内容正文:
第2课时 微生物的选择培养和计数
聚焦·学案一 选择培养基及微生物的选择培养
[学案设计]
(一)微生物的选择培养原理及方法
1.自然界中目的菌株的筛选
(1)依据:根据目的菌株对生存环境的要求,到相应环境中去寻找。
(2)实例:PCR技术中用到的耐高温的DNA聚合酶就是从热泉中筛选出来的水生栖热菌中提取出来的。
2.实验室中目的菌株的筛选
(1)原理:人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度、pH等),同时抑制或阻止其他微生物的生长。
(2)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的培养基。
3.微生物筛选的常用方法及实例
加入某些特定的物质
原理
依据某些微生物对某些物质的抗性,在培养基中加入某些物质,以“抑制”不需要的微生物的生长,“促进”所需要的微生物的生长(前提是培养基具备全部营养成分)
举例
加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌
改变培养基的营养成分
培养基缺
乏氮源时
可分离自生固氮微生物,非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存
培养基缺
乏有机碳
源时
异养微生物无法生存,而自养微生物可利用空气中的CO2制造有机物而生存
利用培
养基“特定化学成分”分离
当石油为唯一碳源时
不能利用石油的微生物不能生存,能够利用石油的微生物能生存,从而分离出能降解石油的微生物
当尿素是唯一氮源时
不能利用尿素的微生物因缺乏氮源而不能正常生长,能够分解尿素的微生物能利用尿素作为氮源而正常生长
当以纤维素为唯一碳源时
能分解纤维素的微生物具有更多的生存机会而大量繁殖
通过某
些“特殊环境”分离
在高盐环境中
可分离耐盐微生物,其他微生物在盐浓度高时易失水而不能生存
在高温环境中
可分离得到耐高温的微生物,其他微生物在高温中因酶失活而无法生存
|情|境|探|究|思|考|
对微生物资源的开发和利用可以帮助人类解决生态环保、医疗保健等多领域的问题。海洋塑料垃圾每年造成数十万海洋动物死亡,其中聚乙烯(PE)塑料难以降解,危害巨大。针对该问题,科学家发现了能有效降解PE塑料的海洋真菌。根据以上资料回答下列问题:
(1)要获得能有效降解PE塑料的海洋真菌,应到 的海洋环境中去筛选。
(2)实验室中用于筛选和纯化该类微生物的培养基应以聚乙烯为唯一 。该培养基属于 。
(3)研究人员初步筛选出三种塑料降解菌株P1、P2和P3。欲探究哪个菌株分解效果更好,研究人员将红色PE塑料粉碎成粉末,均匀混合在无碳 (填“固体”或“液体”)培养基中,之后再通过稀释涂布平板法接种经过稀释的三种菌液,一段时间后,检测透明圈大小(D)与菌圈大小(d),如图所示。若使用单一菌种进行扩大培养,则最佳菌株为 ,理由是 。
答案:(1)富含PE塑料 (2)碳源 选择培养基 (3)固体 P1 P1的D/d值最大,对PE塑料的降解效果最佳
(二)掌握微生物纯化操作的两种方法
1.利用稀释涂布平板法纯化微生物的操作方法
(1)系列稀释操作(以土壤样品为例)
①将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀。
②取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中,依次等比稀释。
(2)涂布平板操作
(3)培养分离:待涂布的菌液被培养基吸收后,将平板倒置,放入30~37 ℃的恒温培养箱中培养1~2 d。在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。
2.两种微生物纯化方法的比较
项目
平板划线法
稀释涂布平板法
主要步骤
接种环在固体培养基表面连续划线
等比稀释操作和涂布平板操作
接种工具
接种环
涂布器
单菌落
的获得
从最后划线的区域挑取
稀释度合适,整个平板上都可找到单菌落
用途
分离纯化菌种,获得单菌落
①分离纯化菌种,获得单菌落;
②用于计数
菌落分布
共同点
都要用到固体培养基;都需进行无菌操作;都会在培养基表面形成单个菌落;都可用于观察菌落特征等
[典例] (2025·黑吉辽蒙高考)科研人员通过稀释涂布平板法筛选出高耐受且降解金霉素(C22H23ClN2O8)能力强的菌株,旨在解决金霉素过量使用所导致的环境污染问题。下列叙述错误的是 ( )
A.以金霉素为唯一碳源可制备选择培养基
B.逐步提高培养基中金霉素的浓度有助于获得高耐受的菌株
C.配制选择培养基时,需确保pH满足实验要求
D.用接种环将菌液均匀地涂布在培养基表面
[解析] 该研究的目的是筛选出高耐受且降解金霉素能力强的菌株,可以以金霉素为唯一碳源制备选择培养基进行筛选,且逐步提高培养基中金霉素的浓度,有助于获得高耐受的菌株,A、B正确;微生物培养需要适宜的pH等,C正确;稀释涂布平板法不需要接种环,而是需要涂布器,D错误。
[答案] D
[归纳拓展] 选择培养基与鉴别培养基的辨析
项目
选择培养基
鉴别培养基
制备
方法
培养基中加入某些化学
物质或改变环境条件
培养基中加入某种
指示剂或化学药品
原理
依据某些微生物对某些物质或环境条件的嗜好或抗性而设计
产生特定的颜色或其他变化
用途
从众多微生物中分离出所需的微生物
鉴别不同种类的微生物
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(1)选择培养基能使特定种类的微生物生长。 (√)
(2)微生物常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法。 (√)
(3)在用涂布器涂布平板时,为了操作方便可完全打开培养皿的皿盖。 (×)
(4)菌液的稀释度足够高时,培养基表面会获得单菌落。 (√)
2.下列关于稀释涂布平板法操作的叙述,错误的是 ( )
A.涂布前应先将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中
B.涂布前取0.1 mL的菌液滴加到培养基表面
C.将带有少量酒精的涂布器在火焰上引燃,燃尽即可进行涂布
D.用涂布器将菌液涂布在培养基表面时可转动培养皿使涂布均匀
解析:选C 进行涂布平板操作前,要对涂布器进行灭菌,一般的做法是先将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中,然后将带有少量酒精的涂布器在火焰上引燃,待酒精燃尽、涂布器冷却后,再进行涂布,A正确,C错误;涂布前取0.1 mL的菌液滴加到培养基表面,B正确;用涂布器将菌液涂布在培养基表面时可转动培养皿使涂布均匀,D正确。
3.研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断,下列最可能筛选到目标菌的条件组合是 ( )
A.a点时取样、尿素氮源培养基
B.b点时取样、角蛋白氮源培养基
C.b点时取样、蛋白胨氮源培养基
D.c点时取样、角蛋白氮源培养基
解析:选D 该实验的目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌,应该用以角蛋白为唯一氮源的培养基进行筛选培养,且应该在高温条件下取样,即c点时取样,D符合题意。
聚焦·学案二 微生物的数量测定与土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
[学案设计]
(一)掌握微生物的数量测定的两种方法
1.稀释涂布平板法
计数
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
计数
标准
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
计数
方法
样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目。通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落数为30~300、适于计数的平板。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
计数
公式
每克样品中的菌落数=×M。C:某稀释度下平板上生长的平均菌落数;V:涂布平板时所用的稀释液的体积(mL);M:稀释倍数
2.显微镜直接计数法
计数
方法
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,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量
计数
公式
每毫升原液所含菌数:每小格内平均菌数×400×104×稀释倍数
优点
是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法
(二)学会土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数操作步骤
2.“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”实验结果分析
|情|境|探|究|思|考|
下面是土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验流程示意图。分析回答有关问题:
(1)甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中,得到以下两种统计结果:
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:不真实可靠。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。
(2)某同学在三种稀释度下吸取0.1 mL的菌液涂布平板,统计菌落数,得到了以下的数据,试计算1 g样品的活菌数。
稀释度
平板1
平板2
平板3
104
320
360
356
105
212
234
287
106
21
23
18
提示:105的稀释度下取0.1 mL菌液涂布的三个平板上的菌落数都在30~300范围内,计算其平均值为(212+234+287)/3≈244。进一步可以换算出1 g样品中活菌数约为(244÷0.1)×105=2.44×108。
(3)实验中能以菌落数表示活菌数的原因是当样品稀释度足够高时,培养基上的一个单菌落来源于一个活菌。
该实验所用计数方法的统计结果比实际活菌数小(填“大”或“小”)。
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(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。 (×)
(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。 (×)
(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。 (×)
(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。 (×)
(5)测定不同微生物数量时,接种的土壤悬浮液的稀释度相同。 (×)
2.稀释涂布平板法不仅是分离和纯化微生物的重要方法,也是测定微生物数量的重要方法。用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中的细菌数,在统计数据时应 ( )
A.随机抽取某个稀释度的培养基,统计菌落数
B.选择不同稀释度的3个培养基上的菌落数求和
C.对相同稀释度的全部培养基上的菌落进行计数
D.选择相同稀释度下菌落数为30~300的3个培养基进行计数后求平均值
解析:选D 用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中的细菌数时,同一稀释度下,至少要涂布3个平板,确定培养基未被污染后,选择菌落数在30~300的平板进行计数,求其平均值,再通过计算得出土壤中的细菌数。
3.某同学将1 mL土壤样液稀释100倍,在3个平板上用稀释涂布平板法分别接入0.1 mL稀释液,经适当培养后,3个平板上的菌落数分别为56、57和58。下列叙述错误的是 ( )
A.可得出土壤样液中活菌大约为5.7×107个/L
B.此方法统计的菌落数往往比实际的活菌数目低
C.一般选择菌落数为30~300的平板进行计数
D.显微镜直接计数法统计的是稀释液中的活菌数
解析:选D 将1 mL样品稀释100倍,在3个平板上分别接入0.1 mL稀释液,经适当培养后,3个平板上的菌落数分别为56、57和58,据此可得出每升样品中的活菌数为(56+57+58)÷3÷0.1×1 000×100=5.7×107个,A正确;由于两个或多个细胞连在一起时,在平板上观察到的只是一个菌落,所以统计的菌落数往往比实际的活菌数目低,B正确;为保证结果准确,一般选择菌落数为30~300的平板进行计数,C正确;显微镜直接计数法统计的是稀释液中所有菌体的数目,包括活菌和死菌,D错误。
4.(2025·江苏高考)从种植草莓的土壤中分离致病菌,简易流程如下:制备土壤悬液、分离、纯化、鉴定。下列相关叙述正确的是 ( )
A.制备的培养基可用紫外线照射进行灭菌
B.将土样加入无菌水混匀,梯度稀释后取悬液加入平板并涂布
C.连续划线时,接上次划线的起始端开始划线
D.鉴定后的致病菌,可接种在斜面培养基上,并在室温下长期保存
解析:选B 紫外线可以杀死空气中或物体表面的微生物,一般不能对培养基进行灭菌,A错误。可用稀释涂布平板法分离土壤中的微生物,B正确。连续划线时,接上一次划线的末端开始划线,注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连,C错误。鉴定后的致病菌,可接种在斜面培养基上,置于4 ℃左右的冰箱内短期保存,D错误。
5.(2025·保定模拟)某生物活动小组为探究当地农田土壤中分解尿素的细菌数量,进行了随机取样、系列梯度稀释、涂布平板、培养、计数等步骤,实验操作过程如图所示。实验结果:6号试管涂布的三个平板的菌落数为550、501、688;7号试管涂布的三个平板的菌落数为58、73、97;8号试管涂布的三个平板的菌落数为8、15、28。下列相关叙述错误的是 ( )
A.该实验中含有琼脂的培养基从物理性质来说,属于固体培养基
B.培养基中只选择了尿素为唯一氮源,氮可以合成淀粉、蛋白质
C.分解尿素的细菌能产生脲酶,脲酶能将尿素分解为NH3和CO2
D.该10 g土壤样品中含有分解尿素的细菌的估算数目是7.6×1011个
解析:选B 琼脂可作为凝固剂,故从物理性质来说,含琼脂的培养基属于固体培养基,A正确;该实验中用于筛选分解尿素的细菌的选择培养基应选择以尿素作为唯一氮源(提供氮元素的物质),氮元素在菌体内可以参与合成蛋白质、核酸等大分子含氮有机物,淀粉不含氮元素,B错误;分解尿素的细菌产生的脲酶能将尿素分解为NH3和CO2,C正确;由题意和题图可知,该1 g土壤样品中含有分解尿素的细菌的估算数目是(58+73+97)÷3÷0.1×108=7.6×1010(个),所以该10 g土壤样品中含有分解尿素的细菌的估算数目是7.6×1010×10=7.6×1011(个),D正确。
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.利用稀释涂布平板法进行微生物数量测定时,统计的菌落数往往比活菌的实际数目要少,这是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。
2.将纯化后的纤维素分解菌接种在含有刚果红的培养基上,然后将平板置于恒温培养箱中培养适宜时间,这些平板上透明圈最大的单菌落中的纤维素分解菌分解纤维素的能力不一定是最强的,原因是判断纤维素分解菌分解能力的强弱,应比较透明圈直径与菌落直径的比值。
3.传统酒曲含有多种有助于酿酒的微生物,某同学想研究一种传统酒曲中所含的微生物,进行了实验。将酒曲制成悬液稀释到一定的倍数,接种到以淀粉为唯一碳源的培养基上,培养一段时间后,观察透明圈的大小,并从最大的透明圈中央挑取菌落并保存。有人说,实验中形成的菌落并不只是能分解淀粉的菌落,其理由是分解淀粉的微生物将淀粉分解后形成的有机物,可供不能分解淀粉的微生物生活。
4.土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,请写出实验思路、预期结果和结论:将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。
三、综合检测反馈
1.细菌气溶胶是由悬浮于大气或附着于颗粒物表面的细菌形成的。利用空气微生物采样器对某市人员密集型公共场所采样并检测细菌气溶胶的浓度(菌落数/m3)。下列叙述错误的是 ( )
A.采样前需对空气微生物采样器进行无菌处理
B.细菌气溶胶样品恒温培养时需将平板倒置
C.同一稀释度下至少对3个平板计数并取平均值
D.稀释涂布平板法检测的细菌气溶胶浓度比实际值高
解析:选D 为减小误差,采样前需要对空气微生物采样器进行灭菌,A正确;细菌气溶胶样品恒温培养时,为防止冷凝水滴落造成污染和水分过快蒸发,应将平板倒置,B正确;对微生物计数时,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,C正确;使用稀释涂布平板法对微生物进行计数时,统计的数值往往比实际值低,原因是当两个或多个细胞连在一起时,在平板上观察到的只是一个菌落,D错误。
2.厨余垃圾在垃圾集中点采用生化+雾化+膜过滤技术处理后,可以达到无二次污染的标准。为筛选对抗生素有抗性、高效降解淀粉的微生物,提高“生化”处理的效率,研究人员将厨余垃圾机械化处理后加入装有无菌水的锥形瓶中制备厨余垃圾浸出液,然后进行如图所示操作,下列说法不正确的是 ( )
A.厨余垃圾浸出液在接种前通常需要进行湿热灭菌处理
B.可用稀释涂布平板法将厨余垃圾浸出液接种在X培养基上
C.图中X培养基以淀粉为唯一碳源,且应添加抗生素起选择作用
D.图中降解淀粉最高效的微生物是⑤,可根据菌落特征初步判断微生物类型
解析:选A 若对厨余垃圾浸出液在接种前进行湿热灭菌会杀死菌种,导致实验失败,A错误;可用稀释涂布平板法将厨余垃圾浸出液接种在X培养基上,B正确;结合题意可知,本实验目的是筛选对抗生素有抗性、高效降解淀粉的微生物,故图中X培养基以淀粉为唯一碳源,且应添加抗生素起选择作用,C正确;淀粉遇碘变蓝色,加入碘液后,能够分解淀粉的菌落周围出现透明圈,图中能最高效降解淀粉的微生物是⑤,而不同微生物形成的菌落特征不同,故可根据菌落特征初步判断微生物类型,D正确。
3.某兴趣小组同学为检验猪肉是否感染金黄色葡萄球菌(SA,具有嗜盐性),进行了如下实验:称取25 g猪肉样品置于一定量含7.5% NaCl的肉汤中,处理后转移到无菌均质器(能将样本与溶液或溶剂混匀)内,用10 000 r/min速度均质1~2 min,吸取25 g均质后的样品至盛有225 mL 7.5% NaCl肉汤的无菌锥形瓶中,振荡培养后,取样接种到血琼脂平板上,过程如图所示。已知微生物实验室常用的生理盐水的浓度为0.85%;金黄色葡萄球菌在血平板上生长时,可破坏菌落周围的红细胞,使其褪色。下列相关叙述错误的是 ( )
A.振荡培养可提高培养液中的氧气含量,有利于菌体的繁殖
B.振荡培养时所用的 7.5% NaCl肉汤培养基属于鉴别培养基
C. 从图示来看,将样品接种到血琼脂平板上的方法是平板划线法
D.若血平板中菌落周围出现透明的溶血圈,则可初步说明猪肉感染了SA
解析:选B 振荡培养可提高培养液中氧气的含量并使微生物与培养液充分接触,从而有利于菌体的繁殖,A正确;质量分数为7.5% NaCl肉汤可以筛选出耐盐的微生物,属于选择培养基,B错误; 从图示来看,将样品接种到血琼脂平板上的方法是平板划线法,C正确;金黄色葡萄球菌可破坏菌落周围的红细胞,使其褪色,从而出现透明的溶血圈,D正确。
4.(2025·山东高考)深海淤泥中含有某种能降解纤维素的细菌。探究不同压强下,该细菌在以纤维素或淀粉为唯一碳源的培养基上的生长情况。其他条件相同且适宜,实验处理及结果如表所示。下列说法正确的是 ( )
组别
压强
纤维素
淀粉
菌落
①
常压
-
+
-
②
常压
+
-
-
③
高压
-
+
-
④
高压
+
-
+
注:“+”表示有;“-”表示无。
A.可用平板划线法对该菌计数
B.制备培养基的过程中,应先倒平板再进行高压蒸汽灭菌
C.由②④组可知,在以纤维素为唯一碳源的培养基上,该菌可在常压下生长
D.由③④组可知,高压下该菌不能在以淀粉为唯一碳源的培养基上生长
解析:选D 平板划线法不能用于计数,对微生物进行计数时可用稀释涂布平板法,A错误;制备培养基的过程中,应先进行高压蒸汽灭菌再倒平板,B错误;②④组的自变量是压强,实验结果是常压下无菌落,高压下有菌落,说明在以纤维素为唯一碳源的培养基上,该菌可在高压下生长,C错误;③④组的自变量是碳源的种类,实验结果是以淀粉为唯一碳源时无菌落,以纤维素为唯一碳源时有菌落,说明高压下该菌不能在以淀粉为唯一碳源的培养基上生长,D正确。
5.(2025·邢台模拟)利用下表所示配方配制的培养基可以从土壤中分离出能分解尿素的细菌。已知酚红指示剂遇碱性环境会变为红色。回答下列问题:
成分
KH2PO4
Na2HPO4
MgSO4·
H2O
葡萄糖
尿素
琼脂
H2O
含量
1.4 g
2.1 g
0.2 g
10.0 g
1.0 g
15.0 g
定容至
1 000 mL
(1)根据物理形态划分,该培养基是 ,判断依据是_____________________________________________
____________________________________________________________________________________________。
该配方中的 可以维持培养基pH的相对稳定。
(2)该培养基能筛选出尿素分解菌,从组成成分上看,是因为___________________________________________,
而尿素分解菌能合成 ,因而能分解、利用尿素。利用该配方表制备培养基的具体操作步骤是_________________________________________________________________________________。
(3)若采用稀释涂布平板法接种菌种,请简述对所用接种工具的灭菌操作:将涂布器浸在酒精中,然后________
__________________;完成接种操作后,待菌液 ,再将接种后的平板倒置培养。
(4)对初步筛选出的尿素分解菌进行鉴定,还需要借助生物化学的方法,如在上述培养基中加入一定量的酚红指示剂,若 ,则该菌落为目标菌落。
解析:(1)琼脂是常用的凝固剂,培养基含有一定量琼脂,可制成固体培养基。KH2PO4、Na2HPO4等无机盐可作为缓冲物质维持培养基pH的相对稳定。
(2)该培养基中,尿素是唯一氮源,能用于筛选出尿素分解菌。尿素分解菌能合成脲酶,故能分解、利用尿素。利用该配方表制备培养基的具体操作步骤是配制培养基→灭菌→倒平板。
(3)若采用稀释涂布平板法接种菌种,则所用接种工具是涂布器,对涂布器进行灼烧灭菌时应先将其浸在酒精中,然后放在酒精灯火焰上灼烧,待酒精燃尽即可。完成接种操作后,要待菌液被培养基吸收后,再将平板倒置培养。
(4)酚红指示剂遇碱性环境会变为红色,尿素分解后会产生氨,氨溶于水后溶液呈碱性,所以会与酚红指示剂反应呈现红色,如在题述培养基中加入一定量的酚红指示剂,若菌落周围出现红色的圈,则该菌落为目标菌落。
答案:(1)固体培养基 培养基含有一定量的琼脂(作为凝固剂) KH2PO4、Na2HPO4 (2)该培养基以尿素为唯一氮源 脲酶 配制培养基→灭菌→倒平板 (3)放在酒精灯火焰上灼烧至酒精燃尽 被培养基吸收 (4)菌落周围出现红色的圈
学科网(北京)股份有限公司
$