第一章 第二节 第1课时 发酵工程的灭菌方法、设备和器具-【名师导航】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦高中生物学发酵工程的无菌技术核心知识点，系统梳理灭菌方法（化学试剂、射线、干热、湿热、过滤除菌）、灭菌设备（电热鼓风干燥箱、高压蒸汽灭菌锅等）及无菌操作器具（接种环、移液管等）的原理与应用，构建从无菌技术定义到实践操作的完整学习支架。 该资料通过表格对比不同灭菌方法的原理与适用对象，强化生命观念中的结构与功能观，结合合作探究问题培养科学思维，配套判断题和分层作业助力课后巩固。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第二节　发酵工程的无菌技术 第1课时　发酵工程的灭菌方法、设备和器具 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。 生命观念：掌握常用的灭菌方法及特点、灭菌设备及器具的使用方法，认同无菌技术在微生物培养中的重要作用。 科学思维：根据灭菌对象及实验要求选择正确的灭菌方法、设备及器具。 社会责任：培养有菌意识，养成良好的个人生活习惯，积极维护公共卫生。 一、发酵工程的灭菌方法 1．无菌技术 (1)定义：在操作过程中，保持物品与操作区域的无菌状态并不被微生物污染的技术。 (2)核心：灭菌。 2．灭菌方法、原理及应用 灭菌方法 原理 应用(特点) 化学试剂 灭菌法 甲醛、氯、高锰酸钾等化学试剂能破坏微生物的蛋白质或细胞结构，具有杀菌作用 一般不用于培养基的灭菌(灭菌剂可能会与培养基中的一些成分发生作用) 射线 灭菌法 利用紫外线、X射线、γ射线等产生的高能粒子进行灭菌 一般用于表面和空气的灭菌(射线的穿透力弱) 干热 灭菌法 利用干热空气灭菌(干热空气灭菌法)；利用火焰灼烧灭菌(火焰灼烧法) 干热空气灭菌法主要用于要求保持干燥的实验器具；火焰灼烧法常用于接种等操作过程 湿热 灭菌法 利用饱和蒸汽进行灭菌，蒸汽的穿透力大，与较低温的物体表面接触时可放出大量能量，吸收了蒸气水分和热量的菌体蛋白质易变性 培养基及容器的灭菌；相同温度下湿热灭菌比干热灭菌更有效 过滤 除菌法 通过过滤阻留微生物从而达到除菌目的 大量制备无菌空气；产品提取过程中用于处理料液获得无菌产品 二、发酵工程的灭菌设备 1．电热鼓风干燥箱 (1)适用对象：空的玻璃器皿(如培养皿、离心管、移液管)、金属用具(如镊子、手术刀)和其他耐高温的物品(如菌种保藏采用的沙土管、石蜡油、碳酸钙)的灭菌。不适用于带有胶皮或塑料的物品、液体及固体培养基的灭菌。 (2)优点：使灭菌器皿保持干燥。 (3)灭菌标准：一般以能否杀死细菌的芽孢作为彻底灭菌的标准，温度需提高到约160 ℃，加热2～3 h。 (4)注意安全事项：不得将易腐、易燃、易爆物品放入箱内干燥灭菌；干燥箱工作时，必须将风机开关打开，否则会导致电机或传感器烧坏；箱内应经常保持清洁，长期不用应套好防尘罩，放置在干燥的室内等。 2．高压蒸汽灭菌锅 (1)灭菌原理：在一个密闭的锅内，水的沸点随蒸汽压力的增高而上升，加压的同时提高蒸汽的温度，使锅内的待灭菌物品在一定压力和温度等条件下，杀死其中所有微生物的营养体及其芽孢。 (2)类型：手动式高压蒸汽灭菌锅和全自动高压蒸汽灭菌锅。 (3)注意事项：操作人员必须在现场规范操作，严格控制热源维持灭菌时的压力。锅内压力过高，不仅培养基的营养成分会被破坏，而且高压锅超过耐压范围后可能会发生爆炸，造成伤人事故等。 (4)高压蒸汽灭菌锅的使用步骤 加水(加水的量不可过少，以防止灭菌锅烧干) ↓ 装锅(灭菌桶至少留1/3空间，盖好锅盖，对称地旋紧锅盖四周的固定螺栓) ↓ 加热 ↓ 排空冷空气(加热后，随着锅内压力逐渐增加，须打开排气阀，排出锅内残留的冷空气。当压力表指针回降到“0”时，关闭气阀，继续加热) ↓ 保温保压(锅内压力升至约103 kPa、温度达到121 ℃，维持15～20 min) ↓ 出锅(压力表指针降至“0”点，待温度下降后，打开排气阀，旋开固定螺栓，开盖，取出灭菌物品) 3．空气除菌设备 (1)适用对象：空气除菌是好氧发酵的关键环节，发酵工程中常采用空气过滤除菌的方法来净化所需空气。 (2)原理：让含菌空气通过无菌干燥的过滤介质，以阻截空气中所含微生物。 (3)不同发酵过程对空气无菌程度的要求：各种不同发酵过程，对空气无菌程度的要求不同。例如，酵母菌繁殖得快，对空气的无菌要求相对较低；而制备氨基酸、抗生素等的发酵过程，所需的微生物对空气无菌的要求较高。 三、发酵工程的无菌操作器具 1．接种器具 (1)接种的概念：在无菌条件下将微生物接入培养基的操作过程。 (2)常用的接种器具：玻璃涂布器、接种针、接种环等。 (3)应用 ①玻璃涂布器用于平板稀释涂布接种。 ②接种针用于穿刺接种。 ③接种环用于斜面接种或在平板培养基上划线接种。 2．转移器具 (1)移液管：用来准确移取一定体积的溶液或分装化学试剂的量器，一般用于转移部分液体培养物、系列稀释微生物或分装化学试剂。 (2)刻度移液管：具有刻度的直形玻璃管。在需要控制试剂加入量时，一般使用刻度移液管。 (3)使用要点 ①用拇指及中指捏住管颈标线以上的地方，将移液管插入待取溶液液面下约1_cm。(注意：移液管不应伸入太多，以免管尖外壁粘有过多溶液；也不应伸入太少，以免液面下降后而吸空) ②一手拿着橡皮吸球轻轻将溶液吸上，眼睛注视正在上升的液面位置。当液面上升到刻度标线以上约1 cm处时，迅速用另一只手食指堵住管口，取出移液管。 ③用滤纸条拭干移液管下端外壁，并使其与地面垂直，稍微松开食指，使液面缓缓下降，此时，视线应平视标线，直到弯月状液面下端与标线相切，立即用食指按紧管口，使液体不再流出，并使出口尖端接触容器外壁，以除去尖端外的残留溶液。 ④将移液管移入准备接受溶液的容器中时，使其出口尖端接触器壁；将容器微倾斜，而使移液管直立；然后放松食指，使溶液自由地顺壁流下；待溶液停止流出后将移液管移出。 (4)微量取液器：微量取液器分为固定容量的和可调容量的两种。 3．超净工作台 (1)概念：是一种经过空气净化而形成高洁净操作环境的设备。 (2)净化原理：利用工作台内紫外线灯的杀菌作用，并通过空气过滤器过滤确保工作台内空气的无菌、无污染。 (3)使用方法：开机杀菌30_min后，关掉紫外线灯，约10_min后方可使用超净工作台。 (4)优点：操作方便。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．获得纯净微生物培养物的关键是防止杂菌污染。 (　　) [答案]　√ 2．用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行消毒。 (　　) ×　提示：用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行灭菌。 3．培养基分装到培养皿后进行灭菌。 (　　) ×　提示：培养基分装到培养皿之前要进行灭菌。 4．无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料，都可采用干热灭菌法进行灭菌。 (　　) ×　提示：培养基一般使用高压蒸汽灭菌法，不能使用干热灭菌法灭菌。 5．高压蒸汽灭菌锅装锅后须依次旋紧锅盖四周的固定螺栓。 (　　) ×　提示：盖好锅盖后应对称旋紧固定螺栓。 6．为保持超净工作台高洁净操作环境，应保持紫外线灯常开。 (　　) ×　提示：紫外线灯发出的射线及形成的臭氧分子对人体有害，应关闭10 min后方可使用超净工作台。 　常用灭菌和消毒方法的比较 1．常用消毒方法 常用消毒方法 主要方法 应用范围 煮沸消毒法 100 ℃煮沸 5～6 min 家庭餐具等生活用品 巴氏消毒法 62～65 ℃煮30 min或80～90 ℃煮30 s～1 min 牛奶、啤酒、果酒和酱油等不宜进行高温灭菌的液体 紫外线消毒法 30 W紫外灯照射30 min 接种室空气 化学药物消毒法 用体积分数为70%～75%的乙醇、碘酒涂抹，来苏尔喷洒等 皮肤、伤口、动植物组织表面和空气，以及手术器械、塑料或玻璃器皿等 2．消毒与灭菌的比较 合作探究：(1)无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么作用？ 提示：无菌技术还能有效避免操作者被微生物感染。 (2)对培养基、培养皿、接种环、实验者的双手、空气和牛奶常采用的灭菌或消毒方法分别是什么？ 提示：分别为高压蒸汽灭菌法、干热灭菌法、灼烧灭菌法、化学药物消毒法、紫外线消毒法、巴氏消毒法。 (3)用于生物消毒的微生物具有什么特点？ 提示：用于生物消毒的微生物能产生杀死其他微生物的代谢产物或是寄生性的微生物。 1．下列关于灭菌和消毒的说法不正确的是(　　) A．灭菌是指杀死环境中的所有微生物，包括芽孢和孢子 B．灭菌和消毒实质上是相同的 C．接种环用灼烧法灭菌 D．常用的灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌等 B　[灭菌与消毒的实质是不同的。灭菌是指杀死一定环境中的所有微生物，包括芽孢和孢子，使用的是较为强烈的理化因素，常用的灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌等，根据不同的材料选用不同的灭菌方法，如接种环的灭菌用灼烧法；消毒是指杀死物体表面或内部的部分微生物(不包括芽孢和孢子)，使用的是较为温和的物理或化学方法。] 2．在生产、生活和科研实践中，经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。请回答下列问题： (1)在实验室中，玻璃和金属材质的实验器具______(填“可以”或“不可以”)放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。 (2)牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是______________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能__________。在照射前，适量喷洒________，可强化消毒效果。 (4)水厂供应的自来水通常是经过________(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。 (5)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度，最可能的原因是________________________________________。 [解析]　(1)在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实验器具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的DNA分子。在利用紫外线照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常是采用氯气进行消毒的。(5)采用高压蒸汽灭菌时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。 [答案]　(1)可以　(2)在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少　(3)破坏DNA结构　消毒液　(4)氯气　(5)未将锅内冷空气排尽 (1)酒精消毒液中酒精浓度对效果的影响：70%的酒精杀菌效果最好。原因是浓度过高，菌体表面蛋白质变性过快而凝固成一层保护膜，酒精不能渗入其中；浓度过低，杀菌能力减弱。 (2)无菌技术措施的选择原则 ①考虑效果：灭菌的效果比消毒要好。 ②考虑操作对象的承受能力：活体生物材料、操作者的手等只能采用消毒的方法，而不能采用灭菌的方法。 [课堂小结] 　 1．无菌技术是指在操作过程中，保持物品与操作区域的无菌状态并不被微生物污染的技术，其核心是灭菌。 2．常用的灭菌技术包括化学试剂灭菌法(甲醛、氯、高锰酸钾)、射线灭菌法(紫外线等)、干热灭菌法(干热空气灭菌法和火焰灼烧法)、湿热灭菌法(高压蒸汽灭菌法)和过滤除菌法。 3．发酵工程中的灭菌设备有电热鼓风干燥箱、高压蒸汽灭菌锅和空气除菌设备。 4．在无菌条件下将微生物接入培养基的操作过程称为接种。玻璃涂布器用于平板稀释涂布接种，接种针用于穿刺接种，接种环用于斜面接种或在平板培养基上划线接种。 5．超净工作台是一种经过空气净化而形成高洁净操作环境的设备。其净化原理是利用工作台内紫外线灯的杀菌作用，并通过空气过滤器过滤确保工作台内空气的无菌、无污染。 1．采用干热灭菌、灼烧灭菌、高压蒸汽灭菌、紫外线照射等几种方法，可分别杀死哪些部位的杂菌(　　) A．接种环、吸管、培养基、接种室 B．吸管、接种环、培养基、接种箱 C．培养基、吸管、接种环、接种箱 D．培养皿、吸管、培养基、双手 B　[干热灭菌是将灭菌物品放入干热灭菌箱内，在140 ℃～160 ℃下加热2～3 h，适用于耐高温且需要保持干燥的物品，如玻璃器皿(吸管、培养皿)和金属用具等；灼烧灭菌是利用酒精灯火焰的充分燃烧层灭菌，如接种针、接种环等；高压蒸汽灭菌用高压蒸汽灭菌锅，一般在压力为103 kPa、温度为121 ℃的条件下，维持15～20 min，主要用于培养基灭菌；紫外线照射适用于物体表面灭菌和空气灭菌，如接种室、接种箱、超净工作台等，使用前用紫外线照射约30 min。] 2．微生物培养过程中，要十分重视无菌操作，现代生物学实验中的许多方面也要进行无菌操作，防止杂菌污染，请分析下列操作中错误的是(　　) ①煮沸消毒可以杀死微生物细胞和一部分芽孢 ②接种操作要在酒精灯火焰附近进行 ③家庭制作葡萄酒时要将容器和葡萄进行灭菌 ④培养基要进行高压蒸汽灭菌 ⑤加入培养基中的指示剂或染色剂不需要灭菌 A．①②　 B．②④　 C．②⑤　 D．③⑤ D　[煮沸可以杀死微生物细胞和一部分芽孢，属于消毒，①正确；为防止空气中杂菌污染，接种时要在酒精灯火焰附近进行，②正确；家庭制作葡萄酒时所利用的微生物是葡萄表面的野生型酵母菌，故不能对葡萄进行灭菌，③错误；培养基灭菌常用高压蒸汽灭菌法，④正确；加入培养基中的指示剂或染色剂均需灭菌处理，⑤错误。] 3．下列关于高压蒸汽灭菌锅的使用方法中，错误的是(　　) A．使用高压蒸汽灭菌锅时，需等锅内的冷空气排尽后再关闭排气阀 B．培养基常用高压蒸汽灭菌法处理 C．灭菌结束后，需迅速将排气阀打开，等压力表降为“0”时再取出培养基 D．灭菌前一般需要将锥形瓶的棉塞用牛皮纸或报纸包扎好 C　[使用高压蒸汽灭菌锅时，需等锅内的冷空气排尽后再关闭排气阀，A正确；培养基常用高压蒸汽灭菌法处理，B正确；灭菌结束后，让灭菌锅内温度自然下降，等压力表降为“0”时再取出培养基，C错误；灭菌前一般需要将锥形瓶的棉塞用牛皮纸或报纸包扎好，D正确。] 4．下列关于消毒和灭菌的说法，错误的是(　　) A．人们常用化学药剂对水源和双手进行消毒 B．接种室和超净工作台可用紫外线进行消毒 C．培养基转移到锥形瓶后可以采用干热灭菌 D．接种环可在火焰充分燃烧层进行灼烧灭菌 C　[用酒精擦拭双手进行消毒，用氯气消毒水源，A正确；接种室和超净工作台等表面消毒，可用紫外线进行消毒，B正确；培养基转移到锥形瓶后可以采用高压蒸汽灭菌，C错误；接种环可在火焰充分燃烧层进行灼烧灭菌，D正确。] 5．下列关于空气除菌设备的说法不正确的是(　　) A．空气中含有大量的灰尘颗粒和各种杂菌 B．发酵工程中常采用空气过滤除菌的方法净化空气 C．不同的发酵过程，对空气无菌程度的要求相同 D．过滤除菌法并不能将空气中的微生物杀死 C　[不同的发酵过程，对空气无菌程度的要求不同。如酵母菌繁殖得快，对空气的无菌程度要求较低，而制备抗生素等的发酵过程，所需的微生物对空气无菌的程度要求较高。] 课时分层作业(2)　发酵工程的灭菌方法、设备和器具 题组一　发酵工程的灭菌方法 1．下列操作能达到灭菌目的的是(　　) A．用免洗酒精凝胶擦手 B．制作泡菜前用开水烫洗容器 C．在火焰上灼烧接种环 D．防疫期间用石碳酸喷洒教室 C　[用免洗酒精凝胶擦手属于消毒，A错误；制作泡菜前用开水烫洗容器属于消毒，B错误；在火焰上灼烧接种环能达到灭菌目的，C正确；防疫期间用石碳酸喷洒教室属于消毒，D错误。] 2．下列关于湿热灭菌的说法正确的是(　　) A．是一种利用不饱和蒸汽进行灭菌的方法 B．相同温度下没有干热灭菌效果好 C．高压蒸汽灭菌法属于湿热灭菌法 D．湿热灭菌法主要用于要求保持干燥的实验器具的灭菌 C　[湿热灭菌法是一种利用饱和蒸汽进行灭菌的方法，A错误；相同温度下湿热灭菌法比干热灭菌效果好，B错误；高压蒸汽灭菌法属于湿热灭菌法，C正确；干热灭菌法主要用于要求保持干燥的实验器具的灭菌，D错误。] 题组二　发酵工程的灭菌设备和无菌操作器具 3．下列关于高压蒸汽灭菌锅的操作，错误的是(　　) A．灭菌锅内要加入适量的蒸馏水，且物品的摆放不能过挤 B．接通电源加热后，先打开排气阀，以排尽灭菌锅内的冷空气 C．关闭电源后，打开排气阀，待压力表指针降为“0”后，打开灭菌锅盖 D．待灭菌锅内的温度降至60 ℃以下后，方可取出锅内物品 C　[灭菌锅内要加入适量的蒸馏水，避免沸水与物品接触；物品的摆放不能过挤，以利于蒸汽与物品充分接触，A正确；接通电源加热后，先打开排气阀，以排尽灭菌锅内的冷空气，否则锅内温度达不到规定温度，B正确；关闭电源后，应使其自然降温，待压力表指针降为“0”后，打开灭菌锅盖，C错误；待灭菌锅内的温度降至60 ℃以下后，方可取出锅内物品，以免因温度过高而骤然降温导致玻璃器皿炸裂，D正确。] 4．下列关于接种及接种器具的说法错误的是(　　) A．在无菌条件下将微生物接入培养基的操作过程称为接种 B．接种针可用于穿刺接种 C．接种环可用于斜面接种或在平板培养基上划线接种 D．一般使用射线灭菌法对接种器具进行灭菌 D　[一般使用干热灭菌法对接种器具灭菌。] 5．下列关于移液管的说法错误的是(　　) A．在需要控制试剂加入量时，一般使用刻度移液管 B．使用移液管时不应将移液管伸入液面太多或太少 C．当取液量很少时，可使用微量取液器 D．移液管不需要灭菌即可使用 D　[移液管必须灭菌后才能使用，否则会污染相应的试剂或培养液。] 6．我们的教室经常需要进行消毒处理。下列有关说法错误的是(　　) A．课后可采用紫外灯照射消毒　 B．用紫外灯消毒前，适量喷洒消毒液，可加强消毒效果 C．通过消毒可杀死所有的病原体　 D．勤洗手也可以减少病原体的传播 C　[对教室进行消毒处理，常采用紫外灯照射的方法，故课后可采用紫外灯照射消毒，A正确；用紫外灯消毒前，适量喷洒消毒液，可加强消毒效果，B正确；消毒是指使用较为温和的物理、化学和生物等方法仅杀死物体表面或内部一部分微生物，C错误；勤洗手也可以减少病原体的传播，D正确。] 7．(11分)某同学发现超市里袋装牛奶的灭菌方式有两种：一种是巴氏灭菌，保质期时间短；一种是超高温灭菌，保质期时间长。该同学想通过实验的方法验证超高温灭菌的牛奶所含的细菌比巴氏灭菌的牛奶少(不考虑奶牛品种、产地等因素)，以下是相关检测实验，回答下列问题： (1)一般来说，培养基中的营养成分应含有____________________(写出四种)。 (2)在对培养基进行灭菌后，待培养基冷却至50 ℃，需要在______________附近倒平板。 (3)下表为一些实验工具和灭菌方法，涂布牛奶稀释液应选择的工具是________(填数字)，该涂布工具最适合的灭菌方法是________(填字母)。 实验工具 ① ② ③ ④ 灭菌方法 A．高温高压灭菌 B．火焰灼烧 C．紫外线 　照射 D．酒精擦拭 (4)实验结果表明，超高温灭菌的牛奶形成的菌落数要比巴氏灭菌的少，从细菌中酶的角度理解，这体现了酶的____________的特性。 [解析]　(1)各种培养基的具体配方不同，一般来说，培养基中的营养成分应含有碳源、氮源、水和无机盐。(2)在对培养基进行灭菌后，待培养基冷却至50 ℃，需要在酒精灯火焰附近倒平板，避免空气中的微生物污染培养基。(3)涂布牛奶稀释液应选择的工具是涂布器即数字③代表的工具，涂布器、接种针、接种环一般用灼烧灭菌法，故选B。(4)超高温灭菌的牛奶形成的菌落数要比巴氏灭菌的少，是由于相比之下巴氏灭菌温度(75 ℃左右)要明显低于超高温灭菌温度(135 ℃以上)，酶的作用温度更加温和，在巴氏灭菌条件下微生物更容易存活。因此，体现了酶的作用条件比较温和的特性。 [答案]　(除注明外，每空2分，共11分)(1)碳源、氮源、水和无机盐　(2)酒精灯火焰　(3)③　B 　(4)作用条件比较温和(3分) 易错点　对高压蒸汽灭菌锅的适用对象及操作不清晰 8．如图是实验室用的一种高压蒸汽灭菌锅。下列有关其结构和使用过程中的说法，正确的是(　　) A．微生物培养皿和培养基都可使用该工具进行灭菌 B．1是安全阀，其下方有软管通入内筒内，用于排除内筒内的冷空气 C．在压力100 kPa，温度121 ℃条件下15～20 min后，可以立即打开放气阀放气 D．盖上灭菌锅盖后，应按顺时针方向依次扭紧螺丝，以确保锅盖密封 A　[培养皿和培养基可以用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，A正确；排气阀的下方有软管通入内筒内，用于排除内筒内的冷空气，B错误；在压力100 kPa，温度121 ℃条件下15～20 min后，让灭菌锅内温度自然下降，当压力表的压力降至“0”时，打开排气阀，C错误；盖上灭菌锅盖后，以两两对称的方式同时旋紧相对的两个螺栓，使螺栓松紧一致，以确保锅盖密封，D错误。] 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $