微生物的生长

微生物的生长微生物的生长 教案教案 第第 2 节节 微生物的营养 代谢和生长微生物的营养 代谢和生长 微生物的生长微生物的生长 教学设计教学设计 教学目标教学目标 知识目标知识目标 1 微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用 理解 2 测定微生物群体生长的方法 识记 3 度 pH 和氧等因素对微生物生长的影响 理解 能力目标能力目标 1 通过细菌生长曲线的学习 提高学生的的图表对比分析能力 2 通过细菌生长曲线与种群生长曲线的对比 培养学生归纳与演绎的能力 情感态度与价值观情感态度与价值观 通过微生物的一般生长规律与种群的生长规律的对比 培养学生正确看待一般问 题与特殊问题 个性与共性的关系 教学重点教学重点 1 微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用 2 温度 pH 和氧等因素对微生物生长的影响 教学难点教学难点 微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用 教学设计教学设计 导入新课导入新课 前面 我们已经学习了微生物的营养与代谢 知道了微生物需要不断从外界吸收 营养物质 通过代谢 获取能量并合成自身的组成物质 以维持自身正常的生命活动 那么 从代谢的角度来看 当同化作用大于异化作用时 微生物将表现出怎样的特征 学生回答 生长的现象 那么什么是微生物的生长呢 我们一般是如何来研究微生物的生长的呢 这就是本节课我们所要学习的内容 微生物的生长 推进新课推进新课 微生物的生长包括微生物细胞体积的扩大与细胞数目的增多 由于大多数微 生物细胞体积较小 个体质量较轻 微生物的个体生长不易观察 同时由于微生物繁 殖速度一般较快 因而通常以微生物的群体为单位来研究微生物的生长 那么 微生物的群体生长会具有怎样的特征呢 群体生长状况是否具有一定 的规律 假如有的话 这是怎样一种规律 研究这一规律具有怎样的现实意义呢 接 下来我们一起来学习 学习目标一 微生物群体生长规律学习目标一 微生物群体生长规律 教师分析 由于在自然环境下微生物群体生长受到非生物影响 种内关系 种间关系等多种因素的综合影响其群体生长的状况多变而复杂 往往难以描述 因而 从实际工作的角度出发 微生物的群体生长状况的研究一般是置于人工控制的条件下 进行的 那么 我们如何来描述 细菌的生长曲线呢 师生共同总结 从细菌接种到培养基中开始到培养基中的细菌群体死亡的动 态变化 可以分为调整期 对数期 稳定期 衰亡期四个重要时期 教师强调 微生物的群体生长曲线是种群内个体生长的一个频率统计 反应 的是微生物种群概念上的数量变化特征 因而并非是该时期的所有个体均具有相应的 特征 教师设置问题情景 引导学生思考 细菌生长曲线是运用数学模型研究群体 生长规律的一种方法 那么 我们一般是按怎样的标准来划分各区段的 具体而言 不同区段究竟蕴涵了怎样的生物学含义呢 师生互动 教师利用投影 呈示下述表格 使学生明确需要研究的问题 1 调整期 细菌刚被接种到培养基上时 对新环境有一个短暂的调整或适应的过程 一般不 立即进行分离的情景 同时反映细菌的形态结构等特征 教师对调整期的时间 群体 生长速率 细胞的形态结构与生理特征 实践意义等方面的问题总结如下 时间 从细菌刚被接种到培养基上开始 到细菌开始进入快速分裂为止 生长速率 几乎为零 细胞数目几乎不变 细胞的形态结构 细菌细胞体积增长较快 细胞的生理特点 细菌代谢活跃 是合成初级代谢产物量最多的时期 细菌细 胞内大量合成细胞分裂所需的酶 ATP 及其他细胞成分 为下一阶段的细胞分裂作准备 影响该阶段长短的相关因素 菌种 若把对数期的菌种接种到培养基上时 可相对缩短调整期 若把稳定期 或其他时期的菌种接种到培养基上时 则调整期相对较长 培养基 若培养基的理化性质与原先菌种的培养基比较相似 则调整期时间较 短 若培养基的理化性质与原先菌种的培养基相差比较大 则调整期时间较长 2 对数期 学生分析观察 讨论 时间 教师提问 我们一般把哪一个阶段称为细菌群体生长的对数期呢 学生回答 从细菌开始快速分裂开始 到培养基中细菌的群体数目不再增加 保 持动态稳定为止 生长速率 教师提问 在细菌群体生长的对数期阶段 群体生长速率具有怎样的特征 学生回答 速率最快 细胞数目以几何级数增加 可以用 Bn 总 Bn 2 来描述 细胞的形态结构 教师提问 那么 大多数细菌的细胞在这一阶段具有怎样的形态结构与生理特征 呢 学生回答 形态特征最为稳定 细菌生理特征比较稳定 代谢旺盛 细菌细胞内 各种组分 特别是核糖体数量剧增 此阶段的代谢容易受到周围环境条件的影响 影响阶段长短的相关因素 教师提问 影响这一阶段时间长短的相关因素有哪些呢 学生主要从以下几方面展开讨论 菌种 该种细菌的遗传特性 培养基 培养基的各种理化性质 如培养基化学成分与 PH T 氧气 是否适宜 温度 温度通过影响酶活性来影响微生物的新陈代谢速率 从而影响对数期的 长短 造成该阶段特征的主要原因 学生讨论 略 教师提问 从生态学角度来看 造成细菌群体生长的对数期的主要原因有哪些呢 学生讨论 略 总结 培养基中营养物质充分 空间充裕 种内斗争不剧烈 培养基中的 PH T 氧气等条件适宜 微生物新陈代谢旺盛 能量供应充足 培养基中一些有害的代谢产 物尚未开始积累 微生物种群的出生率大于死亡率 种群密度增加 实践意义 教师讲述 这一阶段在生产实践上具有相当重要的意义 例如控制对数期 那么 为何要在生产过程中根据生产实际需要 控制微生物群体生长的对数期呢 学生讨论 略 教师分析 以酵母菌发酵产生酒精而言 如果对数期过长 营养物质量消耗过多 会导致下一个阶段微生物积累的代谢产物减少 如果对数期过短 培养基中的菌体数 目比较少 也会导致下一个阶段微生物积累的代谢产物减少 3 稳定期 学生通过对信息的观察 分析与讨论 对稳定期的时间 群体生长速率 细胞的 形态结构与生理特征等方面的问题总结如下 时间 从培养基中细菌的群体数目不再增加 保持动态稳定开始 到培养基中 细菌群体数目开始减少为止 生长速率 分裂速率相对对数期下降 死亡速率上升 细胞数目动态平衡 活 细菌数目达到最高峰 细胞的形态结构 某些产芽孢细菌在这个时期开始产生芽孢 细胞的生理特点 细菌细胞内开始大量积累代谢产物 特别是次级代谢产物 影响该阶段长短的相关因素 菌种 培养基理化性质 温度等因素 造成原因 培养基中营养物质在对数期被大量消耗 同时由于培养基中细菌的种群数目达 到最你 大 种内斗争剧烈 导致个体死亡率上升 出生率下降 因为微生物长时间代谢 导致培养基中的 PH T 氧气等理化性质发生改变 微 生物新陈代谢速率下降 能量供应不足 细菌细胞生长 分裂速度下降 培养基中一些有害的代谢产物开始积累 影响微生物生长 实践意义 延长稳定期 教师提问 为什么延长稳定期可以提高发酵工程的产量呢 生产中该如何来进行 合理控制 以延长稳定期呢 学生小组讨论后 总结 进入稳定期以后 包括抗生素在内的多种次级代谢产 物开始大量积累 如果适时补充营养物质 排出有害的代谢产物 则可延长稳定期 提高代谢产物的产量 延长稳定期的方法有很多 其中微生物的连续培养是一种比 较常用的办法 在稳定期后 细菌群体生长将进入什么时期呢 4 衰亡期 教师提问 什么叫衰亡期 学生回答 在稳定期之后 随着培养的继续进行 细菌群体的死亡速率大于繁殖 速率 培养基中细菌群体的数目开始急剧下降 这一阶段称为衰亡期 教师提问 该时期的微生物群体 微生物细胞个体有怎样的特点 在生产实践中 有何应用价值 学生总结 时间 从培养基中细菌的群体数据急剧减少开始 到培养基中细菌种群消亡为止 生长速率 死亡速率超过繁殖速率 导致培养基中细菌群体的活细胞数目不断下 降 细胞的形态结构 细胞出现了多种形态 甚至畸形 细胞的生理特点 有些细菌开始解体 释放出代谢产物 影响该阶段长短的相关因素 1 菌种 产芽孢的细菌其芽孢比代谢活跃的营养细胞 更易于存活 2 培养基梨花性质 温度等因素 造成该阶段特征的原因 1 培养基中营养物质进一步被大量消耗 同时由于培养 基中细菌的种内斗争进一步加剧 导致个体死亡率急剧上升 出生率急剧下降 2 因为微生物长时间代谢 导致培养基中的 PH T 氧气等理化性质发生改变 微 生物 微生物新陈代谢速率下降 能量供应不足 细菌细胞生长 分裂速度下降 3 随着部分细菌细胞的裂解 培养基中一些有害的代谢产物大量累积 影响微生 物生长 实践意义 延长衰亡期 通过补充营养和能源 中和环境毒性 可以减缓细胞死亡速率 延长细菌群体的 存活时间 学习目标二 学习目标二 微生物群体生长规律的应用微生物群体生长规律的应用 1 酒精生产中 设法缩短调整期 控制对数期 以便在短时间内获得最大的 产量 2 医学上 要通过细菌染色来鉴定细菌 通常采用对数期的菌体 因为这一 阶段的细菌细胞生理特征最稳定 3 工业上产生酵母 通常在稳定期收集菌体 因为这一时期菌体数目最大 学习目标三 影响微生物生长的环境因素学习目标三 影响微生物生长的环境因素 1 温度 微生物生长最旺盛时的温度叫最适生长温度 在最适生长温度范围内 微生物的生长速率随温度的上升而加快 超过最适 生长温度后 微生物的生长速率会急剧下降 这是由于细胞内的蛋白质和核酸等发生 了不可逆的破坏 2 pH 超过最适 pH 范围以后 会影响酶的活性 细胞膜的稳定性等 从而影响微生 物对营养物质的吸收等 多数细菌的最适 pH 为 6 5 7 5 真菌的最适 pH 为 5 0 6 0 3 氧 环境中氧含量的状况 对不同代谢类型的微生物群体的生长 具有不同的影 响 按照微生物对氧含量的要求可分为好氧型微生物 厌氧型微生物和兼性厌氧 微生物 反馈练习反馈练习 1 2004 广东生物 将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中 并置于适 宜的条件下培养 定期取样统计细菌的数目 如果以时间为横坐标 以细菌数目的对 数为纵坐标作图 可以得到细菌的生长曲线 曲线中 细菌数量变化较大的时期为 A 衰亡期和调整期 B 调整期和稳定期 C 对数期和衰亡期 D 稳定期和对数期 2 2005北京春理综 将酵母分为 a b c d 四组 用不同的方式培养 其种 群增长曲线如图所示 请据图回答下列问题 1 a 呈现 型增长 该种群的生长在20h 之前处于 期 20h 40h 处于 期 2 d 呈现 型增长 在100h 200h d 的增长率趋于 若在现 有条件下继续培养 其种