2025年高二（下）生物微生物網(wǎng)絡(luò)題一、微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與分類微生物是自然界中個體微小、結(jié)構(gòu)簡單的生物群體，根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)差異可分為原核微生物、真核微生物和非細胞型微生物三大類。（一）原核微生物細菌是最常見的原核微生物，其基本形態(tài)有球狀（如鏈球菌）、桿狀（如大腸桿菌）和螺旋狀（如霍亂弧菌）。細菌細胞主要由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)和擬核組成，細胞壁的主要成分是肽聚糖，這一結(jié)構(gòu)特征使其區(qū)別于真菌和植物細胞。部分細菌還具有特殊結(jié)構(gòu)，如莢膜（保護作用）、鞭毛（運動功能）和芽孢（抗逆性休眠體）。例如，枯草芽孢桿菌在惡劣環(huán)境下形成的芽孢可耐受100℃沸水滅菌數(shù)小時，這一特性在食品加工和醫(yī)療消毒中具有重要意義。藍細菌（舊稱藍藻）是另一類重要的原核微生物，雖無葉綠體，但細胞內(nèi)含有葉綠素和藻藍素，能進行光合作用，屬于自養(yǎng)型生物。其形態(tài)多樣，包括單細胞、群體和絲狀體（如念珠藻），在淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演生產(chǎn)者角色，某些種類還能固氮，如滿江紅與魚腥藻的共生關(guān)系可提高土壤肥力。放線菌是一類呈絲狀生長的原核微生物，菌絲分為營養(yǎng)菌絲（吸收營養(yǎng)）和氣生菌絲（產(chǎn)生孢子），與人類關(guān)系密切。例如，鏈霉菌可產(chǎn)生青霉素、紅霉素等抗生素，而諾卡氏菌能分解石油污染物，在環(huán)境保護中發(fā)揮作用。（二）真核微生物酵母菌是單細胞真菌，呈橢圓形或球形，細胞結(jié)構(gòu)包括細胞壁（含幾丁質(zhì)）、細胞膜、細胞核、細胞質(zhì)和液泡。其繁殖方式以出芽生殖為主，在有氧條件下通過有氧呼吸分解葡萄糖產(chǎn)生二氧化碳和水，在無氧條件下則發(fā)酵生成酒精和二氧化碳，這一特性被廣泛應(yīng)用于釀酒和面包制作。霉菌是多細胞真菌，由菌絲構(gòu)成，分為營養(yǎng)菌絲（深入培養(yǎng)基吸收養(yǎng)分）和直立菌絲（頂端產(chǎn)生孢子）。常見的霉菌有青霉（孢子呈掃帚狀排列，產(chǎn)生青霉素）和曲霉（孢子呈放射狀排列，用于制醬和生產(chǎn)淀粉酶）。霉菌的孢子具有極強的抗逆性，可通過空氣傳播，導(dǎo)致食品霉變和農(nóng)作物病害（如小麥銹病）。大型真菌如蘑菇、香菇等，雖肉眼可見，但其本質(zhì)仍屬于微生物。它們由地下菌絲和地上子實體組成，子實體成熟后釋放孢子進行繁殖，在生態(tài)系統(tǒng)中作為分解者分解木質(zhì)素和纖維素。（三）非細胞型微生物病毒是最小的微生物，無細胞結(jié)構(gòu)，僅由蛋白質(zhì)外殼和內(nèi)部核酸（DNA或RNA）組成，必須寄生在活細胞內(nèi)才能增殖。根據(jù)宿主不同可分為動物病毒（如流感病毒）、植物病毒（如煙草花葉病毒）和噬菌體（感染細菌的病毒）。以新冠病毒為例，其遺傳物質(zhì)為單鏈RNA，易發(fā)生變異，這也是疫苗需要定期更新的原因之一。朊粒是一類特殊的非細胞型微生物，僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成，不含核酸，卻能引起瘋牛病、克雅氏病等傳染性海綿狀腦病。其致病機制是通過誘導(dǎo)宿主正常蛋白質(zhì)發(fā)生構(gòu)象改變，形成具有毒性的淀粉樣蛋白沉淀。二、微生物的生理代謝微生物的代謝類型多樣，根據(jù)碳源和能源的不同可分為四大營養(yǎng)類型：光能自養(yǎng)型（如藍細菌）、化能自養(yǎng)型（如硝化細菌）、光能異養(yǎng)型（如紅螺菌）和化能異養(yǎng)型（如大腸桿菌）。（一）能量代謝有氧呼吸是多數(shù)微生物的主要產(chǎn)能方式，以葡萄糖為底物，通過糖酵解、三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈產(chǎn)生大量ATP。例如，好氧細菌在有氧條件下可將1分子葡萄糖徹底氧化分解，釋放38個ATP。無氧呼吸是某些微生物在缺氧環(huán)境下的產(chǎn)能方式，以無機物（如硝酸鹽、硫酸鹽）為電子受體。例如，反硝化細菌將硝酸鹽還原為氮氣，參與自然界氮循環(huán)；產(chǎn)甲烷菌在嚴格厭氧條件下分解有機物產(chǎn)生甲烷，是沼氣發(fā)酵的關(guān)鍵菌群。發(fā)酵是微生物在無氧條件下的另一種產(chǎn)能途徑，以有機物為電子受體，常見類型包括乙醇發(fā)酵（酵母菌）、乳酸發(fā)酵（乳酸菌）和丙酮丁醇發(fā)酵（梭狀芽孢桿菌）。例如，制作泡菜時，乳酸菌通過乳酸發(fā)酵降低環(huán)境pH，抑制雜菌生長，同時賦予泡菜酸味。（二）物質(zhì)代謝碳代謝中，自養(yǎng)微生物通過卡爾文循環(huán)固定二氧化碳合成有機物，而異養(yǎng)微生物則通過分解淀粉、纖維素等多糖獲取碳源。例如，纖維素分解菌（如木霉）可分泌纖維素酶，將植物秸稈分解為葡萄糖，這一特性在生物能源（如乙醇生產(chǎn)）和飼料加工中具有應(yīng)用前景。氮代謝是微生物參與生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的核心環(huán)節(jié)。固氮微生物（如根瘤菌、放線菌）可將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為氨，供植物吸收利用；硝化細菌將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽（硝化作用），反硝化細菌則將硝酸鹽還原為氮氣（反硝化作用），兩者共同維持土壤氮平衡。代謝調(diào)節(jié)是微生物維持生命活動的關(guān)鍵機制，包括酶合成調(diào)節(jié)和酶活性調(diào)節(jié)。例如，大腸桿菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，優(yōu)先利用葡萄糖，當葡萄糖耗盡后才誘導(dǎo)合成乳糖操縱子相關(guān)酶，分解乳糖，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了微生物對環(huán)境資源的高效利用。三、微生物的遺傳變異與育種微生物的遺傳物質(zhì)包括染色體（擬核DNA或細胞核DNA）、質(zhì)粒（細菌細胞質(zhì)中的小型環(huán)狀DNA）和噬菌體（病毒核酸）。其變異類型主要有基因突變、基因重組和染色體畸變。（一）基因突變基因突變是微生物變異的主要來源，可自發(fā)產(chǎn)生或通過誘變劑誘導(dǎo)。例如，紫外線可導(dǎo)致DNA鏈上相鄰的胸腺嘧啶形成二聚體，引起堿基配對錯誤；亞硝酸鹽可使胞嘧啶脫氨基變?yōu)槟蜞奏ぃ瑢?dǎo)致基因突變。利用誘變育種技術(shù)，科學(xué)家已培育出高產(chǎn)青霉素的青霉菌菌株，將產(chǎn)量從最初的20單位/毫升提高到數(shù)萬單位/毫升。（二）基因重組轉(zhuǎn)化是指受體菌直接吸收供體菌的DNA片段并整合到自身基因組中，例如肺炎雙球菌的“格里菲斯實驗”證明了DNA是遺傳物質(zhì)。轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過噬菌體將供體菌的DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中，如利用λ噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)大腸桿菌的抗藥性基因。接合是細菌通過性菌毛傳遞質(zhì)粒的過程，例如R質(zhì)粒（抗藥性質(zhì)粒）的傳遞可導(dǎo)致細菌耐藥性擴散，這也是臨床抗生素濫用導(dǎo)致“超級細菌”出現(xiàn)的重要原因。（三）基因工程應(yīng)用利用基因工程技術(shù)改造微生物已成為現(xiàn)代生物技術(shù)的核心。例如，將人胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，可大規(guī)模生產(chǎn)重組人胰島素；將降解石油的基因整合到假單胞菌中，構(gòu)建“超級細菌”用于海洋石油污染治理；通過CRISPR-Cas9技術(shù)編輯酵母菌基因組，優(yōu)化青蒿素合成途徑，降低抗瘧疾藥物的生產(chǎn)成本。四、微生物的生態(tài)作用與人類關(guān)系（一）生態(tài)系統(tǒng)中的角色生產(chǎn)者：藍細菌、光合細菌等通過光合作用或化能合成作用將無機物轉(zhuǎn)化為有機物，為生態(tài)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)能量。例如，海洋中的藍細菌貢獻了全球50%以上的初級生產(chǎn)力。分解者：細菌和真菌通過分解動植物遺體和排泄物，將有機物轉(zhuǎn)化為無機物（如二氧化碳、水和無機鹽），參與碳、氮、磷等元素的循環(huán)。例如，腐生細菌分解落葉和動物尸體，維持生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)平衡。消費者：寄生微生物（如病毒、瘧原蟲）依賴宿主獲取營養(yǎng)，可能導(dǎo)致宿主疾病，但也可通過寄生關(guān)系控制種群數(shù)量，維持生態(tài)平衡。（二）微生物與人類生產(chǎn)生活工業(yè)應(yīng)用：微生物發(fā)酵技術(shù)廣泛用于食品、醫(yī)藥和化工領(lǐng)域。例如，利用醋酸菌生產(chǎn)食醋，乳酸菌制作酸奶和泡菜，谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)味精；在醫(yī)藥領(lǐng)域，通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)抗生素、維生素和疫苗（如乙肝疫苗）。農(nóng)業(yè)應(yīng)用：根瘤菌與豆科植物共生固氮，減少化肥使用；蘇云金桿菌（Bt）產(chǎn)生的毒蛋白可殺死棉鈴蟲，作為生物農(nóng)藥減少化學(xué)污染；白僵菌寄生在害蟲體內(nèi)，用于防治松毛蟲和玉米螟。環(huán)境保護：微生物在污水處理中發(fā)揮關(guān)鍵作用，好氧菌分解有機物（如活性污泥法），厭氧菌降解有毒物質(zhì)（如反硝化脫氮）；某些微生物可降解塑料（如Ideonellasakaiensis能分解PET塑料），為解決白色污染提供新途徑。（三）微生物與人類健康有益微生物：人體腸道內(nèi)的雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌可合成維生素B和K，抑制有害菌（如大腸桿菌）生長，增強免疫力。例如，服用益生菌制劑可緩解抗生素引起的腸道菌群失調(diào)。病原微生物：某些微生物可引起傳染病，如結(jié)核桿菌導(dǎo)致肺結(jié)核，霍亂弧菌引發(fā)霍亂，流感病毒引起流行性感冒。預(yù)防措施包括接種疫苗（如麻疹疫苗）、注意個人衛(wèi)生（如勤洗手）和控制傳播途徑（如隔離患者）。五、微生物的實驗室培養(yǎng)技術(shù)（一）培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基是人工配制的供微生物生長繁殖的營養(yǎng)基質(zhì)，需滿足微生物對碳源、氮源、水、無機鹽和生長因子的需求。根據(jù)用途可分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基（如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）、選擇培養(yǎng)基（如添加青霉素的培養(yǎng)基篩選真菌）和鑒別培養(yǎng)基（如伊紅美藍培養(yǎng)基鑒別大腸桿菌，菌落呈紫黑色并帶有金屬光澤）。配制步驟包括：計算（按配方稱量試劑）、稱量、溶解、調(diào)pH（細菌需中性或弱堿性，真菌需偏酸性）、滅菌（高壓蒸汽滅菌，121℃、103kPa下滅菌20分鐘）和倒平板（冷卻至50℃左右倒入培養(yǎng)皿，避免冷凝水影響菌落形成）。（二）無菌操作技術(shù)無菌操作是微生物培養(yǎng)的核心，目的是防止雜菌污染。關(guān)鍵步驟包括：操作前對工作臺和雙手進行酒精消毒，使用酒精燈火焰滅菌接種環(huán)和試管口，接種時試管口通過火焰灼燒，培養(yǎng)皿開蓋角度不宜過大（約45°）。例如，平板劃線法通過連續(xù)劃線將微生物稀釋，最終在培養(yǎng)基表面形成單個菌落，便于純化菌種；稀釋涂布平板法則可用于活菌計數(shù)，計算每克樣品中的菌落形成單位（CFU）。（三）培養(yǎng)條件控制微生物的生長需要適宜的溫度、pH和氧氣條件。溫度方面，細菌最適生長溫度為37℃（如人體致病菌），真菌為25-28℃（如酵母菌），嗜熱菌（如溫泉中的硫化葉菌）可在80℃以上生存。氧氣方面，需氧菌（如枯草桿菌）需在有氧環(huán)境中培養(yǎng)，厭氧菌（如破傷風(fēng)桿菌）需在無氧條件下（如厭氧罐）培養(yǎng)，兼性厭氧菌（如酵母菌）在有氧和無氧環(huán)境中均可生長。（四）實驗案例：土壤微生物的分離與鑒定取樣：從校園土壤中采集5g樣品，加入45mL無菌水制成菌懸液。稀釋：通過梯度稀釋（10?1至10??）獲得不同濃度的菌懸液。接種：采用稀釋涂布平板法將10??、10??、10??三個濃度的菌懸液接種到牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上，每個濃度做3次重復(fù)。培養(yǎng)：將平板倒置放入37℃恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)24-48小時。觀察與計數(shù)：選擇菌落數(shù)在30-300之間的平板，統(tǒng)計菌落類型（如形態(tài)、顏色、邊緣特征），并通過革蘭氏染色鑒別細菌類型（陽性菌呈紫色，陰性菌呈紅色）。六、典型例題解析例題1：微生物的代謝類型與應(yīng)用題目：下列關(guān)于微生物代謝的敘述，錯誤的是（）A.藍細菌通過光合作用合成有機物，屬于光能自養(yǎng)型B.乳酸菌在無氧條件下進行乳酸發(fā)酵，可用于制作酸奶C.破傷風(fēng)桿菌為厭氧菌，傷口深處缺氧環(huán)境易導(dǎo)致感染D.酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的產(chǎn)物相同，均產(chǎn)生CO?和H?O解析：酵母菌在有氧條件下通過有氧呼吸產(chǎn)生CO?和H?O，在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生酒精和CO?，產(chǎn)物不同，故D項錯誤。答案：D例題2：微生物的遺傳變異題目：利用基因工程技術(shù)將人干擾素基因?qū)氪竽c桿菌，可獲得能生產(chǎn)人干擾素的工程菌。下列敘述正確的是（）A.該過程需用限制酶切割大腸桿菌的DNAB.干擾素基因可通過噬菌體導(dǎo)入大腸桿菌C.工程菌的遺傳物質(zhì)只含干擾素基因D.工程菌性狀穩(wěn)定，無需篩選即可大規(guī)模培養(yǎng)解析：基因工程中需用限制酶切割載體（如質(zhì)粒）而非大腸桿菌DNA，A項錯誤；干擾素基因可通過噬菌體（載體）導(dǎo)入大腸桿菌，B項正確；工程菌的遺傳物質(zhì)包括