1.2微生物的培养技术及与用 教学设计 2025—2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题 第1章 第2节 微生物的培养技术及应用（3-4个课时） 时间 教材分析 第2节《微生物的培养技术及应用》则是在学生掌握细胞结构及代谢的相关知识的基础上，引导学生学习微生物培养、分离等基本技术，以增进学生对微生物的了解。通过本节的学习，学生需掌握培养基的配制、灭菌和消毒等有关微生物培养的基础知识，应当掌握培养基的概念、分类、组成物质及配制，高压蒸汽灭菌法和平板划线法等基本操作技术，并可以运用相关技术解决生产生活中有关微生物计数、分离与培养的实际问题。本节内容是第3节内容的重要理论基础。 学情分析 教学目标 1.概述培养基的配制方法和微生物纯培养的基本操作要求，进行酵母菌的纯培养。（生命观念、科学思维、科学探究） 2.阐明微生物选择培养的原理。（科学思维） 3.进行土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。（科学思维、科学探究） 教学重难点 1.教学重点 (1)微生物纯培养的基本操作要求，微生物选择培养的原理。 (2)酵母菌的纯培养。 (3)土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。 2.教学难点 (1)酵母菌的纯培养。 (2)土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 新课导入 【教师讲述】理清基本概念： 微生物：是难以用肉眼观察的微小生物的统称，包括细菌、真菌、病毒和一些原生生物等。本章提及的微生物主要是用于发酵的细菌和真菌。 菌落：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。 单菌落：一般是单个微生物繁殖形成的纯培养物。 ·一般来说，在一定的培养条件下 (相同的培养基、温度及培养时间)，同种微生物表现出稳定的菌落特征。这些特征包括菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等方面。菌落特征是鉴定菌种的重要依据。 思考 1、肺炎双球菌的 S 型菌和 R 型菌的菌落特征有什么区别？ 思考 2、有鞭毛的细菌和无鞭毛的细菌其菌落边缘有何不同？ 微生物的基本培养技术——培养基的配置 【教师讲述】培养基：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。 1.营养组成： ①碳源：给微生物提供碳元素的物质—自养生物：CO₂/异养生物：含碳的有机物 ②氮源：给微生物提供氮元素的物质—固氮微生物：空气中的 N₂/非固氮微生物：NH₄⁺、NO₃⁻、尿素、含 N 有机物 ③水 ④无机盐 2.微生物生长的其他条件要求 此外还需要满足微生物生长对 pH、特殊营养物质（主要指生长因子：是一类调节微生物正常生长代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。）（如维生素、氨基酸和碱基等）以及对氧气的要求。 培养乳酸杆菌时需要在培养基中添加维生素 培养霉菌时需将培养基的 pH 调至酸性 培养细菌时需将 pH 调至中性或微碱性 培养厌氧微生物时则需要提供无氧的条件 3. 常见培养基配方： ①牛肉膏蛋白胨培养基 (又称肉汤培养基，培养细菌) ②麦芽汁琼脂培养基 (培养酵母菌) ③查氏培养基 (培养霉菌) 琼脂是一种从红藻中提取憾多糖。琼脂在98°C以上熔化，在44°C以下凝固，在常规培养条件下呈现固态。 ·选择培养基： 在培养基中加入抗生素，可用于选择培养真菌； 在培养基中加入高浓度的盐水，可用于选择培养金黄色葡萄球菌； 不加氮源的无氮培养基可用于选择培养固氮生物； 不加碳源的培养基可用于选择培养自养生物； 以尿素为唯一氮源的培养基可用于选择培养尿素分解菌； 以纤维素为唯一碳源的培养基可用于选择培养纤维素分解菌。 ·鉴别培养基： 实例 1：伊红美蓝 / 伊红亚甲基蓝培养基 实例 2：以尿素为唯一氮源并加入酚红指示剂的培养基 实例 3：加入刚果红的纤维素培养基 让学生在感性认识的基础上理性分析归纳培养基的营养构成，培养归纳概括的能力，加深对基础知识的理解。 通过引导学生阅读教材，总结培养基相关要点，在帮助学生掌握相关知识的同时，培养学生阅读、总结的能力。 领会选择培养基的原理，通过具体实例，让学生深化对生物与环境相适应的观点的理解，进而形成选择培养基的概念。 微生物的基本培养技术——无菌技术 【教师讲述】获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。无菌技术围绕着如何避免杂菌的污染展开，主要包括以下几个方面： ①对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。 ②将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。 ③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。 ④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。 1.消毒与灭菌的概念 消毒：是指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。 灭菌：则是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。 【拓展讲述】芽孢与孢子 芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形，厚壁（芽孢壁很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有很强的抵抗力。例如，有的细菌的芽孢，煮沸 3 小时以后才死亡。），含水量低，抗逆性强的休眠体（直接产生新个体）构造。 孢子：细菌、原生动物、真菌和植物等产生的一种有繁殖作用的生殖细胞（有性孢子要和别的有性孢子结合产生新个体，无性孢子直接产生新个体）。能直接发育成新个体。 2.消毒的方法 ①煮沸消毒法：在 100℃煮沸 5～6min，可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。 ②巴氏消毒法：适用于不耐高温的液体（如牛奶），即在 62～65℃消毒 30min 或 80～90℃处理 30s～1min，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。 ③化学药物消毒：如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。 ④紫外线消毒：接种室、接种箱或超净工作台在使用前，用紫外线照射 30min，以杀死物体表面或空气中的微生物；照射前适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可加强消毒效果。 ⑤生物消毒法：利用生物或其代谢物除去环境中的部分微生物的方法，例如利用寄生于细菌的微生物使细菌裂解，净化污水、污泥。 3.灭菌的方法 ①湿热灭菌：利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌，其中高压蒸汽灭菌效果最好。 实验室操作：高压蒸汽灭菌锅，以水蒸气为介质，在压力为 100 kPa，温度为 121℃的条件下，维持 15～30min 灭菌。 原理：高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性。 适用：培养基、生理盐水、缓冲液、玻璃器皿和工作服等。 操作流程：排气 - 升压 - 保压 - 降压。 ②干热灭菌：将灭菌物品放入密闭容器（干热灭菌箱），在 160～170℃的热空气中维持 2～3h 达到灭菌目的。 特点：干热状态下热穿透力较差，微生物耐热性强，灭菌温度一般比湿热灭菌法高。 适用：耐高温的和需要保持干燥的物品，如玻璃器皿（吸管、培养皿等）、金属用具等。 操作方法：①装入待灭菌的物品（塞上棉塞的玻璃仪器用牛皮纸 / 干净报纸包裹严密，摆放不拥挤，不接触箱内壁铁板）；②灭菌（设定 160~170℃，温度升至 150℃左右保持 3~4h）；③降温（关掉电源自然降温）；④开箱取物（温度降至 70℃以下再打开，防止玻璃器皿炸裂）。 ③灼烧灭菌：将微生物的接种工具（涂布器、接种环、接种针等金属用具）直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，迅速彻底灭菌；接种过程中，试管口、瓶口等易污染部位也可通过火焰灼烧灭菌。 ④过滤灭菌：适用于向培养基中加入不耐高温的成分，滤膜的孔径为 0.1-0.3µm，通过滤膜过滤实现除菌。 【思考讨论】 思考 1、培养基灭菌为什么采用高压蒸汽灭菌而不采用干热灭菌？ 分析：干热灭菌箱内的高温会导致培养基的水分丧失，而高压蒸汽锅内的湿度较大，不会导致培养基的水分散失。 思考 2、如何制备一瓶无菌水？ 分析：对一瓶有菌水进行高压蒸汽灭菌处理。 思考 3、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？ 分析：未将锅内冷空气排尽。 思考 4、某同学从高压蒸汽灭菌锅内拿出培养基后发现，培养基已经溅满了锥形瓶的瓶壁，最可能的原因是？ 分析：高压蒸汽锅的压力表读数还未降至零，就提前打开了高压蒸汽锅。 思考 5：用紫外线可以给接种室消毒，其原理是紫外线能损伤细菌的 DNA。在照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可以加强消毒效果。 通过比较分析让学生明白两种无菌技术的差异，以便他们在实践中准确地应用技术。 微生物的基本培养技术——酵母菌的纯培养 【教师讲述】纯培养：获得由单一个体繁殖所得的微生物群体（单菌落）。 微生物的纯培养包括：配制培养基（调 pH、分装）、灭菌、倒平板、接种和分离、培养等步骤。 ·倒平板注意： ① 培养基冷却到50℃ 左右开始倒平板（低于44℃ 会凝固，温度太高易烫手）； ② 锥形瓶瓶口需通过酒精灯火焰； ③ 打开培养皿缝隙即可，勿完全打开，避免空气中的微生物污染培养基； ④ 平板冷凝后倒置，防止水分过快挥发，同时避免形成水珠落入培养基； ⑤ 若培养基溅在皿盖和皿底之间，该培养基不能用来培养微生物； ⑥ 整个操作在酒精灯火焰旁进行，避免杂菌污染。 思考：制备的空白平板培养后长出菌落，原因可能是培养基灭菌不彻底、培养皿灭菌不合格、操作过程中引入杂菌等。 ·接种和分离 通过学生在小组内简单叙述平板划线法的操作过程，一方面复习和巩固了平板划线法的知识点，另一方面为后面学习稀释涂布平板法及与平板划线法的比较做准备;通过分析步骤中易错点，帮助学生掌握稀释涂布平板法的要点，并在此基础上引导学生分析平板划线法和稀释涂布平板法的异同点。 微生物的选择培养和计数 【教师讲述】（一）选择培养基 1.定义：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，称为选择培养基。 2.类型： 3.实例： 水生栖热菌能在70~80°C高温条件下生存，绝大多数微生物在此条件下不能生存。 【思考讨论】怎么证明一个选择培养基具有选择性呢？ 选择培养基有效性验证：设置基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）/ 完全培养基作为对照，若基础 / 完全培养基上生长的菌落数多于该选择培养基，则说明其具有选择性。 【教师讲述】（二）微生物的计数——土壤中土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 思考1：1g土壤中有多少能分解尿素的细菌?——分离:获得分解尿素的细菌的纯培养物；计数:测定分解尿素的细菌的数量 思考2：由于土壤细菌数量庞大，怎么获得所需特定微生物的纯培养物呢?要对土壤进行充分稀释，然后再将菌液涂布到制备好的选择培养基上。 方法：稀释涂布平板法——将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。 基本操作：梯度稀释菌液+涂布平板——稀释度足够高时，能在培养基表面形成单个菌落。过统计平板上的菌落数来推测样品中大约含有的活菌数。 【教师讲述】实验过程： 1.土壤取样 细菌分布：酸碱度接近中性的潮湿土壤，绝大部分在距地表 3~8 cm 的土壤层，铲去表层土 3 cm 左右取样，装入无菌信封； 注意：取土铁铲和取样袋使用前灭菌，操作完成后洗手。 2.制备培养基：制备以尿素为唯一氮源的选择培养基，并倒平板。 3.样品稀释 稀释原因：样品稀释程度直接影响平板上菌落数目； 稀释标准：保证培养后菌落数在30-300 之间，便于计数； 稀释倍数（不同微生物）： ① 土壤细菌：一般选用10⁴、10⁵和 10⁶ 倍稀释液； ② 土壤放线菌：一般稀释 10³、10⁴和 10⁵倍； ③ 土壤真菌：一般稀释10²、10³ 和 10⁴ 倍； ·由于初次实验，选择宽泛稀释范围（如 10³-10⁷），每个稀释度设 3 个选择培养基、1 个牛肉膏蛋白胨培养基，另准备灭菌试管和移液管。 ·稀释操作：将 10g 土样加入 90mL 无菌水的锥形瓶，充分摇匀制菌液；取 1mL 上清液加入 9mL 无菌水的试管，依次等比稀释。 ·涂布平板 比较分析：表格比较分析平板划线法和稀释涂布平板法 4.培养观察 培养：不同微生物需不同培养时间和培养温度； 观察：每隔 24h 统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录为结果，防止因培养时间不足遗漏菌落数。 5.计数 菌落数目稳定后，取同一稀释度下 3 个平板计数，求出平均值，再根据稀释度计算样品中细菌数目。 【思考讨论】思考1、涂布接种操作完成之后，也需将平板倒置放入培养箱中培养，此时倒置的目的是? 防止水分过快挥发，防止培养基表面形成水珠，从而造成菌落的混杂分析: 思考2、某同学涂布的平板经培养后得到如图所示菌落，造成这种结果的原因是涂布平板时未涂布均匀 思考3、某同学涂布的平板经培养后，菌落与菌落连成了一片，涂布所用稀释液的稀释度不够高造成这种结果的原因是 纯化的方法。接种_微生物的方法，也是微生物思考3、平板划线法既是穿刺接种(半除了这两种接种方法外，还有斜面接种等方法。固体，看运动固体判断有无鞭毛) 【操作提示】 ·无菌操作：① 取土样用具使用前灭菌；② 在酒精灯的火焰旁称取土壤，火焰附近将土样倒入锥形瓶并塞棉塞；③ 稀释土壤溶液的每一步都在酒精灯火焰旁操作。 ·做好标记：① 实验用平板和试管提前做标记；② 培养皿注明培养基种类、培养日期以及样品的稀释度等；③ 稀释后的试管按稀释度递增顺序摆放。 ·制定计划：耗时较长的生物实验需事先制定计划，提高工作效率。 【结果分析】 【计数方法】 （一）间接计数法 —— 稀释涂布平板法 1.原理：样品稀释度足够高时，培养基表面的一个单菌落来源于样品稀释液中的一个活菌，通过统计菌落数推测样品中的活菌数。 2.计数原则： ① 选择菌落数为30～300 的平板计数； ② 同一稀释度下至少对 3 个平板重复计数，求平均值；③ 适当的稀释度、均匀涂布是计数成功的关键。 3.结果分析：统计的菌落数往往比活菌实际数目少，原因是两个或多个细胞连在一起时，平板上仅观察到一个菌落；统计结果用菌落数表示。 4.计算公式：每克样品中的菌落数=(C÷V)×M C：某一稀释度下平板上生长的平均菌落数； V：涂布平板时所用稀释液的体积 (mL)； M：稀释倍数。 5.使用范围：测定土壤、水、食品等样品中的细菌、酵母菌、芽孢和孢子等数量；不适于放线菌、丝状真菌等丝状体微生物。 例题：稀释倍数 10⁶的培养基中平均菌落数 234，涂布体积 0.1mL，每 g 样品菌落数 = 234÷0.1×10⁶=2.34×10⁹，答案选 B。 （二）直接计数法 —— 显微镜直接计数 1.原理：利用特定的细菌计数板或血细胞计数板在显微镜下观察、计数，再计算一定体积样品中的微生物数量； ·血细胞计数板：适用于酵母菌细胞、霉菌孢子等相对较大的微生物； ·细菌计数板：适用于细菌等较小的细胞。 2.优点：快速直观、设备简单，能观察微生物的形态特征。 3.缺点：① 统计结果为活菌数和死菌数的总和，无法区分；② 个体小的细菌在显微镜下难以观察（可通过染色排除法改进）。 4.计数公式：每毫升原液所含细菌数=每小格平均细菌数 × 400 × 10000 × 稀释倍数。 计数板构造：计数区为中间大方格，血细胞计数板常用 16×25 型，细菌计数板厚度更薄、深度更浅。 【比较分析】表格比较分析两种计数方法 介绍稀释涂布平板法的方法及操作注意点，帮助学生理解、利用稀释涂布平板法对微生物进行计数的要点，对知识点进行巩固和提升。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 1.2微生物的培养技术及应用 第1课时 微生物的基本培养技术 一、培养基的配制 二、无菌技术 1.常用的消毒和灭菌方法 2.消毒与灭菌的比较 三、微生物的纯培养 1.纯培养 2.酵母菌的纯培养 (1)原理 (2)目的要求 (3)材料用具 (4)方法步骤 第2课时 一、选择培养基 1. 允许特定种类的微生物生长 2.抑制或阻止其他种类微生物生长设计依据:目的菌的代谢特点 二、微生物的数量测定 1.稀释涂布平板法(也叫活菌计数法) (1)原理 (2)操作注意事项 (3)结果偏小 2.显微镜直接计数法:结果偏大四、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $