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课时38微生物的营养、代谢及生长（一）
重点难点提示：
重点：
1、微生物生长所需要的碳源、氮源和生长因子的来源和功能：
2、培养基配置的原则；
3、微生物代谢的调节；
4、微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用；
5、温度、PH和氧等因素对微生物生长的影响；
难点：
1、培养基配置的原则；
2、生产中如何人工控制微生物的代谢；
3、微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用；
高考考纲视点：
1、 微生物的营养
2、 微生物的代谢
3、 微生物的生长
综合知识梳理：
一、微生物的营养：
1、 微生物所需营养物质和功能：
微生物所需营养物质有 ，其功能分别为 。
最常用的碳源是： ；最常用的氮源是： ；如何证明某物质是某种微生物的生长因子： 。
2、 培养基
依据物理性质分为： ;依据化学成分分为： 。
分离固氮微生物应选用何种培养基： 。
二、微生物的代谢：
1、微生物的代谢的概念：微生物细胞内所发生的 。
特点： 原因： 、 。
2、代谢产物：分为 和 两种，两者的区别为
。
3、微生物代谢的调节：包括酶 的调节和酶 的调节。
比较 酶合成的调节 酶活性的调节
实例
调节对象
原理
调节结果
特点
意义
联系
4、微生物代谢的人工控制：
目的：最大限度地 。措施： ， 。
5、发酵：
概念：
类型：按培养基的物理状态分： ；按产物分：
按对氧的需求分： 。
三、微生物的生长：
（一）测定：测定微生物的生长通常以 为研究的单位。方法： 。
（二）微生物群体生长规律：
如图各阶段名称、菌体数量变化、特点及应用：
1、
2、
3、
4、
（三）研究微生物群体生长的实践意义——（ 法）
概念： ：目的???????????????????；
应用： ；优点：
（四）影响环境微生物的生长的环境因素：
要点梳理
1、 微生物的营养物质
（1） 碳源：是指含碳元素的碳素营养物质。其中无机碳源主要指的是空气中的CO2和土壤碳酸盐，有机碳源主要是含有碳元素的有机物。如糖类、醇类、有机酸类、烃类、脂类、淀粉、果胶、纤维素。碳源在微生物细胞内主要是构成细胞结构物质（如细胞壁、荚膜等）和合成某些次级代谢产物（如抗生素、色素等）的原料。在分解过程中，碳源可提供微生物生命活动的能量
（2） 氮源：是指含氮元素的氮素营养物质。其中无机氮主要有铵盐、硝酸盐和大气中的分子氮。有机氮源主要指蛋白质、氨基酸和一些含氮有机物。空气中的氮只有固氮微生物才能利用。实验室常用的氮源有铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白质水解物、豆饼粉、花生饼粉等。氮源的生理功能主要是作为合成细胞原生质、生理活性物质、细胞结构和某些代谢产物的原料。
（3） 无机盐：是指无机化合物，即矿质元素。
（4） 生长因子：是指某些微生物在生命活动过程中必须从外界环境摄取的某些微量有机化合物，如维生素、氨基酸和碱基。
（5） 水分：是微生物细胞的重要组成成分。
2、 微生物营养类型
营养类型 主要或唯一碳源 能源 代表菌
光能自养型 CO2 光能 蓝细菌
光能异养型 有机物 光能 红螺菌
化能自养型 CO2 无机物 硝化细菌
化能异养型 有机物 有机物 大肠杆菌
3、 初级代谢产物和次级代谢产物比较
产生时间 功能 例子 存在部位
初级代谢产物 不停的合成 生长和繁殖必须物质 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素 细胞内
次级代谢产物 一阶段合成 生长繁殖非必须物质 抗生素、毒素、激素、色素 细胞内或外
4、 组成酶和诱导酶的比较
存在时间 控制与合成
组成酶 一直存在 只受遗传物质控制
诱导酶 诱导存在 既受遗传物质控制，又需诱导物诱导
5、 酶合成的调节和酶活性的调节比较
调节的对象 调节的结果及特点 调节机制 意义
酶合成的调节 诱导酶合成与否 是细胞内酶的种类增多。特点是直接而迅速。 本质是基因表达的调控，它调节酶的合成 既保证代谢的需求，又避免细胞内物质和能量的浪费，增强了适应性
酶活性的调节 酶的催化能力 酶的活性发生变化。特点是间接而缓慢。 代谢产物调节酶的活性。 避免代谢产物大量积累。
6、 微生物和动物、植物营养要素的比较
生物类型营养要素 动物（异养） 微生物 绿色植物
异养 自养
碳源 糖类脂肪 糖、醇、有机酸等 二氧化碳、碳酸盐等 二氧化碳、碳酸盐
氮源 蛋白质或其降解物 蛋白质或其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮 无机氮化物、氮 无机氮化物
能源 与碳源相同 与碳源相同 氧化有机物或利用光能 利用光能
生长因子 维生素 一部分需要生长因子 不需要 不需要
无机元素 无机盐 无机盐 无机盐 无机盐
水分 水 水 水 水
7、 微生物生长规律及其应用
生长期 各期特点 形成原因 菌体特征 生产应用与控制
调整期 不立即繁殖 对新环境适应 代谢活跃，体积增长快 通过菌种、接种量、培养基等缩短调整期
对数期 繁殖速度快 生存条件适宜 个体形态和生理特性稳定 获取菌种，科研材料
稳定期 繁殖速度与死亡速度相等，活菌数量最多，代谢产物积累最多。 生存条件恶化，如PH变化，代谢产物积累，营养消耗 开始出现芽孢 通过添加培养基，放出原培养基和控制其他条件延长稳定期
衰亡期 死亡率大大增加 生存条件极度恶化 出现畸变
8．发酵生产中微生物培养装置
（1）固体培养
①好氧菌的曲法培养：其中通风曲是机械化程度和生产效率较高的现代化制曲设备。我国的酱油厂一般都用此法制曲。
②厌氧菌的堆积培养法：在白酒的生产中，用大型深层地窖进行堆积式的固体发酵。
（2）液体发酵
①好氧菌的培养——发酵罐
利用发酵罐作深层液体培养，这种培养方法是近代发酵工业中最典型的培养方法。它的发明在微生物培养技术的发展过程中具有革命性意义。发酵罐的主要应用是要为微生物提供丰富而均匀的养料、良好的通气和搅拌，适宜的温度和酸碱度，并能确保防止杂菌的污染。为此，除了罐体有合理的结构外，还要有一套必要的附属装置，例：培养基配制系统、蒸汽灭菌系统、空气压缩和过滤系统，以及发酵产物的后处理系统等。
②厌氧菌大规模的液体培养装置——发酵罐
发酵罐用于厌氧菌发酵，可省略通气、搅拌装置，简化工艺过程，还能大大节约能源的消耗。其体积可明显大于有通气、搅拌装置的发酵罐，从而提高了生产效率。
9．温度控制与发酵生产的产量
由于微生物的生命活动是由一系列生物化学反应组成的，而这些反应受温度的影响极为明显。任何微生物的生长温度总有最低生产温度、最适生产温度和最高生产温度，也就是说，最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。对不同的生理过程、代谢过程各有其相应最适温度的研究，有着重要的实践意义。例如：国外在产黄青霉165小时的青霉素发酵过程中，运用了有关规律，即根据不同生理代谢过程的温度特点分四段控制其培养温度，即0小时5小时40小时125小时165小时。结果，青霉素的产量比自始至终进行30℃恒温培养的对照提高了14.7%。
10．发酵过程中pH的变化及调整
微生物在其生命活动过程中，会改变外界环境的pH，即培养基的原始pH在培养微生物过程中时时发生改变
培养基中成分与pH变化有关，C：N高的培养基，经培养后pH常会下降，C：N低的培养基经培养后，pH会明显上升。培养基内的pH在培养微生物的过程中会发生变化，对生产来说，往往不利，因此要及时调整培养基中pH。
11．通过控制细胞膜的渗透性解除反馈调节
微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度积累着，并自然地通过反馈限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜透性使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。
（1）通过生理学手段控制细胞膜的渗透性
在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的积累有着明显的影响。只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸，控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸的分泌。
当培养液内生物素含量很高时，只要添加适量的青霉素也有提高谷氨酸产量的效果。其原因是青霉素可抑制细菌细胞壁的形成，造成细胞壁的缺损。这种细胞的细胞膜在细胞膨压的作用下，有利于代谢产物的外渗，并因此降低了谷氨酸的反馈抑制和提高了产量。
（2）通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性
通过诱变育种选育的不能合成油酸的谷氨酸产生菌的菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因为细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。这种菌株因其不能合成油酸而使细胞膜缺损。
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