1.2.1 微生物的基本培养技术 课时1-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修3）

第2节 微生物的培养技术与应用（一） 微生物的基本培养技术（1） 贺老师 第1章 发酵工程 1 食用自制酸奶导致肠胃不适屡见不鲜 葡萄酒、酸菜等变质 从社会中来 2、怎么才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物中呢？ 1、失败的原因是什么？ 主要原因是在制作过程中有杂菌大量繁殖 ①制作工具和原料进行消毒灭菌 ②接种纯的单一菌种 ③控制发酵条件（如制作泡菜时创造无氧环境），避免杂菌繁殖 需要应用无菌技术和微生物的培养技术。 杂菌属于微生物，你知道微生物包含哪些生物吗 2 非细胞类 原核类 真核类 病毒：新冠病毒等RNA病毒； 噬菌体等DNA病毒 微生物 细菌：乳酸菌、大肠杆菌等； 蓝细菌、放线菌、支原体等 （口诀：蓝色细线织毛衣） 单细胞真菌：酵母菌、霉菌等； 原生生物：草履虫、衣藻等 微生物是难以用肉眼观察的微小生物的统称，包括细菌、真菌和病毒等。p9 本章提及的微生物主要指用于发酵所用的细菌和真菌。 原生生物大部分是单细胞生物，但也有一些是多细胞的，不过它们并不具备组织分化。原生生物可分为三大类：藻类、原生动物类、原生菌类。 3 微生物结构简单、形体微小，眼睛看不到，若想得到纯净的微生物，就必须对其进行 。 分离和培养 菌落 1. 定义： 2. 特征： 3. 功能： 知识补充：菌落 单个或少数同种菌体在固体培养基上大量繁殖，形成肉眼可见的子细胞群体。 形状、大小、颜色、光泽度、透明度等。 菌落是鉴定菌种的重要依据。 青霉菌 一个菌落是一个种群还是一个群落？ √ 微生物结构简单、形体微小，眼睛看不到，若想看某种纯净的微生物,我们该怎么做？若想通过肉眼能看到细菌，我们又该如何？ 4 (1）提供微生物生长繁殖所需营养和环境条件 (2）确保其它微生物无法混入 (3)并将需要的微生物分离出来 培养基 无菌技术 1.研究和应用微生物的前提（发酵工程的重要基础）是： 、 。 防止杂菌污染 获得纯净的微生物培养物 2.实验室培养微生物基本要求： 酵母菌 纯化培养 难以用肉眼观察到的微生物吃什么呢？该如何培养呢？ 5 培养基的配置 人们按照微生物对 的不同需求，配制出供其 的营养基质。 营养物质 生长繁殖 ① 培养、分离、鉴定、保存微生物。 ② 积累其代谢物。 1.概念： 2.作用： 3.类型： （1）按物理性质分： 液体培养基 固体培养基 不含琼脂 半固体培养基 无动力 含0.2%-0.5%琼脂 含1.5%-2.5%琼脂 扩大培养、工业生产 观察微生物的运动、 分类鉴定（有无鞭毛） 微生物分离、鉴定、 活菌计数、保藏菌种 琼脂在98 ℃以上熔化，在44℃以下凝固 有动力(弥散) 难以用肉眼观察到的微生物吃什么呢？该如何培养呢？ 固体培养基中的琼脂仅作为凝固剂， 不能为微生物生长提供能量和碳源。 6 3.类型： （2）按化学成分分： 培养基的配置 作用：用于实验室中进行的营养、代谢、遗传、鉴定和生物测定等定量要求较高的研究 培养细菌常用的肉汤蛋白胨培养基: 牛肉膏3g，蛋白胨5g，水1000mL。 培养真菌的察氏培养基 硝酸钠　3g，磷酸氢二钾　1g， 硫酸镁(MgSO4·7H2O)　 0.5g， 氯化钾　0.5g，硫酸亚铁　0.01g， 蔗糖　30g，琼脂　15~20g， 蒸馏水　1000mL，pH自然或7.0~7.2。 作用：配制实验室常用培养基和工业生产 合成培养基： 用已知的化学物质配制 天然培养基： 含有化学成分还不清楚或化学成分不明确的天然有机物。 天然培养基 合成培养基 合成培养基（synthetic medium），又称为组合培养基，是通过顺序加入准确称量的高纯度化学试剂与蒸馏水配制而成的，其所含的成分（包括微量元素在内）以及他们的量都是确切可知的。合成培养基一般用于实验室中进行的营养、代谢、遗传、鉴定和生物测定等定量要求较高的研究 7 3.类型： （3）按用途分： 培养基的配置 选择培养基： 鉴别培养基： 在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长。 将某种类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。 加入能与目的菌的代谢产物发生显色反应的指示剂。用于鉴别不同类型的微生物。 基础培养基： 含一般微生物生长繁殖所需要的基本营养物质 耐高浓度食盐的金黄色葡萄球菌 伊红-美蓝培养基 能与大肠杆菌代谢物反应，出现带金属光泽的深紫色菌落 8 划分标准 培养基种类 特点 用途 物理性质 化学成分 用途 不加凝固剂 加凝固剂，如琼脂、明胶 扩大培养、工业生产 观察微生物的运动、 分类鉴定 微生物分离、鉴定、 活菌计数、保藏菌种 含化学成分不明确的天然物质 工业生产 人工合成、成分明确 菌种分类、鉴定 在培养基中加入某种化学物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所需要的微生物的生长 微生物培养、分离 在培养基中加入某种指示剂或化学药品，用以鉴别不同种类的微生物 鉴别 选择培养基 液体培养基 半固体培养基 固体培养基 天然培养基 合成培养基 鉴别培养基 人们按照微生物对 的不同需求，配制出供其 的营养基质。 营养物质 生长繁殖 培养基： 9 （2）异化作用（分解代谢）：是指生物体能够把自身的一部分物质加以分解， 出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。 知识补充：代谢类型 1.新陈代谢概念 机体与内环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的自我更新过程。 是生物体内全部有序的化学变化的总称。 （1）同化作用(合成代谢)：是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且 能量的变化过程。 根据生物体在同化作用过程中 能不能利用无机物制造有机物 自养型： 异养型： 绿色植物、光合细菌、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等 动物、大多数细菌和真菌等 根据生物体在异化作用过程中对氧的需求情况 需氧型： 厌氧型： 兼性厌氧型： 绝大多数动植物、好氧型细菌、大多数真菌等 乳酸菌、破伤风杆菌、及动物体内寄生虫（蛔虫）等 酵母菌 储存 释放 新陈代谢包括两个方面的作用： 简单说，同化作用就是把非己变成自己；异化作用正好相反，把自己变成非己。新陈代谢可以分为自养型和异养型两种。，新陈代谢的基本类型可以分为需氧型、厌氧型和厌氧型三种。 10 4.培养基的营养构成： 无机碳源： （1）碳源 （提供碳元素） （2）氮源 （提供氮元素） 氮是微生物合成蛋白质、核酸等物质的元素。 有机碳源： 糖类、脂质、蛋白质、有机酸、石油等 CO2、CO32-、HCO3-等 异养微生物 有机氮源： 牛肉膏、蛋白胨、尿素CO(NH2)2、氨基酸等 无机氮源： NH4＋、NO3-、N2、NH3等 功能：①调节PH 功能：①良好的溶剂 ①构成细胞结构物质和一些代谢产物 ②有机碳既是碳源又是能源物质 （1）基本成分： 碳源、氮源、水、无机盐 自养微生物 （4）水 （3）无机盐 功能： ②维持渗透压 ②维持生物大分子结构的稳定（结合水） 功能： 什么物质含C？ 11 （2）特殊需求：培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的需求。 ④培养厌氧微生物时，需要提供 的条件。 ①培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加 ； ②培养霉菌时，需要将培养基调至 ； ③培养细菌时，需要将培养基调至 ； 维生素 酸性 中性或弱碱性 无氧 主要指生长因子：维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等 思考：所有微生物是否都可以用培养基进行培养? 否。病毒是没有细胞结构的微生物,必须在活细胞内寄生并以复制的方式增殖,因此不能用培养基进行培养。 生长因子：通常是指微生物自身不能合成或合成量不足，但又是微生物生长和代谢所必需的小分子。 4.培养基的营养构成： 除上述营养物质外，培养基是否还需要其他物质呢？ 维生素可以提高这些酶的活性，至少提高50%以上，从而增强乳酸杆菌的代谢能力。如某些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。酵母浸粉、牛肉浸膏或植物组织提取液等天然物质中含有不同的生长因子。 12 3.含有C、H、O、N的有机物可作为 微生物的碳源、氮源、能源； 微生物 碳源 氮源 能源 蓝细菌 硝化细菌 根瘤菌 大肠杆菌 CO2 NH4＋、NO3-等 光能 CO2 NH3 NH3氧化的化学能 糖类等有机物 N2 有机物中的化学能 糖类、蛋白质等有机物 蛋白质、NH4＋、 NO3-等 有机物中的化学能 1.自养型微生物与异养型微生物培养基的主要差别在于 ； 2.无机氮源不但能给有些自养型微生物提供 ，也能作为 ， 碳源 氮源 能源物质 异养型 NH3：既是硝化细菌的氮源，又是它的能源物质 光能自养 化能自养 异养、固氮菌 异养 4.同一种物质不能既做碳源又做氮源（ ） 牛肉膏或蛋白胨，可为异养微生物提供碳源和氮源 × 思考讨论 13 （1）防止培养物被杂菌污染 （2）防止感染实验操作者 1 目的 2 类型 超净工作台 无菌技术 是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。 是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。 消毒： 灭菌： 微生物接种操作时为什么要“全副武装”和在专门的设备内进行？ 这台装置叫超净工作台。 14 芽孢： 芽孢和孢子 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(是繁殖体)。能直接发育成新个体。 知识拓展 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。 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。 15 3 对象 无菌技术 【注意事项】p10最后一段 ①实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品 。 ②为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在： 。 超净工作台上并在酒精灯火焰附近进行 相接触 ① 对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行 。 清洁和消毒 ② 将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行 。 灭菌 培养皿灭菌桶 16 煮沸消毒法 巴氏消毒法 化学药物消毒法 紫外线消毒 100℃煮5~6min。 可杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。 62~65℃煮30min或80~90℃下处理0.5~1min。可杀死绝大部分微生物，不破坏食物的营养成分。 用75%酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。 对接种室、接种箱或超净工作台用紫外线照射30min，以杀死物体表面或空气中的微生物。 4 常用的消毒方法 无菌技术 1.对食物、快递的外包装和电梯的墙壁等外表面、空气进行消毒分别用什么方法？ 利用高温导致蛋白质变性，从而导致微生物死亡。 利用化学药物杀死各种微生物 紫外线破坏微生物的DNA结构 在流行性感冒快速传染期间，人们对环境和食品安全的重视程度空前提高。请观看流感期间，护士在离开病区后进行自我清洁的视频，以及普通人对食物、快递的外包装和电梯的墙壁等外表面、空气进行消毒的视频。思考以下问题： 17 5 常用的灭菌方法 无菌技术 ①湿热灭菌： 利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌的方法。 高压蒸汽灭菌： （效果最好） 实验室常用高压蒸汽灭菌锅，在压力100kPa、温度121 ℃条件下，维持15-30min 原理： 对象： 优点： 高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性 操作简便，效果可靠，可以杀灭所有的生物，包括最耐热的某些微生物的休眠体。基本保持培养基的营养成分不破坏。 培养基、部分塑料制品 高压蒸汽灭菌锅 18 ②干热灭菌： 干热灭菌箱内，在160-170 ℃的热空气中维持下2-3h达到灭菌目的 原理： 使微生物细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥等 对象： 耐高温，需保持干燥的物品 玻璃器皿 （如试管、培养皿、吸管、注射器等） 金属器具 （如针头、 镊子、剪刀等） 5 常用的灭菌方法 无菌技术 干热灭菌箱 19 ③灼烧灭菌： 5 常用的灭菌方法 无菌技术 酒精灯火焰灼烧 最彻底 充分燃烧层 （外焰） 使微生物燃烧 a.接种工具如接种环、涂布器 b.接种过程中的试管口或瓶口等易被污染部位 效果： 原理： 对象： 涂布器 锥形瓶和试管口不要与桶壁接触，以免冷凝水淋湿包裹的瓶口的纸渗 入棉塞 20 不耐高温的液体（牛奶）： 接种室、超净工作台： 培养皿、吸管等玻璃器皿： 接种环等金属工具： 实验操作者的双手： 培养基： 家庭餐具等生活用品消毒： 巩固练习：将以下器具、物品或对象与所采用的消毒或灭菌方法连线 煮沸消毒法 巴氏消毒法 化学药剂消毒 紫外线消毒 灼烧灭菌 干热灭菌 高压蒸汽灭菌 酒精消毒液中酒精浓度对效果的影响： 75%的酒精杀菌效果最好； 浓度过高，菌体表面蛋白质变性过快而凝固成一层保护膜，酒精不能渗入其中； 浓度过低，杀菌能力减弱。 无菌技术措施的选择原则： 进行化学消毒时，某人认为酒精浓度越高，消毒效果可能越好，于是他用了体积分数为95%的酒精进行消毒，他的做法对吗?为什么? ①考虑效果：灭菌的效果比消毒要好。 ②考虑操作对象的承受能力：活体生物材料、操作者的手等只能采用消毒的方法，而不能采用灭菌的方法。 21 1.下表是某微生物培养基的成分，请分析该培养基可用来培养哪种微生物？若除去①，此培养基可用来培养圆褐固氮菌吗？ 编号 ① ② ③ ④ ⑤ 成分 (NH4)2SO4 KH2PO4 FeSO4 CaCl2 H2O 含量/g 0.4 4.0 0.5 0.5 100 mL 此培养基不含有机碳源，可用来培养自养型微生物。 2．培养微生物时，培养基中是否必须有碳源和氮源？ 不一定。 培养自养型微生物时，一般不需要添加碳源，微生物可以利用空气中的CO2； 培养固氮微生物时，一般不需要添加氮源，微生物可以利用空气中的N2。 圆褐固氮菌虽可以固氮，但其同化作用类型为异养型，培养基中必须提供有机碳源，所以该培养基不能用来培养圆褐固氮菌。 22 泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 发酵中期 发酵后期 曲线模型 少 （有氧气，乳酸菌 的活动受到抑制） 少 增加 （硝酸盐还原菌的作用） 最多 （乳酸抑制 其他菌活动） 积累增多 （PH下降） 下降 （硝酸盐还原菌受抑制， 部分亚硝酸盐被分解） 减少 （乳酸积累，PH下降，可能抑制其活动） 继续增多 （PH继续下降） 下降至相对稳定 （硝酸盐还原菌持续被抑制） 这类微生物将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，然后氨被同化成氨基酸。大多数细菌、放线菌和真菌都能进行这种同化型硝酸盐还原。 23 类型 适用范围 操作方法 消 毒 灭 菌 较为温和理化方法，杀死部分微生物（不包括芽孢、孢子） 强烈的理化方法，杀死所有微生物（包括芽孢、孢子） 煮沸消毒法 日常生活 100 ℃煮沸5～6 min 巴氏消毒法 不耐高温的液体 62～65 ℃煮30 min或80-90 ℃煮30s-1 min 化学药剂 生物活体、水源等 擦拭等,如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源 紫外线 紫外线照射30 min 灼烧灭菌 接种的金属工具、接种时用的试管口或瓶口等 直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 干热灭菌 耐高温、需要保持干燥的物品,如玻璃器皿和金属用具等 物品放入干热灭菌箱,160～170 ℃加热2～3h 湿热灭菌 培养基、培养皿等,生产和实验室常用 高压蒸汽灭菌锅内,100 kPa,温度121 ℃,15～30 min 消毒与灭菌 接种室、接种箱，超净工作台 24 25 26 27 高压蒸汽灭菌锅的使用 28 29 名称 主要用途 主要化学物质 特征性变化 伊红-亚甲蓝琼脂培养基 鉴别大肠杆菌 伊红、亚甲蓝 出现金属光泽的深紫色菌落 刚果红培养基 鉴别纤维素分解菌 刚果红、纤维素 纤维素被分解后出现透明圈 油脂培养基 鉴别产脂肪酶菌株 食用油、吐温、中性红指示剂 由淡红色变成深红色 淀粉培养基 鉴别产淀粉酶菌株 可溶性淀粉 淀粉被分解后出现淀粉水解圈 酚红指示剂 鉴别分解尿素菌株 酚红 产生红色 （拓展）鉴别培养基的类型 30 31 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 jasmine EVCapture4.2.2软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$