第1章 第1节 微生物的培养需要适宜条件（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

第一节　微生物的培养需要适宜条件 课程内容标准 核心素养对接 1．阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。 2．阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术。 1．根据微生物的代谢类型分析培养基的组成。(科学思维) 2．说出灭菌，消毒和防腐的区别，尝试配制培养基。(科学探究) [对应学生用书P1] 1．微生物：是对所有形体微小、肉眼不可见的生物的统称。 2．培养基 3．培养基的理化特性影响微生物的生长 培养基营养 pH条件 细菌 较高的有机氮 中性偏碱 霉菌 可溶性淀粉＋无机物 中性偏酸 二、灭菌和无菌操作技术可以排除非目标微生物的干扰 1．无菌操作技术：防止其他微生物混入，保持无菌物品及无菌区域不被污染的操作技术。 2．芽孢和细菌细胞 是否休眠体 代谢活动 是否容易杀死 芽孢 是 不明显 不易 细菌细胞 否 代谢活跃 易 3．灭菌的方法 (1)高压蒸汽灭菌 ①器具：高压灭菌锅 ②条件：根据要消灭的微生物芽孢等结构的耐热性确定 ③对象：培养基和实验用具 (2)灼烧灭菌：适用于接种环和涂布器的灭菌 4．培养基灭菌(高压蒸汽灭菌)→分装(三角瓶、试管、培养皿) 5．实验结束后，所有使用过器皿、废弃物的处理：先经过高压蒸汽灭菌后再洗涤或倾倒。 6．灭菌、消毒、防腐 采用的措施 作用的范围 作用的结果 常见方法 灭菌 强烈的物理、化学方法 物体表面以及内部 杀灭一切微生物 高压蒸汽灭菌法、灼烧灭菌法 消毒 较温和的物理、化学方法 物体表面或内部 杀死部分微生物 75%的酒精消毒、紫外线消毒等 防腐 控制理化因素 物体表面及内部 抑制微生物生长繁殖 低温、盐腌、糖渍、干燥等 7．接种过程中的灭菌 (1)接种环灭菌冷却后再接种，涂布器浸泡在75%的酒精中，接种前进行灼烧灭菌，冷却后用于涂布 (2)在接种过程中，打开塞子后和塞上塞子前都要将瓶口或试管口在酒精灯火焰上灼烧灭菌。 方法步骤 1．计算：根据配方计算出配制培养基所需的马铃薯、蔗糖和琼脂的用量。 2．配制20%马铃薯浸汁：去皮→称量→切碎→加水→煮沸10 min→过滤→加蔗糖→补足水。 3．制备斜面、固体和液体培养基 4．制作棉塞 (1)先确定棉塞的长度和粗细。 (2)使用的棉花应该是普通棉花，而不能用脱脂棉。 1．判正误 (1)液体培养基含有水，而固体培养基不含水。(×) (2)培养基分装到试管后进行灭菌。(√) (3)高压蒸汽灭菌加热结束时，打开放气阀使压力表指针回到零后，开启锅盖。(×) (4)全部工作结束后，废弃物要灭菌后倾倒，使用过的器皿要仔细清洗。(×) 2．微思考 (1)“细菌喜荤，霉菌喜素”指的是什么？ 提示　培养细菌的培养基需要含有较高的有机氮，常用蛋白胨和酵母提取物配制；霉菌培养基一般使用可溶性淀粉加无机物配制，或用豆芽汁加蔗糖配制。 (2)接种过程的关键环节是什么？为达到这一目标采取了哪些措施？ 提示　接种过程中，防止其他微生物进入培养基是获得纯培养物的关键环节。为达到这一目标，对接种过程所使用的涂布器、接种环等工具均需灭菌后再使用，在接种过程中，打开塞子后和塞上塞子前都要将瓶口或试管口在酒精灯火焰上灼烧灭菌。尽量减少各种器皿敞口向上的时间和机会，也能减少因非目标微生物落入而导致的污染。 [对应学生用书P3] 任务驱动一　培养基的成分和种类 明确微生物的营养需求，根据需求合理配制培养基是进行微生物培养的前提和基础。请思考回答下列问题： 资料：下表为牛肉膏蛋白胨培养基的配方： 成分 含量 牛肉膏 5.0 g 蛋白胨 10.0 g NaCl 5.0 g 琼脂 15～20.0 g 蒸馏水 定容至1 000 mL (1)该培养基中主要提供碳源和氮源的物质各是什么？ 提示　主要提供碳源的是牛肉膏；主要提供氮源的是蛋白胨。 (2)碳源可以是CO2等无机物，也可以是有机物，试根据生物代谢的特点分析不同的生物分别使用什么样的碳源？ 提示　自养型生物的碳源是CO2等无机物；而异养型生物的碳源是有机物。 (3)从培养基的成分分析，该培养基是液体培养基，还是固体培养基？ 提示　因为培养基的成分中含有琼脂，该培养基是固体培养基。 1．培养基的成分 营养物质 定义 作用 主要来源 碳源 凡能提供碳元素的物质 构成生物体细胞的物质和一些代谢产物，有些也是异养生物的能源物质 无机碳源：CO2、NaHCO3等；有机碳源：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等 氮源 凡能提供氮元素的物质 合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物 无机氮源：N2、NH3、铵盐、硝酸盐等；有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨等 生长因子 生长必不可少的微量有机物 弥补微生物自身的缺陷 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等 水 — 不仅是优良的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定 培养基、空气、代谢产物 无机盐 为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素和微量元素 是细胞的组成成分、生理调节物质、某些化能自养菌的能源，酶的激活剂等 无机化合物 2．几种微生物的营养和能量来源 微生物 碳源 氮源 能源 蓝细菌 CO2 NH、NO等 光能 硝化 细菌 CO2 NH3 NH3的氧化 根瘤菌 糖类等有机物 N2 有机物 大肠 杆菌 糖类、蛋白质等有机物 蛋白质等 有机物 不同培养基的具体配方不同，但一般都含(　　 ) A．碳源、磷酸盐和维生素 B．氮源和维生素 C．水、碳源、氮源和无机盐 D．碳元素、氧元素、氢元素、氮元素 C　[培养基中一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还应考虑pH、特殊营养物质及O2等条件。] [借题发挥]　 (科学思维)下图为某培养基成分列表，请思考回答： 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 此培养基中含有氮源，水，无机盐成分，可以培养自养(自养，异养)微生物。 某杆菌只有在含蛋白胨、牛肉膏、氯化钠和微量维生素的培养基中才能生长，此时微量维生素对该菌的培养而言属于(　　 ) A．碳源　　　　　 B．氮源 C．激素 D．生长因子 D　[碳源是指能为微生物提供所需碳元素的营养物质，如题目中的蛋白胨、牛肉膏，A错误；氮源是指能为微生物提供所需氮元素的营养物质，如题目中蛋白胨、牛肉膏，B错误；培养基中的氯化钠属于无机盐，C错误；微生物生命活动不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有机物称为生长因子，微量的维生素属于生长因子，D正确。] 任务驱动二　无菌操作技术 无菌操作技术包括消毒、灭菌等方法，主要包括高压蒸汽灭菌法、灼烧灭菌法、75%的酒精消毒、紫外线消毒等。 (1)无菌技术除了用来防止实验室培养物被其他外来微生物污染外，还有什么目的？ 提示　无菌技术还可以保护实验人员不被微生物感染。 (2)对培养基、培养皿、接种环、实验者的双手和空气常采用的灭菌或消毒方法分别是什么？ 提示　培养基和培养皿适合用高压蒸汽灭菌法；接种环适合用灼烧灭菌法；实验者的双手适合用75%的酒精消毒；空气适合用紫外线消毒。 (3)为避免周围环境中微生物的污染，除了消毒和灭菌，对实验操作有什么要求？ 提示　实验操作还应在酒精灯火焰附近(或超净工作台)进行。 几种常用灭菌和消毒方法的比较 灭菌和消 毒种类 主要方法 应用范围 灼烧灭菌 酒精灯火焰灼烧 微生物接种工具，如接种环、接种针或其他金属用具等，接种过程中的试管口或瓶口等 高压蒸 汽灭菌 1 kg/cm2压力、121 ℃维持15～20 min 实验器具及培养基 紫外线 消毒 256～266 nm紫外灯照射 接种室、接种箱、超净工作台 化学药 物消毒 用体积分数为75%的酒精、碘酒涂抹，来苏水喷洒等 用于皮肤、伤口、动植物组织表面消毒和空气、手术器械、塑料或玻璃器皿等的消毒 下列对灭菌和消毒的理解，错误的是(　　 ) A．灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子 B．消毒和灭菌实质上是完全相同的 C．接种环用灼烧法灭菌 D．常用灭菌方法有灼烧灭菌法、高压蒸汽灭菌法 B　[消毒是使用较为温和的物理或化学方法，仅杀死物体表面或内部一部分微生物，不包括芽孢和孢子。灭菌则是使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。] [借题发挥] 1．(长句专练)什么是消毒？什么是灭菌？什么是防腐？ 提示　消毒是采用较温和的物理、化学方法仅杀死物体表面或内部一部分不需要的微生物。 灭菌是指采用强烈的物理、化学方法杀灭物体表面以及内部的一切微生物的方法。 防腐是根据微生物生长繁殖的特点，通过控制理化因素抑制微生物生长繁殖的措施。 2．(科学探究)接种过程中怎样做到无菌操作？ 提示　对接种环进行灼烧灭菌，冷却后进行接种；涂布器浸泡在75%酒精中消毒，在接种过程中，打开塞子后和塞上塞子前都要将瓶口或试管口在酒精灯火焰上灼烧灭菌。接种过程中尽量减少各种器皿敞口向上的时间和机会。 获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的进入，有关无菌技术的叙述正确的是(　　 ) A．操作者的双手清洁后，用无水乙醇擦拭消毒 B．自来水用氯气消毒，可以杀灭全部微生物 C．平板划线接种微生物时须在酒精灯火焰旁操作 D．为防止杂菌污染，接种环和培养皿都必须灼烧灭菌 C　[操作者的双手清洁后，用体积分数为75%的酒精擦拭消毒，不能用无水乙醇进行消毒，这是因为过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜，阻止其进入细菌体内，难以将细菌彻底杀死，达不到消毒的目的，A错误；氯气消毒，可以杀死部分微生物，B错误；平板划线接种微生物时须在酒精灯火焰旁操作，以保证接种时处于无菌的环境，防止杂菌污染，C正确；培养皿应进行高压蒸汽灭菌，不是灼烧灭菌，D错误。]任务驱动三　培养基的配制 1．配制固体培养基需要注意哪几方面？ 提示　①注意控制好温度，防止培养基提前凝固。②不要让培养基粘在试管口。③试管中的液体量约为试管长度的1/4，试管加棉塞后，用牛皮纸包好。 2．制作试管棉塞时，对棉塞的长度和粗细有哪些要求？ 提示　棉塞长度要保证既塞住瓶口(进入瓶口约3～4 cm)，在瓶口外又要留有一定的长度(约2 cm)，方便在接种时用无名指、小拇指取下来；棉塞粗细也要适当，不容易脱落。 棉塞的制作方法 (1)做法：取棉花→折角→卷紧。若放入试管口感觉松，就需要打开已卷好的棉塞，向折叠处再添加棉花。 (2)标准：做好的棉塞应上大下小，放入试管口后，周围应没有皱褶和缝隙，且容易拔出，但用手提棉塞时，试管又不能掉下来。 培养酵母菌的马铃薯蔗糖培养基，其制备流程是： 液体培养基：计算→配制20%马铃薯浸汁→分装(三角瓶)→灭菌 斜面培养基：计算→配制20%马铃薯浸汁→加琼脂→溶化→分装(试管)→灭菌→搁置斜面 固体培养基：计算→配制20%马铃薯浸汁→加琼脂→溶化→分装(三角瓶)→灭菌 下表是某同学配制马铃薯蔗糖培养基时的部分成分列表，以下说法错误的是(　　 ) 成分 马铃薯丝 蔗糖 琼脂 H2O 含量 20 g 2 g 1.5 g 100 mL A．该同学配制的可能是斜面培养基 B．在此培养基中马铃薯丝只能提供氮源 C．培养基配置好后，分装后应塞好棉塞再进行灭菌 D．培养基凝固前搁置斜面的目的是扩大接种面积 B　[在该同学的培养基配方中有琼脂，因此他配制的可能是固体培养基或斜面培养基，A项正确；马铃薯丝在此培养基中既能提供氮源，也能提供碳源，B项错误；培养基配置好，分装后应先塞好棉塞再进行灭菌，C项正确；培养基需要在凝固前搁置斜面，其目的是扩大接种面积，D项正确。] [借题发挥] 1．(长句专练)用棉花制作试管棉塞时，棉塞长度要保证既塞住瓶口(进入瓶口约3～4 cm)，在瓶口外又要留有一定的长度(约2 cm)，为什么？ 提示　方便在接种时用无名指、小拇指取下来。 2．(科学思维)煮沸后的马铃薯浸汁给酵母菌的生长提供了哪些成分？ 提示　提供碳源，氮源，无机盐，生长因子。 下列有关微生物培养实验的叙述，正确的是(　　 ) A．用高压灭菌锅灭菌时，锅内压力一般为10 kPa B．倒平板时，培养基高度约为培养皿高度的2/3 C．实验结束后带菌培养基应灭菌后再倒掉 D．接种固体培养基时应将菌种接入培养基内部 C　[用高压灭菌锅灭菌时，锅内压力一般为100 kPa，A项错误；倒平板时，培养基高度约为培养皿高度的1/2，B项错误；为防止细菌对环境和操作人员造成污染，实验结束后带菌培养基应灭菌后再倒掉，C项正确；接种固体培养基时应将菌种接入培养基表面，D项错误。] 知识网络构建 关键知识积累 1.微生物是人们对所有形体微小、肉眼不可见的生物的统称。 2.培养基的成分包含微生物生长所需的水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等。 3.灭菌是采用强烈的物理、化学方法杀灭物体表面以及内部的一切微生物的方法。消毒则是采用较温和的物理、化学方法仅杀死物体表面或内部一部分不需要的微生物。 4.将目标微生物转移到培养基中的过程称为接种。 [对应学生用书P7] 1．无菌技术包括以下几个方面的叙述，其中错误的是(　　 ) A．对培养操作的空间、操作者的衣着和手进行灭菌 B．对培养器皿、接种用具和培养基等进行灭菌 C．为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行 D．实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围物品相接触 A　[灭菌是采用强烈的理化因素对用于微生物培养的培养皿、接种用具和培养基进行处理，使物体内外一切微生物，包括芽孢和孢子都被杀死；实验操作者的衣着和手以及操作空间只能进行消毒。] 2．下列关于微生物培养基的叙述，错误的是(　　 ) A．所有培养基都含有相同的水、碳源、氮源和无机盐等四类物质 B．微生物在固体培养基表面生长形成的菌落，可以用肉眼观察到 C．制备固体培养基时，可以在液体培养基中加入凝固剂琼脂 D．实验结束后带菌培养基应灭菌后再倒掉 A　[大多数微生物培养基都含有相同的水、碳源、氮源和无机盐等四类物质，自养型微生物的培养基可以没有碳源，固氮微生物的培养基可以没有氮源，A项错误；菌落是由微生物在固体营养基表面生长形成的用肉眼观察到具有特定形态和特征的子细胞群体，B项正确；制备固体营养基，一般需在液体营养基中加入适量的凝固剂琼脂，C项正确；实验结束后带菌培养基应灭菌后再倒掉，D项正确。] 3．下列有关培养基制备的叙述，正确的是(　　 ) A．培养基的配方中都应该包含碳源、氮源、水、无机盐及琼脂等成分 B．在溶化琼脂时，可以用热水，也可以用凉水直接溶化 C．灭菌时，锥形瓶需先加棉塞，用牛皮纸包好，再放入高压灭菌锅 D．倒平板时，需等培养基冷却到室温，再在酒精灯火焰旁倒平板 C　[液体培养基中无琼脂，A项错误；在溶化琼脂时，需要加热，且不断用玻璃棒搅拌，不能用热水或凉水直接溶化，B项错误；将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加棉塞，包上牛皮纸，并用皮筋勒紧，再放入高压灭菌锅，C项正确；待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板，D项错误。] 4．请回答有关大肠杆菌的分离，培养的有关问题： (1)在大肠杆菌培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑________、________和渗透压等条件。由于该细菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、________、________等优点，因此常作为遗传学研究的实验材料。 (2)在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养皿进行________(填“消毒”或“灭菌”)；操作者的双手需要进行清洗和________(填“消毒”或“灭菌”)；空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质变性，还能________________。 (3)培养大肠杆菌时，在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检测方法是_____________________________________________________________。 解析　(1)大肠杆菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、易培养、生活周期短等优点，培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑温度、酸碱度和渗透压等条件。(2)对培养基和培养皿应进行灭菌，操作者的双手需要进行清洗和消毒。紫外线能使蛋白质变性，还能损伤DNA的结构。(3)检测培养基是否被污染的方法是将未接种的培养基在适宜条件下进行培养，观察是否有菌落形成。 答案　(1)温度　酸碱度　易培养　生活周期短　(2)灭菌　消毒　损伤DNA的结构　(3)将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间，观察培养基上是否有菌落产生 学科网（北京）股份有限公司 $$