1、高中生物學(xué)細菌知識的整合再生李士彥(江蘇省東海高級中學(xué)222300)細菌,作為特殊類群的生物,在結(jié)構(gòu)、代謝、生殖、遺傳、進化和生態(tài)等方面都有別于動植物。就像它身體微小、結(jié)構(gòu)簡單一樣,在高中生物學(xué)眾多的知識點中常常會被遺忘,但高考中并沒有被忽略。所以在高中生物學(xué)復(fù)習(xí)中要注意細菌知識的綜合復(fù)習(xí),形成知識網(wǎng)絡(luò)。1形態(tài)結(jié)構(gòu)按照細菌的形態(tài),細菌可分為球菌、桿菌和螺旋菌。常見的球菌如肺炎雙球菌;常見的桿菌如大腸桿菌、黃色短桿菌、破傷風(fēng)桿菌等。細菌有基本結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu),基本結(jié)構(gòu)指全部細菌細胞所共有的結(jié)構(gòu)如細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、擬核,此外,不同的細菌在某些結(jié)構(gòu)上有差異,這些結(jié)構(gòu)稱之為特殊結(jié)構(gòu)如鞭毛、莢膜、芽

2、胞等。1. 1細胞壁成分為蛋白質(zhì)和糖類結(jié)合而成的化合物,即肽聚糖。這一點與高等植物細胞壁和真菌細胞壁是不同的。1. 2細胞膜由于細菌的細胞質(zhì)中沒有線粒體,對好氧性細菌來說,其有氧呼吸的場所是在細胞膜上進行的,這時的細胞膜相當(dāng)于線粒體內(nèi)膜,其上附有與有氧呼吸有關(guān)的酶。1. 3細胞質(zhì)細菌的細胞質(zhì)中沒有由膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的細胞器,只有核糖體。1. 4擬核細菌沒有核膜和核仁,稱為擬核。核區(qū)內(nèi)有一裸露的DNA,也稱為細菌染色體,這是原核生物與真核生物的主要區(qū)別之一。1. 5鞭毛是有些細菌的運動器官,每個細菌有一根或數(shù)根。用半固體培養(yǎng)基可以觀察有鞭毛細菌的運動。1. 6莢膜有些細菌生活在一定的營條件下,可向細胞

3、壁表面分泌一層松散透明、粘度極大、粘液狀或膠質(zhì)狀的多糖類物質(zhì)即為莢膜。產(chǎn)生莢膜的細菌由于有粘液物質(zhì),在固體培養(yǎng)基上形成的菌落,表面濕潤、有光澤、粘液狀,稱為光滑型菌落,如肺炎雙球菌的S型細菌。而沒有多糖類莢膜的細菌,在培養(yǎng)基上形成的菌落表面粗糙,叫粗糙型菌落。莢膜具有致病性,如S型肺炎雙球菌,可以使人患肺炎或使小鼠患敗血癥。莢膜還具有抗原性,在免疫中能刺激人或動物產(chǎn)生抗體。1. 7芽孢某些細菌,在其生長的一定階段,細胞內(nèi)形成一個圓形、橢圓形或圓柱形的結(jié)構(gòu),對不良環(huán)境條件具有較強的抗性,這種休眠體稱芽孢。如蘇云金芽孢桿菌。能形成芽孢的細菌,當(dāng)處于活躍生長或分裂期時,正常情況下不形成芽孢; 可是,

4、從對數(shù)期轉(zhuǎn)入穩(wěn)定期時,就會發(fā)生細胞分化,產(chǎn)生芽孢。芽孢尤其能耐高溫。像枯草芽孢桿菌的芽孢,在沸水中可存活1小時,破傷風(fēng)芽孢桿菌的芽孢可存活3小時,而肉毒梭狀芽孢桿菌的芽孢,則可忍受6小時左右,即使在180的干熱中,也可存活10分鐘。所以在“學(xué)習(xí)微生物培養(yǎng)的基本技術(shù)”實驗中配制好的培養(yǎng)基必須經(jīng)過滅菌,目的是殺死一定環(huán)境中所有微生物的細胞、芽孢和孢子。1. 8質(zhì)粒很多細菌細胞質(zhì)中具有細菌染色體之外的遺傳物質(zhì),稱為質(zhì)粒,這是閉合環(huán)狀雙螺旋DNA分子。每個菌體內(nèi)有一個或幾個,也可能有很多個質(zhì)粒。每個質(zhì)?？梢杂袔讉€甚至50 100 個基因,這些基因能獨立遺傳。如抗藥性基因,其產(chǎn)物對某些抗生素或其他藥物表

5、現(xiàn)抗性,如抗青霉素基因、抗四環(huán)素基因等。又如大腸桿菌的產(chǎn)生大腸桿菌素基因,能產(chǎn)生大腸桿菌素,以抑制其他細菌的生長。質(zhì)粒是基因工程的運載體。用同一種限制性內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和目的基因,再通過DNA連接酶可以將目的基因和質(zhì)粒連接形成重組質(zhì)粒,再轉(zhuǎn)移到受體細胞,從而實現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。2代謝按新陳代謝的同化作用,細菌的代謝類型可以分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型;按新陳代謝的異化作用,細菌的代謝類型可以分為需氧型和厭氧型。2. 1自養(yǎng)型細菌細菌的化能合成作用: 硝化細菌、鐵細菌、硫細菌可能利用相關(guān)的外界無機物氧化釋放的能量,將CO2 形成有機化合物。如硝化細菌能將氨氧化為亞硝酸和硝酸,并利用氧化釋放的能量將CO2 合成有

6、機物;鐵細菌能氧化FeSO4 ,并利用氧化釋放的能量來合成有機物;硫細菌能氧化H2 S,利用其釋放的能量合成有機物。細菌的光合作用:如紅硫細菌在光照下能以CO2 為碳源,利用H2 S為供氫體進行光合作用。2. 2兼性營養(yǎng)菌如紅螺菌,在有光照時以CO2 為碳源,以某些有機物以供氫體合成有機物。在有有機物的條件下,又可以利用有機物進行生長。2. 3異養(yǎng)型細菌在同化作用過程中以現(xiàn)成的有機物為碳源和能源。寄生細菌:從活的生物體獲取現(xiàn)成有機物和能量,如結(jié)核桿菌、麻風(fēng)桿菌。共生細菌:從與其共生的生物體獲得現(xiàn)成有機物和能量,如根瘤菌、腸道細菌。腐生細菌:從沒有生命的植物殘枝落葉、動物的遺體和排出物中獲得現(xiàn)成

7、有機物和能量,如酵母菌、枯草桿菌。2. 4需氧型細菌(好氧性細菌) 通過有氧呼吸分解有機物獲得生命活動所需的能量。如硝化細菌、根瘤菌、谷氨酸棒狀桿菌等。2. 5厭氧型細菌通過無氧呼吸的方式分解有機物獲得生命活動所需的能量。如破傷風(fēng)桿菌。2. 6兼性厭氧菌在有氧條件下進行有氧呼吸,在無氧條件下進行無氧呼吸獲得生命活動所需的能量。如大腸桿菌等,在腸道內(nèi)大腸桿菌進行無氧呼吸,當(dāng)大腸桿菌隨糞便排到外界,進入水中,則可以進行有氧呼吸,利用大腸桿菌作為基因工程中的受體細胞,培育成工程菌,再進行發(fā)酵就是利用大腸桿菌進行需氧發(fā)酵。2. 7固氮細菌在某些細菌的質(zhì)粒上存在著固氮基因,依靠固氮基因合成固氮酶,可以將

8、空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)榘?。如共生固氮菌的根瘤?自生固氮菌的圓褐固氮菌。3細菌的生殖細菌以分裂生殖的方式增殖。只要外界溫度、營養(yǎng)等合適, 2030min增殖1代,以指數(shù)方式增殖,并符合“J曲線”。但由于外界條件的限制,通常呈“S”曲線。4細菌與遺傳變異4. 1細菌的遺傳物質(zhì)細菌的遺傳物質(zhì)是DNA,分布在核區(qū)(擬核)和質(zhì)粒上。通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗,能證明DNA 是遺傳物質(zhì)。4. 2細菌的遺傳細菌通過分裂生殖(二分裂)繁殖后代,在遺傳中不遵循孟德爾定律,但可以通過無性生殖將遺傳物質(zhì)傳到下一代。3. 3細菌與變異生物遺傳的變異有基因突變、基因重組和染色體變異。細菌進行分裂生殖時

9、,在DNA復(fù)制過程中,可能會發(fā)生基因突變?；虻闹亟M與減數(shù)分裂有關(guān),而細菌進行無性生殖,與減數(shù)分裂無關(guān),沒有基因重組這種變異。但是細菌的轉(zhuǎn)化實驗中S型菌(DNA)使R 型菌轉(zhuǎn)化為S型菌,實質(zhì)上是S型菌的DNA片段進入R型菌的體內(nèi),發(fā)生遺傳物質(zhì)的重組;再如基因工程中質(zhì)粒攜帶目的基因可能插入細菌DNA中,也發(fā)生了遺傳物質(zhì)的重組。細菌沒有真核生物那樣的由蛋白質(zhì)和DNA組成的染色體,只有裸露的DNA,因此也就不存在染色體變異。5細菌與進化在地球生命的演化過程中,細菌扮演了重要角色。由于自然選擇的作用,使細菌對外界環(huán)境具有很強的適應(yīng)性。如具有快速增殖能力,能形成芽孢度過惡劣環(huán)境等。由于其增殖周期短,變異

10、頻率高,通過自然選擇的積累,使其某些性狀得到加強,如細菌的抗藥性的不斷增強等。6細菌的生態(tài)6. 1非生物因素影響細菌的非生物因素有水、溫度、陽光、空氣、營養(yǎng)物質(zhì)。溫度影響酶的活性,在一定范圍內(nèi)溫度升高,酶的活性增強,細菌的代謝速度加快。對光合細菌來說,光照也會影響其生活,如紅硫細菌、紅螺菌。氧氣對需氧型細菌來說也是必須的,如在谷氨酸發(fā)酵過程中,需要往發(fā)酵罐中不斷通入無菌空氣;而對厭氧型細菌要使它正常生活必需給其造成一個無氧環(huán)境。6. 2細菌的種內(nèi)關(guān)系在某一合適的環(huán)境中,細菌通過快速增殖,迅速占領(lǐng)這一空間而表現(xiàn)出種內(nèi)互助行為。如制作泡菜時乳酸菌通過分泌乳酸抑制其它微生物的增殖。但當(dāng)乳酸菌增殖到一

11、定時候,就會表現(xiàn)種內(nèi)斗爭,同種個體由于營養(yǎng)物質(zhì)的逐漸消耗,種內(nèi)斗爭就會越來越劇烈。6. 3細菌的種間關(guān)系細菌與其他生物之間的關(guān)系有寄生關(guān)系,如結(jié)核桿菌和麻風(fēng)桿菌;有共生關(guān)系如根瘤菌與豆科植物、腸道細菌和人;有競爭關(guān)系,如培養(yǎng)基中的大腸桿菌與其他雜菌的關(guān)系。6. 4細菌是生態(tài)系統(tǒng)的組成成分有些細菌起生產(chǎn)者的作用,如硝化細菌能攝取外界環(huán)境中的氨氧化成亞硝酸和硝酸,利用氧化過程中釋放的能量,將CO2 和H2O合成糖類等有機物。而根瘤菌依靠豆科植物提供有機物能進行固氮作用,可以把它看成是消費者。有些細菌在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中扮演重要角色,起分解者的作用,如枯草桿菌等腐生細菌,能將土壤中的動植物遺體、排出物和殘落物中所含有的有機物,逐漸分解成無機物,歸還到無機環(huán)境中,被生產(chǎn)者利用。6. 5細菌對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要作用細菌的存在增強了生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。當(dāng)河流生態(tài)系統(tǒng)受到含有機物的生活污水、工業(yè)廢水污染后,其中的好氧性細菌可以將有機物分解為無機物并為藻類利用,使藻類等植物增多,使水中的溶氧量增加,并使生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。7細菌與基因工程7. 1提供目的基因如抗蟲棉基因是從蘇云金芽孢桿菌獲取的。7. 2提供基因工程的操作工具如從大腸桿菌獲得作為基