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小專題四 微生物的類群、 營養(yǎng)與代謝(含生物固氮),考點整合一：細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和繁殖 1．微生物 (1)定義：人們把形體微小、結(jié)構(gòu)簡單、通常要用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統(tǒng)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(xì)菌的結(jié)構(gòu)和繁殖 (1)細(xì)菌的結(jié)構(gòu),,,,,(2)細(xì)菌的繁殖：主要以二分裂的方式進(jìn)行繁殖。 (3)菌落 ①概念：當(dāng)單個或少數(shù)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上大量繁殖時，形成的具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體，叫做菌落。 ②特征：不同種類的細(xì)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。 ③應(yīng)用：可以作為菌種鑒定的依據(jù)。,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(xì)菌的作用 青霉素能抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞破裂死亡，但是對真菌細(xì)胞壁的合成沒有影響。因此，可用含青霉素的培養(yǎng)基分離出同細(xì)菌混雜在一起的真菌。,3．細(xì)胞器與微生物生理的關(guān)系 (1)能合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞中一定含有核糖體，因此，細(xì)菌體內(nèi)含有核糖體(惟一的細(xì)胞器)； (2)能進(jìn)行光合作用的生物細(xì)胞內(nèi)不一定含有葉綠體(光合細(xì)菌能進(jìn)行光合作用，但不含葉綠體)； (3)能進(jìn)行有氧呼吸的生物，細(xì)胞內(nèi)不一定含有線粒體(好氧型細(xì)菌可進(jìn)行有氧呼吸)。,4．細(xì)菌的質(zhì)粒 細(xì)菌的質(zhì)粒是一個小型的環(huán)狀DNA分子，上面有幾個到幾百個基因，控制著細(xì)菌的抗藥性、固氮、抗生素生成等性狀?；蚬こ讨谐Ｓ眉?xì)菌的質(zhì)粒作為運載體。,5．微生物類群不同角度的分類比較,,,【典例1】 下列有關(guān)生物甲和乙的說法正確的是( ) A．1和6的化學(xué)組成相同 B．3和5可以作為基因工程中基因的運載體 C．2和5的化學(xué)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(xì)菌，乙為病毒。1為細(xì)胞壁，其主要成分為肽聚糖；2為擬核、3為質(zhì)粒，二者的化學(xué)成分為DNA；4為衣殼，成分為蛋白質(zhì)；5為核酸，成分為DNA或RNA；6為囊膜，由蛋白質(zhì)、多糖和脂類構(gòu)成。 [答案] B,【互動探究1】 下列有關(guān)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(zhì) 粒上 B.根瘤菌和圓褐固氮菌都是異養(yǎng)需氧型生物 C．乳酸菌和硝化細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)都不含線粒體，因此只能進(jìn)行無氧呼吸 D．細(xì)菌與酵母菌相比，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的顯著區(qū)別是沒有由核膜包圍的細(xì)胞核,[解析] 細(xì)菌的抗藥性、固氮、抗生素的生成等性狀受質(zhì)粒上的基因控制。圓褐固氮菌屬于自生固氮菌，但不是自養(yǎng)生物，它依靠分解土壤中的有機(jī)物獲取能量，從而進(jìn)行固氮。硝化細(xì)菌體內(nèi)雖然沒有線粒體，但是具有有氧呼吸酶系統(tǒng)，因此可以進(jìn)行有氧呼吸。酵母菌為真核細(xì)胞，具有細(xì)胞核。 [答案] C,考點整合二：微生物的營養(yǎng) 1．微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)及功能,2.培養(yǎng)基的配制原則,3.培養(yǎng)基的種類,總結(jié)提升 1．微生物、動物、植物所需營養(yǎng)物質(zhì)的比較,2.微生物的營養(yǎng)類型,3.常見微生物分離及應(yīng)用的實驗設(shè)計 (1)利用選擇培養(yǎng)基設(shè)計實驗分離純化微生物。 ①真菌：用含青霉素的培養(yǎng)基分離。 ②金黃色葡萄球菌：用含高濃度食鹽水的培養(yǎng)基分離。 ③固氮微生物：用無氮培養(yǎng)基分離。 ④自養(yǎng)型微生物：用含無機(jī)碳源的培養(yǎng)基分離。 ⑤光合細(xì)菌：用含無機(jī)碳源的培養(yǎng)基在無氧而有光照的環(huán)境中分離。,⑥厭氧型和兼性厭氧型微生物：用普通培養(yǎng)基在無氧條件下分離。 ⑦乳酸菌：用乳酸含量較高，pH較低的普通培養(yǎng)基分離。 ⑧大腸桿菌：用伊紅和美藍(lán)培養(yǎng)基分離。 ⑨假單胞桿菌：用石油作為惟一碳源的培養(yǎng)基分離。 (2)利用鑒別培養(yǎng)基檢驗自來水中的大腸桿菌是否超標(biāo)。 (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(yǎng)在基本培養(yǎng)基上，然后在部分培養(yǎng)基中添加某物質(zhì)后觀察是否可以正常生長。,【典例2】 (2011·廣西調(diào)研)甲、乙、丙是三種微生物，下表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用來培養(yǎng)微生物的三種培養(yǎng)基。甲、乙、丙都能在Ⅲ中正常生長繁殖；甲能在Ⅰ中正常生長繁殖，而乙和丙都不能；乙能在Ⅱ中正常生長繁殖，甲、丙都不能。下列說法正確的是( ),A.甲、乙、丙都是異養(yǎng)微生物 B．甲、乙都是自養(yǎng)微生物，丙是異養(yǎng)微生物 C．甲是固氮微生物，乙是自養(yǎng)微生物，丙是異養(yǎng)微生物 D．甲是異養(yǎng)微生物，乙是固氮微生物，丙是自養(yǎng)微生物,[解析] 碳源、氮源、水、無機(jī)鹽是任何一種微生物正常生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)基Ⅰ中不含氮源，說明只有固氮微生物在該培養(yǎng)基上生長；培養(yǎng)基Ⅱ中不含有機(jī)碳源，說明只有自養(yǎng)微生物能在該培養(yǎng)基上生長。 [答案] C,【互動探究2】 (2011·福建質(zhì)檢)下表是為培養(yǎng)某類微生物而配制的培養(yǎng)基的成分組成，有關(guān)敘述正確的是( ),A.該培養(yǎng)基從物理性質(zhì)來看，屬于固體培養(yǎng)基 B．運用上述培養(yǎng)基可以培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物 C．運用此培養(yǎng)基可以成功地進(jìn)行植物無土栽培 D．該培養(yǎng)基中NH4HCO3只提供氮源 [解析] 該培養(yǎng)基上沒有現(xiàn)成的有機(jī)物，但C源、N源、生長因子、水、無機(jī)鹽都有，只能培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物。培養(yǎng)基中未加瓊脂，應(yīng)為液體培養(yǎng)基。此配方中植物所必需的礦質(zhì)元素不齊全。NH4HCO3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(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的全部化學(xué)反應(yīng)。 (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(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換。,2．微生物的代謝產(chǎn)物,3.微生物代謝的調(diào)節(jié) (1)酶合成的調(diào)節(jié),(2)酶活性的調(diào)節(jié) ①通過改變已有酶分子結(jié)構(gòu)來改變酶催化活性，從而調(diào)節(jié)代謝速率，屬于變構(gòu)調(diào)節(jié)，反饋調(diào)節(jié)，具有可逆性。,②調(diào)節(jié)酶活性的物質(zhì)是酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，可以是酶的直接催化反應(yīng)產(chǎn)物，如谷氨酸對谷氨酸脫氫酶活性的調(diào)節(jié)；也可以是間接產(chǎn)物，如蘇氨酸和賴氨酸對天冬氨酸激酶活性的調(diào)節(jié)。 ③對一種酶活性調(diào)節(jié)可以是一種產(chǎn)物起作用，也可以是兩種產(chǎn)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(chǎn)物。 (2)措施 ①改變微生物的遺傳特性(誘變、重組、改變膜的透性等，屬于內(nèi)因控制)； ②控制生產(chǎn)過程中的各種條件(如溫度、pH、O2等，屬于外因控制)。,5.發(fā)酵 (1)概念：通過微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程。 (2)種類 ①根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵。 ②根據(jù)所生成的產(chǎn)物，分為抗生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵等。 ③根據(jù)發(fā)酵過程對氧的需求情況，分為厭氧發(fā)酵和需氧發(fā)酵。,歸納總結(jié)： 1．(誘導(dǎo))酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)的比較,2.組成酶與誘導(dǎo)酶的關(guān)系 組成酶與誘導(dǎo)酶是兩個相對的概念，一種酶在某種微生物體內(nèi)是組成酶，在另一種微生物體內(nèi)可能是誘導(dǎo)酶。組成酶和誘導(dǎo)酶都是胞內(nèi)酶，同種微生物在不同環(huán)境中產(chǎn)生的組成酶相同，誘導(dǎo)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β－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(yǎng)在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，測定其細(xì)胞總數(shù)及細(xì)胞內(nèi)β－半乳糖苷酶的活性變化(如圖)。據(jù)圖分析，下列敘述合理的是( ),A．0～50 min，細(xì)胞內(nèi)無β－半乳糖苷酶基因 B．50～100 min，細(xì)胞內(nèi)無分解葡萄糖的酶 C．培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖同時存在時，β－半乳糖苷酶基因開始表達(dá) D．培養(yǎng)基中葡萄糖缺乏時，β－半乳糖苷酶基因開始表達(dá),[解析] 圖中曲線變化表明：0～50 min期間，細(xì)胞數(shù)目一直在增加，50 min后一段時間后，細(xì)胞數(shù)目不變，之后，β－半乳糖苷酶才表現(xiàn)出生物活性，將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖，細(xì)胞數(shù)目繼續(xù)增加。因而可確定分解葡萄糖的酶一直存在，分解乳糖的酶(β－半乳糖苷酶)在葡萄糖缺乏時才開始合成。酶的合成受基因控制，β－半乳糖苷酶基因一直存在。 [答案] D,[點撥] 此題考查學(xué)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(guān)鍵是考生能從圖中準(zhǔn)確提取信息，進(jìn)而作出正確判斷。,【互動探究3】 某種細(xì)菌合成某種氨基酸的代謝調(diào)節(jié)示意圖如下，甲、乙、丙、丁表示合成氨基酸的前體物質(zhì)，①②代表代謝的調(diào)節(jié)方式，③④代表生理過程。下列說法正確的是( ),A．調(diào)節(jié)方式①屬于酶合成的調(diào)節(jié)，酶Ⅰ是組成酶 B．調(diào)節(jié)方式②屬于酶活性的調(diào)節(jié)，氨基酸M能使酶Ⅱ的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 C．過程③④分別發(fā)生在該生物的細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)中 D．調(diào)節(jié)方式①比②快速而精細(xì),[解析] 本題綜合考查了組成酶、誘導(dǎo)酶的區(qū)分，以及代謝調(diào)節(jié)方式的判斷。①屬于酶合成的調(diào)節(jié)(底物誘發(fā)基因表達(dá)，產(chǎn)生酶Ⅰ)，酶Ⅰ屬于誘導(dǎo)酶；②屬于酶活性的調(diào)節(jié)(產(chǎn)物作用于酶Ⅱ，與酶Ⅱ結(jié)合使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，必致其活性改變)，該調(diào)節(jié)是一種快速、精細(xì)的調(diào)節(jié)方式。題目中明確指出該圖為細(xì)菌代謝調(diào)節(jié)示意圖，而細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄發(fā)生于擬核而不是細(xì)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,方法突破： 1．對固氮微生物的認(rèn)識和理解 (1)從細(xì)胞類型看：均為原核生物，包括固氮細(xì)菌、固氮藍(lán)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(yǎng)型如藍(lán)藻，有些則為異養(yǎng)型如根瘤菌、圓褐固氮菌等。 (3)從代謝的異化類型看：大多數(shù)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(tài)學(xué)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(guān)系，如圓褐固氮菌。 (5)從生態(tài)系統(tǒng)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(nèi)部的一些薄壁細(xì)胞受到根瘤菌分泌物的刺激，不斷進(jìn)行細(xì)胞分裂，從而使該處的組織逐漸膨大，形成的瘤狀結(jié)構(gòu)。根瘤菌是形成根瘤的微生物，只有在根瘤內(nèi)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(yǎng)、共生不等于異養(yǎng) 自生固氮微生物大多為異養(yǎng)型，如巴氏梭菌、圓褐固氮菌。共生固氮微生物也有自養(yǎng)的，如與滿江紅共生的某種藍(lán)藻(魚腥藻)即為自養(yǎng)型。,【典例4】 圓褐固氮菌和根瘤菌的共同特點是( ) ①都是異養(yǎng)生物 ②都能分泌生長素 ③都能將氮還原為氨 ④都能夠與大豆共生 ⑤都是原核生物 A．①③⑤ B．②③⑤ C．①④⑤ D．②④⑤,[解析] 本題主要考查了兩種固氮微生物的代謝等相關(guān)知識。圓褐固氮菌和根瘤菌都是異養(yǎng)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，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(xì)菌，屬于原核生物。 [答案] A,[規(guī)律總結(jié)] 對于組合選擇題，可采用排除法進(jìn)行解答。如上題中，能肯定“④都能夠與大豆共生”是錯誤的，那么，就可以排除包含了“④”的C、D兩項，如果能肯定“①都是異養(yǎng)生物”正確，那么，正確答案一定包含了“①”的選項中。,【互動探究4】 下列有關(guān)生物固氮的敘述，正確的是( ) A．生物固氮是大氣中的氮進(jìn)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(yǎng)基篩選到 C．若能將大豆的固氮基因轉(zhuǎn)移到小麥，將大大減少小麥的栽培成本 D．根瘤菌的有機(jī)物全部來自豆科植物，豆科植物的氮營養(yǎng)全部來自根瘤菌,[解析] 大氣中的氮進(jìn)入生物群落有三種方式，即生物固氮、高能固氮和工業(yè)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(yǎng)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(yǎng)不是全部來自根瘤菌，應(yīng)該是大多數(shù)來自根瘤菌。 [答案] B,高考鏈接,1.(2010·北京理綜)下列對生物細(xì)胞代謝活動的描述，不正確的是( ) A．大腸桿菌在擬核區(qū)轉(zhuǎn)錄信使RNA B．乳酸桿菌在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中產(chǎn)生乳酸 C．衣藻進(jìn)行光合作用的場所是葉綠體 D．酵母菌的高爾基體負(fù)責(zé)合成蛋白質(zhì),解析：本題主要考查生物細(xì)胞代謝活動的相關(guān)知識。A項，大腸桿菌屬于原核生物，由原核細(xì)胞構(gòu)成，原核細(xì)胞沒有成形的細(xì)胞核，轉(zhuǎn)錄發(fā)生在擬核區(qū)；B項，乳酸屬于無氧呼吸的產(chǎn)物，無氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；C項，衣藻屬于單細(xì)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(zhì)合成的場所是核糖體，不是高爾基體。 答案：D,2．(2010·全國Ⅱ)某種細(xì)菌體內(nèi)某氨基酸(X)的生物合成途徑如圖：,這種細(xì)菌的野生型能在基本培養(yǎng)基(滿足野生型細(xì)菌生長的簡單培養(yǎng)基)上生長，而由該種細(xì)菌野生型得到的兩種突變型(甲、乙)都不能在基本培養(yǎng)基上生長；在基本培養(yǎng)基上若添加中間產(chǎn)物2，則甲、乙都能生長；若添加中間產(chǎn)物1，則乙能生長而甲不能生長。在基本培養(yǎng)基上添加少量的X，甲能積累中間產(chǎn)物1，而乙不能積累。請回答：,(1)根據(jù)上述資料可推論：甲中酶________的功能喪失；乙中酶________的功能喪失，甲和乙中酶________的功能都正常。由野生型產(chǎn)生甲、乙這兩種突變型的原因是野生型的________(同一、不同)菌體中的不同________發(fā)生了突變，從而導(dǎo)致不同酶的功能喪失。如果想在基本培養(yǎng)基上添加少量的X來生產(chǎn)中間產(chǎn)物1，則應(yīng)選用________(野生型、甲、乙)。,b,a,c,不同,基因,甲,(2)將甲、乙混合接種于基本培養(yǎng)基上能長出少量菌落，再將這些菌落單個挑出分別接種在基本培養(yǎng)基上都不能生長。上述混合培養(yǎng)時乙首先形成菌落，其原因是_________________________________________________________________________。 (3)在發(fā)酵過程中，菌體中X含量過高時，其合成速率下降。若要保持其合成速率，可采取的措施是改變菌體細(xì)胞膜的________，使X排出菌體外。,甲產(chǎn)生的中間產(chǎn)物1供給乙，使乙能夠合成X，保證自身生長產(chǎn)生菌落(其他合理答案也給分),通透性,解析：(1)在基本培養(yǎng)基上添加中間產(chǎn)物2，甲、乙突變型均能正常生長，說明甲、乙突變型中酶c的功能均正常。若添加中間產(chǎn)物1，乙能生長而甲不能生長，說明甲中酶b功能喪失，而在基本培養(yǎng)上添加少量的X，甲能積累中間產(chǎn)物，而乙不能積累，說明乙中酶a功能喪失。這是不同菌體中不同的基因發(fā)生突變的結(jié)果。因甲中酶a功能正常而酶b功能喪失，故基本培養(yǎng)基中添加少量X，甲能正常生長，并且能將底物催化形成中間產(chǎn)物1。,(2)乙可以利用甲代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物1正常生長，而甲可利用乙產(chǎn)生的中間產(chǎn)物2或X，而乙產(chǎn)生的中間產(chǎn)物2和X需在滿足乙自身代謝需要后才能排出到細(xì)胞外被甲利用，故混合培養(yǎng)時乙首先形成菌落。 (3)菌體中X含量過高時，X可以通過抑制相關(guān)酶的活性而使其合成速率下降，此時可采取相應(yīng)措施增大膜通透性，使X快速排出細(xì)胞，而解除酶活性抑制現(xiàn)象，從而保持其合成速率。,