1.2.2微生物的选择培养和计数教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

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教学分析 教学目标 1.通过引导学生分析生物与环境相适应的实例,让学生能够列出选择培养基的三种类型,分析选择培养基在特定微生物筛选中的应用,运用生物与环境相适应的原理解释培养基配方设计的科学依据,进而归纳选择培养基的概念。(生命观念、科学思维) 2.通过引导学生进行筛选土壤中分离分解尿素的细菌实验操作,让学生掌握稀释涂布平板法的原理、操作步骤及计数方法,提升学生的动手能力和科学探究精神。(科学思维、科学探究) 3.通过引导学生尝试解决生产中与微生物选择培养、计数等有关的实际问题,培养学生科学严谨的态度。(社会责任) 教学重难点 重点:1.微生物选择培养的原理。 2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。 难点:土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。 教学方法 采用教法:启发式教学、资料分析法、实验教学法、讨论法等教学方法。 课时安排 1课时 教学准备 1.培养基 本实验需要分别制备以尿素为唯一氮源的选择培养基和牛肉膏蛋白胨培养基。可在这两种培养基中加入质量浓度为1 g/L的酚红指示剂,用于初步鉴别分解尿素的细菌。选择培养基的配方可以参照教材中的配方。 2.其他材料用具 蒸馏水、体积分数为70%的酒精、取样袋(牛皮纸信封)、铁铲、锥形瓶、试管、试管架、记号笔、酒精灯、微量移液器、一次性吸液枪头等。 3.多媒体,白板,学案,PPT等。 教学设计 导入新课 你开设的“家庭发酵小作坊”进行泡菜发酵时所用的原料常来自农田,而近期发现发酵产品质量不稳定。经研究,怀疑是土壤中微生物的变化影响了原料品质,尤其是土壤中分解尿素的细菌数量的波动,可能导致土壤肥力及原料成分改变,进而影响发酵效果。作为作坊厂的厂长,你需要从土壤中分离出分解尿素的细菌并计数,以分析其对发酵的影响。今天这节课让我们一起来解决这个问题吧! 新课讲授 (设计意图:由第1章的角色扮演情境贯穿导入,能激发学生的学习兴趣和引出本节课要解决的问题,效果较好。) 任务一、分离特定种类的微生物 学习任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 分离特定种类的微生物 【提供资料】 资料1.随着微生物学研究的深入,科学家尝试以尿素为唯一氮源的培养基来筛选尿素分解菌。这种培养基的设计原理是只有能够分解尿素的微生物才能利用尿素作为氮源进行生长繁殖。通过这种方法,科学家成功地分离出了多种具有尿素分解能力的微生物。 资料2.1973年,科学家从美国黄石国家公园的热泉中筛选出水生栖热菌,这种菌能够在70~75 的高温下生长。从这种嗜热菌中,科学家成功分离并纯化出了一种耐热的DNA聚合酶,即Taq DNA聚合酶。 【提出问题】 根据以上资料和教材P16相关内容,回答下列问题: 1.为什么水生栖热菌能从热泉中被筛选出来? 2.资料1和资料2中分别是什么条件影响了微生物的生存?你还知道哪些条件可以影响微生物的生存? 3.这对在实验室中选择培养特定的微生物有什么启示? 分析所给资料,明确生物与环境相适应的观点,进而能归纳出在实验室中可创造特定条件来进行微生物的筛选,并归纳出选择培养基的概念。 小组代表展示问题答案,小组间相互指正完善。 引导学生将自然界中的选择与实验室中的筛选相对比,进而掌握选择培养基的原理。 探究实践 【指导实践】 引导学生根据提供的实验材料配制筛选土壤中分解尿素的细菌的培养基 进行筛选土壤中分解尿素的细菌的培养基的配制,小组长完成酵母菌培养基的配制操作评价量表。 小组分工合作,根据实验材料,按照教材P18的配方完成配制筛选土壤中分解尿素的细菌的培养基并进行灭菌。 通过实践操作激活学生已有知识,加深对选择培养基原理的理解。 任务二、对细菌进行计数 学习任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 明确消毒、灭菌的原理和方法 【提供资料】 资料3.通常1 g土壤中有几亿至几百亿的微生物,能分解尿素的细菌仅是其中的一部分。 资料4.当菌液稀释倍数足够高时,培养基表面生长的一个单菌落来源于菌液中的一个活菌。 资料5.微生物的数量测定方法主要包括直接计数法和间接计数法两种。直接计数法中显微镜直接计数法最常用,即利用血细胞计数板或细菌计数板在显微镜下直接计数微生物细胞。间接计数法中稀释涂布平板法最常用,即将微生物样品稀释一定倍数后涂布在固体培养基上,培养一段时间后,计数培养基上形成的菌落数。 【播放视频】 资料6.稀释涂布平板法操作视频。 【提出问题】 结合提供的资料和教材P19资料卡的内容,回答下列问题: 1.可否直接将制备的土壤溶液接种至选择培养基上进行尿素分解菌的筛选? 2.补充稀释涂布平板法操作过程。 3.比较显微镜直接计数法和稀释涂布平板法。 分析所给资料,明确土壤细菌在培养之前需要稀释。观看视频,学习稀释涂布平板法的操作技术并完成相应思考题。 展示思考题答案,小组互评。 基于事实形成认知。通过视频学习新的技术,提高学生的学习兴趣,初步形成实验过程模型。 探究实践 【指导实践】 引导学生根据提供的实验器具完成稀释涂布平板法操作过程。 小组分工合作进行倒平板、稀释土壤和涂布操作。小组长记录实验操作评价表。 学生规范使用涂布器、微量移液器,能严格进行无菌操作。 让学生亲身体验稀释和涂布的过程技术操作,能够提高学生的实践技能、培养合作意识和参与实践活动的自信心以及加深对实验基础知识的理解。 展示交流 【分析与讨论】 实验结果分析与讨论: 1.在每个稀释倍数下,为什么要涂布3个平板? 2.每个稀释倍数下为什么要涂布1个完全培养基? 3.设置空白培养基的目的是什么? 4.进行稀释涂布操作时应注意什么? 根据实验操作过程分析相应问题,并进行交流展示。 完成展示,明确实验注意事项。 让学生基于实验操作过程反思实验注意事项和实验中存在的科学方法教育,培养他们尊重事实、勇于质疑的科学态度。 评价反馈 当堂训练的题目从基本的稀释涂布平板法操作步骤,到接种、培养过程中的注意事项,再到特定微生物(如PVA降解菌)的筛选与培养,覆盖了微生物学实验中的多个重要环节。学生在解答过程中对稀释涂布平板法的操作步骤记忆得不够牢固。同时,学生通过试题也意识到了无菌操作在微生物学实验中的重要性,任何微小的污染都可能导致实验失败。 课堂小结 带领学生根据板书小结本节课内容。 布置作业 设计实验观察记录表格,定时观察并记录数据,计算每克土壤中分解尿素的细菌数。 教学反思 本节课的教学目标是让学生掌握微生物的选择培养和计数方法,理解其原理和应用。在教学过程中,采用了讲授、演示和实验相结合的方式,试图通过多种教学手段来达到教学目标。 首先,在讲授环节,详细介绍了微生物选择培养和计数的原理、方法和步骤,并强调了无菌操作的重要性。通过生动的例子和形象的比喻,试图将抽象的概念具体化,帮助学生更好地理解和掌握知识点。同时,也鼓励学生积极提问和讨论,以激发他们的学习兴趣和思维活力。 其次,在演示环节,通过视频和实物展示了微生物选择培养和计数的实际操作过程。通过演示,学生可以直观地看到微生物在培养基上的生长情况和计数方法的应用效果。同时,也引导学生观察和分析实验结果,培养他们的观察能力和分析能力。在课堂上通过“实验操作演示视频”可缩短示范时间。 最后,在实验环节,让学生亲自动手进行微生物的选择培养和计数实验。通过实验操作,学生可以更加深入地了解微生物的选择培养和计数方法,并在实践中巩固和深化所学知识。在实验过程中,也注重引导学生发现问题、分析问题和解决问题,培养他们的实验技能和创新能力。 然而,在教学过程中,也发现了一些问题。比如:由于时间限制,部分学生在实验过程中未能充分理解和掌握实验步骤,实验结果不够准确等。 板书设计 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 (一)选择培养基 (二)微生物的选择培养 (三)微生物的数量测定 备课资源 1.微生物的数量测定方法 (一)显微镜直接计数法 (1)细菌计数板(血细胞计数板)法 原理:利用细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下直接计数一定容积的样品中的微生物数量。 步骤:将待测样品适当稀释后,取一定量的稀释液置于计数板中,然后在显微镜下观察并计数。 特点:操作简便快捷,但测定结果既包括活菌又包括死菌,因此被称为全菌计数法。适用于单细胞微生物或丝状微生物的孢子计数。 (2)电子计数器计数法 原理:利用电子计数器的小孔只能通过一个细胞的特点,通过测定小孔中液体的电阻变化来计数微生物。细胞通过小孔时,电阻增加,形成脉冲并记录。 步骤:将待测样品稀释至适当浓度后,注入电子计数器中进行测定。 特点:测定结果较准确,但只能识别颗粒大小,不能区分是否为细菌。要求菌悬液中不含任何碎片,以免影响测定结果。 (3)染色计数法 原理:借助染料对菌体进行适当染色,使活菌和死菌呈现不同的颜色,从而在显微镜下观察并计数活菌。 步骤:将待测样品稀释后,加入适量的染料进行染色,然后在显微镜下观察并计数活菌数量。 特点:能够区分活菌和死菌,但操作相对复杂,且需要选择合适的染料和染色条件。 (二)活菌计数法 (1)平板菌落计数法 原理:取定量稀释菌悬液涂布或倾注于固体培养基上培养,一个菌落通常由一个活菌长成,因此通过计算菌落数可以得出样品中的活菌数。 步骤:将待测样品稀释至适当浓度后,取一定量的稀释液涂布或倾注于固体培养基上,然后在适宜的温度下培养一段时间,最后计数菌落数。 特点:准确度高,能够反映样品中的活菌数量。在食品、卫生及杀虫菌等微生物工作中常用。但需要掌握好菌液浓度,并使菌悬液中的个体充分分散。 (2)最大可能数法(MPN法) 原理:对未知菌样进行连续稀释,取适量稀释液接种于培养基中培养,记录每个稀释度出现生长的试管数,然后根据泊松分布原理及查表得出菌样的含菌数。 步骤:将待测样品进行连续稀释,取适量稀释液接种于多个试管中,然后在适宜的温度下培养一段时间,最后记录每个稀释度出现生长的试管数。 特点:适用于食品中微生物的检测,如饮用水和牛奶的微生物限量检查。但操作相对烦琐,需要较多的试管和培养基。 (三)间接计数法 (1)比浊法 原理:菌体的生长可使培养液产生浑浊现象,因此可用比色计或分光光度计测定培养液的浊度(用透光率或光密度OD值表示),再对照标准曲线求出菌数。 步骤:将待测样品稀释至适当浓度后,接种于培养液中培养一段时间,然后测定培养液的浊度,并根据标准曲线求出菌数。 特点:简便迅速,但菌体生长的各个阶段透光率不相同,可能导致误差,且不能用于颜色太深的样品。 (2)生理指标法 原理:通过测定与微生物生长量相平行的生理指标(如酸碱度、含糖量、产气量等)来间接反映微生物数量。 步骤:将待测样品接种于培养液中培养一段时间,然后测定相应的生理指标,并根据标准曲线或关系式求出微生物数量。 特点:能够反映微生物的生长状况,但需要建立相应的标准曲线或关系式。 (3)DNA含量测定法 原理:由于DNA在细胞生长中起重要作用,因此测定DNA含量也是研究微生物生长的一种重要化学测定法。通过提取微生物DNA并进行定量测定,可以间接反映微生物数量。 步骤:将待测样品进行适当处理,提取DNA并进行定量测定。然后根据DNA含量与微生物数量的关系求出微生物数量。 特点:能够准确反映微生物数量,但操作相对复杂且成本较高。 (四)其他方法 (1)薄膜过滤计数法 原理:利用微孔薄膜过滤法来测定空气或水中的微生物数目。将定量样品通过薄膜后,菌体被阻留在滤膜上,取下薄膜进行培养并计数。 步骤:将待测样品通过微孔薄膜进行过滤,然后取下滤膜进行培养。培养一段时间后,计数滤膜上的菌落数。 特点:适用于空气或水中微生物数量的测定,但操作相对复杂且需要特定的设备和条件。 (2)比例计数法 原理:将已知颗粒浓度的液体与待测细胞浓度的菌液按一定比例混合,在显微镜视野中数出各自的数目,从而得出未知菌液的细胞浓度。 步骤:将已知颗粒浓度的液体与待测菌液按一定比例混合后,在显微镜下观察并计数,然后根据比例关系求出待测菌液的细胞浓度。 特点:操作相对简单且成本较低,但测定结果可能受到多种因素的影响(如颗粒大小、形状等),因此准确性相对较低。 2.筛选微生物的方法 (1)单菌落挑取法 原理:利用平板划线法或稀释涂布平板法将微生物接种在固体培养基表面,根据目的微生物特有的菌落特征,如形状、大小、颜色、隆起程度等,利用单菌落挑取技术来挑选所需的微生物。 步骤:准备固体培养基并进行高温高压灭菌处理,将待筛选的微生物样品进行适当稀释,采用平板划线法或稀释涂布平板法将稀释后的微生物样品接种在固体培养基表面,在适宜的温度下培养一段时间,直到菌落形成,根据菌落特征挑选目的微生物。 (2)选择培养法 原理:利用选择培养基对微生物进行选择培养,培养基中加入特定物质以抑制不需要的微生物生长,从而直接筛选出目的微生物。 步骤:准备选择培养基并进行高温高压灭菌处理,将待筛选的微生物样品接种在选择培养基上,在适宜的温度下培养一段时间,观察并选择生长良好的菌落,这些菌落很可能是目的微生物。 (3)鉴定培养法 原理:利用鉴别培养基使目的微生物菌落呈现特有的特征,如颜色变化、形态变化等,根据这些特征进行筛选。 步骤:准备鉴别培养基并进行高温高压灭菌处理,将待筛选的微生物样品接种在鉴别培养基上,在适宜的温度下培养一段时间,观察菌落特征,根据特征筛选目的微生物。 (4)序列共培养法 原理:能够序列共培养的微生物之间往往具有协同代谢关系。根据微生物对底物的利用能力不同,按先后顺序接种并培养。既能充分发挥微生物间的协同代谢效应,又可以避免微生物间的生长竞争和抑制,从而获得更高的生物量和产率。 步骤:根据微生物的代谢特性和底物利用能力确定接种顺序,按顺序接种微生物并进行培养,监测微生物的生长情况和代谢产物。 (5)共固定化细胞混菌培养法 原理:利用共固定化生物技术将各单菌制成固定化细胞,再混在一起进行培养。可以避免微生物直接接触,既能解除微生物间的生长抑制现象,又能充分发挥各微生物代谢物之间的信息传递,从而发挥最大的应用效能,提高产品的品质和产率。 步骤:准备各单菌并进行共固定化处理,将固定化细胞混合后进行培养,监测微生物的生长情况和代谢产物。 (6)间接共培养法 原理:不同的微生物的细胞不直接接触,而是置于不同的载体上,在同一环境和体系中培养。有利于研究微生物代谢产物对相互的刺激或抑制作用,对于揭示种间的协同代谢、群体感应现象和信号分子有重要的意义。 步骤:准备不同的载体和微生物样品,将微生物样品分别接种在不同的载体上,将载体置于同一环境和体系中进行培养,监测微生物的生长情况和代谢产物。 3.污水处理中尿素分解细菌的应用 (1)尿素分解细菌的作用机制 尿素分解细菌能够水解尿素产生氨。在尿素酶的作用下,尿素首先形成碳酸铵,碳酸铵再进一步分解为NH3、CO2和H2O。这一过程中释放出的氨氮是微生物生长和代谢的重要氮源,同时也有助于调节系统的pH。 (2)尿素分解细菌在污水处理中的具体应用 ①提供氮源: 尿素作为一种富含氮元素的有机物,通过尿素分解细菌的分解作用,可以为微生物提供充足的氮源,支持其生长和代谢。 在污水处理过程中,微生物需要氮源来维持其生命活动,并促进有机物的降解。尿素分解细菌通过分解尿素,加快了有机物的去除速度,提高了污水处理效果。 ②参与氮磷转化: 尿素分解产生的氨氮可以参与硝化、反硝化过程,有助于降低水体中的氮含量。 同时,尿素中的氮元素还能促进微生物对磷的吸收和转化,减少磷的排放。这有助于改善水质,减少水体富营养化的风险。 ③维持微生物活性: 尿素分解细菌通过提供氮源,有助于维持微生物的活性。在污水处理过程中,微生物的活性对于有机物的降解和氮磷的转化至关重要。 尿素分解细菌还可以加快生物膜的形成,促进生物反应器的稳定运行。 ④调节系统pH: 尿素水解产物氨氮对系统pH具有调节作用。由于污水的pH对细菌的代谢活性有很大影响,尿素的存在可以增强系统对于进水pH变化的缓冲能力,从而保护细菌的活性。 (3)注意事项 在实际应用中,需要注意尿素的投加量和投加方式。过量投加尿素可能导致出水氮含量超标,而投加量不足则可能影响微生物的生长和代谢效果。 尿素分解细菌的活性受多种因素影响,如温度、pH、溶解氧等。因此,在污水处理过程中需要优化这些条件,以确保尿素分解细菌的最佳性能。 与其他调节剂相比,尿素具有价格相对较低、易于获取和储存等优点,能够降低污水处理成本。然而,也需要考虑尿素分解过程中可能产生的副产物及其对环境的影响。 第 1 页 共 1 页 学科网(北京)股份有限公司 $$