第09讲微生物的培养和分离-备战2023年高考生物核心考点讲练

专题五生物技术与工程第09讲微生物的培养和筛选【学习目标】1.通过比较各种培养基的组成和功能，建立起辩证统一的观念和生命的物质性观念；2.通过设计实验探究微生物培养的条件及如何分离某种微生物等，培养分析与综合、比较与分类、科学探究等能力。【学习过程】探究点1影印平板法【情境引领】影印平板法是一种能达到在一系列培养皿的相同位置上出现相同遗传型菌落的接种培养方法。基本过程是：把长有菌落的母种培养皿倒置于包有一层灭菌丝绒布的木质圆柱体(直径略小于培养皿平板)上，使其均匀地沾满来自母种培养皿平板上的菌落，然后通过这一“印章”把此平板上的菌落“真实地”一一接种到不同的其他平板上。如图是科研人员利用“影印法”筛选天冬氨酸缺陷型菌株的部分过程(注：基本培养基中不含氨基酸，完全培养基中含所有种类的氨基酸)。【教材追根】1.微生物生长需要的基本营养物质有水、碳源和__________________，制备图中的培养基一般还需要加入________作凝固剂。2.制备图中培养基的基本步骤一般包括：计算→_______________________，若需调节pH值应该在灭菌之____________(填“前”或“后”)。培养基的灭菌方法一般为________________。①接种时，必需使用的工具是________；待测培养皿中的培养基是________(填“基本”或“完全”)培养基。②是将印在同一块丝绒布上的菌落，先后转印至两个不同的平板上。该过程应该先转印到________培养基上，原因是______________________________________。②，完全培养基上出现的菌落A和菌落B中，不可能含天冬氨酸缺陷型菌株的是________菌落。为了进一步鉴定筛选到的菌株确实是天冬氨酸缺陷型菌株，科研人员又制备了甲、乙两个平板，这两个平板培养基中营养成分的差异是____________________。6.下列对上述“影印法”筛选天冬氨酸缺陷型菌株过程的叙述，正确的有________(不定项)。①接种前还需对菌液进行梯度稀释，每次接种时取菌液0.1mL①、②中菌落培养时应将平板倒置并放在28℃恒温培养箱中②丝绒布在两个培养基上覆盖的方向和角度可不必相同7.将筛选出的氨基酸缺陷型菌株转接在斜面上进行低温保存，操作简单且无需特殊设备，但具有保存时间不长、__________、__________等缺点。8.统计菌落数时要每隔24h观察计数一次，直到菌落数目稳定，以防止培养时间不足导致遗漏，若培养时间太长将导致__________，影响计数。【评价检测】1.(单选)野生型大肠杆菌菌株能在基本培养基上生长，氨基酸营养缺陷型菌株由于发生基因突变而无法合成某种氨基酸，只能在完全培养基上生长，如图为纯化某氨基酸营养缺陷型突变株的部分流程图，数字代表培养基，A、B、C表示操作步骤。错误的是A.①②④为完全培养基，③为基本培养基②表面D.经C过程原位影印及培养后，可从④中挑取D菌落进行纯化培养2.(不定项)营养缺陷型菌株是指缺乏合成某些营养物质(如氨基酸、维生素)的能力，必须在基本培养基中补充特殊营养物质才能正常生长的一类菌株，可自然产生或人工诱导获得。用一定方法诱变大肠杆菌并将其接种到甲培养基上，一段时间后将菌落影印接种(不改变菌落位置)到乙、丙两培养基中，进一步培养一段时间可筛选出营养缺陷型菌株，结果如图所示。错误的是B.甲、丙两种培养基中均添加了特殊营养物质3.下列是筛选抗链霉素大肠杆菌的实验步骤及相关图解。实验步骤：①把大量对链霉素敏感的大肠杆菌接种在不含链霉素的培养基1的表面，进行培养。②待其长出密集的小菌落后，用影印法接种到不含链霉素的培养基2上，随即再影印到含有链霉素的培养基3上，进行培养。③在培养基3上出现了个别抗链霉素的菌落，将其挑选出。(1)配制培养基时除了满足基本的营养条件外，还需满足微生物生长对特殊营养物质、_____、______的要求。(2)若在培养基中加入伊红美蓝，则培养皿中长出的菌落颜色为________。由图可知，1号培养基接种的方法为____________________。(3)对培养基2和3进行比较，在培养基2上找到与3上相应的菌落，挑取其中一个菌落接种到________(填“含链霉素”或“不含链霉素”)的培养基上，如果有较多的菌落出现，则说明该抗性基因突变发生在该菌接触链霉素之________(填“前”或“后”)。(4)培养基3中的菌落比1、2中的菌落少很多，这说明基因突变具有________的特点。探究点2三糖铁培养基【情境引领】三糖铁培养基是一种细菌培养基，主要是用来鉴别沙门氏与\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"志贺氏菌属等肠道杆菌。主要成分：有牛肉膏、蛋白胨、葡萄糖、乳糖、\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"硫酸亚铁、氯化钠、\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"硫代硫酸钠、酚红、琼脂、蒸馏水等。如同时含1%\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"蔗糖，即成三糖铁培养基。主要成分的作用如下：①本培养基用以观察细菌对糖的分解能力及是否产生硫化氢，可初步鉴别\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"细菌的类属。\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"大肠杆菌能分解乳糖和葡萄糖而产酸产气，使斜面与底层均呈黄色、且底层有气泡。\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"伤寒杆菌、\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"痢疾杆菌只能发酵葡萄糖而不分解乳糖，分解葡萄糖产酸使pH降低。斜面和底层先都呈黄色，但因葡萄糖含量较少，所生成少量的酸可因接触空气而氧化，并因细菌生长繁殖较盛，分解氨基酸产生的碱性物质较多，致使斜面部分又变成红色；底层由于是在缺氧状态下，细菌分解葡萄糖所生成的酸类暂时不被氧化而仍保持黄色。②细菌若分解\t"/item/%E4%B8%89%E7%B3%96%E9%93%81%E5%9F%B9%E5%85%BB%E5%9F%BA/_blank"含硫氨基酸产生硫化氢，则与培养基中硫酸亚铁化合成黑色的硫化亚铁。③硫代硫酸钠能防止硫化氢被氧化，而影响硫化亚铁的形成。④酚红为指示剂，酸性时呈黄色，碱性时呈红色。⑤若细菌具有动力，可在底层穿刺线四周出现扩散生长现象，无动力的细菌则仅在穿刺线上生长【教材追根】1.该培养基按成分分类，属于_________(“天然”或“合成”)培养基，培养基在接种微生物前，必须先进行_________灭菌。2.培养基常用葡萄糖作为碳源，进入细菌体内的葡萄糖的主要作用有哪些？(答出两点即可)。2PO4和Na2HPO4，其作用有哪些？(答出两点即可)4.制备实验所需的培养基时，在各成分都溶化后、分装前，要进行的是_________和灭菌，对培养基进行灭菌的常用方法是_________。倒平板时要待平板冷凝后，将平板倒置，其主要目的是___________________________。5.为检验培养基及培养皿灭菌是否合格，可采取的措施是______________________。①接种过程中尽量使细胞分散开来，如_____________________。②运用选择培养基的作用特点，在培养基中添加___________，抑制_________，促进所需微生物的生长。7.该小组采用平板划线法分离水样中的细菌，操作时，接种环通过_______灭菌。在第二次及以后的划线时，总是从上一次划线的末端开始划线。这样做的目的是什么？8.一位同学在纯化土壤中的细菌时，发现培养基上的菌落连成一片，最可能的原因是________________，应当怎样操作才可以避免此种现象？【评价检测】1.(单选)三糖铁培养基(TSI)含有牛肉膏、蛋白胨、糖类(乳糖、蔗糖和葡萄糖的比例为10:10:1)、酚红(在酸性条件下呈黄色、碱性条件下呈红色)等成分。TSI琼脂试验法通过观察肠杆菌科细菌对三种糖的分解产生酸(少量的酸能被空气缓慢氧化)量的多少来鉴别其种类。操作过程是:用接种针挑取待测菌落后，刺入斜面TSI内，后缓慢抽出接种针，在斜面上进行“之”字划线。错误的是B.穿刺和划线的过程需严格控制杂菌污染C.若培养基中底层与斜面均呈黄色，推测细菌只能分解乳糖D.若底层呈黄色、斜面先呈黄色后变红，推测细菌可能只分解葡萄糖2.(不定项)含硫蛋白质在某些微生物的作用下产生硫化氢导致生活污水发臭，硫化氢可以与硫酸亚铁铵结合形成黑色沉淀。为探究发臭水体中甲、乙菌是否产生硫化氢及两种菌的运动能力，用穿刺接种的方法分别将两种菌接种在含有硫酸亚铁铵的培养基上进行培养，如图所示。若两种菌繁殖速度相等。正确的是探究点3传统发酵技术【情境引领】资料1：某小组利用塑料饮水杯、充氧泵、空气过滤器、回旋式单向阀硅胶管等材料制作的一种新型的果酒、果醋两用发酵装置，如图。资料2：下图是泡菜制作过程流程图【教材追根】1.制作果酒和果醋利用的微生物分别是________________。2.图中________和不锈钢气泡石能为发酵罐中的培养液进行充氧操作，________能为通入的空气进行无菌过滤，从而对发酵罐中的培养液实现无菌换气。3.酿制果酒时一般将温度控制在________℃，图示装置一般要先通气后紧闭软管夹，通气的目的是____________________.4.若要检测果汁发酵后是否有酒精产生，可从出料口取2mL发酵液加入试管，再滴加0.5mL________溶液，观察是否呈现________色。5.图中排气构件由回旋式单向阀通过硅胶塞连接于排气口而成，使用前先在单向阀内装入约1/3体积冷却的开水，这样处理的主要好处有哪些？(至少答两点)6.泡菜制作过程中主要利用的菌种是乳酸菌，该菌的新陈代谢类型是______________，用于制作泡菜的主要原理可用反应式表示为_____________________。7.在发酵初期，发酵容器中可能存在酵母菌等杂菌，它们与乳酸菌的关系是______________。制作过程中需将盐水煮沸后冷却使用，原因是什么？8.研究发现：经葡萄里面的糖分自然发酵而成的酒精，一般在10%～13%为最佳，发酵时的温度和时间会影响果酒发酵产生酒精的含量。为了找到适合生产的最佳发酵温度和时间。请你设计出探究的思路。【评价检测】1.(单选)据《周礼》记载酸菜又称为“菹”，汉代刘熙《释名·释饮食》解释道：“菹，阻也，生酿之，遂使阻于寒温之间，不得烂也。”这就是我国古代劳动人民发明的保藏蔬菜使其不坏的一种方法—腌藏法。错误的是A.“生酿之”指的是将新鲜的蔬菜和合适的材料，制作成酸菜B.“遂使阻于寒温之间”保持适宜温度，有利于微生物的发酵C.食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成某些细菌大量繁殖D.发酵过程中适量氧气和产酸的环境，有助于酸菜“不得烂也”2.(不定项)北魏农学巨著《齐民要术》记载了许多古人在实际生产中积累的经验，也蕴藏着众多生物学知识。请阅读表格中的古籍原文，判断以下相关叙述，正确的是工艺名称古籍原文酿酒技术浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷制醋技术大率酒一斗，用水三斗，合瓮盛，置日中曝之。七日后当臭，衣生，勿得怪也，但停置，勿移动，挠搅之。数十日，醋成泡菜制作技术作盐水，令极咸，于盐水中洗菜，即内瓮中。其洗菜盐水，澄取清者，泻著瓮中，令没菜把即止，不复调和A.“浸曲发”时用的酒曲中，微生物的呼吸类型为兼性厌氧型B.“鱼眼汤”是指液面冒出小气泡的现象，由微生物呼吸作用释放CO2形成C.“衣生”指发酵液表面形成一层菌膜的现象，主要是醋酸菌大量繁殖形成的D.“令没菜把即止”指将蔬菜全部浸没在盐水中，主要是为了让蔬菜充分吸收盐分【跟踪检测】1.(单选)土壤基质膜系统(SSMS)是一种新型的可用于分离和富集土壤中多种微生物的技术。方法是把土壤中的微生物进行充分稀释后接种于PC膜上，通过TCM膜隔开加入的土壤泥浆与微生物，使得只有土壤中的营养物质可以接触到PC膜上的菌落，一段时间后取出PC膜进行扩大培养。与传统培养方法相比，利用SSMS分离到的软腐菌可以从14个增加到57个。错误的是D.与传统培养方法相比，SSMS更易分离到稀有土壤微生物2.(不定项)双层平板法是一种利用底层和上层均为牛肉膏蛋白胨培养基对噬菌体进行检测的常用方法。具体操作如下:先在无菌培养皿中倒入琼脂含量是2%的培养基凝固成底层平板后，将琼脂含量是1%的培养基融化并冷却至45~48℃，然后加入宿主细菌和待测噬菌体稀释悬液的混合液，充分混匀后立即倒入底层平板上形成双层平板。培养一段时间后，在上层平板上看见由于噬菌体侵染周围细菌而使宿主细胞裂解死亡形成的空斑即噬菌斑。通常一个噬菌斑来自原液中的一个噬菌体。根据噬菌斑的数目计算原液中噬菌体的数量，如图所示。正确的是B.加入混合液后，使用灭菌后的涂布器将混合液均匀地涂布在培养基表面C.上层培养基中琼脂浓度较低，因此形成的噬菌斑较大，更有利于计数3.(不定项)下面是某工厂液态法黄酒酿造工艺流程图，正确的是①淀粉液化(糯米、水、α­淀粉酶)→②淀粉糖化(加入蛋白酶、糖化酶)→③黄酒发酵(酿酒酵母和植物乳杆菌同时接种)→④发酵后处理→清爽型干黄酒①②需提供适宜温度、酶浓度和作用时间等③需要通过不断通入无菌空气促进酿酒酵母的繁殖4.(不定项)图甲为利用酵母菌酿制葡萄酒的实验装置，在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内装置中相关物质含量的变化曲线如图乙所示，正确的是①②可分别表示装置甲中O2浓度、酒精浓度的变化B.用装置甲进行果醋发酵时，需同时打开阀a、bC.果酒和果醋制作所需的适宜温度均为35℃D.果酒、果醋和腐乳制作所用的菌种不全是原核生物5.滤膜法是利用微孔滤膜截留液体样本中的微生物，并直接将滤膜置于培养基中进行培养的微生物计数方法，其大致流程为先用滤膜过滤待测水样，水样中的细菌留在滤膜上，其他杂质则滤出，再将滤膜转移到培养基上培养并统计菌落数目，滤膜法常被用于饮料中微生物的检测。(1)用于培养微生物的培养基需通过________________法进行灭菌；若要用来检测酸奶中乳酸菌的含量，培养基中还需要加入的特殊营养物质是______________。为检测制备的培养基是否受杂菌污染，可采取的方法是______________。(2)用于过滤的菌液样本若浓度过大，要进行稀释处理，其原因是_______________。现有某待测饮料，实验小组取10mL饮料，稀释103倍后取10mL进行过滤处理，将滤膜置于培养基上培养，获得了42个目的菌落，则原样液中每毫升含有目的菌________个。(3)大多数饮料中含有抑菌物质，能抑制细菌的繁殖，对于饮料中的细菌，用滤膜法测定的菌落数量比直接用涂布平板法测定的菌落数量偏________(填“大”或“小”)，其原因是____________________________________________________。(4)饮料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，请简要写出实验思路、预期结果和结论。6.中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为_______，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用_______________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有____________________等。(答出两种方法即可)(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是__________________________________________________________________。(答出两点即可)(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中__________可能是高密度培养的限制因素。(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌_________________________。【归纳建模】通过本课题的深入探究，可以构建以“微生物的培养和筛选”为核心的知识网络体系，建构以下思维模型。请在空白处，拓展需要整理的知识内容。参考答案探究点1【教材追根】1.氮源、无机盐琼脂2.称量、溶化、灭菌、倒平板前高压蒸汽灭菌3.涂布器完全4.基本防止基本培养基中混入特殊的营养成分5.B是否含有天冬氨酸7.易被污染易产生变异8.菌落黏连(重叠、混杂)、菌体死亡3.(1)pH氧气(2