2025届高三生物一轮复习课件：发酵工程

亚硝化细菌 硝化细菌 硝化作用： 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量(1) 2HNO2+O2 2HNO3+能量(2) 6CO2+6H2O+能量(1)(2) C6H12O6+6O2 [3] 酶 1.(2021四川成都月考)如表所示为某培养基的配方,下列叙述错误的是（ ） 成分 NaNO3 K2HPO4 MgSO4·7H2O 蒸馏水 含量 3 g 1 g 0.5 g 定容至 1 000 mL A.根据物理性质划分,该培养基属于液体培养基 B.该培养基不能用于培养大肠杆菌 C.根据培养基的配方可知,该培养基培养的微生物的同化作用类型是异养型 D.固体培养基中加入少量水即可形成液体培养基 D 2.下列关于微生物营养物质的描述,正确的是(　　) A.所有碳源都能为微生物生长提供能源 B.蛋白胨能为微生物的生长繁殖提供碳源、氮源和维生素 C.硝酸钾只能为微生物生长提供无机盐 D.营养物质越多,微生物生长繁殖越快 B 3.关于微生物的营养,下列说法正确的是(　　) A.同一种物质不可能既作碳源又作氮源 B.凡是碳源都能提供能量 C.除水以外的无机物仅提供无机盐 D.无机氮源也可能提供能量 D 组分 含量 提供的主要营养 牛肉膏 5g 等 蛋白胨 10g 等 琼脂 20g 凝固剂 NaCl 5g 无机盐 H2O 定容至1000ml 水 某种常见的细菌培养基——牛肉膏蛋白胨培养基的营养构成1000ml (1)根据培养基的物理性质，该培养基属于哪类培养基，理由是什么？ 固体培养基；该培养基的配方中含有凝固剂琼脂。 (2)该培养基中主要提供碳源和氮源的物质分别是什么？属于有机物还是无机物？ 主要提供碳源的牛肉膏，主要提供氮源的蛋白胨。二者均属于有机物。 (3)该培养基培养的微生物同化作用类型是什么？理由是什么？ 异养型微生物。该微生物的碳源和氮源是有机物。 碳源、氮源、 磷酸盐和维生素 碳源、氮源和维生素 牛肉膏：采用新鲜牛肉经过剔除脂肪、消化、过滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色的膏状物； 蛋白胨：蛋白胨，英文名称：peptone，是有机化合物。蛋白胨是将肉、酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥而成的外观呈淡黄色的粉剂，具有肉香的特殊气息。蛋白质经酸、碱或蛋白酶分解后也可形成蛋白胨。在胃内蛋白质的初步消化产物之一就是蛋白胨。蛋白胨富含有机氮化合物，也含有一些维生素和糖类。 知识拓展 芽孢的壁很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有很强的抵抗力。例如，有的细菌的芽孢煮沸3小时以后才死亡。芽孢又小又轻，可以随风飘散。当环境适宜(如温度、水分适宜)的时候，芽孢又可以萌发，形成一个细菌。 孢子：细菌、原生动物、真菌和植物等产生的一种有繁殖作用的无性生殖细胞。能直接发育成新个体。 芽 孢 和 孢 子 芽孢：有些细菌在一定的条件下，细胞里面形成一个椭圆形的休眠体(不是繁殖体)，叫作芽孢。 方法（消毒） 适用范围 操作方法 作用效果 煮沸消毒法 巴氏消毒法 化学药剂消毒法 紫外线消毒 100℃煮沸5～6 min 不耐高温的液体 (牛奶、啤酒、果酒和酱油等) 62～65℃，30min 80～90℃， 30s～1 min 生物活体(如皮肤、伤口) 体积分数为70%-75%的酒精擦拭双手； 用氯气消毒水源； 碘酒皮肤伤口等 房间、仪器设备 (接种箱、接种室、超净工作台) 使用前，紫外线照射30 min； 照射前+石炭酸或煤酚皂溶液，可以加强消毒效果 VS VS 可以杀死绝大多数微生物，不破坏营养成分 可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢 VS 耐高温、需要保持干燥的物品， ①玻璃器皿(如吸管、培养皿)； ②金属用具 (如针头、 镊子、剪刀等)等 方法 适用范围 操作方法 湿热灭菌 干热灭菌 灼烧灭菌 高压蒸汽灭菌锅: 压力100kPa、温度121℃下维持15-30min 特殊：培养基 物品放入干热灭菌箱， 160～170℃的热空气中维持2～3 h 直接在酒精灯火焰的充分燃烧层(外焰)灼烧，可以迅速彻底地灭菌。 ①接种工具，涂布器、接种环、接种针或其它金属用具； ②试管口、瓶口等容易被污染的部位 VS 1.（2018江苏扬州模拟，2分）微生物培养过程中，要十分重视无菌操作，现代生物学实验中的许多方面也要进行无菌操作，防止杂菌污染。请分析下列操作中错误的是（ ） ①煮沸消毒可以杀死微生物的营养细胞和部分芽孢 ②接种操作要在酒精灯火焰附近进行 ③家庭制作葡萄酒时要将容器和葡萄进行灭菌 ④培养基要进行高压蒸汽灭菌 ⑤加入培养基中的指示剂和染料不需要灭菌 A.①③ B.②④ C.③⑤ D.④⑥ C 用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，所以制作葡萄酒时不需要对葡萄进行灭菌，以免杀死酵母菌，③错误；培养基的灭菌方法是高压蒸汽灭菌，④正确；指示剂和染料可能混有微生物，故加入培养基前需灭菌，⑤错误。综上所述，操作错误的是③⑤，故C项正确。 解析： 演练获得 2.在配制培养基的过程中，必须严格遵循无菌操作，下列操作错误的是 A 平板划线法 通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。经过数次划线后培养可以分离得到单菌落。 连续划线法 分区划线法 单个细胞 微生物群 单个菌落 连续划线 分散或稀释 生长繁殖 1.在灼烧接种环之后，要等其冷却再进行划线，目的是什么？ 避免接种环温度过高，杀死菌种。 划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。 ①一旦划破，会造成划线不均匀，难以达到分离单菌落的目的； ②存留在划破处的单个细胞无法形成规矩的菌落，菌落会沿着划破处生长，会形成一个条状的菌落 3.为什么划线时要注意不能划破培养基？ 2.除第一次划线外，每次划线都从上一次划线的末端开始，目的是什么？ 4.为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时,仍然需要灼烧接种环吗？为什么？ 接种结束后————杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者 每次接种前————杀死上次划线时残留菌种，使下一次划线的菌种直接来源上次划线的末端，从而使每次划线时菌种数目逐渐减少，直至得到单个细胞。 取菌种前————杀死接种环上原有微生物，避免污染培养物。 1.做“酵母菌的纯培养”实验时,下列叙述正确的是(　　) A.高压蒸汽灭菌加热结束时,打开排气阀使压力表指针回到零后,开启锅盖 B.倒平板时,应将打开的皿盖放到一边,以免培养基溅到皿盖上 C.为了防止污染,接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落 D.用记号笔标记培养皿中菌落时,应标记在皿底上 D 2.学案析典例4 4.根据倒平板的方法及注意事项回答下列问题： （1）培养基灭菌后，需要冷却到________左右时，才能用来倒平板。 （2）请用文字和箭头写出正确的倒平板操作流程：_______________。 （3）甲、乙、丙中的灭菌方法是__________。 （4）丁中的操作需要等待_______________才能进行。为什么要将平板倒置？ （5）整个过程为何要在酒精灯旁进行？ （6）如何检测培养基制备是否成功？ 50℃ 丙→乙→甲→丁 灼烧灭菌 平板冷却凝固 37℃倒置培养24～48h，观察是否有微生物生长 避免培养基表面的水分更好地挥发，防止皿盖上水珠落入培养基造成污染 酒精灯旁空气中杂菌少 思考▪讨论 选择培养基配方的设计 尿素［CO(NH2)2］含氮量高，化学性质稳定，是现代农业生产中一种重要的氮肥。尿素被土壤中某些细菌分解成NH3,再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。这些细菌之所以能分解尿素，是因为能合成脲酶，来催化尿素分解。 讨论1： 如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？ 设计一种选择培养基,用尿素作为唯一氮源,可以将分解尿素的细菌分离出来。 14 思考▪讨论 选择培养基配方的设计 讨论2： 该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？ 该培养基与普通培养基相比较，共同点是都以有机碳作为碳源，都有水和无机盐；不同点是该培养基以尿素作为唯一氮源，使只有能以尿素作为氮源的微生物生长。 牛肉膏 5.0g 蛋白胨 10.0g NaCl 5.0g 琼脂 20.0g 蒸馏水 定容到1000ml KH2PO4 1.4g NaH2PO4 2.1g MgSO4·7H2O 0.2g 葡萄糖 10.0g 尿素CO(NH2)2 1.0g 琼脂 15.0g 蒸馏水 定容到1000ml 培养基一 培养基二 培养基一的碳源为_______，氮源为_______；培养基二的碳源为_______，氮源为______ 牛肉膏 蛋白胨 葡萄糖 尿素 固体培养基 选择培养基 异养微生物 ①提供无机盐； ②调节pH。 15 分离固氮微生物 分离自养型微生物 加高浓度食盐 金黄色葡萄球菌 石油是唯一碳源 能降解石油的微生物 不加含碳有机物 不加氮源 以尿素作为唯一氮源 能分解尿素的微生物 分离酵母菌、霉菌等真菌 (青霉素能杀死细菌、放线菌) 加入青霉素 思考：整个过程中使用哪些无菌技术以防止杂菌污染？ 取样纸袋与铲灭菌； 无菌水； 移液枪消毒，枪头灭菌； 涂布器酒精消毒后灼烧灭菌； 整个操作过程酒精灯火焰附近进行。 选择培养基 牛肉膏蛋白胨培养基 判断选择培养基是否具有筛选作用； 验证培养基中是否含有杂菌，有两个对照，即不涂布稀释液的选择培养基和 不涂布稀释液的牛肉膏蛋白胨培养基 用以分离并计数能分解尿素的细菌 甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。从对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果。 1.甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230。该同学的统计结果 (填“可靠”或“不可靠”)。若不可靠，应如何改进？ 2.乙同学在该浓度下涂布了3个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学将21舍去，然后取平均值。该同学对实验结果的处理 (填“合理”或“不合理”)。微生物计数时，如果实验中出现重复实验的结果差别很大的情况，应 ，找出差异的原因，而不能简单地将结果舍弃后进行计数。 为增加实验的说服力与准确性，应设置重复实验，在同一稀释度下至少涂布3个平板，统计结果后计算平均值。 不可靠 不合理 分析实验过程中可能的影响因素 学案P8典例 2.地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨，其中40% ~ 60%能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。对这些微生物的研究与应用，使人们能够利用精杆等生产酒精，用纤维素酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物；而当纤维素被纤维素分解菌分解后，复合物就无法形成，培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如下图所示)。请回答下列问题。 （1）现在要从土壤中分离纤维素分解菌，请你给出详细的实验方案。 练习与应用 （2）你打算到什么环境中去寻找纤维素分解菌？为什么？ 纤维素分解菌大多分布在富含纤维素的环境中，采集土样时，可以选择纤维素丰富的环境，如树林中多年落叶形成的腐殖土等。 （3）有同学说可以把滤纸埋在土壤中，经过一段时间后，再从已腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌。请你评价这一做法。 人工设置适合纤维素分解菌生存的环境，腐烂的滤纸上很可能有纤维素分解菌。 制备培养基： 配制选择培养基：纤维素为唯一碳源； 灭菌； 倒平板； 接种和分离：稀释涂布平板法： 样品系列梯度稀释、不同稀释度涂布平板； 培养：恒温培养箱； 验证选择培养基是否有选择作用； 验证是否有杂菌污染； 鉴别—— 加入刚果红燃料。出现透明圈的菌落为目的菌落。 ······ 从目的菌落上挑取微生物，重复二、三步骤 选择培养基与鉴别培养基的比较 项目 选择培养基 鉴别培养基 原理 用途 举例 图示 加入不影响甚至促进目标微生物生长，而抑制或阻止其他种类微生物生长的化学物质 加入某种指示剂或化学药品(不影响微生物正常生长)，使微生物的某种代谢产物与培养基中的特定指示剂或化学药品发生反应 培养、分离出目的微生物 鉴别目的微生物 培养酵母菌和霉菌时，可在培养基中加入青霉素，抑制细菌的生长；利用以尿素为唯一氮源的培养基来培养可分解尿素的细菌 可用伊红-亚甲蓝培养基鉴定饮用水或乳制品中是否含有大肠杆菌(若有，则菌落呈深紫色) 24 在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂。培养某种细菌后，如果PH升高，指示剂将变红，说明该细菌能够分解尿素。 CO（NH2）2+H2O CO2+2NH3 脲酶 原理：脲酶催化尿素分解成氨→培养基碱性增强→ 酚红变红→脲酶阳性 以上步骤只是初步筛选了能分解尿素的细菌，对分离的菌种进行鉴定还需要借助生物化学的方法。你可以查阅相关资料，进一步设计实验来鉴定自己分离的菌种。 液体培养基可以直接看液体的变色情况； 固体培养基上可以观察菌落周围是否出现红色环带，红色环带直径与菌落直径比值越大，说明分解能力越强。 脲酶阴性 脲酶阳性 1.物质W是一种含氮有机物，W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌，结果如图。下列说法错误的是(　　) A．透明圈的形成是因为W物质被分解 B．所用的选择培养基应该是以物质W为唯一氮源 C．甲菌落中的细菌可能是利用空气中的氮气作为氮源 D．乙菌落中的细菌都能降解W，不需要进一步纯化 学案析典例5、9 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 （1）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。 （2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。 筛选出可降解化合物A的微生物 选择 显著降低 扩增 复习与提高（P30） （3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。 细菌计数板计数 呈S形增长 复习与提高（P30） （4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决? 目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题 （5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。 可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。 2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为1× 10~1×10 ；取每个浓度的冰激凌液各0.1 mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18个平板;在适宜温度下培养48h，统计菌落数目。 复习与提高（P30） （1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。 他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？ ②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？ 【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37℃培养24 h），1000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】 ①不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。 复习与提高（P30） ②没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。 ③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？ ③需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。 一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板； 另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染，后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。 （3）在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少？为什么？ 说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。 统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。 复习与提高（P30） 两种纯化方法的比较 主要方法 平板划线法 稀释涂布平板法 主要步骤 接种环在固体培养基表面连续划线 系列梯度稀释操作和涂布平板操作 接种工具 能否用 于计数 计数 计数，但是操作 复杂，需涂布多个平板 共同点 都能将微生物分散到固体培养基表面，以获得单细胞菌落，达到分离纯化微生物的目的，也可用于观察菌落特征。 不能 可以 接种环 涂布器 单个微生物 聚集菌种 单菌落 连续划线 稀释 生长繁殖 结果分析与评价 发酵 酒精发酵 醋酸发酵 气味和味道 酒味 酸味（嗅味和品尝） 气泡和泡沫 有气泡和泡沫 无气泡和泡沫 发酵液颜色 颜色加深成深红色（紫葡萄为原料） 混浊，液面形成白色菌膜 1)在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？原因是什么？ 2)在制作果酒时，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒 发酵产生影响吗？如何避免？ ⑴在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； ⑵防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； ⑶方便取拿 ①前期提供有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵； ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵前期 发酵中期 发酵后期 变化曲线 少（O2抑制乳酸菌活动） 少 增加 最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动） 增多 达到最多后开始下降 减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动） 继续增多， 最后保持稳定 下降至保持相对稳定 泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析 （硝酸盐还原菌的作用） （硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解） （硝酸盐还原菌被完全抑制） 抽取样本，进行检测，了解发酵进程 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧 使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热 在上述传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。 为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。 5．发酵法生产酒精后的废液(pH 4.3)含有大量有机物，可用于培养、获得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图如下。请据图回答下列问题： (1)实验过程中培养白地霉的培养基是____________ 。 培养基定量分装前，先调节______ ，分装后用棉 塞封瓶口，最后_____处理。 (2)图中①过程称为________ ，从甲到丁的培养 过程是为了____________ 。白地霉菌的代谢类型为____________ 。 (3)为确定菌体产量，图中②操作之前，应先称量__________ 的质量。过滤后需反复烘干称量，直至__________________。所获菌体干重等于_________________________________。 废液上清液 pH 灭菌 接种 扩大培养 异养需氧型 滤纸 恒重(质量基本不变) 恒重时的质量与滤纸质量之差 40 $$