第10章 第57课时 微生物的培养技术与应用(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第57课时　微生物的培养技术与应用 高考目标定位 1.通过配制培养基、灭菌、接种和培养等实验操作获得纯化的酵母菌菌落。2.分离土壤中分解尿素的细菌，并进行计数。 考点一　微生物的基本培养技术 1．培养基的配制 (1)培养基的概念、用途和类型 ①概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。 ②用途：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。 ③培养基的种类(按物理性质分) 培养基 种类 培养基特点 作用 固体 培养基 加凝固剂，如琼脂 微生物的分离与鉴定，活菌计数，保藏菌种 半固体 培养基 容器放倒不致流出，剧烈震动则破散 观察微生物的运动、分类鉴定 液体 培养基 不加凝固剂 常用于工业生产、微生物的扩大培养 (2)培养基的配方 ①主要营养物质：水、碳源、氮源、无机盐。 ②其他条件：pH、特殊营养物质和氧气。如表： 微生物 乳酸 杆菌 霉菌 细菌 厌氧微 生物 特殊 需求 添加维生素 一般pH调至酸性 一般pH调至中性或弱碱性 无氧 2.无菌技术 (1)目的：获得纯净的微生物培养物。 (2)关键：防止杂菌污染。 (3)消毒与灭菌的比较 项目 消毒 灭菌 作用 强度 较为温和的理化因素 强烈的理化因素 作用 程度 杀死物体表面或内部一部分微生物 杀死物体内外所有的微生物 芽孢和 孢子 一般不能杀灭 能杀灭 适用 对象 实验操作的空间、操作者的衣着和双手 微生物培养的器皿、接种用具和培养基等 常用 方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法等 湿热灭菌法、干热灭菌法、灼烧灭菌法等 (4)注意事项 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接触。 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。 3．微生物的纯培养概念辨析 4．纯培养的过程(以酵母菌为例)：包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。 (1)制备培养基 倒平板注意事项：a.温度：50 ℃左右；b.操作：在酒精灯火焰附近；c.冷凝后平板倒置。 【提醒】　平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，将平板倒置，既可以防止皿盖上的水珠落入培养基，又可以避免培养基中的水分过快挥发。 (2)接种和分离酵母菌 ①平板划线法的原理：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的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。 ②平板划线法的操作步骤 (3)培养酵母菌 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24～48 h。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 判断正误 　(1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，有时还需要加入一些特殊的物质(　√　) (2)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(　×　) 提示　倒平板时，用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将锥形瓶中的培养基(10～20 mL)倒入培养皿，立即盖上培养皿的皿盖，不能打开皿盖。 (3)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落(　×　) 提示　接种环灼烧灭菌后，应冷却后再挑取菌落，以免高温杀死菌种。 (4)对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和灭菌(　×　) 提示　对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。 　发酵生产啤酒的过程中，杂菌产生的微量副产物是啤酒“上头”的原因之一，可采用平板划线法对酵母菌进行纯化。如图是平板划线操作的示意图，据图回答下列问题： (1)用图中字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤：d→b→f→a→e→c→h→g。 (2)在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？ 提示　需要；划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免污染环境和感染操作者。 (3)在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？ 提示　划线后，线条末端菌种的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使菌种的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个微生物繁殖而来的菌落。 (4)接种结束后，为什么要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养，未接种的培养基表面如果有菌落生长，说明了什么？ 提示　培养未接种的培养基的作用是对照，未接种的培养基经过培养后无菌落生长，说明培养基的制备是成功的；若有菌落生长，说明培养基灭菌不彻底，或培养基被污染了，需要重新制备。 考向一　微生物的基本培养技术 【例1】　(2024·山东高考)酵母菌在合成色氨酸时需要3种酶X、Y和Z，trpX、trpY和trpZ分别为相应酶的编码基因突变的色氨酸依赖型突变体。已知3种酶均不能进出细胞，而色氨酸合成途径的中间产物积累到一定程度时可分泌到胞外。将这3种突变体均匀划线接种到含有少量色氨酸的培养基上，生长情况如图。据图分析，3种酶在该合成途径中的作用顺序为(　　 ) A．X→Y→Z　　　　　　B．Z→Y→X C．Y→X→Z D．Z→X→Y 【答案】　A 【解析】　ABCD、添加少量色氨酸，突变体菌株可以生长，色氨酸合成途径的中间产物积累后可排出胞外，进入培养基后，通过扩散，从而给其他突变型提供代谢原料，帮助其长出明显的菌落。trpX、trpY和trpZ分别为相应酶的编码基因突变的色氨酸依赖型突变体，据图可知，trpX不能为trpY和trpZ提供原料，trpY不能为trpZ提供原料，trpZ可以为trpX、trpY的生长提供原料，推测3种酶在该合成途径中的作用顺序为X→Y→Z。故选A。 【例2】　(2023·北京高考)自然界中不同微生物之间存在着复杂的相互作用。有些细菌具有溶菌特性，能够破坏其他细菌的结构使细胞内容物释出。科学家试图从某湖泊水样中分离出有溶菌特性的细菌。 (1)用于分离细菌的固体培养基包含水、葡萄糖、蛋白胨和琼脂等成分，其中蛋白胨主要为细菌提供___________和维生素等。 (2)A菌通常被用做溶菌对象。研究者将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊(如图)，表明______________________。 (3)为分离出具有溶菌作用的细菌，需要合适的菌落密度，因此应将含菌量较高的湖泊水样___________后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现___________。采用这种方法，研究者分离、培养并鉴定出P菌。 (4)为探究P菌溶解破坏A菌的方式，请提出一个假设，该假设能用以下材料和设备加以验证(主要实验材料和设备：P菌、A菌、培养基、圆形滤纸小片、离心机和细菌培养箱)_____________________________________________。 【答案】　(1)氮源、碳源 (2)A菌能在培养平板中生长繁殖 (3)稀释　溶菌圈 (4)假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂 【解析】　(1)蛋白胨主要为细菌提供氮源、碳源和维生素等。 (2)将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊，表明A菌能在培养平板中生长繁殖。 (3)将含菌量较高的湖泊水样稀释后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现溶菌圈。 (4)根据实验实验材料和设备，圆形滤纸小片可用于吸收某种物质，离心机可用于分离菌体和细菌分泌物，为探究P菌溶解破坏A菌的方式，可假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂。 考点二　微生物的选择培养和计数 1．区分选择培养基与鉴别培养基 种类 特点 用途 举例 选择 培养基 允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长 从众多微生物中分离所需的微生物 以尿素为唯一氮源的培养基分离得到尿素分解菌 鉴别 培养基 根据微生物的代谢特点在培养基中加入某种指示剂或化学药品，进而产生特定的颜色或其他变化 鉴别不同种类的微生物 用伊红—亚甲蓝培养基鉴别大肠杆菌 【提醒】　常见选择培养基举例：(1)缺少氮源的培养基可以筛选能利用大气中N2的微生物。 (2)含青霉素的培养基可淘汰细菌，筛选出真菌。 (3)无有机碳源的培养基可筛选出自养微生物。 2．微生物的选择培养和数量测定 (1)稀释涂布平板法步骤 ①系列稀释操作：该操作常用在将细胞接种到培养基之前，通过液体稀释的方法分散细胞，随着稀释程度的增大，单位体积中的微生物细胞数量减少，细胞得以分散。 操作步骤： ②涂布平板操作步骤 (2)微生物的数量测定方法 ①显微镜直接计数法 【提醒】　显微镜直接计数法本身不能区分细菌的死活，但是通过一定的辅助处理，可以实现活菌计数，如在计数前用台盼蓝染液进行染色，可以通过统计无色细胞的个数来对活菌进行计数。 ②间接计数法——活菌计数法(即稀释涂布平板法) a．原理：当样品的稀释度足够高时，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。 b．计数原则：为了保证结果准确，一般选择菌落数为30～300的平板进行计数。 c．误差分析：用此种方法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目低(填“高”或“低”)，因为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。 3．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验操作 (1)实验原理 (2)实验流程 (3)实验结果分析与评价 判断正误 　(1)利用稀释涂布平板法统计菌落数目时，统计的菌落数就是活菌的实际数(　×　) 提示　当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的是一个菌落，故稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。 (2)统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行统计(　×　) 提示　统计菌落数目时为保证结果准确，在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。 (3)利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数(　×　) 提示　利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离，但平板划线法不能用于微生物的计数。 (4)利用显微镜直接计数法统计的细菌数量就是活菌的数量(　×　) 提示　显微镜直接计数法不能区分细菌的死活，因此统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。 　在发酵生产啤酒过程中，要随时检测培养液中的酵母菌数量、产物浓度等，以了解发酵进程。甲、乙、丙三位同学用稀释涂布平板法测定同一培养液的酵母菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下三种统计结果。 (1)甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230，该同学的统计结果是否真实可靠？为什么？ 提示　不可靠；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。 (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是否合理？为什么？ 提示　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，应分析实验过程中可能的影响因素，找出差异的原因，而不能简单地将结果舍弃后进行计数。 (3)在稀释涂布平板法中，为何需至少涂布3个平板？ 提示　作为重复实验，统计时取平均值，以减少偶然因素对实验结果的影响，增强实验结果的说服力。 (4)为什么要选取菌落数目稳定时的记录作为结果？ 提示　尽量缩小统计的菌落数与实际活菌数的差值，因为繁殖慢的菌体开始看不出明显的菌落特征。 (5)丙同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均值为234个(涂布平板时所用稀释液的体积为0.1 mL)，那么稀释倍数为106的试管中细菌的浓度是2.34×103个/mL。每克样品中的细菌数是2.34×109个。 【归纳总结】 考向二　目标微生物的筛选与鉴定 【例3】　(2024·浙江高考)脲酶催化尿素水解，产生的氨可作为细菌的氮源。脲酶被去除镍后失去活性。下列叙述错误的是(　　 ) A．镍是组成脲酶的重要元素 B．镍能提高尿素水解反应的活化能 C．产脲酶细菌可在以NH4Cl为唯一氮源的培养基生长繁殖 D．以尿素为唯一氮源的培养基可用于筛选产脲酶细菌 【答案】　B 【解析】　A、根据题意，脲酶被去除镍后失去活性，说明镍是组成脲酶的重要元素，A正确； B、脲酶催化尿素水解的机理为降低化学反应所需的活化能，镍作为脲酶的重要组成元素，应该与降低尿素水解反应的活化能有关，B错误； C、产脲酶细菌可利用NH4Cl里的氮源进行代谢活动，因此产脲酶细菌可在以NH4Cl为唯一氮源的培养基生长繁殖，C正确； D、产脲酶细菌能利用脲酶催化尿素分解产生NH3，NH3可作为细菌生长的氮源，不能产脲酶的细菌则无法分解尿素获得氮源，因此以尿素为唯一氮源的培养基可用于筛选产脲酶细菌，D正确。 故选B。 【例4】　(2025·江苏泰州一模)科研人员试图从土壤中筛选出能高效降解几丁质的菌株，通过微生物培养获得几丁质酶，用于生物防治。下列相关叙述错误的是(　　 ) A．土壤样品应加到以几丁质为唯一碳源的选择培养基中培养 B．目的菌的纯化和计数可以使用平板划线法或稀释涂布平板法 C．可依据单菌落周围“水解圈直径/菌落直径”的值来筛选目的菌株 D．获得的几丁质酶可用于防治某些有害的甲壳类动物、昆虫等生物 【答案】　B 【解析】　A、据题意可知，要从土壤中筛选出能高效降解几丁质的菌株，那么应该用以几丁质为唯一碳源的选择培养基培养，A正确； B、目的菌的纯化和计数可以使用稀释涂布平板法，平板划线法只能用于目的菌的纯化，不能计数，B错误； C、水解圈直径/菌落直径的值可以表示该菌水解能力的大小，水解圈直径/菌落直径的值越大，说明该菌降解几丁质能力越强，反之越弱，因此可依据单菌落周围“水解圈直径/菌落直径”的值来筛选目的菌株，C正确； D、几丁质为广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的甲壳和真菌的胞壁中，因此获得的几丁质酶可用于防治某些有害的甲壳类动物、昆虫等生物，D正确。 故选B。 考向三　微生物的分离与计数 【例5】　(不定项)(2021·江苏高考)为提高一株石油降解菌的净化能力，将菌涂布于石油为唯一碳源的固体培养基上，以致死率为90%的辐照剂量诱变处理。下列叙述不合理的是(　　) A．将培养基分装于培养皿中后灭菌，可降低培养基污染的概率 B．涂布用的菌浓度应控制在30～300 个/mL C．需通过预实验考察辐射时间对存活率的影响，以确定最佳诱变时间 D．挑取培养基上长出的较大单菌落，纯化后进行降解效率分析 【答案】　AB 【解析】　A、培养基应先灭菌再分装于培养皿中，A错误； B、涂布时所用菌液一般为0.1 mL，平板上的菌落数应为30～300，涂布用的菌浓度应控制在300～3 000 个/mL，B错误； C、需通过预实验考察辐射时间对存活率的影响，再进行正式实验，以确定最佳诱变时间，C正确； D、石油降解菌能分解石油获得碳源，形成菌落，挑取培养基上长出的较大单菌落，纯化后进行降解效率分析，以获得能高效降解石油的菌种，D正确。 【例6】　(不定项)(2025·济南模拟)研究人员拟从新鲜蚯蚓粪中分离筛选出对番茄枯萎病有良好抑制效果的拮抗细菌。将蚯蚓粪加入无菌水中制成悬浮液，利用甲培养基进行筛选纯化后，将获得的不同菌株分别接种至乙培养基扩大培养，48 h后进行“平板对峙实验”：在丙培养基的空白平板一侧放置一直径为5 mm的番茄枯萎病菌的菌块，在平行另一侧放置相同大小的滤纸片，实验流程如下图。下列说法正确的是(　　 ) A．Ⅰ过程使用的接种方法是平板划线法，Ⅰ～Ⅲ过程均需要无菌操作 B．对照组滤纸片用无菌水处理，实验组滤纸片用拮抗菌菌液处理 C．应培养至对照组病菌菌落长满丙培养基时开始测量并计算抑制率 D．选择丙培养基上直径大的病菌菌落对应的拮抗菌作为目的菌 【答案】　ABC 【解析】　A、据图可知，甲培养基中是各种线的分布，故步骤Ⅰ使用的接种方法是平板划线法；微生物分离和培养的关键就是防止杂菌污染，故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都需要进行无菌操作，A正确； B、本实验的目的是探究拮抗细菌是否对番茄枯萎病有良好抑制，故实验组滤纸片用拮抗菌菌液处理，对照组滤纸片用无菌水处理，B正确； C、由于对照组没有用拮抗菌菌液处理，故培养至对照组枯萎病菌菌落长满时，通过对滴加拮抗菌液处理组的统计后，开始测量并计算抑制率，C正确； D、为达到阶段一的目的，应选择“平板对峙实验”培养后番茄枯萎病菌菌落直径小的细菌，因为番茄枯萎病菌菌落直径越小，说明抑制效果越好，D错误。 故选ABC。 1．(选择性必修3 P10)培养基的化学成分包括水、无机盐、碳源、氮源等。 2．(选择性必修3 P11)无菌技术的选择：对于一些不耐高温的液体，如牛奶，可使用巴氏消毒法；用氯气消毒水源；培养基一般采用湿热灭菌法进行灭菌；培养皿可以采用干热灭菌法灭菌；接种环可以采用灼烧灭菌法灭菌。 3．(选择性必修3 P13)平板划线操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时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。 4．(选择性必修3 P16)选择培养基是指在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基。 5．(选择性必修3 P19)检测培养物中是否有杂菌污染的方法是同时培养灭菌后的未接种的培养基，观察是否有菌落产生。判断选择培养基是否起到筛选作用的方法是配制牛肉膏蛋白胨培养基作为对照，观察选择培养基上的菌落数是否远少于牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目。 6．(2023·新课标，35节选)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养，可以获得纯培养物，此实验中的纯培养物是由根瘤菌繁殖形成的单菌落。 7．(2021·广东，21节选)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是盐浓度为60_g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制(答出两点即可)。 8．(2023·全国乙，37节选)在粉碎的秸秆中接种菌T，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解，其原因是菌T能够分泌纤维素酶。 9．(2022·河北，23节选)枯草芽孢杆菌为好氧微生物，液体培养时应采用摇床震荡(填“静置”或“摇床震荡”)培养。培养过程中抽样检测活菌数量时，应采用稀释涂布平板法(填“稀释涂布平板法”或“显微镜直接计数法”)，其原因是用稀释涂布平板法在培养基上看到的每一个菌落都来自一个活细胞，而显微镜直接计数法会将死亡的枯草芽孢杆菌也计算在内。 10．(2021·湖南，21节选)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路：将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1_mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数为30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数。 学科网（北京）股份有限公司 $$