高考生物总复习 第十单元 专题2 微生物的培养与应用配套课件.ppt

专题2微生物的培养与应用 2015高考导航 一 微生物的实验室培养1 培养基 1 概念 人们按照微生物对 的不同需求 配制出供其 的营养基质 2 营养构成 一般都含有水 氮源和无机盐 此外还要满足微生物生长对ph 特殊营养物质以及氧气的要求 3 种类 按照物理性质可分为 培养基 培养基和半固体培养基 营养物质 生长繁殖 碳源 液体 固体 煮沸消毒法 紫外线消毒法 灼烧灭菌 高压蒸汽灭菌 3 大肠杆菌的纯化培养 1 制备牛肉膏蛋白胨固体培养基配制步骤 计算 称量 溶化 倒平板 2 纯化大肠杆菌 纯化大肠杆菌 其关键的步骤是 纯化培养方法 法和 法 纯化培养原理 在培养基上得到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的 即可获得较纯的菌种 灭菌 接种 平板划线 稀释涂布平板 菌落 二 土壤中分解尿素的细菌的分离和计数1 分离原理 土壤中细菌之所以能分解尿素 是由于它们能合成脲酶 这种物质在把尿素分解成无机物的过程中起催化作用 以尿素为唯一氮源的培养基能促进分解尿素的细菌的生长和繁殖 并抑制或阻止其他微生物的生长 从而将目的菌分离 2 统计菌落数目 统计样品中的活菌一般用 法 3 实验流程 土壤取样 制备 微生物的培养与观察 细菌的计数 稀释涂布平板 培养基 三 分解纤维素的微生物的分离1 纤维素酶 1 组成 纤维素酶是一种复合酶 它包括c1酶 cx酶和葡萄糖苷酶 2 作用 2 菌种筛选 1 方法 2 原理即 使用以纤维素为唯一碳源的选择培养基 根据 来筛选纤维素分解菌 是否产生透明圈 刚果红染色法 3 筛选流程土壤取样 富含 的环境 选择培养 用选择培养基培养 以增加纤维素分解菌的数量 梯度稀释 涂布平板 将样品涂布于含cr的鉴别培养基上 挑选产生透明圈的菌落 产生 的菌落周围出现透明圈 纤维素酶 纤维素 微生物的实验室培养及相关技术 1 微生物的实验室培养 1 培养基的组成 无机碳源 能够提供c元素的物质 co2 nahco3 caco3等含碳无机物 有机碳源 糖类 脂质 蛋白质 有机酸 石油 花生粉饼等 构成细胞中的物质和一些代谢产物 既是碳源又是能源 无机氮源 能够提供n元素的物质 nh3 铵盐 硝酸盐 n2等 将无机氮合成含氮的代谢产物 有机氮源 蛋白胨 核酸 尿素 氨基酸 合成蛋白质 核酸及含氮的代谢产物 生长因子 生长必不可少的微量有机物 维生素 氨基酸 碱基 酶和核酸的组成成分 参与代谢过程中的酶促反应 细胞生命活动必不可少的物质 培养基 大气或者细胞代谢的产物 不仅是良好的溶剂 还是结构物质 参与反应的物质或发挥运输功能的物质 无机盐 提供各种重要的元素 包括细胞生命活动需要的多种大量元素和微量元素 培养基或者大气 细胞内的组成成分 生理调节物质 某些化能自养型细菌的能源 酶的活化剂等 提醒 1 微生物最常用的碳源是糖类 尤其是葡萄糖 最常利用的氮源是铵盐 硝酸盐 2 对异养微生物来说 含c h o n的有机化合物既是碳源 又是氮源 能源 3 有些培养基不需要添加特殊营养物质 生物自己能合成 如大肠杆菌能合成某些维生素 作为特殊营养物质 2 培养基的类型 液体培养基 不加凝固剂 工业生产 半固体培养基 加凝固剂 如琼脂 观察微生物的运动 分类 鉴定 固体培养基 微生物分离 鉴定 活菌计数 保藏菌种 化学成分 天然培养基 含化学成分不明确的天然物质 工业生产 合成培养基 培养基成分明确 用化学成分已知的化学物质配成 分类 鉴定 选择培养基 培养基中加入某种化学物质 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 培养 分离出特定微生物 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 鉴别不同种类的微生物 如可用伊红 美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌 若有 菌落呈深紫色 并带有金属光泽 3 培养基的配置原则 目的要明确 根据微生物的种类 培养目的等选择原料配制相应物理状态的培养基 如筛选自养型的微生物就不用加入有机碳源 配制成固体培养基 营养要协调 注意各种营养物质的浓度和配比要符合微生物生长的需求 ph等环境条件要适宜 各种微生物生长需要的环境条件不同 需要注意ph值范围等环境条件的维持 培养环境要无菌 微生物的培养要求无菌条件 所以注意各种灭菌和无菌操作 维持培养环境的无菌 4 培养基配制的一般流程 以牛肉膏蛋白胨固体培养基的制备为例 依据配方比例 计算配制不同体积的培养基时 各种成分的用量 准确称取各种成分 牛肉膏要放在称量纸上称量 牛肉膏和蛋白胨都易吸潮 称取时动作要迅速 称取后及时盖上瓶盖 称量 溶化 将称好的牛肉膏和称量纸一同放入烧杯 加入少量水 加热 取出称量纸 加入称量好的蛋白胨和氯化钠 加琼脂 在熔化时注意玻璃棒要不断地搅拌 防止琼脂糊底而导致烧杯破裂 最后定容 灭菌 灭菌前 调节ph 高压蒸汽灭菌 倒平板 待培养基冷却至50 左右时 在酒精灯火焰附近倒平板 2 微生物培养的无菌技术进行无菌操作主要是为了防止外来杂菌的入侵 重点是消毒和灭菌 1 消毒和灭菌的比较 使用较为温和的理化方法 使用强烈的理化因素 结果 杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物 不包括芽孢和孢子 杀死物体内外所有的微生物 包括芽孢和孢子 适用 实验操作的空间 操作者的衣着和手 微生物的培养器皿 接种用具和培养基等 常用方法 煮沸消毒法 如100 5 6min 巴氏消毒法 80 15min 酒精 氯气 石炭酸等化学药剂消毒法 灼烧灭菌 干热灭菌 高压蒸汽灭菌 2 三种常用灭菌方法的比较 接种环 接种针或其他金属工具 酒精灯火焰的充分燃烧层 直至烧红 干热灭菌 玻璃器皿 吸管 培养皿 和金属用具等 干热灭菌箱内 160 170 1 2h 高压蒸汽灭菌 培养基等 高压蒸汽灭菌锅内100kpa 121 15 30min 3 微生物的纯化培养技术 1 原理 在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞 使其长成单个的菌落 这个菌落就是一个纯化的细菌菌落 2 方法 平板划线法 稀释涂布平板法 划线的过程就是稀释纯化的过程 通过高度稀释达到纯化的目的 图解 接种环的灼烧a 第一次划线前 杀死接种环上的微生物 避免污染培养物b 每次划线前 杀死残留菌种 保证每次划线菌种来自上次划线末端c 划线结束后 杀死残留菌种 避免污染环境和感染操作者 灼烧接种环之后 要冷却后再进行操作 以免温度太高杀死菌种 划线时最后一区域不要与第一区域相连 划线用力大小要适当 防止用力过大将培养基划破 稀释操作时 每支试管及其中的9ml水 移液管等均需灭菌 操作时 试管口和移液管应在离火焰1 2cm处 涂布平板时a 涂布器用体积分数为70 的酒精消毒 取出时 让多余酒精在烧杯中滴尽 然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃b 不要将过热的涂布器放在盛放酒精的烧杯中 以免引燃其中的酒精c 酒精灯与培养皿距离要合适 移液管管头不要接触任何物体 在培养基上形成由单个菌种繁殖而来的子细胞群体 菌落 培养 平板冷凝后倒置培养 使培养基表面的水分更好地挥发 防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染 在农业生产中发现一种被广泛使用的除草剂 含氮有机化合物 在土壤中不易被降解 长期使用可污染土壤 为修复被该除草剂污染的土壤 可按下面程序选育能降解该除草剂的细菌 已知该除草剂在水中溶解度低 含一定量该除草剂的培养基不透明 1 制备土壤浸出液时 为避免菌体浓度过高 需将浸出液进行 处理 2 要在长期使用该除草剂的土壤中分离出目的菌 从物理性质 用途方面来看 上述培养皿中培养基的特点是 3 在划线培养时 只有很少的菌落出现 大部分细菌在此培养基上不能生长的主要原因是 或有氧条件抑制了这些细菌的生长 4 在固体培养基上形成的菌落中 无透明圈菌落利用的氮源主要是 有透明圈菌落利用的氮源主要是 据此可筛选出目的菌 稀释 在无氮固体培养基中添加了该除草剂 培养基中缺少这些细菌可利用的氮源 氮气 该除草剂 5 科研人员用放射线处理该细菌获得两个突变株a和b 然后对突变株a和b进行实验 结果如表所示 突变株a不能在一般培养基上生长的原因是 突变株a和b混合在一起接种于一般培养基中能生长的最可能原因是 突变株a生长需要营养物质甲 突变株b可以提供 突变株b生长需要营养物质乙 突变株a可以提供 突变株a缺乏合成营养物质甲所需要的酶 解析 1 制备土壤浸出液时 为避免菌体浓度过高 需将浸出液进行稀释处理 2 从物理性质方面来看 题图中的培养基属于固体培养基 从用途方面来看 该培养基属于选择培养基 该除草剂为含氮有机化合物 降解该除草剂的细菌可以以除草剂为氮源 故该培养基中除加入除草剂外 不能再含有其他氮源 以选择出能降解该除草剂的细菌 3 在以该除草剂为唯一氮源的培养基上 不能降解该除草剂的细菌 除具有固氮能力的细菌外 是不能生长的 4 含一定量该除草剂的培养基不透明 形成透明圈是该除草剂被某些细菌降解的结果 5 突变株a的生长依赖于营养物质甲 突变株b的生长依赖于营养物质乙 不添加营养物质甲和乙 二者混合培养时都能生长 最可能的原因是突变株a为突变株b提供了营养物质乙 突变株b为突变株a提供了营养物质甲 1 某小组同学为了调查湖水中细菌的污染情况而进行了实验 实验包括制备培养基 灭菌 接种 培养及菌落观察与计数 请回答与此实验相关的问题 1 培养基中含有的蛋白胨 淀粉分别为细菌培养提供了 和 除此之外 培养基还必须含有的基本成分是 和 2 对培养基进行灭菌 应该采用的方法是 高压蒸汽灭菌 氮源 碳源不作要求 碳源 无机盐 水 3 为了尽快观察到细菌培养的实验结果 应将接种了湖水样品的平板置于 中培养 培养的温度设定在37 要使该实验所得结果可靠 还应该同时在另一平板上接种 作为对照进行实验 4 培养20小时后 观察到平板上有形态和颜色不同的菌落 这说明湖水样品中有 种细菌 一般来说 菌落总数越多 湖水遭受细菌污染的程度越 5 如果提高培养基中nacl的浓度 可以用于筛选耐 细菌 这种培养基被称为 选择培养基 恒温培养箱 无菌水 多 高 盐 或nacl 解析 培养基是供微生物生长 繁殖 代谢的混合养料 从营养角度分析 培养基中一般含有微生物所必需的碳源 氮源 无机盐以及水分等 培养基在使用前要进行彻底的灭菌 多采用高压蒸汽灭菌 通过观察培养基上菌落的多少 可确定湖水细菌污染的程度 含高浓度nacl的培养基可筛选出耐盐的细菌 这种培养基称为选择培养基 微生物的分离与计数 1 微生物的分离 1 微生物的分离原则 人为提供有利于目的菌生长条件 包括营养 温度 ph等 的选择培养基 同时抑制或阻止其他微生物的生长 达到从众多微生物中分离所需要的微生物的目的 2 分离微生物的方法从混合样品中获得某种微生物的方法通常有两种 利用该分离对象对某一营养物质有 嗜好 的原理 专门在培养基中加入该营养物质 从而使它成为一种加富培养基 提醒 从某种意义上讲 加富培养基类似选择培养基 两者区别在于 加富培养基是用来增加所要分离的微生物的数量 使其形成生长优势 从而分离该种微生物 选择培养基一般是抑制不需要的微生物的生长 使所需要的微生物增殖 从而达到分离所需微生物的目的 利用该分离对象对某种抑菌物质的抗性 在混合培养物中加入该抑制物 经培养后 原来占优势的微生物生长受抑制 而分离对象却可乘机大大增殖 在数量上占优势 3 选择培养基及应用实例 培养基中加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌 培养基中加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌 培养基中缺乏氮源时 可以分离固氮微生物 因为非固氮微生物不能在此培养基上生存 当培养基的某种营养成分为特定化学成分时 也具有分离效果 如石油是唯一碳源时 可以抑制不能利用石油的微生物的生长 使能够利用石油的微生物生存 达到分离能消除石油污染的微生物的目的 改变微生物的培养条件 也可以达到分离微生物的目的 如将培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物 2 微生物的计数 1 显微镜直接计数法 原理 利用特定细菌计数板或血细胞计数板 在显微镜下计算一定容积的样品中微生物数量 方法 用计数板直接计数 缺点 一般不能区分死菌与活菌 2 间接计数法 活菌计数法 原理 当样品的稀释度足够高时 培养基表面生长的一个菌落 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 计算公式 每克样品中的菌株数 c v m 其中c代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数 v代表涂布平板时所用的稀释液的体积 ml m代表稀释倍数 操作 设置重复组 增强实验的说服力与准确性 同时为了保证结果准确 一般选择菌落数在30 300的平板进行计数 3 设置对照 目的 排除实验组中非测试因素对实验结果的影响 提高实验结果的可信度 方法 有无杂菌污染的判断 未接种的培养皿中无菌落生长 未被杂菌污染 接种的牛肉膏蛋白胨培养基 选择培养基筛选作用的确认 牛肉膏培养基上的菌落数大于选择培养基上的数目 选择培养基具有筛选作用 提醒 1 为了使结果接近真实值 应设置3个或者3个以上的平板 计算平均菌落数 2 计算时 明显偏离本组其他平板菌落数的要舍弃后再求平均值 3 由于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 因此统计的菌落数往往比活菌的实际数目低 4 即使使用了选择培养基 所得到的微生物也未必全为 目标微生物 因此 常需对选择培养基中菌落做进一步鉴定 3 分解尿素的细菌的分离 1 由于nh3的产生 培养基碱性增强 ph升高 因此可通过检测ph的变化来判断该化学反应是否发生 2 方法 以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂 培养某种细菌 若指示剂变红 则ph升高 说明该种细菌能分解尿素 富集培养是微生物学中最强有力的技术手段之一 主要是指利用不同微生物间生命活动特点的不同 制定环境条件使仅适应该条件的微生物旺盛生长 从而使其在群落中的数量大大增加 人们能够更容易地从自然界中分离到所需的特定微生物 富集条件可根据所需分离的微生物的特点 从物理 化学 生物及综合多个方面进行选择 如温度 ph 紫外线 高压 光照 氧气 营养等许多方面 如图描述了采用富集方法从土壤中分离能降解对羟基苯甲酸的微生物的实验过程 1 本实验所需培养基为 碳源为 2 实验原理是 3 重复培养的目的是 4 的菌落中大部分是降解 的微生物 对羟基苯甲酸 选择培养基 对羟基苯甲酸 利用以对羟基苯甲酸为唯一碳源的选择培养基 经富集培养 选择出能降解对羟基苯甲酸的微生物 增大分解对羟基苯甲酸微生物的比例 5 为 组 为 组 设置 的目的是 6 采用 法 接种到 的培养基中 在操作过程中为防止污染应注意的事项是 解析 富集培养的培养基是一种选择培养基 可用于具有某种代谢特点的微生物 本题就是为了选择出能分解对羟基苯甲酸的微生物 该实验的培养基的碳源为对羟基苯甲酸 全过程包括筛选 扩大培养 纯化 鉴定 接种环在火焰上灼烧灭菌 烧红的接种环在空气中冷却 同时打开皿盖挑取菌种接种到试管中 并塞好棉塞 接种环在火焰上灼烧 杀灭残留物 对照 实验 说明通过富集培养的确得到了欲分离的目标微生物 单细胞挑取 2 下面是探究如何从土壤中分离出自生固氮菌与计数的实验 完成下列问题 实验原理 农田的表层土壤中 自生固氮菌的含量比较多 将用表层土壤制成的稀泥浆 接种到无氮培养基上进行培养 在这种情况下 只有自生固氮菌才能生长繁殖 用这种方法 可以将自生固氮菌与其他细菌分离 材料用具 农田的表层土壤 无氮培养基 牛肉膏蛋白胨培养基 盛有9ml无菌水的试管 无菌吸管 无菌涂布器 无菌培养皿 盛有90ml无菌水的锥形瓶 恒温箱 1 方法步骤 倒平板 分别将无氮培养基 牛肉膏蛋白胨培养基倒平板 应在 操作 酒精灯火焰旁 制备土壤稀释液 取土样10g加入盛有90ml无菌水的锥形瓶中 充分摇匀 用无菌吸管吸取上清液1ml 转至盛有9ml无菌水的试管中 依次稀释到107稀释度 涂布 按照稀释度由107 103的顺序分别吸取0 1ml进行平板涂布 每个稀释度下 无氮培养基应至少涂布 个平板 牛肉膏蛋白胨培养基涂布 个 培养 放入恒温箱内 在28 30 下培养3 4d 细菌的计数 当菌落数目稳定时 选取菌落数在 的平板进行计数 如果测定的平均值为50 则每克样品中的菌落数是 稀释度是105 3 1 30 300 5 107 2 预期结果 相同稀释度下 牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数 选填 多于 或 少于 无氮培养基上的数目 原因是 解析 1 在酒精灯火焰旁倒平板 可以减少杂菌的污染 为了保证结果准确 一般设置3 5个平板 选择菌落数在30 300的平板进行计数 并取平均值 则每克样品中的菌落数为 50 0 1 105 5 107 2 牛肉膏蛋白胨培养基作为对照 以消除无关变量对实验结果的影响 该培养基适合几乎所有细菌生存 所以 它比无氮培养基上的菌落数目多 无氮培养基上只有土壤中的自生固氮菌能生存繁殖 而牛肉膏蛋白胨培养基上几乎允许土壤中所有菌类生存 多于 1 2013 高考江苏卷 某研究小组从有机废水中分离微生物用于废水处理 下列叙述正确的是 a 培养基分装到培养皿后进行灭菌b 转换划线角度后需灼烧接种环再进行划线c 接种后的培养皿须放在光照培养箱中培养d 培养过程中每隔一周观察一次解析 在配制培养基的过程中要先灭菌后倒平板 a错误 转换划线角度后要对接种环进行灼烧灭菌再进行划线 b正确 接种后放置在恒温培养箱中进行培养 c错误 培养过程中一般不超过24h观察一次 d错误 b 2 2012 高考北京卷 高中生物学实验中 在接种时不进行严格无菌操作对实验结果影响最大的一项是 a 将少许干酵母加入到新鲜的葡萄汁中b 将毛霉菌液接种在切成小块的鲜豆腐上c 将转基因植物叶片接种到无菌培养基上d 将土壤浸出液涂布在无菌的选择培养基上解析 生产果酒和腐乳时对无菌的要求不是很高 接种不需要进行严格的无菌操作 土壤浸出液中含有多种杂菌 所以利用选择培养基筛选土壤浸出液中特定微生物时 不进行严格无菌操作也不会影响实验结果 植物组织培养技术成功的关键是无菌条件 若接种时不进行严格无菌操作将可能导致实验失败 故c项符合题意 c 3 2013 高考新课标全国卷 临床使用抗生素前 有时需要做细菌耐药实验 实验时 首先要从病人身上获取少量样本 然后按照一定的实验步骤操作 以确定某致病菌对不同抗生素的敏感性 回答下列问题 1 为了从样本中获取致病菌单菌落 可用 法或 法将样本接种于固体培养基表面 经过选择培养 鉴别等步骤获得 2 取该单菌落适当稀释 用 法接种于固体培养基表面 在37 培养箱中培养24h 使其均匀生长 布满平板 划线 稀释涂布 或涂布 涂布 3 为了检测该致病菌对于抗生素的敏感性 将分别含有a b c d四种抗生素的滤纸片均匀置于该平板上的不同位置 培养一段时间后 含a的滤纸片周围出现透明圈 说明该致病菌对抗生素a 含b的滤纸片周围没有出现透明圈 说明该致病菌对抗生素b 含c的滤纸片周围的透明圈比含a的小 说明 含d的滤纸片周围的透明圈也比含a的小 且透明圈中出现了一个菌落 在排除杂菌污染的情况下 此菌落很可能是抗生素d的 4 根据上述实验结果 为达到抗菌目的 最好选择抗生素 敏感 不敏感 该致病菌对c的敏感性比对a弱 耐药菌 a 解析 1 分离菌落常用稀释涂布平板法或划线涂布法 2 取该单菌落适当稀释 用涂布法接种于固体培养基表面 适宜温度培养 3 含抗生素的滤纸片周围出现透明圈 说明该致病菌对该抗生素有敏感性 周围没有透明圈的说明该抗生素不具有敏感性 透明圈越大的敏感性越强 4 实验结果表明抗生素a对该致病菌的作用最好 4 2013 高考四川卷 普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱 有人将地衣芽孢杆菌的 淀粉酶基因转入酵母菌中 经筛选得到了可高效利用淀粉的工程酵母菌菌种 过程如图甲所示 1 图甲中 过程 需要的酶有 为达到筛选目的 平板内的固体培养基应以 作为唯一碳源 过程需重复几次 目的是 2 某间学尝试过程 的操作 其中一个平板经培养后的菌落分布如图乙所示 该同学的接种方法是 推测该同学接种时可能的操作失误是 进一步筛选纯化获得分解淀粉能力强的酵母菌 限制性核酸内切酶 dna连接酶 淀粉 涂布不均匀 稀释涂布平板法 3 以淀粉为原料 用工程酵母菌和普通酵母菌在相同的适宜条件下密闭发酵 接种 菌的发酵罐需要先排气 其原因是 4 用凝胶色谱法分离 淀粉酶时 在色谱柱中移动速度较慢的蛋白质 相对分子质量较 解析 1 由图甲基因工程操作的基本过程可以看出 为基因工程中基因表达载体的构建过程 需要用到的工具酶有限制性核酸内切酶和dna连接酶 为筛选转基因酵母菌 需对酵母菌进行选择培养 即将酵母菌培养在以淀粉为唯一碳源的培养基中 为提高转基因酵母菌的纯度 需要多次筛选 工程酵母 工程酵母菌分解淀粉产生葡萄糖的能力强 导致酒精发酵产生co2的速率更快 小 2 分离纯化某种菌的常用方法有稀释涂布平板法和平板划线法 由菌落分布情况可以看出 该同学采用的是稀释涂布平板法 且由于涂布不均匀造成了图乙所示现象 3 由于工程酵母菌利用淀粉的能力强 发酵产生酒精和co2的速率较快 故需要先排气 4 利用凝胶色谱法分离蛋白质时 相对分子质量较小的蛋白质由于扩散进入凝胶颗粒内部而被滞留 洗脱所需时间较长 脲酶 红 d 3 步骤x表示