对表面积大，物质交换速率大 温度、pH、含氧量 (2)稳定 连续培养 bc（3）2500个
拓展与延伸：微生物作为自然界的生物类群，其生命活动应与必修教材所涉及的动物代谢的营养基本相似，但由于微生物自身结构的特殊性，因而其代谢状况与动物有较大的差异。另外，微生场的生长与必修教材种群的增长相一致，会结合新陈代谢、生态因素等众多知识点，突出人类活动对自然坏境的影响，从图表或曲线的简答题形式或选择题形式，或结合环境问题创设新情境，考查学生对微生物在环保方面的应用。也可以将整个生物工程综合起来，创设新情境，且更多地将环保、生产、医药等方面融合起来。 类型二、氮循环
【典例2】如图表示几种含氮物质之间相互转化的关系，下列 依据此图的表述，正确的是（ ）
A.不能独立进行⑧过程的生物，其遗传信息必然存在于RNA B.土壤疏松可促进④过程，氧气不足可抑制②过程 C.人体的肝脏细胞通过⑦过程可以获得8种必需氨基酸
D.部分细菌、放线菌、蓝藻可以完成①过程，它们的细胞结构均没有核膜
解析：⑧过程是指由氨基酸合成蛋白质的过程，自然界中不能自己合成蛋白质的生物只有病毒，而病毒的遗传物质是DNA或者RNA，也就是说它的遗传信息必然存在于DNA或者RNA，所以A项叙述错误；④过程是硝化细菌在有氧条件下完成的，疏松土壤可以增强空气的流通，增加氧气量而促进硝化细菌的作用，而氧气不足的情况下，会促进反
