微生物與發(fā)酵工程含生物固氮

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1、 考 點(diǎn)一微生物與發(fā)酵工程考點(diǎn)解讀1.微生物的類群(細(xì)菌、病毒)2微生物的營(yíng)養(yǎng)(營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及作用，培養(yǎng)基配制原則及種類)3微生物的代謝(代謝產(chǎn)物，代謝調(diào)節(jié)與控制)4微生物的生長(zhǎng)(群體生長(zhǎng)規(guī)律及影響因素)5發(fā)酵工程簡(jiǎn)介(發(fā)酵工程內(nèi)容、應(yīng)用及實(shí)例) 1 (2 0 1 0 全 國(guó) 卷 )下 列 是 與 微 生 物 培 養(yǎng) 有 關(guān) 的 問(wèn) 題 ， 請(qǐng)回 答 ：(1 )某 細(xì) 菌 固 體 培 養(yǎng) 基 的 組 成 成 分 是 KH2 PO4 、 Na2 HPO4 、MgSO4 、 葡 萄 糖 、 尿 素 、 瓊 脂 和 蒸 餾 水 ， 其 中 凝 固 劑 是_， 碳 源 是 _， 氮 源 是 _。 已 知

2、只 有 能合 成 脲 酶 的 細(xì) 菌 才 能 在 該 培 養(yǎng) 基 上 生 長(zhǎng) ， 故 該 培 養(yǎng) 基 屬于 _培 養(yǎng) 基 。 按 照 化 學(xué) 成 分 分 類 ， 該 培 養(yǎng) 基 屬 于_培 養(yǎng) 基 。 從 同 化 作 用 類 型 看 ， 用 該 培 養(yǎng) 基 培 養(yǎng)的 細(xì) 菌 屬 于 _。 (2 )將 少 量 細(xì) 菌 接 種 到 一 定 體 積 的 液 體 培 養(yǎng) 基 中 ， 適 宜 條 件下 培 養(yǎng) ， 定 時(shí) 取 樣 測(cè) 定 菌 體 數(shù) 目 ， 以 時(shí) 間 為 橫 坐 標(biāo) ， 以菌 體 數(shù) 目 的 對(duì) 數(shù) 為 縱 坐 標(biāo) ， 可 以 得 到 細(xì) 菌 的 _曲線 。 該 曲 線 中 以 菌 體

3、 數(shù) 目 的 對(duì) 數(shù) 作 為 縱 坐 標(biāo) 的 原 因 是_。 實(shí) 驗(yàn) 室 中 ， 為 了 獲 得 形 態(tài) 和 生 理 特 征 一 致的 菌 體 ， 一 般 應(yīng) 在 _期 取 材 ； 在 生 產(chǎn) 中 ， 常 收 集培 養(yǎng) 至 _期 的 細(xì) 菌 用 于 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 的 提 取 。 解 析 本 題 主 要 考 查 微 生 物 的 營(yíng) 養(yǎng) 、 培 養(yǎng) 基 的 分 類 、 微 生物 的 代 謝 類 型 及 細(xì) 菌 的 生 長(zhǎng) 規(guī) 律 等 知 識(shí) ， 意 在 考 查 理 解 能 力 、獲 取 信 息 的 能 力 和 綜 合 運(yùn) 用 能 力 。(1 )由 所 給 培 養(yǎng) 基 的 組 成 成 分

4、及 教 材 相 關(guān) 知 識(shí) 可 知 ： 凝 固 劑是 瓊 脂 ， 碳 源 是 葡 萄 糖 ， 氮 源 為 尿 素 。 由 于 這 種 培 養(yǎng) 基 只 有能 合 成 脲 酶 的 細(xì) 菌 才 能 生 長(zhǎng) ， 因 此 ， 該 培 養(yǎng) 基 屬 于 選 擇 培 養(yǎng)基 ； 由 于 其 化 學(xué) 成 分 清 楚 ， 屬 于 合 成 培 養(yǎng) 基 ； 由 于 細(xì) 菌 所 用碳 源 為 有 機(jī) 碳 源 ， 因 此 ， 所 培 養(yǎng) 的 細(xì) 菌 為 異 養(yǎng) 型 。(2 )通 過(guò) 題 中 操 作 所 得 曲 線 為 細(xì) 菌 的 生 長(zhǎng) 曲 線 。 在 細(xì) 菌 的 生長(zhǎng) 曲 線 中 ， 對(duì) 數(shù) 期 菌 體 的 形 態(tài) 和

5、生 理 特 征 一 致 ； 穩(wěn) 定 期 菌 體的 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 相 對(duì) 較 多 ， 生 產(chǎn) 中 ， 常 收 集 培 養(yǎng) 至 穩(wěn) 定 期 的細(xì) 菌 ， 用 于 提 取 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 。 答 案 (1 )瓊 脂 葡 萄 糖 尿 素 選 擇 合 成 異 養(yǎng) 型(2 )生 長(zhǎng) 培 養(yǎng) 中 的 細(xì) 菌 以 指 數(shù) 形 式 增 殖 ， 取 對(duì) 數(shù) 便 于 反 映細(xì) 菌 群 體 的 生 長(zhǎng) 規(guī) 律 (其 他 合 理 答 案 也 給 可 ) 對(duì) 數(shù) 穩(wěn) 定 科目三考試 http:/ 科目3實(shí)際道路考試技巧、視頻教程科目四考試 http:/ 科目四模擬考試題 C1科目四仿真考試 1 比 較

6、選 擇 培 養(yǎng) 基 與 鑒 別 培 養(yǎng) 基種類制備方法原理用途舉例選擇培養(yǎng)基加入某種 物質(zhì)改變營(yíng)養(yǎng) 成分除去某種 物質(zhì)依據(jù)某些微生物代謝特點(diǎn)及對(duì)某些物質(zhì)的抗性而設(shè)計(jì)從眾多微生物中分離所需的微生物加入青霉素分離得到酵母菌和霉菌 種類制備方法原理用途舉例鑒別培養(yǎng)基培養(yǎng)基中加入某種試劑或化學(xué)藥品依據(jù)微生物產(chǎn)生的某種代謝產(chǎn)物與培養(yǎng)基中特定試劑或化學(xué)藥品反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征變化而設(shè)計(jì)鑒別不同種類的微生物伊紅和美藍(lán)培養(yǎng)基可以鑒別大腸桿菌 2 比 較 初 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 與 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物產(chǎn)物名稱產(chǎn)生時(shí)間作用分布種的特異性舉例相同點(diǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物不停地合成生長(zhǎng)繁殖所必需細(xì)胞內(nèi)無(wú)氨基酸、核苷酸、多糖

7、、脂質(zhì)等都在微生物細(xì)胞調(diào)節(jié)下有步驟地產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物生長(zhǎng)后期對(duì)自身無(wú)明顯生理作用細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外有抗生素、毒素、激素、色素等 3 比 較 酶 合 成 調(diào) 節(jié) 與 酶 活 性 調(diào) 節(jié) 調(diào)節(jié)方式比較項(xiàng)目酶合成調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)原理通過(guò)影響酶的合成來(lái)調(diào)節(jié)微生物的代謝通過(guò)改變已有酶的催化活性來(lái)調(diào)節(jié)微生物的代謝速率調(diào)節(jié)過(guò)程在環(huán)境中存在誘導(dǎo)物(通常是反應(yīng)底物)的情況下才能合成誘導(dǎo)酶代謝產(chǎn)物與酶的結(jié)合，致使酶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化(該種變化是可逆的)結(jié)果改變酶的種類與數(shù)量不改變酶的種類和數(shù)量，但改變已有酶的活性 調(diào)節(jié)方式比較項(xiàng)目酶合成調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)特點(diǎn)較緩慢快速、精細(xì)意義既保證了代謝的需要，又避免了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的

8、浪費(fèi)，增強(qiáng)了微生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力不會(huì)積累大量的代謝產(chǎn)物，保證各種代謝經(jīng)濟(jì)而高效地進(jìn)行舉例大腸桿菌乳糖代謝中半乳糖苷酶的合成谷氨酸生產(chǎn)過(guò)程中，大量谷氨酸的積累抑制谷氨酸脫氫酶的活性 4 微 生 物 群 體 生 長(zhǎng) 規(guī) 律 微 生 物 在 各 個(gè) 時(shí) 期 的 規(guī) 律 和 特 點(diǎn) 如 下 ：細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線特點(diǎn)不立即繁殖(增長(zhǎng)率最小)繁殖速率快，以等比數(shù)列的形成增加(增長(zhǎng)率最大)增長(zhǎng)率為0，活菌數(shù)量最大，大量積累代謝產(chǎn)物增長(zhǎng)率小于0，活菌數(shù)目急劇下降 形成原因?qū)π颅h(huán)境的短暫調(diào)節(jié)或適應(yīng)生存條件(空間、營(yíng)養(yǎng)等)適宜生存條件(空間縮小、營(yíng)養(yǎng)消耗等)惡化，種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇生存條件極度惡化。與無(wú)機(jī)環(huán)境的斗爭(zhēng)最為激

9、烈菌體特征體積增長(zhǎng)較快形態(tài)、生理特征穩(wěn)定某些細(xì)菌開(kāi)始出現(xiàn)芽孢出現(xiàn)多種形態(tài)甚至畸形，有些細(xì)胞開(kāi)始解體 代謝特點(diǎn)代謝活躍，大量合成分裂所需的酶類、ATP及其他細(xì)胞成分代謝旺盛大量積累代謝產(chǎn)物，特別是次級(jí)代謝產(chǎn)物釋放代謝產(chǎn)物應(yīng)用與控制縮短該期的措施：采用與原培養(yǎng)基相同的培養(yǎng)基；增大接種量；接種對(duì)數(shù)期的菌種可作為菌種和科研材料。在開(kāi)始時(shí)多放些培養(yǎng)基可延長(zhǎng)該期通過(guò)以一定的速度添加新培養(yǎng)基，放出老培養(yǎng)基，控制其他生產(chǎn)條件(如溫度、pH、溶氧)來(lái)延長(zhǎng)該期 考點(diǎn)二生物固氮考點(diǎn)解讀1.共生固氮微生物與自生固氮微生物2生物固氮的意義3生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 2 (全 國(guó) 卷 )根 瘤 菌 是 一 種 固 氮

10、微 生 物 ， 其 生 物 學(xué) 特 征之 一 是 ( )A 在 土 壤 中 獨(dú) 立 生 活 時(shí) 能 夠 固 氮B 需 氧 的 異 養(yǎng) 細(xì) 菌C 所 需 能 量 由 自 身 的 線 粒 體 提 供D 單 細(xì) 胞 真 核 生 物 解 析 根 瘤 菌 的 新 陳 代 謝 類 型 為 異 養(yǎng) 需 氧 型 ， 根 瘤 菌 只 有侵 入 到 豆 科 植 物 的 根 內(nèi) 才 能 進(jìn) 行 生 物 固 氮 ， 在 土 壤 中 獨(dú) 立 生活 時(shí) 不 能 夠 固 氮 。 根 瘤 菌 屬 于 單 細(xì) 胞 原 核 生 物 ， 并 沒(méi) 有 線 粒體 。答 案 B 1 生 物 固 氮(1 )兩 種 固 氮 微 生 物 的

11、比 較比較項(xiàng)目共生固氮微生物自生固氮微生物常見(jiàn)類型根瘤菌圓褐固氮菌與豆科植物關(guān)系共生，有專一性無(wú)固氮產(chǎn)物及其去向氨可直接進(jìn)入共生植物體，提供氮源氨需經(jīng)硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為NO ，再被植物利用對(duì)植物的作用提供氮素提供氮素、生長(zhǎng)素固氮量大小-3 (2 )生 物 固 氮 在 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 上 的 應(yīng) 用 根 瘤 菌 拌 種 豆 科 作 物 ， 可 增 產(chǎn) 1 0 % 2 0 %； 用 豆 科 植 物 作 綠 肥 ， 增 加 土 壤 含 氮 量 ； 新 鮮 的 豆 科 植 物 飼 料 飼 養(yǎng) 家 畜 ， 其 糞 便 還 田 肥 沃 土 壤 ，提 高 作 物 、 畜 產(chǎn) 品 產(chǎn) 量 。 制 作 圓 褐 固

12、氮 菌 菌 劑 施 至 土 壤 ， 為 作 物 提 供 氮 肥 和 生長(zhǎng) 素 。 2 氮 循 環(huán) 示 意 圖 3 氮 循 環(huán) 中 幾 種 微 生 物 的 特 殊 作 用 及 其 在 生 態(tài) 系 統(tǒng) 中 的 地位 辨 析在氮循環(huán)中的作用代謝類型在生態(tài)系統(tǒng)中的地位根瘤菌將N2合成NH3異養(yǎng)需氧型消費(fèi)者圓褐固氮菌將N2合成NH3異養(yǎng)需氧型分解者細(xì)菌、真菌將生物遺體中的含氮化合物轉(zhuǎn)化為氨異養(yǎng)需氧型分解者硝化細(xì)菌將土壤中的氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽自養(yǎng)需氧型生產(chǎn)者反硝化細(xì)菌將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N 2異養(yǎng)厭氧型分解者 特 別 提 示 (1 )所 有 固 氮 微 生 物 都 是 原 核 生 物 ， 其 固 氮 基 因 位 于

13、 質(zhì) 粒 上 ，基 因 編 碼 區(qū) 是 連 續(xù) 的 ， 其 可 遺 傳 變 異 來(lái) 源 只 有 基 因 突 變 。(2 )共 生 固 氮 微 生 物 也 有 自 養(yǎng) 型 (如 共 生 藍(lán) 藻 )。(3 )自 生 固 氮 微 生 物 同 化 類 型 既 有 自 養(yǎng) 型 (如 自 生 固 氮 的 藍(lán) 藻 )，也 有 異 養(yǎng) 型 (如 圓 褐 固 氮 菌 )； 異 化 類 型 既 有 需 氧 型 (如 圓 褐固 氮 菌 )， 也 有 厭 氧 型 (如 巴 氏 梭 菌 )。 熱點(diǎn)一微生物的營(yíng)養(yǎng)、代謝與生長(zhǎng)熱點(diǎn)指數(shù)命題點(diǎn)本熱點(diǎn)內(nèi)容包括微生物的類群、微生物所需的營(yíng)養(yǎng)、微生物代謝及調(diào)節(jié)、微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律命

14、題角度以上內(nèi)容在歷年高考中一向?yàn)榭疾橹攸c(diǎn)之一，近年高考更多地以非選擇題形式呈現(xiàn)對(duì)微生物代謝與生長(zhǎng)規(guī)律的考查，多把微生物的結(jié)構(gòu)、代謝特點(diǎn)與環(huán)境問(wèn)題相聯(lián)系創(chuàng)設(shè)新情境，考查對(duì)“微生物在環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用”這方面知識(shí)的理解和掌握 例 1 (2 0 1 0 重 慶 高 考 )炭 疽 病 是 由 炭 疽 桿 菌 引 起 的 一 種 人 畜共 患 傳 染 病 。 炭 疽 桿 菌 兩 端 截 平 、 呈 竹 節(jié) 狀 排 列 ， 菌 落 呈 卷發(fā) 狀 。 對(duì) 炭 疽 病 疑 似 患 者 ， 可 根 據(jù) 噬 菌 體 的 宿 主 專 一 性 ， 通過(guò) 實(shí) 驗(yàn) 確 診 。(1 )細(xì) 菌 培 養(yǎng) ： 采 集 疑 似

15、患 者 的 樣 本 ， 分 離 培 養(yǎng) ， 獲 得 可 疑 菌 落 。(2 )細(xì) 菌 鑒 定 ： 實(shí) 驗(yàn) 流 程 如 下 圖 所 示 ： 對(duì) 配 制 的 液 體 培 養(yǎng) 基 等 需 采 取 _方 法 滅 菌 ； 實(shí) 驗(yàn) 所 用液 體 培 養(yǎng) 基 的 碳 源 為 _(填 “ 無(wú) 機(jī) 碳 ” 或 “ 有 機(jī) 碳 ” )。 挑 選 可 疑 菌 落 制 片 后 ， 用 _觀 察 ， 可 看 到 呈 竹 節(jié) 狀排 列 的 桿 菌 。 接 種 可 疑 菌 后 ， 3 5 培 養(yǎng) 2 4 小 時(shí) ， 液 體 培 養(yǎng) 基 變 渾 濁 ， 原 因是 _。 對(duì) 照 組 試 管 中 應(yīng) 加 入 _， 與 實(shí) 驗(yàn) 組

16、 同 時(shí) 培 養(yǎng) 6 小時(shí) 后 ， 若 實(shí) 驗(yàn) 組 液 體 培 養(yǎng) 基 的 渾 濁 度 比 對(duì) 照 組 _(填 “ 高 ”或 “ 低 ” )， 則 可 明 確 疑 似 患 者 被 炭 疽 桿 菌 感 染 ； 反 之 則 排 除 。 對(duì) 排 除 的 疑 似 患 者 及 易 感 人 群 ， 可 接 種 炭 疽 桿 菌 疫 苗 ， 刺 激機(jī) 體 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 抗 體 ， 與 產(chǎn) 生 抗 體 相 關(guān) 的 細(xì) 胞 除 T細(xì) 胞 、 B細(xì) 胞 外 ，還 有 _。 解 析 本 題 考 查 培 養(yǎng) 基 的 滅 菌 、 微 生 物 的 特 點(diǎn) 及 營(yíng) 養(yǎng) 和 免疫 等 相 關(guān) 知 識(shí) ， 意 在 考 查 對(duì)

17、知 識(shí) 的 理 解 能 力 、 應(yīng) 用 能 力 和 實(shí)驗(yàn) 分 析 、 設(shè) 計(jì) 能 力 。 培 養(yǎng) 基 應(yīng) 用 高 壓 蒸 汽 法 進(jìn) 行 滅 菌 。 炭疽 桿 菌 同 化 類 型 為 異 養(yǎng) 型 ， 應(yīng) 選 有 機(jī) 碳 作 為 其 碳 源 。 微 生物 個(gè) 體 小 ， 肉 眼 觀 察 不 到 ， 必 須 借 助 顯 微 鏡 才 能 觀 察 到 菌 體特 征 。 在 液 體 培 養(yǎng) 基 中 ， 細(xì) 菌 大 量 繁 殖 會(huì) 導(dǎo) 致 培 養(yǎng) 液 變 渾濁 ； 該 實(shí) 驗(yàn) 中 實(shí) 驗(yàn) 變 量 為 是 否 加 入 噬 菌 體 ， 所 以 對(duì) 照 組 除 不加 噬 菌 體 外 ， 其 他 處 理 都 應(yīng)

18、該 和 實(shí) 驗(yàn) 組 保 持 一 致 (即 應(yīng) 加 入不 含 噬 菌 體 的 生 理 鹽 水 )。 噬 菌 體 可 破 壞 細(xì) 菌 細(xì) 胞 ， 從 而 使培 養(yǎng) 液 變 清 。 在 特 異 性 免 疫 的 感 應(yīng) 階 段 ， 吞 噬 細(xì) 胞 參 與 了抗 原 的 呈 遞 ， 效 應(yīng) B細(xì) 胞 是 直 接 產(chǎn) 生 抗 體 的 細(xì) 胞 。 答 案 (2 ) 高 壓 蒸 汽 (9 8 kPa蒸 汽 ) 有 機(jī) 碳 顯 微 鏡 細(xì) 菌 大 量 繁 殖 等 量 生 理 鹽 水 低 吞 噬 細(xì) 胞 、 效 應(yīng) B細(xì) 胞 “ 種 群 數(shù) 量 增 長(zhǎng) 曲 線 ” 與 “ 微 生 物 群 體 生 長(zhǎng) 曲 線 ”的

19、 區(qū) 別 及 聯(lián) 系(1)曲 線 圖 示 (2 )圖 示 表 解種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線微生物群體生長(zhǎng)曲線區(qū)別研究?jī)?nèi)容只研究種群數(shù)量增長(zhǎng)階段的變化規(guī)律研究微生物從生長(zhǎng)到死亡整個(gè)生命周期的數(shù)量變化規(guī)律縱軸含義種群的實(shí)際數(shù)量微生物數(shù)目的對(duì)數(shù)，不代表實(shí)際數(shù)量 種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線微生物群體生長(zhǎng)曲線聯(lián)系“J”型曲線無(wú)K值但也有調(diào)整期和對(duì)數(shù)期，微生物群體生長(zhǎng)曲線的調(diào)整期和對(duì)數(shù)期符合“J”型曲線“S”型曲線也可分為三個(gè)階段：對(duì)環(huán)境的適應(yīng)期、快速增長(zhǎng)期、數(shù)目穩(wěn)定期，曲線總體趨勢(shì)與微生物生長(zhǎng)曲線的調(diào)整期、對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期相一致 1 如 圖 為 某 細(xì) 菌 培 養(yǎng) 過(guò) 程 中 的 增 長(zhǎng) 率 曲 線 ， a、 b、 c代 表

20、 不 同 的 時(shí) 刻 ， 下 列 有 關(guān) 敘 述 中 不 正 確 的 是 ( )A 組 成 酶 在 每 個(gè) 時(shí) 期 都 相 同B 0 a段 可 以 看 做 是 “ J” 型 增 長(zhǎng)C b時(shí) 刻 細(xì) 胞 內(nèi) 可 能 大 量 積 累 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物D 連 續(xù) 培 養(yǎng) 的 目 的 主 要 是 為 了 延 長(zhǎng) a b段 時(shí) 間. 解 析 ： 組 成 酶 是 細(xì) 菌 中 固 有 的 ， 只 受 遺 傳 物 質(zhì) 控 制 ， 與 環(huán) 境中 物 質(zhì) 無(wú) 關(guān) ； 0 a段 是 細(xì) 菌 剛 剛 接 種 到 培 養(yǎng) 基 中 ， 空 間 、 資源 等 生 活 條 件 充 裕 ， 所 以 會(huì) 出 現(xiàn) 近 似 “

21、 J” 型 的 增 長(zhǎng) ； 圖 中 b時(shí) 刻 細(xì) 菌 死 亡 率 和 繁 殖 率 相 等 ， 代 表 進(jìn) 入 穩(wěn) 定 期 ， 此 時(shí) 活 菌數(shù) 目 達(dá) 到 最 大 ， 細(xì) 胞 內(nèi) 積 累 大 量 代 謝 產(chǎn) 物 ， 尤 其 是 次 級(jí) 代 謝產(chǎn) 物 ； a b段 代 表 穩(wěn) 定 期 前 的 時(shí) 期 ， 而 連 續(xù) 培 養(yǎng) 有 助 于 延 長(zhǎng)穩(wěn) 定 期 。答 案 ： D 熱點(diǎn)二發(fā)酵工程及其應(yīng)用熱點(diǎn)指數(shù)命題點(diǎn)本熱點(diǎn)內(nèi)容包括發(fā)酵工程的內(nèi)涵，發(fā)酵工程幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵條件的控制及發(fā)酵工程應(yīng)用實(shí)例命題角度近年高考多以選擇題形式考查發(fā)酵工程重要環(huán)節(jié)、發(fā)酵條件的控制等，也可通過(guò)與微生物代謝與調(diào)節(jié)相結(jié)合的模式

22、考查發(fā)酵工程的應(yīng)用及產(chǎn)品的分離與提純 例 2 用 某 種 培 養(yǎng) 基 培 養(yǎng) 谷 氨 酸 棒 狀 桿 菌 ， 測(cè) 得 其 生 長(zhǎng) 曲線 如 圖 A所 示 ； 谷 氨 酸 是 谷 氨 酸 棒 狀 桿 菌 的 代 謝 產(chǎn) 物 之 一 ，其 合 成 途 徑 如 圖 B所 示 ； 圖 C為 生 產(chǎn) 谷 氨 酸 的 發(fā) 酵 罐 的 結(jié) 構(gòu)示 意 圖 。 請(qǐng) 據(jù) 此 回 答 下 列 相 關(guān) 問(wèn) 題 ： (1 )要 得 到 圖 A所 示 生 長(zhǎng) 曲 線 ， 該 培 養(yǎng) 基 應(yīng) 是 _，含 有 水 、 無(wú) 機(jī) 鹽 、 碳 源 、 _、 _五 大 類 營(yíng)養(yǎng) 要 素 物 質(zhì) 。(2 )圖 A中 是 _期 ， 為

23、了 縮 短 該 期 ， 可 采 取 的 措 施 是_。(3 )谷 氨 酸 在 圖 A中 的 _(填 標(biāo) 號(hào) )時(shí) 期 都 有 合 成 。 (4 )由 圖 B可 知 ， 當(dāng) 谷 氨 酸 的 合 成 過(guò) 量 時(shí) ， 就 會(huì) 抑 制 谷 氨 酸 脫氫 酶 的 活 性 ， 酶 活 性 發(fā) 生 改 變 的 原 因 是_。(5 )圖 C中 處 是 發(fā) 酵 罐 夾 層 中 水 的 進(jìn) 出 口 ， 水 在 發(fā) 酵 罐 夾層 流 動(dòng) 的 作 用 是 _。(6 )谷 氨 酸 發(fā) 酵 液 的 pH應(yīng) 控 制 在 7 8 范 圍 內(nèi) ， 隨 著 代 謝 產(chǎn) 物的 積 累 ， 發(fā) 酵 液 的 pH變 化 趨 勢(shì) 是 _

24、， 控制 的 辦 法 是 _。 解 析 首 先 要 識(shí) 別 不 同 圖 形 所 代 表 的 生 物 學(xué) 含 義 和 過(guò) 程 。微 生 物 生 長(zhǎng) 曲 線 是 在 容 積 恒 定 的 液 體 培 養(yǎng) 基 中 培 養(yǎng) 微 生 物 時(shí)得 到 的 ， 即 微 生 物 生 長(zhǎng) 繁 殖 所 需 的 營(yíng) 養(yǎng) 物 質(zhì) 、 生 存 空 間 是 有限 的 。 生 長(zhǎng) 曲 線 包 括 調(diào) 整 期 、 對(duì) 數(shù) 期 、 穩(wěn) 定 期 、 衰亡 期 ， 通 常 采 用 加 大 接 種 量 和 使 用 對(duì) 數(shù) 期 菌 種 的 方 法 縮 短 調(diào)整 期 ， 在 發(fā) 酵 工 程 中 通 常 采 用 連 續(xù) 培 養(yǎng) 的 方 法 ，

25、 縮 短 培 養(yǎng) 周期 。 谷 氨 酸 屬 于 初 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 ， 在 微 生 物 的 一 生 中 都 必 須 不停 地 合 成 ， 否 則 就 會(huì) 影 響 微 生 物 的 正 常 生 命 活 動(dòng) 。 冷 卻 水 的作 用 是 降 低 發(fā) 酵 罐 和 培 養(yǎng) 液 的 溫 度 ， 使 其 維 持 在 微 生 物 代 謝適 宜 的 溫 度 范 圍 之 內(nèi) 。 由 于 谷 氨 酸 棒 狀 桿 菌 的 呼 吸 作 用 會(huì) 產(chǎn)生 CO 2 ， 使 培 養(yǎng) 液 pH下 降 ， 可 向 培 養(yǎng) 液 中 添 加 氨 水 ， 既 可 作為 氮 源 ， 又 能 調(diào) 節(jié) pH。 答 案 (1 )容 積 恒

26、定 的 液 體 培 養(yǎng) 基 氮 源 生 長(zhǎng) 因 子 (2 )調(diào) 整 加 大 接 種 量 和 使 用 對(duì) 數(shù) 期 菌 種 (3 ) (4 )代謝 產(chǎn) 物 與 酶 結(jié) 合 ， 導(dǎo) 致 酶 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 變 化 (5 )冷 卻 或 降 溫 (6 )下 降 加 堿 (氨 水 ) 發(fā) 酵 工 程 流 程 簡(jiǎn) 圖 2 發(fā) 酵 工 程 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 上 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 ， 其 生 產(chǎn) 流 程 如 下圖 所 示 。 結(jié) 合 賴 氨 酸 或 谷 氨 酸 的 生 產(chǎn) 實(shí) 際 ， 相 關(guān) 敘 述 不正 確 的 是 ( ). A 人 工 控 制 微 生 物 代 謝 的 措 施 包 括 改 變 微 生

27、物 的 遺 傳特 性 和 控 制 發(fā) 酵 條 件 等B 目 前 采 用 誘 變 育 種 已 經(jīng) 選 育 出 不 能 合 成 高 絲 氨 酸脫 氫 酶 的 黃 色 短 桿 菌 新 菌 種C 在 發(fā) 酵 過(guò) 程 中 ， 產(chǎn) 物 源 源 不 斷 地 產(chǎn) 生 ， 這 說(shuō) 明 賴 氨酸 或 谷 氨 酸 的 生 產(chǎn) 采 用 了 連 續(xù) 培 養(yǎng) 的 發(fā) 酵 方 式D 圖 中 所 示 的 提 取 方 法 包 括 過(guò) 濾 、 沉 淀 等 方 法 解 析 ： 微 生 物 代 謝 的 人 工 控 制 包 括 改 變 微 生 物 遺 傳 特 性 和控 制 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 的 各 種 條 件 等 方 法 ， 目 前

28、 選 育 菌 種 的 方 法除 了 基 因 工 程 和 細(xì) 胞 工 程 培 育 的 工 程 菌 外 ， 還 有 誘 變 育 種 ，目 前 已 經(jīng) 成 功 選 育 出 了 不 能 合 成 高 絲 氨 酸 脫 氫 酶 的 黃 色 短桿 菌 菌 種 來(lái) 生 產(chǎn) 谷 氨 酸 。 生 產(chǎn) 上 常 采 用 連 續(xù) 培 養(yǎng) 法 來(lái) 達(dá) 到可 以 源 源 不 斷 地 生 產(chǎn) 谷 氨 酸 或 賴 氨 酸 的 目 的 。 由 于 發(fā) 酵 生產(chǎn) 的 產(chǎn) 品 為 代 謝 產(chǎn) 物 ， 因 此 常 采 用 萃 取 、 蒸 餾 、 離 子 交 換等 方 法 進(jìn) 行 分 離 提 純 。答 案 ： D 熱點(diǎn)三生物固氮與氮循環(huán)熱

29、點(diǎn)指數(shù)命題點(diǎn)本熱點(diǎn)內(nèi)容包括固氮微生物類型及實(shí)例、氮循環(huán)過(guò)程、生物固氮的意義及應(yīng)用等命題角度生物固氮部分的知識(shí)點(diǎn)在高考中所占比重很小，常以選擇題的形式對(duì)固氮微生物的種類、代謝類型、在生態(tài)系統(tǒng)中的地位及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用等知識(shí)進(jìn)行考查，也可以與氮循環(huán)、礦質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)代謝等知識(shí)進(jìn)行學(xué)科內(nèi)的綜合，以理解能力、獲取信息的能力為考查重點(diǎn) 例 3 (2 0 0 9 北 京 高 考 )為 研 究 森 林 群 落 在 生 態(tài) 系 統(tǒng) 物 質(zhì) 循環(huán) 中 的 作 用 ， 美 國(guó) 一 研 究 小 組 在 某 無(wú) 人 居 住 的 落 葉 林 區(qū) 進(jìn)行 了 3 年 實(shí) 驗(yàn) 。 實(shí) 驗(yàn) 區(qū) 是 兩 個(gè) 毗 鄰 的 山 谷

30、 (編 號(hào) 1 、 2 )， 兩 個(gè)山 谷 各 有 一 條 小 溪 。 1 9 6 5 年 冬 ， 研 究 人 員 將 2 號(hào) 山 谷 中 的 樹(shù)木 全 部 砍 倒 留 在 原 地 。 通 過(guò) 連 續(xù) 測(cè) 定 兩 條 小 溪 下 游 的 出 水量 和 硝 酸 鹽 含 量 ， 發(fā) 現(xiàn) 2 號(hào) 山 谷 小 溪 出 水 量 比 樹(shù) 木 砍 倒 前 升高 近 4 0 %。 兩 條 小 溪 中 的 硝 酸 鹽 含 量 變 化 如 圖 所 示 。 請(qǐng) 回 答 問(wèn) 題 ：(1 )大 氣 中 的 N2 進(jìn) 入 該 森 林 群 落 的 兩 種 途 徑 有_。 在 森 林 群 落 中 ， 能 從 環(huán) 境 中 直

31、接吸 收 含 氮 無(wú) 機(jī) 物 的 兩 大 類 生 物 是 _。(2 )氮 元 素 以 N2 、 和 _的 形 式 被 生 物 吸 收 ， 進(jìn) 入 細(xì) 胞后 主 要 用 于 合 成 _兩 類 生 物 大 分 子 。(3 )圖 中 顯 示 ， 1 號(hào) 山 谷 溪 水 中 的 硝 酸 鹽 含 量 出 現(xiàn) 季 節(jié) 性 規(guī) 律變 化 ， 其 原 因 是 不 同 季 節(jié) 生 物_。 (4 )1 9 6 6 年 5 月 后 ， 2 號(hào) 山 谷 溪 水 中 的 硝 酸 鹽 含 量 急 劇 升 高 ，主 要 的 兩 個(gè) 原 因 是 _。(5 )硝 酸 鹽 含 量 過(guò) 高 的 水 不 宜 飲 用 。 在 人 體

32、消 化 道 中 ， 硝 酸鹽 可 轉(zhuǎn) 變 成 亞 硝 酸 鹽 。 能 使 DNA中 CG堿 基 對(duì) 中 的“ C” 脫 氨 成 為 “ U” 。 上 述 發(fā) 生 突 變 的 堿 基 對(duì) 經(jīng) 兩 次 復(fù)制 后 ， 在 該 位 點(diǎn) 上 產(chǎn) 生 的 堿 基 對(duì) 新 類 型 是 _、_。(6 )氮 元 素 從 森 林 群 落 輸 出 的 兩 種 途 徑 是_。(7 )該 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 說(shuō) 明 森 林 群 落 中 植 被 的 兩 個(gè) 主 要 作 用 是_。 (4 )2 號(hào) 山 谷 溪 水 中 硝 酸 鹽 含 量 急 劇 升 高 ， 說(shuō) 明 硝 酸 鹽 來(lái) 源 增多 (即 動(dòng) 植 物 遺 體 分 解 后

33、 ， 產(chǎn) 生 的 硝 酸 鹽 進(jìn) 入 小 溪 )， 而 硝酸 鹽 的 去 路 (即 植 物 對(duì) 硝 酸 鹽 的 吸 收 )喪 失 。(5 )由 題 意 知 ： 導(dǎo) 致 CG變 為 UG， 只 有 發(fā) 生 堿 基 替 換 的DNA鏈 經(jīng) 兩 次 復(fù) 制 后 該 位 點(diǎn) 能 產(chǎn) 生 堿 基 對(duì) 新 類 型 ， 即 TA、UA。(6 )通 過(guò) 反 硝 化 細(xì) 菌 的 作 用 ， 可 將 還 原 成 N2 返 回 大 氣 ， 也可 以 通 過(guò) 雨 水 沖 刷 由 河 流 帶 出 森 林 群 落 。(7 )植 被 可 以 涵 養(yǎng) 水 源 ， 吸 收 利 用 無(wú) 機(jī) 環(huán) 境 中 氮 元 素 等 作 用 。

34、 在 三 大 物 質(zhì) 循 環(huán) (碳 循 環(huán) 、 氮 循 環(huán) 與 硫 循 環(huán) )中 ， 碳 和 硫均 可 由 非 生 物 環(huán) 境 直 接 被 生 產(chǎn) 者 吸 收 利 用 ， 但 氮 元 素 卻 必 須先 經(jīng) 過(guò) 以 生 物 固 氮 為 主 的 固 氮 作 用 方 可 被 生 產(chǎn) 者 利 用 ， 即 進(jìn)入 生 物 群 落 時(shí) ， CO2 、 SO2 ( )可 直 接 進(jìn) 入 “ 生 產(chǎn) 者 ” ，而 N2 則 直 接 進(jìn) 入 “ 固 氮 微 生 物 ” 。 解 析 ： 圖 中 甲 類 細(xì) 菌 為 硝 化 細(xì) 菌 ， 乙 類 為 反 硝 化 細(xì) 菌 ， 丙為 固 氮 微 生 物 ， 乙 類 細(xì) 菌 的 活 動(dòng) 降 低 了 土 壤 肥 力 。答 案 ： D