生物关于酶的学习Word文档下载推荐.docx
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常用的氮源有____________，它们的作用是__________________。
二、选择题
1.在下列物质中，不能用作异养微生物碳源的是：
（A）含碳无机物；
（B）蛋白胨；
（C）含碳有机物；
（D）石油、花生粉饼等天然物质。
答〔 〕
2.可以作为硝化细菌碳源、氮源及能量来源的物质依次是：
（A）含碳有机物、氨、光；
（B）含碳无机物、氮、氮；
（C）含碳有机物、氨、氨；
（D）含碳无机物、氨、氨。
三、简答题
1.培养异养型的微生物时，应当怎样选择原料并配制培养基?
2.举例说明什么是选择培养基和鉴别培养基，它们的作用是什么？
检查自来水中的大肠杆菌是不是超标
自来水若是被含人畜粪便的生活污水污染，就可能引发肠道传染病，如细菌性痢疾等。
人们经常使用大肠杆菌作为判定自来水是不是被粪便污染的指示菌。
我国规定1000mL自来水中的大肠杆菌数不得超过3个。
1.将漏斗、醋酸纤维素滤膜、三角瓶、抽滤瓶、培养皿、镊子置于灭菌锅中，在98kPa下灭菌20min。
2.用火焰烧灼自来水龙头3min，然后打开水龙头放水5min，再用无菌的三角瓶接取1000mL水样，盖好瓶塞。
3.在培养皿中加入事先制备好的伊红-美蓝培养基15mL，冷凝后待用。
4.将漏斗和抽滤瓶固定好，用镊子夹住滤膜边缘，使粗糙面向上放在漏斗上。
将水样倒入漏斗中，边抽滤、边加水。
5.滤完以后，用镊子将附有细菌的滤膜取出，放在培养基上，使滤膜与培养基完全贴紧，不能有气泡。
6.按上述步骤制作样品三份。
然后，将培养皿放在37℃条件下培育20h。
7.滤膜上出现的深紫色菌落即为大肠杆菌菌群，并且菌落的数目就表示1000mL自来水中的大肠杆菌数。
取三份样品的平均数。
根据实验结果，得出结论。
二 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化学反应。
与其他生物相比，微生物的代谢异常旺盛，这是由于微生物的表面积与体积的比很大，约是同等重量的成年人的30万倍，使它们能够迅速与外界环境进行物质交换。
研究资料表明，在适宜的条件下，大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的两千倍，乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍，简直就像一个个活的小型“化工厂”！
那么，这些形形色色的“化工厂”能够生产出哪些“产品”呢？
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。
根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。
在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。
此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，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。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。
不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。
其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
总之，这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。
微生物代谢的调节
微生物在长期的进化过程中，形成了一整套完善的代谢调节系统，以保证各种代谢活动经济而高效地进行。
微生物的代谢调节主要有两种方式：
酶合成的调节和酶活性的调节。
酶合成的调节 微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。
组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制，而诱导酶则是在环境中存在某种物质的情
况下才能够合成的酶。
例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。
这个实验表明，大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶，分解乳糖的酶不是组成酶，而是在乳糖诱导下合成的诱导酶。
这种调节既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。
酶活性的调节 微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。
酶活性发生改变的主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。
但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原，又恢复原有的活性。
例如，谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；
但当终产物--谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断（图5-9）。
当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。
因此，酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。
这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。
上述两种调节方式是同时存在，并且密切配合、协调起作用的。
通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。
但在工业生产中，人们总希望微生物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就需要对微生物代谢的调节进行人工控制。
微生物代谢的人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。
例如，黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸（图5-10）。
其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。
在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；
而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。
由此可见，要想利用黄色短杆菌生产赖氨酸，就必须抑制苏氨酸的合成。
那么，怎样才能抑制苏氨酸的合成呢？
科学家通过研究发现，高丝氨酸脱氢酶是合成高丝氨酸不可缺少的一种酶，而合成赖氨酸则不需要这种酶。
科学家通过对黄色短杆菌进行诱变处理，选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的。
又如，在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨
酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸产量。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。
发酵的种类很多。
根据培养基的物理状态，可以分为固体发酵和液体发酵；
根据所生成的产物，可以分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等；
根据发酵过程对氧的需求情况，可以分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵）。
复习题
一、判断题
1.次级代谢产物是微生物的生长和繁殖所必需的，这些物质可能存在于细胞内部，也可能分泌到外环境中。
（ ）
2.将大肠杆菌从只用乳糖作碳源的培养基上转移到只用葡萄糖作碳源的培养基上，其细胞内半乳糖苷酶的合成就会停止。
（ ）
3.诱导酶一旦产生，其活性就将一直保持下去。
4.与酶合成的调节相比，酶活性的调节是一种快速的调节方式。
二、简答题
人们在利用黄色短杆菌生产赖氨酸时，遇到的问题是什么？
可以采取什么措施来解决这个问题？
为什么？
三 微生物的生长
在代谢的基础上，微生物的个体会由小到大不断地生长。
但是，对于单细胞微生物来说，个体的生长很不明显，持续很短时间就开始繁殖，而且生长和繁殖交替进行，界限难以划清。
因此，在实际工作中，常以微生物的群体为单位来研究微生物的生长。
那么，微生物的群体具有什么样的生长规律呢？
微生物群体生长的规律
对微生物群体生长规律的研究，往往是在人工培养的条件下进行的。
下面以细菌为例来讲述。
将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中，并置于适宜的条件下培养，然后，定期取样测定培养基里的细菌群体的生长情况。
如何进行测定呢？
常用的方法有两种：
一种是测细菌的细胞数目，如将待测样品与等量的已知含量的红细胞混匀后，涂布在载玻片上，经固定染色后，在显微镜下随机选若干个视野进行计数，得出细菌与红细胞的比例，再根据红细胞的含量计算出单位体积内的细菌数目；
另一种是测重量，如取一定体积的培养基，经离心分离、反复洗涤后，称菌体的湿重，或烘干后称干重，再由此计算出其中的细胞总重量。
根据测定结果，研究人员发现细菌的生长速率并不是始终不变的，而是随时间的推移发生了有规律的变化。
如果以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标作图，便可以得到反映细菌生长规律的曲线，叫做生长曲线（图5-11）。
从图5-
11中可以看出，细菌群体从开始生长到死亡的动态变化可以分为以下四个主要时期。
调整期 刚刚接种到培养基上的细菌，对新环境有一个短暂的调整或适应过程，因此，一般不立即开始分裂繁殖，这段时间称为调整期。
这时细菌的代谢活跃，体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分。
调整期的长短与菌种、培养条件等因素有关。
对数期 这个时期的细菌进入快速分裂阶段，细胞数目以等比数列的形式增加：
1→2→4→8……即20→21→22→23……因此，一个细菌繁殖n代，可以产生2n个细菌。
处于对数期的细菌，代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用的菌种（也叫种子）和科研的材料。
稳定期 经过一段时间的高速生长以后，随着营养物质的消耗，有害代谢产物的积累，pH的变化等，细菌的分裂速率下降，死亡细胞的数目逐渐增加，整个培养基中新增加的细胞数和死亡的细胞数达到动态平衡，这个时期称为稳定期。
在稳定期，活菌数目达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物，某些细菌的芽孢也是在这个时期形成的。
衰亡期 随着培养的继续，细菌的死亡速率超过繁殖速率，最终导致培养基中的活菌数目急剧下降，这个时期称为衰亡期。
到了衰亡期，细胞会出现多种形态，甚至畸形，有些细胞开始解体，释放出代谢产物等。
认识和掌握微生物的生长曲线，具有重要的实践意义。
例如，处于对数期的细菌，生长繁殖速率快，代谢旺盛，因此，生产上常用这个时期的细菌作为菌种，以缩短生产周期。
又如，进入稳定期后，抗生素等代谢产物逐渐增多，这时如果适当补充营养物质，就有助于延长稳定期、提高代谢产物的产量。
为此，人们经过长期的探索，总结出一种连续培养的方法，就是在一个流动装置中（图5-12），以一定的速度不断地添加新的培养基，同时又以同样的速度不断地放出老的培养基，以保证微生物对营养物质的需要，并排出部分有害代谢产物，使微生物保持较长时间的高速生长。
目前，这种方法已成功地应用于酒精、丙酮、丁醇等产品的生产中。
连续培养缩短了培养周期，提高了设备利用率，并且便于自动化管理。
影响微生物生长的环境因素
环境中影响微生物生长的因素很多，主要的有温度、pH和氧。
温度 每种微生物只能在一定的温度范围内生长，其中，微
生物生长最旺盛时的温度叫最适生长温度，绝大多数微生物的最适生长温度为25～37℃。
在最适生长温度范围内，微生物的生长速率随温度的上升而加快。
超过最适生长温度以后，微生物的生长速率会急剧下降，这是由于细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆的破坏。
pH 每种微生物的最适pH不同，如多数细菌的最适pH为～，真菌的最适pH为～。
超过最适pH范围以后，就会影响酶的活性，细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收等。
氧 有些种类的微生物只能生活在有氧的条件下，如多种细菌和大多数真菌等好氧型微生物。
有些种类的微生物在生活过程中不需要氧气，属于厌氧型微生物，如某些链球菌等。
有些厌氧型微生物甚至是严格厌氧的，它们即使短时间接触空气，也会造成生长停滞，甚至导致死亡，如某些产甲烷杆菌。
在自然界中，还有一类兼性厌氧微生物，它们在有氧和无氧条件下，能以不同的代谢方式生长繁殖，如酵母菌。
可见，环境中氧含量的状况，对不同代谢类型的微生物群体的生长，具有不同的影响。
1.在一定的容器内，微生物的群体生长可以分为_______、_______、_______和_______四个时期。
2.微生物的初级代谢产物一般是在______________期产生的。
二、选择题
1.微生物产生次级代谢产物的最佳时期是：
（A）对数期；
（B）稳定期；
（C）衰亡期；
（D）调整期。
答〔 〕
2.下列对连续培养优点的叙述，不正确的是：
（A）能及时补充微生物所需的营养物质，提高产量；
（B）有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中；
（C）能消除不利于微生物生长的某些环境因素；
（D）提高了设备利用率。
三、简答题
1.试举例说明研究微生物群体生长规律在生产实践上的意义。
2.氧对不同代谢类型的微生物群体的生长有什么样的影响？
3.请设计一个实验，来测定微生物生长所需的最适pH。
课外读
食品的保存
我们都有这样的生活经验，食品放置一段时间后就会腐败变质。
这是微生物在食品中大量繁殖的结果。
那么，怎样才能在不影响食品的营养价值和风味的情况下，消灭或抑制其中的微生物，从而延长食品的保存期呢？
目前，常用的保存食品的方法有罐藏法、巴氏消毒法、冷藏法、干燥法，以及在食品中加防腐剂等。
罐藏法 17世纪初，一位法国商人发现，将食物加热后立即封藏在玻璃瓶中，食物就可以保存较长时间。
现代化的罐头生产设备虽复杂，但生产的原理基本相同。
先将食品进行短时间的高温高压处理，然后，放入已经消毒的金属或玻璃罐中，并在真空下封口。
由于食品中的微生物已被杀死，外界的微生物又无法进入，因此罐中的食品可以保存较长的时间。
巴氏消毒法 19世纪中期，法国的葡萄酒酿造业十分发达，但酒类变质事件时有发生，使酒厂蒙受巨大的损失。
巴斯德（L.Pastuer，1822-1895）经过研究发现，这是由于酒中污染了杂菌。
那么，如何除去这些杂菌呢？
通过反复试验，巴斯德发明了既不影响酒的风味，又能杀死酒中杂菌的方法，人们称之为巴氏消毒法。
具体做法就是将酒加热到50～60℃，保持30min。
如今，这种消毒方法仍广泛用于食品工业，如对牛奶、啤酒等的消毒。
冷藏法 这是商场和家庭普遍采用的食品保存法，冷藏的温度一般在0～10℃。
但这时，一些低温型微生物仍能生长并导致食物缓慢变质。
近些年来，随着速冻技术的发展，使一些"
家常便饭"
（如饺子、包子等）走进商场，为人们的生活提供了极大的方便。
具体做法是，将食品在短时间内迅速降温至-18℃，然后放入冰柜保存较长一段时间。
干燥法 把刚收获的粮食晒干，将新鲜的鱼虾、水果风干……这些都是通过减少食品中的含水量，来阻止其中的微生物生长。
现在，人们可以通过一些先进设备对食物进行干燥处理，如先将食品速冻，使其中的水结成冰，然后降压，冰就会直接升华为水蒸气，从食品中逸出。
方便面、咖啡等多是用这种方法制造的。
加防腐剂 在食品中加入对人体无毒副作用的防腐剂，也能抑制食品中微生物的生长。
【实验三】 学习细菌培养的基本技术
实验原理
根据某种细菌的营养需要而选择多种原料配制而成的培养基，不仅含有这种细菌生长繁殖所需要的各种营养物质，还要有适宜的pH。
本实验所用的牛肉膏蛋白胨培养基，应用较广泛，适于芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等多种细菌的培养。
配制好的培养基必须经过灭菌。
灭菌是指杀死一定环境中所有微生物的细胞、芽孢和孢子。
对不同的材料，应当采取不同的灭菌方法。
培养基一般采用高压蒸气灭菌法，就是将待灭菌的培养基放入密闭的高压蒸气灭菌锅内，通过加热使锅内的水沸腾并产生水蒸气。
当水蒸气将锅内的冷空气排尽以后，关闭排气阀并继续加热，这时锅内的压力就会升高，最终使菌体蛋白质凝固变性，从而达到灭菌的目的。
接种环是用火焰烧灼灭菌的。
将某种细菌接种在彻底灭菌的培养基上，经过一段时间的培养后，就能够得到生长良好的细菌群体，它们在培养基上会呈现出一定的形态特征。
目的要求
1.通过对牛肉膏蛋白胨培养基的配制，理解配制培养基的一般步骤和方法。
2.了解灭菌的基本原理，以及实验室中常用的灭菌方法。
3.初步掌握细菌培养的基本技术。
材料用具
芽孢杆菌或金黄色葡萄球菌，牛肉膏，蛋白胨，琼脂。
天平，角匙，200mL烧杯，试管，漏斗，量筒，玻璃棒，滴管，胶管，弹簧夹，铁架台，酒精灯，石棉网，三角架，火柴，纱布，棉花，牛皮纸，线绳，标签，接种环，精密pH试纸（或pH计），金属小筐，高压蒸气灭菌锅，恒温箱。
NaCl，1mol/L的NaOH溶液，体积分数为75%的酒精溶液，蒸馏水。
方法步骤
一、培养基的配制
1.称量 用天平称取0.5g牛肉膏、1g蛋白胨、0.5gNaCl、2g琼脂。
将称好的牛肉膏、蛋白胨和NaCl放入烧杯。
2.溶化 向上述烧杯中加入蒸馏水100mL，用玻璃棒搅匀后，放到酒精灯上加热。
当牛肉膏和蛋白胨溶化后，加入琼脂，并继续用微火加热。
在琼脂溶化的过程中，要控制火力的大小，并且不断搅拌，以免培养基溢出或烧焦。
待琼脂完全溶化后，补加蒸馏水至100mL。
3.调pH 用滴管逐滴滴入1mol/L的NaOH溶液，边滴边搅拌，并随时用pH试纸测pH，直到pH为～为止。
4.培养基的分装 按右图所示，将培养基趁热分装到洁净的试管中，培养基的高度约为试管高度的1/5。
注意：
分装时不要将培养基沾在管口和试管上段，以免引起污染。
5.加棉塞 培养基分装完毕以后，在管口上加一个棉塞。
棉塞能防止杂菌污染，保证通气良好。
加棉塞时，应使棉塞长度的2/3在试管口内，如下图所示。
6.包扎 每10支试管用线绳捆成一捆，并且在管口外面包上一层牛皮纸，然后，用线绳扎好。
在每捆试管外挂上标签，注明培养基名称、配制日期和制作者姓名。
二、灭菌
1.打开高压蒸气灭菌锅，将里面的灭菌桶取出，向锅内加水（最好用开水），水面与底架平齐为宜。
高压蒸气灭菌锅的构造如下页左上图所示。
2.将扎好的试管管口向上竖放在灭菌桶内，再将灭菌桶放回灭菌锅。
灭菌桶内的物品不能放得太挤，否则会影响灭菌效果。
3.加盖，并将排气软管插入灭菌桶的排气槽内。
以两两对称的方式，同时旋紧相对的两个紧固螺栓，以防漏气。
4.排出锅内的冷空气。
接通电源，当压力上升到49kPa时，打开排气阀放气，当压力降到0时，关闭排气阀。
重复上述放气过程一次，以彻底排出锅内的冷空气。
5.当锅内的压力上升到98kPa时，控制火力大小，使压力维持在98kPa左右20min，切断电源。
6.当压力降至0以后，打开排气阀，10min以后，旋松紧固螺栓，取出试管。
最后，将灭菌锅里的水排放干净。
三、搁置斜面
当培养基冷却至50℃左右时，将试管带棉塞的一端搁在一根木棒上。
搁置的长度要合适，使培养基形成的斜面的长度不超过试管总长的一半。
四、接种
1.用肥皂将双手洗净，擦干，再用酒精（体积分数为75％）棉球擦拭双手。
2.当手上的酒精挥发完毕后，点燃酒精灯。
一定要等手上的酒精挥发完毕后，再点燃酒精灯，否则，容易将手烧伤。
3.接种，操作程序见以下各图。
整个实验操作过程都要非常小心，不要碰翻酒精灯，以免烧伤。
①用左手大拇指、食指和无名指夹住菌种试管和待接种的斜面试管，管口并齐，并使用斜面向上成水平状态。
右手拧松棉塞，但不要取下。
②右手拿接种环（如握钢笔），在火焰上烧灼灭菌。
有可能伸入试管内的接种环其余部分也要烧灼，特别是箍处。
③在火焰边用右手无名指和小指夹住两个棉塞，将它们取下（不能放下）。
同时左腕转动，烧灼管口一周，勿烧得过烫。
不要将酒精灯碰翻，以免烧伤。
④将接种环伸入试管内，让环先接触培养基上未长菌的部位，使环冷却。
然后，轻轻挑取少量菌体，立即将接种环抽出。
⑤在火焰旁迅速将沾有菌体的接种环伸到斜面培养基的底部，由里向外轻轻画蛇形细线，线要画密一些。
注意不要将培养基画破，也不要使接种环接触到管壁或管口。
⑥抽出接种环，再用火焰烧灼管口，并在火焰上方将棉塞塞上。
将接种环在火焰上烧红灭菌，接种致病菌时更要注意这点。
将棉塞旋紧。
棉塞与火焰的距离适当，以免棉塞燃烧。
4.熄灭酒精灯。
实验后的带菌培养基，如果用的是致病菌，必须经高压蒸气灭菌锅灭菌后方能倒掉；
如果是非致病菌，也要经加热后再倒掉。
5.接种
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