新陈代谢的基本类型与微生物的代谢

（4）菌种
对
数
期
（1）生长速率最大，繁殖速度最快，几何级数增加。
（2）菌体内各种成分最为均匀，个体形态和生理特性稳定。
（3）酶系活跃，代谢旺盛
条件适宜
（1）此期形态、生理特性稳定，生长速率恒定，为代谢、生理等研究的良好科研材料
（2）发酵生产中用作种子的最佳种龄
（3）对外界环境因素的作用敏感，对该时期的细菌效果最佳；
KH2PO4+KOH→ K2HPO4+H2O
第二.在发酵过程中加酸（HCl 、H2SO4）或碱（NaOH、Na2CO3）或加适当C源（糖、乳酸）N源（尿素、NH4OH、蛋白质）
注意：对同一微生物，其不同的生理生化过程有着不同的最适pH。例如，丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范围，以菌体生长繁殖为主，pH4.3~5.3 范围才进行丙酮丁醇发酵。
有些嗜温菌低温下也可生长繁殖，如5℃冰箱内，金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素，故食用过夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。
③合适的酸碱度：细菌为6.5－7.5；真菌为5.0－6.0。多数病原菌最适PH为中性或弱碱性（pH7.2～7.6）。
问题：
为什么微生物在生长繁殖过程中会引起培养基PH的改变？
（代谢产生有机酸；N源的利用产生氨；微生物对无机盐的选择性吸收等原因。）
不同点
生长繁殖是否必须
是
否
产生阶段
一直产生
生长到一定阶段
种的特异性
否
是
合成量最多的时期
调整期
稳定期
分布
细胞
细胞内或外
举例
氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素
抗生素、毒素、激素、色素等
相同点
都在微生物细胞的调节下，有步骤地产生
拓展：
（1）毒素：细菌可产生内、外毒素，与细菌的致病性密切相关。
内毒素即革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖，其毒性成分为类脂A。菌体死亡崩解后释放出来。外毒素是由革兰氏阳性菌及少数革兰氏阴性菌在生长代谢过程中释放至菌体外的蛋白质。具有抗原性强、毒性强、作用特异性强的突出特点。
调节对象
诱导酶的合成
酶（组成酶和诱导酶）的活性
主要原因
基因和诱导物共同作用
代谢产物与酶结合使酶变构（可逆）
特点
间接、缓慢
快速、精细
调节机制
基因水平调节，它调节控制酶合成
酶活性调节（主要讲反馈调节）
意义
既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性
避免代谢产物的积累
举例
大肠杆菌合成半乳糖苷酶的调节
无机物*
无机物
二氧化碳
硝化细菌，硫细菌、铁细菌
化能有机营养（化能异养型）
有机物
Baidu Nhomakorabea有机物
有机物
绝大多数细菌和全部真核微生物
*还原态的NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等
2、微生物的代谢
(1)．微生物代谢的特点：
微生物代谢的特点：代谢异常旺盛，对物质的转化利用快
资料1：发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖。
（3）稳定期有何特点？为什么在对数期后，如果不创造特殊条件，就必然进入稳定期？
(4)在工业发酵过程，需要延长稳定期，以提高代谢产物的产量。如何解决？
拓展问题：连续培养有无时间限制？
（菌种易于退化：长期处于高速繁殖下的微生物，即使其自发突变率极低，也无法避免变异的发生，尤其发生比原来生产菌株生长速率高、营养要求低、代谢产物少的类型；易遭杂菌污染：在长期的运转中，保持各种设备无渗漏，尤其是通气系统不出任何故障，是极其困难的，所以，有时间限制，一般可以达到数月至1、2年。此外，在连续培养中，营养物的利用率一般低于单批培养。）
无机氮：NH3、铵盐、硝酸盐、N2
将无机氮合成菌体蛋白或含氮的代谢产物(如氨基酸等)
氨基酸异养型(从外界吸收现成的氨基酸，包括所有的动物和大量异养型微生物)
有机氮：复杂蛋白质(如牛肉膏、蛋白胨)、核酸、尿素、一般氨基酸
合成微生物的蛋白质、核酸及含氮的代谢产物(如氨基酸等)
生长因子
生长因子自养型(不需要外界提供生长因子)
新陈代谢的基本类型与微生物的代谢
教学目的:
1.识记自养型、异养型、需氧型、厌氧型的概念和特点。
2.理解新陈代谢的概念和厌氧型生物的主要特征
3.掌握化能合成作用的概念和实例以及化能合成作用与光合作用的比较。
4.掌握应用微生物的营养与代谢.
5.理解微生物的生长
教学重点:
1.化能合成作用与光合作用的比较
2.微生物的代谢,生长
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的调节
联系
细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。
质疑:
1.诱导酶与组成酶有什么不同?(举例；合成条件；存在时间)
2.半糖苷酶为什么在葡萄糖和乳糖同时存在时不能合成？(提示:酶合成调节有两种形式：诱导和阻遏。)
4．微生物代谢的人工控制
拓展:细胞膜缺损突变株的应用：通过细胞膜缺损突变控制其渗透性：例如，油酸缺陷型菌株：油酸是细菌细胞膜磷脂中的重要脂肪酸，因为不能合成油酸使细胞膜缺损，在限量添
加油酸的培养基中，因细胞膜发生渗漏提高谷氨酸产量。（诱变育种）；
3、微生物的生长
(1)．如何测定？
(2)．微生物群体生长的规律
生长时期
特点
成 因
影响因素、应用与其它
调
整
期
（1）生长速率等于零，不立即繁殖，曲线平坦稳定；
（2）细胞体积增大；
（3）合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶；
依据微生物生长所需碳源物质的性质以及生长所需能源，将微生物的营养类型进行归纳，以此作为知识的归纳、巩固、深化
营养类型
能源
氢的供体
基本碳源
微生物举例
光能无机营养（光能自养型）
光
无机物
二氧化碳
蓝细菌，绿硫细菌，藻类
光能有机营养（光能异养型）
光
有机物
二氧化碳及简单有机物
紫色无硫细菌
化能无机营养（化能自养型）
（4）此时期，营养成分、营养物浓度和培养温度？可以影响微生物的生长速率。
稳
定
期
（1）生长速率又趋于0，细胞总数最高。新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活菌数动态平衡。菌体产量达到最高点。
（2）代谢产物大量积累的代谢产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等
种内斗争最激烈
（1）营养物消耗（2）营养物的比例失调，例如C/N比值不适合（3）毒性产物（有机酸、H2O2等）积累（4）PH等不适宜等，生存条件恶化
（4）对外界不良环境例Na CL溶液浓度、温度和抗生素等药物的反应敏感
调整代谢，合成新的酶系和中间代谢产物以适应新环境
（1）接种龄（对数期接种最短）
（2）接种量（量大，调整期短） 发酵工业，为缩短之，一般采用1/10接种量；
（3）培养基成分（营养越丰富，时间越短）发酵时，常使发酵培养基的成分与种子培养基的成分尽量接近
概念：在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸。 举例：＿＿＿＿＿＿＿＿。
注意:光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
化能异养型
能源
光能
无机物氧化
有机物氧化
碳源
CO2
CO2
有机物
代表生物
绿色植物,光合细菌
硫细菌,硝化细菌等
人与动物,营腐生,寄生的细菌等
(三).微生物的营养,代谢和生长
1、微生物的营养
③研究开发以纤维素、石油、二氧化碳等作为碳源和能源的工业微生物，解决工业发酵用粮与人们日常用粮的矛盾。
4.问题：如何证明某种物质是某种微生物的生长因子？可以让学生讨论，训练学生实验设计能力。
（思路：在含碳源、氮源、水、无机盐但缺乏某种物质的培养基中培养微生物，微生物不能生长或生长极差，向培养基加入该种物质，微生物正常生长。）
举例：＿＿＿＿＿等。
概念：生物体利用现成的有机物，同化成自身组成物质，并贮存能量。
举例：人和＿＿＿＿及营＿＿生、＿＿生的菌类。
概念：从外界摄取氧来氧化自身的有机物、释放能量。
举例：绝大多数生物。
专性厌氧型概念：必须依靠无氧呼吸分解有机物、释放能量。
举例：动物体内的寄生虫、＿＿＿＿等。
厌氧型 特点：在有氧的情况下，无氧呼吸受到抑制。
资料2：产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍
探究其原因：微生物的表面积与体积比很大，有利于与外界环境进行物质交换。
(2)．微生物的代谢产物
微生物的代谢产物分为初级产物(合成不停；缺少不行；种类基本相同)和次级产物（种类不同；有无都行）大类。
异同
内容
初级代谢产物
次级代谢产物
④氧气：
二.典型例题:
【例1】（2004年江苏卷）通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微牛物。在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入10％酚可以抑制细菌和霉菌。利用下述方法能从混杂的微生物群体中分别分离出
A．大肠杆菌B．霉菌C．放线菌D．固氮细菌
教学难点:
1.根据条件判断各类生物的代谢类型
2.微生物的代谢及调节生长
学法指导:培养学生运用比较学习的方法
教学准备:多媒体课件
教学过程:
一.考点内容全解:
(一).新陈代谢的概念
概念：是＿＿＿＿中全部有序的＿＿＿＿＿＿的总称。
对新陈代谢概念的理解可从以下四方面分析:
1.从性质上看:新陈代谢包括物质代谢与能量代谢.
自行合成所需的生长因子
生长因子异养型(需要外界提供某种生长因子)
维生素、氨基酸、碱基、酵母膏、蛋白胨、组织提取液
①酶和核酸的组成成分
②参与代谢过程中的酶促反应
生长因子过量合成微生物
能够合成大量维生素
作为维生素的生产菌(如阿舒假囊酵母生产维生素B12)
特别提醒:
1.“N·C·H·O”类营养物(如蛋白胨,牛肉膏)常是异养微生物的能源、碳源兼氮源。
（2）色素：有些细菌能产生色素，对细菌的鉴别有一定意义。
细菌色素有两类：①水溶性色素，如绿脓杆菌产生的绿脓色素使培养基呈绿色。②脂溶性色素，不溶于水，仅保持在菌落内使之呈色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌色素。细菌色素的产生需一定条件（营养丰富、氧气充足、温度适宜），无光合作用，对细菌的功能尚不清。
为什么要调节？（PH变化影响细菌正常生长；影响代谢的方向。）
如何调节？
第一.培养基中应加入缓冲剂，保持PH稳定。例如：磷酸缓冲液的方式，调节K2HPO4和）KH2PO4的浓度比可以获得从pH6.0～7.6的一系列稳定的pH，当两者为等摩尔浓度比时，pH可稳定在pH6.8。
K2HPO4+ HCl →KH2PO4+ KCl
2.从方向上看:新陈代谢包括同化作用与异化作用.
3.从实质上看:新陈代谢是生物体内进行的一系列的生物化学反应.
4.从意义上看:新陈代谢是生物体自我更新过程.
(二).新陈代谢的基本类型
概念：生物体利用光能、通过光合作用制造有机物。
举例：＿＿＿＿＿植物等。
概念：生物体利用体外环境中物质的氧化放出的＿＿能合成有机物。
（1）收获菌体和发酵过程积累代谢产物的重要阶段
（2）改善和控制条件延长稳定期（例如补料，调pH、温度等。）
衰
亡
期
（1）出现“负生长”
（2）细胞出现畸变，有些细胞开始自溶
生存条件极度恶化，种间斗争最激烈
裂解，释放产物
问题讨论:
（1）调整期的特点是什么？如何缩短？
（2）对数期有何特点？处于此期的微生物有何实际应用？
(3)．影响微生物生长的环境因素
①充足的营养：
②适宜的温度：
注意：对同一微生物，其不同的生理生化过程有着不同的最适温度，即最适生长温度不等于累积代谢产物最高时的温度。
在最适生长温度范围内，其生长速率随温度上升加快。（影响对数期的因素之一）
各类细菌对温度的要求不同，可分为嗜冷菌，最适生长温度为（10℃～20℃）；嗜温菌，20℃～40℃;嗜热菌，在高至56℃～60℃生长最好。病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37℃，故实验室一般采用37℃培养细菌。
【解析】本题考查各种选择培养基的作用。固氮细菌能从空气中吸收氮素，所以能生活在缺乏氮源的培养基中。青霉素能抑制细菌和防线菌的生长，所以加入青霉素的培养基中只能生活霉菌。在培养基中加入10%酚可以抑制细菌和霉菌，而大肠杆菌和固氮细菌都是细菌，故只能生长放线菌。
（3）抗生素：某些微生物代谢过程中可产生一种能抑制或杀死某些微生物或癌细胞的物质，称抗生素。抗生素多由放线菌和真菌产生。
(3)．微生物代谢的调节
实例1：大肠杆菌合成半乳糖苷酶的调节；
实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的调节
微生物代谢调节的两种主要方式：酶合成的调节和酶活性的调节。
酶合成的调节
酶活性的调节
营养类型
来 源
功 能
碳
源
自养型微生物
无机碳源(CO2、NaHCO3、CaCO3等含碳无机物)
异养型微生物
有机碳源：即含碳有机物糖、脂、蛋白质、有机酸等和天然含碳物质(石油)
(1)用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物(2)既是碳源又是能源一种双功能的营养物
氮
源
氨基酸自养型(将非氨基酸类的简单氮源合成所需的一切氨基酸，如所有的绿色植物和很多的微生物)
2.生长因子虽是一种重要的营养要素，但它与碳源、氮源和能源不同，并非任何一种微生物都须从外界吸收的。
3.应用：利用某些微生物碳源的特殊性解决环境污染、粮食危机等问题。
①利用某些细菌、放线菌、酵母菌以石油作为碳源的原理，消除石油污染；
②运用某些细菌可以分解、利用氰化物、酚等有毒物质的原理处理有害物质；