1.2.1 微生物的培养技术及应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2节 微生物的培养技术及应用 第1章 发酵工程 一 微生物的基本培养技术 从社会中来 向经过杀菌处理的牛奶中添加对人体有益的乳酸菌，再经过发酵就可以制成酸奶，在家里自制酸奶虽然方便，但是食用自制酸奶导致肠胃不适的事件屡见不鲜，主要原因是在制作过程中有杂菌混入。 讨论：怎样才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物种呢？ 微生物 应先对制作用具和原料进行灭菌处理，再接种纯的菌种，并控制发酵条件，避免杂菌进入。 杂菌属于 难以用肉眼观察的微小生物的统称 本章提及的微生物主要指用于发酵的细菌和真菌。 葡萄酒、酸菜发霉变质 巴斯德 (Louis Pasteur） 1822-1895 1.巴斯德发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变酸的恼人的微生物。很快，“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。 2.巴斯德否定了“自然发生说”。该学说认为，不洁的衣物会滋生蚤虱，污秽的死水会自生蚊，肮脏的垃圾会自生虫蚁，粪便和腐臭的尸体会自生蝇蛆。总之，生物可以从他们所在的物质元素中自然发生，而没有上一代。 微生物学之父 无细胞结构 原核细胞 真核细胞 真菌：酵母菌、毛霉等； 原生生物：草履虫、变形虫等 微生物的类群 病毒：SARS病毒、新冠病毒等RAN病毒；噬菌体等DNA病毒 细菌：蓝细菌、大肠杆菌、乳酸菌、放线菌、链霉菌等 支原体、衣原体、立克次氏体 菌落 ①种类多；②分布广；③易培养；④个体微小；⑤结构简单；⑥繁殖快；⑦代谢强；⑧易变异。 (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)将需要微生物分离出来 ——培养基的配制 ——无菌技术 ——微生物纯化培养 微生物结构简单、形体微小，眼睛看不到，若想得到纯净微生物，就必须对其进行培养和分离。 实验室培养微生物的条件： 什么是培养基？如何配置？ 什么是无菌技术？ 本节聚焦 1 2 3 怎样进行酵母菌的纯培养？ 一、培养基的配制 1.概念： 3.种类： 2.作用： 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。 ① 培养、分离、鉴定、保存微生物 ② 积累其代谢物 划分标准 培养基种类 特点 应用 按照物理 性质分类 微生物在固体培养基的表面或内部生长，形成肉眼可见菌落。 藻类中提取，一类以半乳糖为主的高分子多糖、不能提供能量和碳源。 液体培养基 固体培养基 含凝固剂(如琼脂)，呈固体状态 不含凝固剂，呈液体状态 扩大培养、工业生产等 微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种等 琼脂固体培养基是实验室最常用的培养基之一。 注意: 病毒只能在活细胞中营寄生生活，目前不能使用人工培养基来培养。 琼脂在98 ℃以上熔化，在44 ℃以下凝固，在常规培养条件下呈现固态。 一、培养基的配制 3.种类： 划分标准 培养基种类 特点 应用 按照 用途 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生长,促进所需微生物的生长 在培养基中加入能与目的菌代谢产物发生显色反应的指示剂，用以鉴别不同种类微生物 培养、分离出特定微生物 鉴别不同种类微生物 划分标准 培养基种类 特点 应用 按照 成分 合成培养基 天然培养基 用已知的化学物质配制 含有化学成分还不清楚或化学成分不明确的天然有机物。 工业生产 分类、鉴定 要满足微生物的生存，需要培养基中有哪些成分呢？ 一、培养基的配制 4.培养基的营养成分： 各种培养基配方不同，但一般都含有_____、________、________和________等营养物质。 无机盐 碳源 氮源 水 表1-1 1000ml牛肉膏蛋白胨培养基的营养组成 应用最广泛普通的细菌基础培养基 碳源、氮源 碳源、氮源 凝固剂 无机盐 水 牛肉膏 蛋白胨 采用新鲜牛肉经消化、过滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色膏状物。有牛肉自然香味，易溶于水，水溶液呈淡黄色。 一种外观呈淡黄色的粉剂。一般用于蛋白胨生产的蛋白包括动物蛋白（肉类）和植物蛋白（豆类）等两种。 一、培养基的配制 4.培养基的营养成分： 各种培养基配方不同，但一般都含有_____、________、________和________等营养物质。 无机盐 碳源 氮源 水 ②氮源： ①碳源： (提供碳元素的物质) 无机碳源： 有机碳源： CO2、CO32-、HCO3-等 (自养微生物碳源) (异养微生物碳源) (提供氮元素的物质) 无机氮源： 有机氮源： N2、NO3-、NH3、NH4＋等 牛肉膏、蛋白胨、尿素等 葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等 功能：①构成细胞物质和一些代谢产物 ②有机碳既是碳源又是能源。 (固氮微生物碳源) 不添加氮源可用来培养固氮微生物； NH3氧化释放化学能（可提供能量） 功能：主要用于合成蛋白质、核酸及含氮代谢产物等。 ③水： 功能：①良好的溶剂；②维持生物大分子结构的稳定。 ④无机盐： 功能：①提供无机营养； ②调节酸碱平衡pH；③维持渗透压 有些无机盐离子可以作为化能合成菌的能源（如铁细菌） 一、培养基的配制 4.培养基的营养成分： 各种培养基配方不同，但一般都含有_____、________、________和________等营养物质。 无机盐 碳源 氮源 水 除几种主要营养物质，培养基还需满足微生物生长对 、 以及 的需求。 pH 特殊营养物质 O2 生长因子、氨基酸、维生素、碱基等 （牛肉膏、酵母膏、蛋白胨中含有） 又叫生长因子：微生物正常生长代谢所必需的，且不能用碳源、氮源自行合成的或合成量不足，但又是微生物生长和代谢所必需的小分子有机物。 例：1、培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素； 2、培养霉菌时，需要将培养基调制酸性； 3、培养细菌时，需要将培养基调制中性或弱碱性； 4、培养厌氧微生物时，需要提供无氧条件 “个性定制” 2.下列有关培养基的叙述，正确的是 A.微生物的培养都需要提供水、碳源、氮源、无机盐，缺一不可 B.微生物在固体培养基上生长时，可以形成肉眼可见的单个细菌 C.培养细菌时，需要将培养基调至中性或弱碱性 D.培养基只能培养细菌 1.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 现学现用 CO2、CO32-、HCO3-等无机碳源 CO2可以为自养微生物提供碳源 √ √ 固氮菌，其能够利用空气中的氮气，作为氮源 二、无菌技术 泛指在培养微生物的操作中，避免杂菌污染的方法 主要包括消毒和灭菌 两个方面： 消毒 对操作的空间、操作者的衣着和手 灭菌 培养微生物用的器皿、接种工具和培养基 还要注意： 避免已灭菌的材料用具与周围物品接触为避免周围环境微生物污染，操作应在超净工作台并在酒精灯火焰旁进行。 玻棒、试管、烧瓶、吸管和接种环等 1.消毒 二、无菌技术 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。 (1)概念： (2)方法： ①煮沸消毒法： ②巴氏消毒法： ③化学药剂消毒法： ④紫外线消毒法： 100℃煮沸5-6min。以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。 62-65℃下煮30min 或 80-90℃下煮30s-1min。适合一些不耐高温的液体，如牛奶。可以杀死牛奶中的绝大多数微生物，并且不破坏牛奶的营养成分。 用70%酒精擦拭双手；氯气消毒水源。 接种室、接种箱、超净工作台使用前可用紫外线照射30min。在照射前，适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液，可以加强消毒效果。 生物活体等 净化污水、污泥 指利用生物或其代谢物除去环境中的部分微生物的方法。 2.灭菌 二、无菌技术 是指使用_____的理化方法杀死物体内外_____的微生物，包括芽孢和孢子。 (1)概念： 强烈 所有 芽孢是某些细菌在营养条件缺乏时，在菌体内形成的含水量低、抗逆性强的休眠体； 孢子是原生动物、真菌和植物等产生的一种脱离亲本后能直接或间接发育成新个体无性生殖细胞。 芽孢壁很厚，对干旱、低温、高温等恶劣环境有很强抵抗力。例如，有的细菌芽孢，煮沸3小时以后才死亡。 有时候可直接由营养细胞通过细胞壁加厚和积贮养料而形成，能抵抗不良环境条件。 2.灭菌 二、无菌技术 (2)方法： ①灼烧灭菌：酒精灯火焰灼烧 效果：最彻底 原理：使微生物燃烧 对象：接种工具如接种环、接种针，以及接种过程中的试管口或瓶口等易被污染部位 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，适用于 玻璃器皿 (如试管、培养皿、吸管、注射器) 金属器具 (如针头、 镊子、剪刀等)的灭菌 ②干热灭菌：干热灭菌箱内160-170 ℃下加热2-3h 温度要求在500-600℃，要使用酒精灯外焰灼烧 2.灭菌 二、无菌技术 (2)方法： 原理：高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性 优点：操作简便，效果可靠，可杀灭所有生物，包括最耐热某些微生物的休眠体。基本保持培养基营养成分不被破坏。 对象： 注：使用后的培养基必须灭菌后才能丢弃，以免污染环境。 ③湿热灭菌：高压蒸汽灭菌锅内100kPa、121 ℃下维持15-30min 培养基、无菌水等（需要保持一定的水分） 1.灭菌物品不要装得太挤，以妨碍蒸汽流通影响灭菌效果 2.锥形瓶和试管口不要与桶壁接触，以免冷凝水淋湿包裹瓶口的纸渗入棉塞 3.加热初期打开排气阀，待冷空气排尽之后再关闭，才能达到预设的压力和温度 4.灭菌完成时，断开电源，让锅内温度自然下降，待压力表指针指到0后打开排气阀 21 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。 强烈的理化方法，杀死所有微生物。 煮沸消毒 家庭餐具等生活用品 100℃煮沸5～6min 巴氏消毒 牛奶等不耐高温的液体 62～65℃煮30min或80-90℃煮30s-1min 化学药剂 生物活体（皮肤、伤口）、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30min 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 培养基及多种器材和物品 高压蒸汽灭菌锅内,100kPa,温度121 ℃,15～30min 接种室、接种箱，超净工作台 （迅速彻底） 22 不同菌落的形状、大小、颜色、透明度、光泽度等是鉴定菌种的重要依据。 三、微生物的纯培养 (1)培养物： (2)纯培养物： 在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体。 由单一个体繁殖所获得的微生物群体。 菌落：分散的微生物在适宜固体培养基表面或内部可繁殖形成肉眼可见、有一定形态结构的子细胞群体。 (3)纯培养过程： 获得纯培养物的过程就是纯培养。 细菌 放线菌 霉菌 酵母菌 湿润，粘稠，易挑起，表面光华，比细菌的菌落大而厚。 三、微生物的纯培养 (4)纯培养的步骤： 配制培养基 灭菌 接种 培养 分离 酵母菌的纯培养 实验原理 分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是菌落。采用稀释涂布平板法、平板划线法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。 分散或稀释 繁殖 单个细胞 微生物群 单个菌落 平板划线法 稀释涂布平板法 ① 学会配制培养酵母菌的培养基并倒平板 ② 学会进行无菌操作 ③ 尝试通过平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落 酵母菌培养液 提供接种用的酵母菌 配制酵母菌固体培养基 马铃薯 葡萄糖（或蔗糖） 蒸馏水 琼脂 酵母菌的纯培养 实验目的 材料用具 1、制备培养基 (1) 配制培养基: 称取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1000ml，加热煮沸至马铃薯软烂，用纱布过滤。向滤液中加入20g葡萄糖、15-20g琼脂，用蒸馏水定容至1000ml. 酵母菌的纯培养 方法步骤 去皮 切块 加水 (1000mL) 加热煮沸 软烂 马铃薯 纱布过滤 加琼脂 （15～20g） 酵母菌 培养基 加水定容 (1000mL) 称取马铃薯 (200g) 马铃薯块 滤液 加葡萄糖/蔗糖 （20g） 调pH 1、制备培养基 (2) 灭菌: 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，再放入高压蒸汽灭菌锅中，在压力为100kPa、温度为121℃的条件下，灭菌15-30min。将5-8套培养皿包成一包，用几层牛皮纸包紧，放入干热灭菌箱内，在160-170℃灭菌2h. 包器材 酵母菌的纯培养 方法步骤 注意：先调pH再灭菌 转移 灭菌15~30min 皮筋勒紧 包牛皮纸 放入高压蒸汽灭菌锅中（100kPa、121℃） 酵母菌培养基 锥形瓶 加棉塞 1. 避免因水蒸气凝结而浸湿棉塞。 2. 避免再次污染 1、制备培养基 酵母菌的纯培养 倒平板的具体操作： (3) 倒平板 ——待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。 灭菌后培养基在无菌操作台上倒入4个培养皿中，倒后立即置于水平位置上，轻轻晃动，使培养基铺满平皿底部，待凝，使之形成平面。 倒平板注意事项： ①温度：50℃左右 ②操作：在酒精灯火焰附近 ③冷凝后平板倒置 方法步骤 31 1.培养基灭菌后，需冷却到50℃左右时，才能用来倒平板？用什么办法来估计培养基的温度？ 琼脂在98℃以上熔化，在44℃以下凝固。高于50℃会烫手，温度过低琼脂会凝固。 可用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉温度下降到刚刚不烫手即可。 2.倒平板过程中，如不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？ 最好不要用这个平板培养微生物。 防止空气中微生物可能在皿盖与皿底之间培养基上滋生。 将所倒平板放入37℃恒温箱中培养12h～24h，观察是否有菌落存在以确定是否被污染或灭菌是否彻底。 4.怎么确定所倒平板未被杂菌污染或灭菌彻底？ 3.平板冷凝后，为什么要将平板倒置？ 冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后培养基表面湿度也比较高； 将平板倒置，既可使培养基表面水分更好地挥发，又可防止皿盖上水珠落入培养基，造成污染。 酵母菌的纯培养 6.在灭菌前，用牛皮纸、旧报纸包紧盛有培养基的锥形瓶的目的是什么？ 如果需要调节培养基的PH，应该在定容完成后，灭菌之前进行操作。 ①在灭菌时能避免水蒸汽凝结时浸湿棉塞。 ②取出培养基锥形瓶时也起到隔绝空气中杂菌污染作用。 5.培养基pH要适宜，调PH是在灭菌前还是灭菌后？ 方法步骤 1、制备培养基 酵母菌的纯培养 2、接种和分离酵母菌 (1)原理： 连续划线法 分区划线法 (2)“平板划线”实验操作 通过接种环在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表面。经过数次划线后培养可以分离得到单菌落。 单个细胞 微生物群 单个菌落 连续划线 稀释分散 生长繁殖 平板划线法 稀释涂布平板法 ①灼烧接种环，直至接种环金属丝烧红 ②在火焰旁冷却接种环，拔出酵母菌培养液试管的棉塞 ③试管口通过火焰 ④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液 ⑤试管口通过火焰，并塞上棉塞 ⑥将培养皿打开一条缝隙，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖 ⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。不要将最后一次与第一次的划线相连。 划3个平板（重复实验）1个不划线（空白对照） 酵母菌的纯培养 (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。 酵母菌的纯培养 第1区划线 接种环灭菌 第2区划线 接种环灭菌 第3区划线 接种环灭菌 接种环灭菌 分区划线法 1 2 3 4 5 ①接种环只蘸一次菌液,但要在培养基不同位置连续划线多次. ②划线首尾不能相接 ③每次划线前接种环进行灭菌 ④划线后,培养皿倒置培养 平板划线法注意事项 : 酵母菌的纯培养 1.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？ 灼烧时期 目的 取菌种前 每次划线前 接种结束后 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 2.在灼烧接种环之后，要等其冷却后再进行划线的原因？ 以免接种环温度太高，杀死菌种。 3.在作第二次以及其后的划线操作时，总是从上一次划线的末端开始划线的原因？ 使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，以便获得单个菌落。 接种环共需灼烧几次？ 6次 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 杀死接种环上原有微生物 3.培养酵母菌 完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入28℃左右的恒温培养箱中培养24-28h。 方法步骤 1、制备培养基 酵母菌的纯培养 2、接种和分离酵母菌 结果分析与评价 在实验室中，切不可吃东西、喝水，离开实验室时一定要洗手，以防止被微生物感染。使用后的培养基在丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境。 ①如果培养基上生长的菌落的颜色、形状、大小基本一致，符合酵母菌菌落特点，说明接种操作符合要求； 如果培养基上出现了其他菌落，说明接种过程中，无菌操作还未达到要求，需分析原因，再次练习。 ②培养12 h与24 h后酵母菌菌落的大小会有明显不同。 （培养时间越长，菌落越大、颜色越深） 评估论点的可信程度 有段时间，水果“酵素”风靡各地。水果“酵素”制作的大致过程是： 将洗净、切成块状的水果放入洁净的容器，再加入糖和水,密封，置于阴凉处发酵一至两周。有人说，吃水果“酵素”可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力。这一论点是否可信。 “酵素”是什么？水果“酵素”的制作原理是什么？水果“酵素”中可能含有哪些成分？它是否含有人们无法从其他食品中获取但又是维护健康所必需的成分？水果“酵素”中的所有成分都有益于人体健康吗？ 思维训练 所谓“酵素”，就是“酶”的另一种说法。“酵素”制作就是利用微生物进行无氧呼吸的原理，进行像制作泡菜一样的发酵。 这样制作的“酵素”中可能有糖类(包括-些简单的糖和膳食纤维等)、蛋白质(包括多种酶)、有机酸等成分，不存在它独有的、特殊的营养物质，其中甚至可能含有微生物发酵产生的有毒物质，食用后可能会危害人体健康。因此，“吃水果酵素可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力”的论点值得怀疑。 酵母菌的纯培养 2.接种和分离酵母菌 1.制备培养基 3.培养酵母菌 ①配制培养基（马铃薯、葡萄糖、琼脂、水） ②灭菌 ③倒平板（在酒精灯火焰附近操作） 培养基：湿热灭菌（高压蒸汽灭菌锅） 培养皿：干热灭菌（干热灭菌锅） 用接种环在固体培养基上用平板划线法接种 平板倒置，放入28℃左右的恒温培养箱培养 课堂小结 1. 微生物的纯培养既需要适宜的培养基，又要防止杂菌污染。判断下列相关表述是否正确。 （1）培养基中的营养物质浓度越高，对微生物的生长越有利。（ ） （2）消毒和灭菌的杀菌程度存在差异。 （ ） （3）微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物。（ ） × √ × 2.日常生活中保存食品的方法有哪些？这些方法是如何阻止或抑制微生物生长的？ 干制——降低食品的水分含量； 腌制——通过食盐、糖等制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖； 低温储存——通过降低微生物的代谢速率来抑制微生物的生长和繁殖。 练习与应用 一、概念检测 1.某同学将5个手指尖在贴有“洗手前”标签的培养基上轻轻按一下。然后用肥皂将该手洗干净，再将5个指尖在贴有“洗手后”标签的同种培养基上轻轻按一下。将这两个培养皿放入37℃恒温培养箱中培养24h后，发现贴有“洗手后”标签的培养皿中菌落较少。请分析回答下列问题。 （1）这个实验中需要进行灭菌处理的材料用具有________________。 （2）“将指尖在培养基上轻轻按一下”相当于微生物培养中的哪一步操作？ （3）从实验结果来看，洗手后我们就能进行无菌操作了吗？操作时，我们可以采用什么方法来避免手上微生物的污染？ 培养皿和培养基 接种 洗手后手上还有一些微生物，不能直接进行无菌操作。 可以通过用酒精棉球擦拭双手，或戴消过毒的手套等方法来避免手上微生物的污染。 练习与应用 一、概念检测 2. 某生物兴趣小组将从葡萄皮上成功分离来的野生酵母菌分别接种于3个盛有等量同种液体培养基的锥形瓶中，并放置在摇床上培养，摇床转速分别为 210 r/min， 230 r/min和250 r/min。培养时间与酵母菌种群密度的关系如下图所示。请分析回答下列问题。 （1）摇床转速不同，意味着培养条件有什么不同？ 培养液中02含量不同。 （2）从图中数据你可以得出什么结论?其原因是什么? 培养液中02含量越高，酵母菌种群密度越大。 （3）为什么培养8h后，其中2个锥形瓶中酵母菌的种群密度基本达到稳定? 这时候已经达到了环境容纳量。 练习与应用 一、概念检测 愿有前程可奔赴，亦有岁月可回首 Lavf58.33.100 Lavf58.51.100 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Tencent APD MTS Lavf58.51.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.45.100 Packed by Bilibili 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