高中生物之微生物與發(fā)酵工程知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

微生物與發(fā)酵工程是高中生物選修教材中重要的內(nèi)容，其中有關(guān)微生物的代謝是繼植物代謝、動(dòng)物代謝之后又一個(gè)重要的生物代謝類型，無(wú)論是在細(xì)胞結(jié)構(gòu)與代謝功能上都具有獨(dú)特性。下面以“微生物與發(fā)酵工程”為專題，系統(tǒng)復(fù)習(xí)微生物類生物學(xué)知識(shí)。

一、微生物的類群

“微生物的類群”一節(jié)，主要講述了細(xì)菌、放線菌、病毒的結(jié)構(gòu)和繁殖。關(guān)于細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和繁殖，在高中生物必修課中已介紹過(guò)原核生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在細(xì)菌結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，先復(fù)習(xí)原核細(xì)胞的特點(diǎn)，再認(rèn)識(shí)細(xì)菌的結(jié)構(gòu)。對(duì)于細(xì)菌這類原核生物核區(qū)中大型環(huán)狀DNA及質(zhì)粒DNA則相當(dāng)于真核細(xì)胞中的核DNA和質(zhì)DNA。作為核區(qū)的大型環(huán)狀DNA，它控制著細(xì)菌的主要遺傳性狀；而質(zhì)粒DNA則控制細(xì)菌產(chǎn)物尤其是次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。復(fù)習(xí)時(shí)注意聯(lián)系選修本第三章“遺傳與基因工程”中運(yùn)用質(zhì)粒做基因運(yùn)載體的知識(shí)，加強(qiáng)知識(shí)的橫向聯(lián)系和綜合應(yīng)用。同時(shí)注意結(jié)合歸納微生物的主要類群，引入一些熱點(diǎn)、焦點(diǎn)問(wèn)題，如引起艾滋病的HIV病毒，“911”事件后美國(guó)出現(xiàn)的炭疽病--病原體為炭疽桿菌；歐洲、日韓發(fā)生的病牛病--病原體為朊病毒；近期引起“非典”的SARS病毒等。

二、微生物的營(yíng)養(yǎng)、代謝和生長(zhǎng)

該內(nèi)容主要包括：微生物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及功能、培養(yǎng)基配制的原則和種類：微生物的代謝產(chǎn)物、微生物代謝的調(diào)節(jié)及人工控制；微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律、影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境等。在本節(jié)的復(fù)習(xí)中要注意：

1.抓住營(yíng)養(yǎng)與代謝關(guān)系這條主線是復(fù)習(xí)本節(jié)的關(guān)鍵

（1）分析常見(jiàn)的微生物代謝類型、生殖方式、代謝過(guò)程等，確定不同微生物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源與功能。例如：大腸桿菌、硝化細(xì)菌、根瘤菌、酵母菌、放線菌、藍(lán)藻等微生物，通過(guò)分析明確自養(yǎng)型與異養(yǎng)型微生物的區(qū)別主要是碳源。

（2）了解培養(yǎng)基配制的三個(gè)原則時(shí)，要與微生物具體代謝所需原料及條件相聯(lián)系，其種類和比例是按代謝過(guò)程的需要配制，pH是根據(jù)代謝中酶活性的要求確定的。如微生物分為自養(yǎng)型微生物與異養(yǎng)型微生物，對(duì)于自養(yǎng)型微生物，它的能源是光或無(wú)機(jī)化合物，如硝化細(xì)菌是通過(guò)氧化氨（）來(lái)獲得所需要的能量；對(duì)于異養(yǎng)型微生物，它的能源來(lái)自含碳有機(jī)物。

2.歸納比較一些相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，便于清楚地記憶和掌握

可列表比較常見(jiàn)的微生物代謝類型、生殖方式、代謝過(guò)程、實(shí)踐應(yīng)用等知識(shí)，從中掌握各自特征（如下表）。此外還可列表比較：不同培養(yǎng)基的特點(diǎn)、用途；初級(jí)代謝產(chǎn)物與次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類和作用；組成酶與誘導(dǎo)酶在代謝調(diào)節(jié)上的不同特點(diǎn)；微生物生長(zhǎng)的四個(gè)不同時(shí)期的特點(diǎn)、區(qū)別和作用等。

三種細(xì)菌有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的比較

3.要注意分析微生物營(yíng)養(yǎng)、代謝、生長(zhǎng)的原理在生產(chǎn)實(shí)踐上的應(yīng)用，以便于掌握微生物在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的范圍和特點(diǎn)。

例如：微生物培養(yǎng)的菌種選育時(shí)期，生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的酶活性調(diào)節(jié)的關(guān)系，代謝產(chǎn)物在生產(chǎn)中采用連續(xù)培養(yǎng)法的原理；并結(jié)合具體的生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)識(shí)微生物的代謝、生長(zhǎng)對(duì)各種環(huán)境條件的需求，例如O2、溫度、pH等。

三、發(fā)酵過(guò)程

通過(guò)復(fù)習(xí)發(fā)酵實(shí)例--谷氨酸發(fā)酵，然后講述發(fā)酵工程的概念、內(nèi)容和應(yīng)用，符合學(xué)生從感性到理性的認(rèn)知規(guī)律，復(fù)習(xí)時(shí)要注意：

1.分析谷氨酸發(fā)酵的特點(diǎn)，總結(jié)出發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容

（1）理解概念時(shí)，注意與發(fā)酵概念的區(qū)別。發(fā)酵是個(gè)過(guò)程，是通過(guò)微生物培養(yǎng)大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過(guò)程，而發(fā)酵工程是應(yīng)用于發(fā)酵過(guò)程中的一種技術(shù)。

（2）對(duì)發(fā)酵工程內(nèi)容的掌握，從谷氨酸發(fā)酵的實(shí)例出發(fā)，歸納出發(fā)酵工程的具體內(nèi)容。對(duì)每一內(nèi)容采取的措施都明白原因，并要抓住中心環(huán)節(jié)--發(fā)酵過(guò)程所需要的條件，去理解發(fā)酵過(guò)程中及時(shí)檢測(cè)溫度、pH、溶氧、營(yíng)養(yǎng)成分的必要性

2.發(fā)酵工程的應(yīng)用要與當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展相聯(lián)系

要根據(jù)發(fā)酵工程的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)發(fā)酵工程應(yīng)用的領(lǐng)域及發(fā)展前景，分析發(fā)酵工程的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中與傳統(tǒng)的發(fā)酵業(yè)的區(qū)別，從而明確生物工程技術(shù)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要作用。

最后，在本專題復(fù)習(xí)中要注意理論聯(lián)系實(shí)際。應(yīng)注意用所學(xué)知識(shí)去解釋生產(chǎn)和生活中的一些現(xiàn)象，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際。例如：

（1）殺菌防腐的原理是什么？（微生物細(xì)胞在高滲溶液中發(fā)生滲透失水）

（2）硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、根瘤菌等在氮循環(huán)中的作用是什么？（硝化細(xì)菌：反硝化細(xì)菌：、根瘤菌：）

（3）沼氣池中除臭的微生物及原理是什么？（硝化細(xì)菌、）

（4）制泡菜時(shí)壇口為何要加水密封？（制泡菜所需菌種主要是乳酸菌，為異養(yǎng)厭氧型菌，氧氣會(huì)抑制其代謝）

（5）酶母菌釀酒時(shí)為何要先通氣后密封？（先通氣最終是為了獲得大量的酵母菌；后密封是為了獲得次級(jí)代謝產(chǎn)物--酒精）

知識(shí)應(yīng)用演練：假若某一樣品中含有大腸桿菌、硝化細(xì)菌、酵母菌、光合細(xì)菌、金黃色葡萄球菌、圓褐固氮菌、乳酸菌等微生物，你如何根據(jù)所學(xué)知識(shí)，從理論上一一將其中的純種微生物分離出來(lái)？

參考答案：

I. 若把混雜的微生物放在不含氮素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，可篩選出圓褐固氮菌。

II. 若把混雜的微生物放在不含有機(jī)碳源的選擇性培養(yǎng)基上培養(yǎng)，可篩選出硝化細(xì)菌。

III. 若把混雜的微生物放在不含有機(jī)碳源的選擇性培養(yǎng)基上，且置于無(wú)氧而有光照的環(huán)境中，可篩選出光合細(xì)菌。

IV. 若把混雜的微生物放在加有較高濃度NaCl的選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)，可篩選出金黃色葡萄球菌；或者根據(jù)菌落的顏色呈現(xiàn)金黃色，將其挑取單獨(dú)培養(yǎng)。

V. 若把混雜的微生物放在利用伊紅和美藍(lán)鑒別性培養(yǎng)基培養(yǎng)，菌落呈深紫色并帶有金屬光澤的是大腸桿菌；挑取該菌單獨(dú)培養(yǎng)，結(jié)合顯微鏡鏡檢和進(jìn)一步用伊紅和美藍(lán)鑒別性培養(yǎng)基培養(yǎng)來(lái)確定。

VI. 若把混雜的微生物放在含有青毒素的選擇性培養(yǎng)基上培養(yǎng)，可篩選出酵母菌。

VII. 若把混雜的微生物放在普通培養(yǎng)基上、并置于無(wú)氧環(huán)境中培養(yǎng)，乳酸菌和酵母菌都可以生長(zhǎng)；再加入一定濃度的乳酸，使培養(yǎng)基pH充分降低，可抑制酵母菌的生長(zhǎng)；最后利用菌落特征，結(jié)合顯微鏡的鏡檢，選取生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的菌落，即可分離出乳酸菌。

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