高中生物 专题二 微生物的培养与应用课件 新人教版选修1.ppt

特点 小简低 微生物 病毒细菌放线菌真菌原生动物 原核生物界 原生生物界 真菌界 病毒界 是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称 1 分类 一 微生物 课题1 微生物的实验室培养 专题2微生物的培养与应用 2 病毒 病毒的结构 sars冠状病毒 禽流感病毒 病毒的增殖 细菌的外形与大小 3 细菌 a 球菌b 杆菌c 弧菌常见的细菌三种典型形态 a b c 细菌的结构 芽孢 细菌形成的椭圆形的休眠体 芽孢的壁很厚 对干旱 低温 高温等恶劣的环境有很强的抵抗力 芽孢又小又轻 可以随风飘散 当环境适宜 如温度 水分适宜 的时候 芽孢又可以萌发 形成一个细菌 异养菌 腐生菌寄生菌大部分病原菌 光能自养型 光合细菌化能自养型 硝化细菌 铁细菌 硫细菌 细菌的营养类型 根据细菌所利用的能源和碳源的不同 将细菌分为两大营养类型 自养菌 菌落 单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时 就会形成一个肉眼可见的 具有一定形态结构的子细胞群体 叫做菌落 菌落是鉴定菌种的重要依据 细菌的菌落特征因种而异 菌落 4 放线菌 结构 单细胞原核生物分支状的菌丝 基内菌丝 气生菌丝 2 繁殖 孢子丝 孢子 链霉素 土霉素 四环素 氯霉素 红霉素 庆大霉素 微生物中发现了几千种抗生素 其中2 3是由放线菌产生的 应用 5 真菌 酵母菌 酵母菌和霉菌 青霉 生殖 腐生生活 孢子生殖 6 营养及功能 c h o n p s 五大营养物质 碳源 氮源 生长因子 水 无机盐 微生物化学元素组成 二 培养基 培养基 培养液 是由人工方法配制而成的 专供微生物生长繁殖使用的混合营养液 培养基的类型 2 不同的微生物往往需要采用不同的培养基配方3 不管哪种培养基 一般都含有水 碳源 氮源 无机盐 等营养物质 另外还需要满足微生物生长对ph 特殊营养物质 例如 生长因子 即细菌生长必需 而自身不能合成的化合物 如维生素 某些氨基酸 嘌呤 嘧啶 以及氧气 二氧化碳 渗透压等的要求 碳源氮源生长因子无机盐水 无菌技术 纯化大肠杆菌的实验操作 制备牛肉膏蛋白胨培养基 1 计算根据配方比例 计算出各种成分的用量2 称量准确地称取各种成分3 溶化将成分熔化 并定容到一定体积4 灭菌 培养基 高压蒸汽灭菌 培养皿 干热灭菌 5 倒平板 待培养基冷却到50 左右时 在酒精灯附近倒平板 2d后观察平板 无杂菌污染才可用来接种 注意 平板倒置 使培养基表面水分更好挥发 防止培养皿盖上凝结的水珠落入培养基造成污染 倒平板时不要将培养基溅在皿盖和皿底之间 否则容易引起培养基污染配置固体培养基时 需要加凝固剂 琼脂 倒平板操作 纯化大肠杆菌 平板划线法 通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作 将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面 在数次划线培养后 可以分离到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体 菌落 稀释涂布平板法 将菌液进行一系列的梯度稀释后 将不同稀释度的菌液分别涂布在琼脂固体培养基的表面进行培养 在稀释度足够够的菌液里 聚集在一起的微生物将分散成单个细胞 从而能在培养基表面形成单个菌落温馨提示 涂布平板法所有操作都应在火焰附近进行 平板划线法和稀释涂布平板法都是为了使聚集的菌种分散成单个细胞 以便得到纯化的菌落 温馨提示 1 接种环的灼烧目的 接种前杀死接种环上的微生物 每次划线前 杀死上一次划线残留菌种 使每一次划线菌种来自上一次划线的末端 以便聚集微生物得到稀释 划线结束的灼烧是为了杀死残留菌种 避免污染环境和感染工作者 2 灼烧的接种环冷却才能操作 以免温度太高 杀死菌种 3 第二次以及以后的平板划线操作时 总从上一次划线末端开始划线 使细菌数目随着划线次数增加而逐渐减少 最终得到单个细菌繁殖而来的菌落4 有时候观察不到菌落 菌液浓度大 划线距离短 培养时间长 2 稀释涂布平板的操作方法 4 菌种的保存 接种到固体斜面培养基 菌落长成后置于4 冰箱保存 3 微生物的恒温培养 长期保存 甘油冷冻管藏法 临时保藏 三 结果分析与评价 培养基的制作是否合格如果未接种的培养基在恒温箱中保温1 2d后无菌落生长 说明培养基的制备是成功的 否则需要重新制备 接种操作是否符合无菌要求如果培养基上生长的菌落的颜色 形状 大小基本一致 并符合大肠杆菌菌落的特点 则说明接种操作是符合要求的 如果培养基上出现了其他菌落 则说明接种过程中 无菌操作还未达到要求 需要分析原因 再次练习 是否进行了及时细致的观察与记录培养12h与24h后的大肠杆菌菌落的大小会有明显不同 及时观察记录的同学会发现这一点 并能观察到其他一些细微的变化 代谢类型 光能无机营养 光能自养型 光能有机营养 光能异养型 化能无机营养 化能自养型 化能有机营养 化能异养型 光 光 无机物 有机物 无机物 有机物 无机物 有机物 二氧化碳 二氧化碳及简单有机物 二氧化碳 有机物 大多数已知细菌和全部真核微生物 硝化细菌氢细菌 紫色非硫细菌 蓝细菌绿色硫细菌藻类 一 课题背景 1 尿素的利用 尿素是一种重要的农业氮肥 尿素不能直接被农作物吸收 土壤中的细菌将尿素分解成氨之后才能被植物利用 2 细菌能利用尿素的原因 土壤中的细菌分解尿素是因为它们能合成脲酶 课题2土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 3 常见的分解尿素的微生物 芽孢杆菌 小球菌 假单胞杆菌 克氏杆菌 棒状杆菌 梭状芽孢杆菌 某些真菌和放线菌也能分解尿素 4 课题目的 从土壤中分离出能够分解尿素的细菌 统计每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌 一 研究思路 筛选菌株 统计菌落数目 设置对照 1 实例 pcr技术 启示 寻找目的菌种时要根据它对生存环境的要求 到相应的环境中去寻找 原因 因为热泉温度70 800c 淘汰了绝大多数微生物只有taq细菌被筛选出来 dna多聚酶链式反应是一种在体外将少量dna大量复制 pcr 的技术 此项技术要求使用耐高温 930c 的dna聚合酶 筛选菌株 要分离一种微生物 必须根据该微生物的特点 包括营养 生理 生长条件等 方法 抑制大多数微生物的生长 促进目的菌株的生长结果 培养一定时间后 该菌数量上升 再通过平板稀释等方法对它进行纯化培养分离 2 实验室中微生物的筛选原理 人为提供有利于目的菌株生长的条件 包括营养 温度 ph等 同时抑制或阻止其他微生物生长 3 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数所需培养基 从物理性质看此培养基属于哪类 固体培养基 在此培养基中哪些作为碳源 氮源 碳源 葡萄糖氮源 尿素 培养基的氮源为尿素 只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素 以尿素作为氮源 缺乏脲酶的微生物由于不能分解尿素 缺乏氮源而不能生长发育繁殖 而受到抑制 所以用此培养基就能够选择出分解尿素的微生物 5 培养基选择分解尿素的微生物的原理 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 叫做选择培养基 尿素 尿素 6 怎样证明此培养基具有选择性呢 以尿素为唯一氮源的培养基 牛肉膏蛋白胨培养基 是 分离尿素细菌 判断该培养基有无选择性 只生长尿素细菌 生长多种微生物 是 1 显微镜直接计数 利用血球计数板 血细胞计数板 在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量 统计菌落数目 不能区分死菌与活菌 不适于对运动细菌的计数 需要相对高的细菌浓度 个体小的细菌在显微镜下难以观察 缺点 2 间接计数法 活菌计数法 原理 在稀释度足够高时 微生物在固体培养基上所形成的一个菌落是由一个单细胞繁殖而成的 即一个菌落代表原先的一个单细胞 常用方法 稀释涂布平板法 每克样品中的菌落数 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 说明设置重复组的重要性 在设计实验时 一定要涂布至少3个平板 作为重复组 才能增强实验的说服力与准确性 在分析实验结果时 一定要考虑所设置的重复组的结果是否一致 结果不一致 意味着操作有误 需要重新实验 注意事项 为了保证结果准确 一般选择菌落数在30 300的平板上进行计数 为使结果接近真实值可将同一稀释度加到三个或三个以上的平板中 经涂布 培养计算出菌落平均数 统计的菌落往往比活菌的实际数目低 计算公式 每克样品中的菌株数 c v m 某同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均数为234 那么每克样品中的菌落数是 涂布平板时所用稀释液的体积为0 1ml a 2 34 108b 2 34 109c 234d 23 4 b 三 设置对照 判断培养基中是否有杂菌污染 将未接种的培养基同时进行培养 判断选择培养基是否具有筛选作用 完全培养基 营养成分齐全 接种后培养观察菌落数目 主要目的是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 实例 在做分解尿素的细菌的筛选与统计菌落数目的实验时 a同学从对应的106倍稀释的培养基中筛选出大约150个菌落 但是其他同学在同样的稀释度下只选择出大约50个菌落 分析其原因 原因 土样不同 培养基污染或操作失误 或者是混入了其他的含氮物质 小结 通过这个事例可以看出 实验结果要有说服力 对照的设置是必不可少的 方案一 由其他同学用与a同学相同土样进行实验 方案二 将a同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养 作为空白对照 以证明培养基是否受到污染 结果预测 如果结果与a同学一致 则证明a无误 如果结果不同 则证明a同学存在操作失误或培养基的配制有问题 实验设计 从肥沃 酸碱度接近中性的湿润土壤中取样 先铲去表层土3cm左右 再取样 将样品装入事先准备好的信封中 微生物的天然培养基 一 土壤取样 数量最大 种类最多 大约70 90 是细菌 取土样用的小铁铲和盛土样的的信封在使用前都要灭菌 二 制备培养基 由于初次实验 对于稀释的范围没有把握 因此选择了一个较为宽泛的范围 稀释倍数为103 107 准备牛肉膏蛋白胨培养基和选择培养基 每个稀释度下需要3个选择培养基 1个牛肉膏蛋白胨培养基 还需要8个灭菌试管和1个灭菌移液管 将稀释相同倍数的菌液 在牛肉膏蛋白胨培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的数目 因此 牛肉膏蛋白胨培养基可以作为对照 用来判断选择培养基是否起到了选择作用 应在火焰旁称取土壤10g 在稀释土壤溶液的过程中 每一步都要在火焰旁进行 分离不同的微生物采用不同的稀释度原因 不同微生物在土壤中含量不同目的 保证获得菌落数在30 300之间 适于计数的平板 三 样品的稀释 问题 为什么分离不同的微生物要采用不同的稀释度 测定土壤中细菌的总量和测定土壤中能分解尿素的细菌的数量 选用的稀释范围相同吗 原因 土壤中各类微生物的数量 单位 株 kg 是不同的 例如在干旱土壤中的上层样本中 好氧及兼性厌氧细菌数约为2185万 放线菌数约为477万 霉菌数约为23 1万 结论 为获得不同类型的微生物 就需要按不同的稀释度进行分离 同时还应当有针对性地提供选择培养的条件 取样涂布 实验时要对培养皿作好标记 注明培养基类型 培养时间 稀释度 培养物等 如果得到了2个或2个以上菌落数目在30 300的平板 则说明稀释操作比较成功 并能够进行菌落的计数 如果同一稀释倍数的三个重复的菌落数相差较大 表明试验不精确 需要重新实验 微生物的培养与观察 在菌落计数时 每隔24h统计一次菌落数目 选取菌落数目稳定时的记录作为结果 以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目 培养不同微生物往往需要不同培养温度 细菌 30 37 培养1 2d放线菌 25 28 培养5 7d霉菌 25 28 的温度下培养3 4d 微生物的培养与观察 操作提示 一 无菌操作1 取土用的小铁铲的盛土样的信封在使用前都需要灭菌 2 应在火焰旁称取土壤 在火焰附近将称好的土样倒入锥形瓶中 塞好棉塞 3 在稀释土壤溶液的过程中 每一步都要在火焰旁操作 二 做好标记注明培养基种类 培养日期 平板培养样品的稀释度等 三 规划时间 三 四 结果分析与评价1 通过对照实验 若培养物有杂菌污染 菌落数偏高 若培养物混入其他氮源 则菌落形态多样 菌落数偏高 难以选择出分解尿素的微生物 2 提示 选择每个平板上长有30 300个菌落的稀释倍计算每克样品的菌数最合适 同一稀释倍数的三个重复的菌落数不能相差悬殊 如相差较大 表示实验不精确 1 在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂 培养某种细菌后 如果ph升高 指示剂将变红 说明该细菌能够分解尿素 2 测定饮水中大肠杆菌数量的方法是将一定体积的水用细菌过滤器过滤后 将滤膜放到伊红 美蓝培养基上培养 大肠杆菌菌落呈现黑色 通过记算得出水样中大肠杆菌的数量 五 课外延伸 co nh2 2 h2oco2 2nh3 脲酶 ph升高指示剂 酚红 将变红 大肠杆菌呈深紫色 中心有或无金属光泽 大肠杆菌在伊红美蓝琼脂 emb 上典型特征 课题3分解纤维素的微生物的分离 专题2微生物的培养与应用 1 简述纤维素酶的组成及作用 说出刚果红染色法及其原理 重点 2 从土壤中分离出分解纤维素的微生物的方法 重 难点 纤维素 一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物 是地球上含量最丰富的多糖类物质 植物的根 茎 叶等器官都含有大量的纤维素 其中棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物 农作物秸秆中富含大量的纤维素 但被人类利用的机会少 效率低 课题背景 植物每年产生的纤维素超过70亿吨 其中40 60 能被土壤中某些微生物分解利用 这是因为它们能够产生纤维素酶 对这些微生物的研究与应用 使人类能够利用秸秆等废弃物生产酒精 用纤维素酶处理服装面料等 如何分离土壤中分解纤维素的微生物呢 其消化道内 共生有分解纤维素的微生物 能产生纤维素酶而分解纤维素 人没有分解纤维素的能力 植食性动物是怎样消化食物中纤维素的 纤维素与纤维素酶 1 纤维素 多糖 高分子化合物 基本单位 葡萄糖 一 基础知识 土壤中某些微生物能够产生纤维素酶 把纤维素分解为葡萄糖 然后再利用 许多商品纤维素都是由天然纤维素制得的 如水溶性的羟甲基纤维素钠 cmc na 不溶于水的微晶纤维素 avicel 等 纤维素酶是一种复合酶 一般认为它至少包括三种组分 即c1酶 外切酶 cx酶 内切酶 和葡萄糖苷酶 前两种酶使纤维素分解成纤维二糖 第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖 2 纤维素酶 1 组成 2 作用 一种复合酶 c1酶 cx酶和葡萄糖苷酶 取二支20ml的试管 实验 纤维素酶分解纤维素的实验 各加入一张1cm 6cm的滤纸条 各加入ph4 8 物质的量浓度为0 1mol l的醋酸 醋酸钠缓冲液11ml和10ml 甲乙 在乙试管中加入1ml纤维素酶 两支试管固定在锥形瓶中 放在140r min的摇床上振荡1h 结果 乙试管的滤纸条消失 讨论 自变量 因变量 无关变量 乙试管的滤纸条为什么会消失 甲试管的作用是什么 自变量 纤维素酶的有无自变量的控制 乙试管 1ml纤维素酶溶液甲试管 等量的缓冲液 不能加蒸馏水 会影响溶液的ph 刚果红染色法 二 纤维素分解菌的筛选 2 原理 1 方法 即 可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌 刚果红能与纤维素形成红色复合物 而与水解后的纤维二糖和葡萄糖不发生这种反应 红色复合物 红色消失 出现透明圈 四种纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明圈 选择培养基中通过颜色反应直接对微生物进行筛选 不同菌落的透明圈大小不同 可以说明微生物产生纤维素酶能力的大小 不同菌落的透明圈大小不同可以说明什么问题 二 纤维素分解菌的筛选 四种纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明圈 透明圈的应用 筛选具有某种特定功能 如分泌某种酶 的微生物 目的菌 在长出菌落的培养基上 覆盖质量浓度为1mg ml的刚果红 简称cr 溶液 10 15min后 倒去cr溶液 加入物质的量浓度为1mol l的nacl溶液 15min后倒掉nacl溶液 此时 产生纤维素酶的菌落周围将出现透明圈 先培养微生物 再加入刚果红进行颜色反应 方法1 3 操作 nacl溶液作用 漂洗作用 洗去与纤维素结合不牢的刚果红 以免出现的透明圈不够清晰 先培养微生物 再加入刚果红进行颜色反应 方法1 3 操作 在倒平板时就加入刚果红 方法2 配制质量浓度为10mg ml的刚果红 cr 溶液 灭菌后 按照每200ml培养基加入1ml的比例加入cr溶液 混匀后倒平板 等培养基上长出菌落后 产生纤维素酶的菌落周围将会出现明显的透明圈 nacl溶液作用 漂洗作用 洗去与纤维素结合不牢的刚果红 以免出现的透明圈不够清晰 在倒平板时就加入刚果红 先培养微生物 再加入刚果红进行颜色反应 方法1 方法2 3 操作 颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用 操作繁琐 刚果红会使菌落之间发生混杂 操作简便 不存在菌落混杂问题 1 产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈 2 有些微生物能降解色素 形成明显的透明圈 这两种方法各有哪些优点与不足 nacl溶液作用 漂洗作用 洗去与纤维素结合不牢的刚果红 以免出现的透明圈不够清晰 二 实验设计 1 分布环境 1 土壤取样 富含纤维素的环境中 生物与环境的互相依存关系 在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的含量相对提高 因此从这种土壤中获得目的微生物的几率要高于普通环境 2 原因 二 实验设计 取样的环境是怎样的 作出这种选择的理由是什么 纤维素分解菌大多分布在富含纤维素的环境中 因此 选择纤维素丰富的环境 如树林中多年落叶形成的腐殖土 多年积累的枯枝败叶等等 如果找不到合适的环境 可以将滤纸埋在土壤中 将滤纸埋在土壤中有什么作用 你认为滤纸应该埋在土壤中多深 将滤纸埋在土壤中 能使纤维素分解菌相对集中 实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境 一般应将滤纸埋于深约10cm左右的土壤中 1 土壤取样 2 选择培养 增加纤维素分解菌的浓度 以确保能够从样品中分离所需要的微生物 1 目的 思考 用什么方法选择 纤维素分解菌的选择培养基 碳源 能源 无机盐 生长因子 碳源 氮源 氮源 生长因子 a 旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基 为什么 是液体培养基 原因是配方中无凝固剂 琼脂 b 这个培养基对微生物是否具有选择作用 如果具有 是如何进行选择的 有选择作用 以纤维素粉作为主要碳源 只有能分解纤维素的微生物可以大量繁殖 c 你能否设计一个对照实验 说明选择培养基的作用 自变量为培养基的种类 即普通培养基和选择培养基 可用牛肉膏蛋白胨培养基与之对照 或者将纤维素粉改为葡萄糖 2 制备选择培养基 酵母膏 是以新鲜酵母乳液经酶解 分离 浓缩得到的一种棕黄色可溶性膏状 酵母浸膏 或浅黄色粉状 酵母浸粉 纯天然制品 富含蛋白质 必需氨基酸及b族维生素 核甘酸 微量元素等 主要作用是补充氮源和提供生长因子 水解酪素 即水解酪蛋白 酪蛋白水解后得到的白色或浅黄粉末 易溶于水 极易潮解 具有酱香味 氨基酸种类齐全 因此常用于制备培养基 主要作用是提供氮源和生长因子 纤维素粉 主要碳源 液体培养基 选择培养基 对照实验 牛肉膏蛋白胨培养基 碳源 纤维素粉 葡萄糖 3 操作 将土样加入装有30ml选择培养基的锥形瓶中 将锥形瓶固定在摇床上 在一定温度下震荡培养1 2天 直至培养液变浑浊 也可重复选择培养 2 制备选择培养基 能分解纤维素的微生物可以大量繁殖 为什么 微生物大量繁殖 在选择培养的条件下 可以使那些能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖 而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制 因此可以起到 浓缩 的作用 为什么选择培养能够 浓缩 所需的微生物 注意 该步骤也可省略 但纤维素分解菌较少 按照课题1的稀释操作方法 将选择培养后的培养基进行等比稀释101 107倍 3 梯度稀释 此培养基为固体培养基 在其中加入刚果红可形成以纤维素分解菌为中心的透明圈 据此可筛选到纤维素分解菌 水溶性羧甲基纤维素钠 4 将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 1 制备鉴别培养基 碳源 碳源 氮源 生长因子 无机盐 凝固剂 碳源 生长因子 4 将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 cmc na 纤维素钠 主要碳源 固体培养基 鉴别培养基 加入刚果红 前置染色法 后置染色法 出现透明圈 鉴别与筛选纤维素分解菌 将稀释度为104 106的菌悬液各取0 1ml涂布到平板培养基上 30 倒置培养 2 涂布平板 1 制备鉴别培养基 5 挑取产生明显的透明圈的菌落 即为分解纤维素的菌落 纯化培养 纤维素分解菌 液体培养基 固体培养基 纤维素 cmc na 使纤维素分解菌迅速增殖 鉴别与筛选纤维素分解菌 选择培养基与鉴别培养基比较 土壤取样 选择培养 梯度稀释 将样品涂布到鉴别培养基 挑选菌落 产生明显的透明圈 什么样的环境取样 培养的目的 选择培养基的特点 鉴别培养基的特点 如何鉴别 原因 微生物对生存环境的要求 到相应环境中去找 目的 增加纤维素分解菌的浓度 以确保能够从样品中分离到所需要的微生物 刚果红染色法 二 实验设计 小结 思考 本实