内容正文:
高中生物学 选择性必修3
赢在微点 轻松课堂 生物学
第1章
发酵工程
第2节 微生物的培养技术及应用
二 微生物的选择培养和计数
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第2节 二 微生物的选择培养和计数
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跟随名师·探究核心考点
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沙场点兵·放飞激情梦想
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课程目标
核心素养
1.学会用生物与环境相适应的观点理解选择培养的原理。
2.学会通过调整培养基的配方来有目的地培养某种微生物。
3.学会用多种方法测定微生物的数量。
科学探究 通过分离和计数土壤中分解尿素的细菌,进一步熟悉和掌握与微生物培养相关的技术和操作步骤。
科学思维 通过列表比较的方法,理解测定微生物数量的方法。
知|识|梳|理
一、选择培养基
概念:在微生物学中,将允许__________种类的微生物生长,同时__________或__________其他种类微生物生长的培养基,称为选择培养基。
二、微生物的选择培养
稀释涂布平板法。
(1)铲取土样,将样品装入纸袋中。
特定
抑制
阻止
(2)系列稀释操作。
①将10 g土样加入盛有90 mL __________的锥形瓶中,充分摇匀。
②取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中,依次__________。
无菌水
等比稀释
(3)涂布平板操作。
操作示意图
操作
取0.1 mL的__________,滴加到培养基表面
将涂布器浸在盛有__________的烧杯中
菌液
酒精
30~37
将沾有少量酒精的__________在火焰上灼烧,待酒精燃尽后,冷却后,再进行涂布
用涂布器将菌液均匀地涂布在__________。涂布时可转动培养皿,使菌液__________
(4)恒温箱培养:待涂布的菌液被培养基吸收后,将平板倒置,放入__________ ℃的恒温箱中培养1~2 d。
(5)观察:在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。
涂布器
培养基表面
涂布均匀
菌落数
三、微生物的数量测定
1.常用方法: ________________。当样品的__________足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个__________。通过统计平板上的__________,就能推测出样品中大约含有多少活菌。
稀释涂布平板法
稀释度
活菌
细菌计数板
2.统计方法。
(1)总菌计数法。
①操作过程:通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落数为__________、适于计数的平板。在同一稀释度下,应至少对3个平板进行重复计数,然后求出__________。
②统计菌落数往往比活菌实际数目少的原因:当________________连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。
(2)显微镜直接计数法:利用特定的__________或血细胞计数板进行计数,此方法不能区分细菌的死活。
30~300
平均值
两个或多个细胞
时间
24 h
菌落
稳定
四、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.实验设计。
土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察
(1)土壤取样一般要铲去__________,因为绝大多数细菌分布于距地表约__________的土壤层。
(2)样品的稀释:测定土壤中细菌的数量,一般选用1×104、1×105和1×106倍稀释的稀释液进行平板培养。
(3)微生物的培养与观察。
①培养:不同种类的微生物,往往需要不同的培养__________和培养__________。
②观察:每隔__________统计一次__________数目,最后选取菌落数目__________时的记录作为结果。
表层土
3~8 cm
温度
规划时间
2.操作提示。
(1)将涂布器从酒精中取出时,要让多余的酒精在烧杯中滴尽,然后再放在火焰上灼烧。
(2)取土样用的小铁铲和取样纸袋在使用前需要灭菌;称取土样要在__________旁进行,稀释样品要在__________旁操作。
(3)对__________和试管进行标记。
(4)对于耗时较长的生物实验,要事先__________,以便提高工作效率。
火焰
火焰
平板
√
自|主|检|测
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)土壤中的细菌能分解尿素,是因为能合成脲酶。 ( )
(2)常用平板划线法统计活菌数目。 ( )
(3)统计的菌落数目往往比活菌的实际数目高。 ( )
(4)在稀释土壤溶液的过程中,每一步都要在火焰旁操作。 ( )
(5)细菌合成的脲酶将尿素分解成了氨。 ( )
×
√
×
√
知识点一 筛选菌株的原理及统计菌落数目的方法
1.筛选菌株的原理。
(1)原理:人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度和pH等),同时抑制或阻止其他微生物的生长。
(2)方法。
①改变培养基中的营养成分。例如,缺乏氮源时可以分离固氮微生物;石油作为唯一碳源时,可以分离出能消除石油污染的微生物;用含无机碳源的培养基分离自养型微生物。
②改变微生物的培养条件。例如,将培养基放在高温环境中培养可以得到耐高温的微生物;用普通培养基在无氧条件下分离厌氧型和兼性厌氧型微生物。
2.用稀释涂布平板法对微生物进行计数时的注意事项。
(1)为了保证结果准确,一般设置至少3个平板,选择菌落数在30~300的平板进行计数,并取其平均值。
(2)统计的菌落数往往比活菌的实际数目少,原因是当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。因此,统计结果一般用菌落数而不是活菌数来表示。
3.比较平板划线法和稀释涂布平板法的异同点。
平板划线法
稀释涂布平板法
相同点
都能将微生物分散到固体培养基表面,以获得单细胞菌落;接种工具都需要灭菌
不同点
接种工具
接种环
涂布器
优缺点
操作简便,
不能计数
需要先进行梯度稀释,操作相对繁琐,可用于计数
4.统计菌落数目的方法。
微生物生长量的测定有计数法、重量法、生理指标法等方法,但是一般使用计数法,计数法可分为直接计数法和间接计数法。二者的比较如下表所示:
项目
直接计数法
间接计数法
原理
利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下计数,再计算一定容积的样品中微生物的数量
当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌
主要用具
显微镜、细菌计数板、血细胞计数板
培养基
计数数据
菌体本身
培养基上菌落数
优点
计数方便、操作简单
计数的是活菌
缺点
死菌、活菌都计算在内
操作较复杂,有一定误差
计算公式
每毫升原液含菌数=每小格平均菌体数×400×10 000×稀释倍数
每毫升原液含菌数=培养基上平均菌落数×稀释倍数÷涂布液体积
选择培养基上生长的微生物一定是所需要的微生物吗?
提示:原则上选择培养基只能允许特定种类的微生物生长,但实际上,微生物的培养是一个非常复杂的问题,有些微生物可以利用其他微生物的代谢产物生长繁殖,因此能在选择培养基上生长的微生物不一定都是所需的微生物,还需进一步借助生物化学的方法进行鉴定。
【典例1】 自然界中的微生物往往是混杂生长的。人们在研究微生物时一般要将它们分离提纯,然后进行数量的测定。下面是对大肠杆菌进行数量测定的实验,请回答有关问题。
步骤如下:
①制备稀释倍数为1×102、1×103、1×104、1×105、1×106的系列稀释液。
②为了得到更加准确的结果,应选用_______________法接种样品。
③适宜温度下培养。
稀释涂布平板
结果分析:
(1)测定大肠杆菌数时,在对应稀释倍数为1×106的培养基中,得到以下几种统计结果,与事实更加接近的是__________(填选项字母)。
A.涂布了1个平板,统计的菌落数为230
B.涂布了2个平板,统计的菌落数是215和260,取平均值238
C.涂布了3个平板,统计的菌落数分别是21、212和256,取平均值163
D.涂布了3个平板,统计的菌落数分别是210、240和256,取平均值235
D
当两个或多个细菌连在一起时,平板上观察到的是一个菌落
(2)一同学在稀释倍数为1×106的培养基上测得平板上菌落数的平均值为212,那么每毫升样品中的菌落数约是(涂布平板时所用的稀释液体积为0.2 mL)__________。
(3)用这种方法测定的细菌数量要比实际活菌数量__________(填“多”或“少”),因为__________________________________________________________。
解析 若对大肠杆菌进行计数,则需要用稀释涂布平板法接种样品。(1)应选取多个菌落数相差不大的平板计数,取其平均值。(2)212÷0.2×106=1.06×109(个)。(3)因为菌落可能由1个或多个细菌连在一起繁殖而成,所以实际活菌数量要比测得的数量多。
1.06×109个
少
【微变式】 下列关于统计菌落数目方法的叙述,错误的是 ( )
A.当样品的稀释度越高,菌落数越能代表实际的微生物数量
B.为了保证结果准确,一般采用菌落密度较大的平板进行计数
C.采用稀释涂布平板法计数获得的菌落数往往少于实际的活菌数,所以统计结果用菌落数表示更科学
D.在某一浓度下涂布三个平板,若三个平板统计的菌落数差别不大,则应以它们的平均值作为统计结果
答案与解析
解析 当样品的稀释度足够高时,一个活菌会形成一个菌落;为了保证结果准确,一般选取菌落数在30~300之间的平板进行计数;采用稀释涂布平板法计数获得的菌落有可能是由多个细菌形成的,所以往往少于实际的活菌数,所以统计结果一般用菌落数表示;在某一浓度下涂布三个平板,若三个平板统计的菌落数差别不大,则应以它们的平均值作为统计结果以减小实验误差。
答案 B
知识点二 实验设计及操作
1.实验流程。
步骤
实验操作
操作提示
土壤
取样
①要求:富含有机质、酸碱度接近中性且潮湿的土壤;
②取样土层:距地表3~8 cm的土壤层
取样用的小铁铲和取样纸袋都要经过灭菌
制备
培养
基
分别配制牛肉膏蛋白胨培养基和尿素为唯一氮源的选择培养基
牛肉膏蛋白胨培养基可以作为对照,用来判断选择培养基是否起到了选择作用
样品
的稀
释和
涂布
①称取10 g土样加到盛有90 mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀;
②吸取上清液1 mL,转移至盛有9 mL的无菌水的大试管中,依次等比稀释;
③按照由1×103~1×107稀释度的顺序分别吸取0.1 mL进行平板涂布操作。以保证能从中选择出菌落数在30~300的平板进行计数
①应在火焰旁称取土样;
②由于初次实验,对于稀释的范围没有把握,因此选择一个较为宽泛的范围1×103~1×107倍的稀释液;
③实验时要对所用的平板、试管作好标记。如培养皿要注明培养基类型、培养时间、稀释度、培养物等
培养
将涂布好的培养皿放在30~ 37 ℃温度下培养1~2 d。随着培养时间的延长,会有不同的菌落产生。比较牛肉膏蛋白胨培养基和选择培养基中菌落的数量、形态等,并做好记录
在牛肉膏蛋白胨培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的数目,才说明选择培养基有选择作用
计数
当菌落数目稳定时,选取菌落数在30~300的平板进行计数。在同一稀释度下,至少对3个平板进行重复计数,然后求出平均值,并根据平板所对应的稀释度计算出样品中细菌的数目(填入表中)
①如果得到了2个或2个以上菌落数目符合要求的平板,则说明稀释操作比较成功;
②如果同一稀释倍数的三个重复的菌落数相差较大,表明实验不精确,需要重新实验;
③在菌落计数时,每隔24 h统计一次菌落数目。选取菌落数目稳定时的记录作为结果,以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目
稀释度
1×104
1×105
1×106
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
菌落数/平板
菌数/克土壤
2.实验设计原则。
(1)设立重复组:统计某一稀释度下平板上的菌落数时,要至少涂布3个平板作重复组,以增强实验结果的说服力与准确性。
(2)设立两种对照组。
①判断培养基中是否有杂菌污染,需同时将未接种的培养基进行培养。
②判断选择培养基是否具有筛选作用,需同时设立牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养,观察两种培养基上的菌落数目,进行对比得出结论。
3.结果分析与评价。
内容
现象
结论
有无杂菌污染的判断
对照的培养皿中无菌落生长
未被杂菌污染
培养基中菌落数偏高
被杂菌污染
菌落形态多样,菌落数偏高
培养基中混入其他杂菌
选择培养基的筛选作用
牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目大于选择培养基上的数目
选择培养基具有筛选作用
样品的稀释操作
得到2个或2个以上菌落数目在30~300的平板
操作成功
重复组的结果
若选取同一种土样,统计结果应接近
【典例2】 下面是有关土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验过程,请回答有关问题。
(1)为分离出土壤中分解尿素的细菌,应该用______________________的培养基进行分离,这种培养基属于__________培养基(按功能分类)。
尿素作为唯一的氮源
选择
1.33×108个
(2)若取土样7 g,应加入__________ mL的无菌水配制成稀释10倍土壤溶液。因土壤中细菌密度很大,需要不断加以稀释,配制成1×101~1×107不同浓度的土壤溶液。将1×103~1×107倍的稀释液分别吸取0.2 mL加入固体培养基上,用涂布器将菌液铺平,每个稀释度下至少涂布3个平板,这种接种方法称为________________。将接种的培养皿放置在37 ℃恒温培养箱中培养24~48 h,观察并统计菌落数,结果如下表,其中__________倍的稀释比较合适,由此计算出每克土壤中的菌落数为__________。
稀释倍数
1×103
1×104
1×105
1×106
1×107
菌落数
(个)
1号平板
478
367
277
26
5
2号平板
496
354
261
20
8
3号平板
509
332
260
29
3
63
稀释涂布平板法
1×105
将聚集的菌体逐步稀释以便获得(不连续的)单菌落
解析 (1)以尿素作为唯一氮源,能合成脲酶的微生物才能分解尿素,缺乏脲酶的微生物由于不能分解尿素,缺乏氮源而不能生长发育繁殖,而受到抑制,所以用尿素作为唯一氮源的培养基就能够选择出分解尿素的微生物,这种培养基属于选择培养基。(2)若取土样7 g,应加入63 mL的无菌水配制成稀释10倍土壤溶液。因土壤中细菌密度很大,需要不断加以稀释,配制成1×101~1×107不同浓度的土壤溶液。将1×103~1×107倍的稀释液分别吸
(3)这种方法测定的菌落数往往比活菌的实际数目__________(填“低”或“高”),原因是_______________________________________________________。
(4)若研究尿素分解菌的群体生长规律,可采用平板划线法分离土壤中的尿素分解菌。操作时,接种环通过__________灭菌(无菌技术),在第二次及以后划线时,总是从上一次的末端开始划线。这样做的目的是_______________________________________________。
低
当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落
灼烧
取0.2 mL加入固体培养基上,用涂布器将菌液铺平,每个稀释度下至少涂布3个平板,这种接种方法称为稀释涂布平板法。在每一个梯度浓度内,至少要涂布3个平板,选择菌落数在30~300的进行计数,求其平均值,显然1×105倍条件下的菌落数比较合适。由此计算出每克土壤中的菌落数=(277+261+260)÷3÷0.2×105=1.33×108个/mL。(3)由于一个菌落可能是由一个或多个细菌繁殖而来,因此用稀释涂布平板法测定的菌落数往往比活菌的实际数目低。(4)平板划线法分离土壤中的尿素分解菌时,接种环通过灼烧灭菌,在第二次及以后划线时,总是从上一次的末端开始划线,这样做是将聚集的菌体逐步稀释以便获得(不连续)单个菌落。
【微变式】 在做“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”的实验时,甲同学从对应稀释倍数为1×106的培养基上筛选出大约150个菌落,而其他同学只筛选出大约50个菌落。下列有关叙述错误的是 ( )
A.甲同学出现这种结果的原因可能是土样不同,也可能是操作过程出了问题
B.将甲同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养作为空白对照,可以证明培养基是否受到污染
C.让其他同学用与甲同学一样的土壤进行实验,如果结果与甲同学一致,则可以证明甲同学无误
D.B、C选项的实验思路都遵循了实验的对照原则
答案与解析
解析 甲同学获得的菌落数远大于其他同学,可能是因为所取的土样不同,也可能是因为操作过程中培养基被污染,A项正确;被污染可能是因为培养基灭菌不彻底,或操作过程中没有保证无菌操作,将甲同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养作为空白对照,可以证明培养基是否受到污染,B项正确;若题述结果是土样不同造成的,让其他同学用与甲同学一样的土壤进行实验,如果结果与甲同学一致,则可以证明甲同学操作无误,C项正确;B选项的实验思路遵循了实验的对照原则,C选项的实验思路遵循了实验的重复原则,D项错误。
答案 D
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1.能够测定样品活菌数的方法是 ( )
A.稀释涂布平板法 B.直接计数法
C.重量法 D.平板划线法
答案与解析
解析 利用稀释涂布平板法能够在不影响被测菌种生活的情况下将细菌个体从固体培养基上分离出来,并可以繁殖形成菌落,可根据菌落数测定出被测样品活菌数,故稀释涂布平板法可用于测定样品活菌数,A项正确。
答案 A
2.用平板划线法或稀释涂布平板法纯化大肠杆菌时 ( )
①可以用相同的培养基 ②都需要使用接种针进行接种 ③都需要在酒精灯火焰旁进行接种 ④都可以用来计数活菌
A.①② B.③④
C.①③ D.②④
答案与解析
解析 平板划线法或稀释涂布平板法都使用固体培养基;平板划线法采用接种针或接种环进行操作,而稀释涂布平板法采用涂布器进行操作;进行接种操作时,要进行无菌操作,需要在酒精灯火焰旁接种,避免空气中的微生物污染培养基;平板划线法一般用于分离菌体而不能计数活菌。
答案 C
3.(多选)下列关于土壤取样的叙述,正确的是 ( )
A.土壤取样时,应选取肥沃、湿润的土壤
B.先铲去表层土3 cm左右,再取样
C.取样用的小铁铲和取样纸袋在使用前不用灭菌
D.应在酒精灯火焰旁称取土壤
答案与解析
解析 在“分解尿素的细菌的分离与计数”实验中,必须在含微生物丰富的湿润、肥沃土壤中取样,所用小铁铲和取样纸袋必须灭菌。
答案 ABD
4.某同学对1×101、1×102、1×103倍稀释液计数的平均菌落数分别为2 760、295和16,则菌落总数为(所用稀释液体积为0.1 mL) ( )
A.2.76×104个/mL B.2.95×105个/mL
C.4.6×104个/mL D.3.755×104个/mL
答案与解析
解析 菌落计数法是计算不同稀释度的平均菌落数。首先选择平均菌落数在30~300之间的平板,以该平均菌落数与体积之比乘以稀释倍数即为该样品的细菌总数。若所有稀释倍数的菌落数均不在30~300之间,则应以最接近30或300的平均菌落数进行计算。
答案 B
5.尿素是一种重要的农业氮肥,不能直接被农作物吸收,只有当土壤中的微生物将尿素分解后才能被植物吸收利用。因此,对土壤中分解尿素的微生物进行分离和鉴定具有重要意义。回答下列问题:
(1)对土壤中分解尿素的微生物的分离过程如下:
第一步:土壤取样。取土样用的工具和盛土样的信封等在使用前都需要__________(填“消毒”或“灭菌”)。
第二步:样品稀释。通常分离不同种类的微生物要采用不同的稀释度,原因是____________________________。
灭菌
土壤中各类微生物的数量不同
第三步:微生物的培养与观察。将一定稀释度的样品接种在以尿素为唯一氮源的培养基上,并在适宜的条件下培养。分解尿素的微生物能在该培养基上生长繁殖,而______________________则不能生长繁殖。
(2)若对土壤悬液进行梯度稀释时,未经振荡而直接取上层悬液进行梯度稀释,用稀释倍数为1×104的样液涂布到平板上进行培养和计数,统计出的菌落数往往比正确操作统计出的菌落数__________。
不能利用尿素的微生物
偏高
解析 (1)取土样用的工具和盛土样的信封等在使用前都需要灭菌。由于土壤中不同生物的数量不同,因此分离不同种类的微生物要采用不同的稀释度。将一定稀释度的样品接种在以尿素为唯一氮源的培养基上,并在适宜的条件下培养,分解尿素的微生物能在该培养基上生长繁殖,不能利用尿素的微生物则不能生长繁殖。(2)若对土壤悬液进行梯度稀释时,未经振荡而直接取上层悬液进行梯度稀释。由于此种细菌属于需氧型细菌,主要分布在上层培养液,因此用稀释倍数为1×104的样液涂布到平板上进行培养和计数,统计出的菌落数往往比正确操作统计出的菌落数偏高。
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