人教版高中生物选修微生物的代谢

微生物的代谢(1)第1课时●教学目标知识目标理解：1.微生物细胞内产生的代谢产物的种类和主要功能。

2.发酵的一般概念及其种类。

应用：1.微生物代谢的调节方式。

2.微生物代谢的人工控制。

能力目标1.通过微生物代谢反馈调节机制、高等动物体内的稳态反馈调节机制、生态系统稳态反馈调节机制的对比分析，培养学生对问题的归纳、分析能力。

2.通过“同一种物质在大小不同的细胞扩散速度不同”的实验，培养学生的实验操作技能、实验现象的观察能力、实验数据的分析能力。

情感目标1.通过对微生物代谢旺盛的原因的分析，培养学生树立生物体结构与功能相统一的观点。

2.通过微生物代谢调节的学习，培养学生树立辩证的观点，正确看待微生物的生命活动规律；通过微生物代谢的人工控制，理解科学技术的正确使用有利于人类的进步。

3.培养学生正确评价事物的能力。

●重点·落实方案重点1.微生物代谢的调节。

2.微生物代谢的人工控制。

落实方案1.使用“微生物酶合成调节、酶活性调节”的多媒体课件，化抽象为具体，帮助学生理解这一微观、动态的生理生化过程。

2.学生讨论分析微生物代谢反馈调节机制、指导学生复习高等动物体内的稳态反馈调节机制、生态系统稳态反馈调节机制的异同,形成知识网络。

3.结合题例,由学生分析,教师补充、拓宽，培养学生的问题解决能力。

●难点·突破策略难点在生产实践中如何人工控制微生物的代谢活动。

突破策略结合实例分析，运用自制的多媒体课件突破难点。

首先利用多媒体动画效果呈示黄色短杆菌利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的代谢过程；利用多媒体动画技术，展示黄色短杆菌、大肠杆菌代谢过程中酶活性调节中的抑制情景，引导学生讨论，提出问题的解决方法，强调体现学生的创新意识，并讨论其可行性，最后通过总结，并利用多媒体动画模拟技术，展示生产实践中的具体做法，从而突破难点。

而对于利用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的实例，则采用学生阅读课本结合多媒体展示的方法，由学生独立分析问题的解决方法。

●教具准备自制“微生物酶合成调节、酶活性调节”“微生物代谢的人工控制”的多媒体课件，课外实验准备（“同一种物质在大小不同的细胞中扩散速度不同”的实验）。

●学法指导1.指导学生复习高等动物体内的稳态反馈调节机制、生态系统稳态反馈调节机制的知识，并进行初步总结。

2.微生物酶合成调节、酶活性调节需要学生具有一定的抽象思维能力与逻辑思维能力。

3.需要学会对生物学中相关知识点进行列表比较分析。

●教法探讨1.微生物的代谢部分知识较为抽象，由于学习者缺乏这一方面的背景知识，所以对于这一知识点的掌握有一定的困难。

因而总体来说，我们建议采用一定条件下的多媒体辅助教学手段，特别是在微生物的代谢调节部分，可能会有比较好的效果。

2.具体而言：（1）我们可以通过对微生物的代谢特点来引入新课。

（2）对于微生物的代谢产物，主要可以采用指导教学为主的教学传递程序。

（3）而对于微生物代谢的调节这一部分内容，我们则综合运用多媒体辅助条件下的问题解决、合作学习等多种教学策略，以期取得比较好的教学效果。

（4）对于微生物代谢的人工控制这一重点，我们则采用问题探究、小组合作学习的教学传递程序。

（5）最后我们以指导教学的形式来学习发酵的知识。

●课时安排2课时(教师在课前完成“同一种物质在大小不同的细胞中扩散速度不同”实验的准备工作)第一课时●教学过程［导课］复习提问：生物区别与非生物最本质的特征是什么呢？学生回答：新陈代谢。

教师分析：新陈代谢是所有生物共同具有的本质特征。

微生物也不例外，它们在生命活动过程中，也不断需要进行新陈代谢。

问题情景：那么，什么是微生物的新陈代谢呢？教师讲述：我们一般把微生物的新陈代谢简称为微生物的代谢；微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部生理生化反应。

与其他生物相比，微生物的代谢具有代谢异常旺盛的特点。

这是为什么呢？我们或许能从这样一个实验得到一定的启示。

学生实验：①将实验桌上准备好的琼脂块（内含酚酞）切成边长分别为1 cm、2 cm、3 cm 的立方体；②将以上三种琼脂块样品，同时置于盛有适量0.1%的NaOH溶液的烧杯中，处理10 min；③取出琼脂块样品，吸干浮液后，分别将每一样品切成两半，观察切面，测量每一切面上NaOH扩散的深度并记录数据。

学生活动：各小组对实验采集的数据进行讨论分析，小组代表陈述观点。

分析：（1）琼脂块的边长越长，NaOH在琼脂块中的扩散效率越差；（2）这与琼脂块的边长越大，导致其S/V（面积与体积比）越小有关；（3）假如把边长为3 cm的琼脂块看作一个动物或植物细胞的话，那么微生物细胞就相当于边长为1 cm的琼脂块；（4）因而，我们有理由相信，微生物异常旺盛的代谢与其细胞的S/V直接有关。

多媒体课件展示，利用多媒体动画的效果，对一个大肠杆菌与人的细胞的S/V进行比较，增强学生的感性认识。

总结：微生物的表面积/体积的比值很大，约是同等重量的成年人的2000倍，它的意义是：（1）扩大了细胞的物质运输、信息传导等能力；（2）增加了酶的附着面积和反应场所；（3）表面积/体积的扩大，增加了细胞核对于细胞质、细胞膜代谢活动的控制。

教师活动：以数据、配合动画的形式，演示多种微生物的不同代谢途径，引导学生认识以下问题：（1）微生物的同化、异化作用过程中，物质代谢的量比较大；（2）不同的微生物的代谢途径往往是不同的，在代谢过程中往往会产生多种代谢产物；（3）对于具体的某一种微生物而言，不仅代谢途径中的各种生化反应相当复杂，而且，代谢产物的量、代谢途径等均与外界环境密切相关。

由此可以看出，微生物代谢的复杂程度，比一个化工厂有过之而无不及；而且，更让我们感兴趣的是，许多微生物的代谢产物对人类都是有益的！问题情景：那么，这些微生物究竟能产生怎样一些代谢产物呢？［教学目标达成］一、微生物的代谢产物教师讲述：微生物在代谢过程中，会产生多样的代谢产物。

根据代谢产物与微生物生长、繁殖的关系，可分为初级代谢产物、次级代谢产物。

教师提问：那么，我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级代谢产物呢？这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？不同微生物的初级代谢产物是否相同？微生物的次级代谢产物呢？，小组讨论问题。

学生活动：阅读课本P89总结：1.初级代谢产物：（1）微生物通过代谢活动所产生的自身生长、繁殖所必需的物质；如：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

（2）不同微生物的初级代谢产物基本相同。

（3）微生物初级代谢产物的合成在不断地进行着，任何一种产物的合成发生障碍，都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。

2.次级代谢产物：（1）微生物生长到一定阶段才产生的、化学结构十分复杂、对该微生物无明显的生理功能或并非是微生物生长繁殖所必需的物质；如抗生素、毒素、激素、色素等。

（2）不同种类的微生物所产生的次级代谢产物往往是不同的。

（3）代谢产物可能积累在细胞内，也可以排到细胞外界环境中去。

教师补充：抗生素是微生物产生的次级代谢产物，也是一类与人类生活密切相关的医药用品。

抗生素的种类很多，相当多的抗生素是由放线菌产生的；部分抗生素是由真菌产生的，如青霉素、头孢霉素等。

通常的抗生素除了以上几种外，还有链霉素、红霉素等。

由于抗生素具有特异性抑菌和杀菌的作用，因而在医学上通常用抗生素来治疗由于细菌感染引起的疾病。

但目前由于滥用抗生素导致的细菌抗药性增强的现象，已经引起人们的关注。

教师讲述：微生物在生命活动中会产生多种代谢产物，至于形成代谢产物的详细途径，由于涉及的知识极为复杂，故此我们并不对这部分知识作详细描述。

但是，可以肯定的是，这些代谢产物的产生都是在微生物细胞的调节下，有步骤的产生的。

同时，我们奇怪地发现，尽管微生物细胞内，存在着许许多多、各种各样的生理生化反应，但这些化学反应却可以同时有条不紊地进行；而且，在正常情况下，微生物绝不会浪费能量和原料去进行那些不需要的代谢反应。

这是为什么呢？要了解这个问题，我们首先要理解微生物代谢的调节。

二、微生物代谢的调节教师分析：微生物对代谢的调节是长期进化过程中形成的，是自然选择的产物。

微生物通过一整套完善的调节系统，保证各种代谢活动经济而高效地进行。

微生物的代谢调节方式主要有两种，即：酶合成的调节、酶活性的调节。

教师提问：那么什么是微生物的酶合成的调节呢？（一）酶合成的调节学生活动：阅读教材P89~P90，并回忆第三章第二节基因表达的调控的相关内容。

教师提问：（1）什么是微生物细胞内的组成酶？组成酶的合成受到哪些因素的影响？（2）什么又是微生物细胞内的诱导酶？诱导酶的合成又受到哪些因素的影响？回答：学生根据自己的理解，对上述问题提出自己的见解。

教师补充整理：（1）组成酶：微生物细胞内一直存在的酶。

合成条件：组成酶的合成只受细胞内的基因控制，与环境中营养物质无关。

如大肠杆菌细胞内分解葡萄糖的酶。

诱导酶：环境中存在某种物质（即诱导物，通常是酶的底物）情况下才能合成的酶。

合成条件：受细胞内基因控制，并在环境中诱导物的诱导下合成的酶。

诱导酶的合成同时取决于内部基因和外界环境两个方面。

教师打开多媒体课件，利用多媒体技术，模拟不同条件下大肠杆菌对培养基中提供的碳源利用情况，课件呈示以下情景：①当把大肠杆菌放在以葡萄糖作为碳源的培养基上时，大肠杆菌能利用葡萄糖，即细胞内存在分解葡萄糖的酶。

②当把大肠杆菌置于只有乳糖作为碳源的培养基上时，大肠杆菌能分解乳糖，并利用分解产物之一的葡萄糖。

分析：大肠杆菌合成了分解乳糖的半乳糖苷酶，使得半乳糖转化为葡萄糖的半乳糖苷转移酶及分解葡萄糖的酶。

③当把大肠杆菌置于同时具有葡萄糖、乳糖的培养基上时，大肠杆菌先利用葡萄糖，只有葡萄糖全部利用完后，才开始利用乳糖。

教师在此过程中应提醒学生仔细观察媒体提供的信息，并引导学生讨论、分析蕴涵与现象之下的本质。

总结：Ⅰ.当把大肠杆菌放在以葡萄糖作为碳源的培养基上时，大肠杆菌能利用葡萄糖，说明大肠杆菌合成了分解葡萄糖的酶。

Ⅱ.当把大肠杆菌置于只有乳糖作为碳源的培养基上时，大肠杆菌能分解乳糖，并利用分解产物之一的葡萄糖，说明大肠杆菌合成了分解葡萄糖的酶和分解乳糖的半乳糖苷酶。

注：大肠杆菌分解乳糖的酶为半乳糖苷酶，乳糖在半乳糖苷酶作用下分解为半乳糖和葡萄糖，大肠杆菌不能直接利用半乳糖，必须通过半乳糖苷转移酶使得半乳糖转化为葡萄糖，所以这一个过程还需要大肠杆菌合成半乳糖苷转移酶。

Ⅲ.通过①、②两个对比实验，我们发现，不管在有无葡萄糖的情况下，大肠杆菌均合成了分解葡萄糖的酶，所以分解葡萄糖的酶为组成酶；而大肠杆菌只有在环境中存在乳糖时，才可能合成则半乳糖苷酶，所以分解乳糖的半乳糖苷酶为诱导酶。

Ⅳ.通过实验③我们可以发现诱导酶在微生物需要时合成，不需要时就停止合成，这说明，大肠杆菌对于酶的合成存在着比较完善的调节机制，我们把这样一种调节机制称为酶合成的调节。