高中生物 专题二 微生物的实验室培养导学案新人教版选修1

1、专题二 微生物的培养与应用课题：微生物的实验室培养【本节目标解读】【课程目标】了解培养基的基础知识，进行微生物培养和无菌技术的操作。【课题重点】无菌技术的操作【课题难点】无菌技术的操作【基础知识】一、培养基1概念：人们按照微生物对 的不同需求，配制出供其 的营养基质叫培养基。可分为 培养基和 培养基。 2分类方式：分类标准类 型备 注培养基的 培养基、 培养基和半固体培养基培养基中加入凝固剂（有琼脂、明胶、硅胶等）即为培养基。 培养基实验室中最常用的培养基之一微生物的种类细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基和霉菌培养培养基的特殊用途基础培养基、加富培养基、选择培养基和鉴别培养基选择培养基：允

2、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。鉴别培养基：是在培养基中加入某种试剂或化学药品，使培养后会发生某种变化，从而区别不同类型的微生物。如鉴别大肠杆菌的伊红美蓝培养基，鉴别纤维素分解菌的刚果红培养基。3营养构成：各种培养基一般都含有 、 、 和 ，此外还要满足微生物生长对 、 以及 的要求。 4培养乳酸杆菌时需在培养基中添加 、培养霉菌时需将培养基PH调至 、培养细菌时需将PH调至 、培养厌氧微生物则需提供 条件。5E.coli指 。思考1从细胞的化学元素组成来看，培养基中为什么都含有这些营养成分？【补充】碳源：如CO2、糖类、脂肪酸等有机物，构成微生物的结构物质和

3、分泌物，并提供能量。氮源：如N2、氨盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨等，主要用来合成蛋白质、核酸及含氮代谢物等。含有C、H、O、N的化合物既可以作为碳源，又可以作为氮源，如氨基酸等。二、无菌技术：1关键 防止 的入侵。围绕如何避免杂菌的污染展开。2无菌技术（1）对实验操作的 、操作者的 和 进行 。（2）将用于微生物培养的 、 和 等器具进行 。（3）为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在 附近进行。（4）实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与 相接触。思考2无菌技术除了防止培养物被污染外，还具有的目的是什么？3比较消毒和灭菌消 毒灭 菌概念用较 的物理或化学方法杀死物体的 部分微生物（不包括

4、芽孢和孢子）用较 的理化因素杀死物体 微生物（包括芽孢和孢子）常用方法 消毒法（ 消毒法）、 消毒法、紫外线消毒法灼烧灭菌、 灭菌、 灭菌适用对象操作空间、液体、双手等接种环、接种针、玻璃器皿、培养基等思考3利用干热灭菌箱对玻璃器皿灭菌时物品不能摆得太挤，目的是什么？思考4物品装入高压蒸汽灭菌锅灭菌后，要首先打开排气阀，煮沸并排除锅内冷空气，其目的是 ；随后关闭排气阀继续加热，气压升至 ，温度为 ，并维持 min；最后切断热源，使温度自然降温，气压务必降至 时打开锅盖，其目的是防止 。三、实验操作（大肠杆菌的纯化培养）（一）制备牛肉膏蛋白胨固体培养基1计算：根据 比例，计算100mL培养基各成

5、分用量。2称量：牛肉膏较黏稠，可用玻棒挑取，同 一同称量。称取牛肉膏和蛋白胨时动作要迅速，目的是防止牛肉膏吸收空气中水分。3溶化：加水加热熔化牛肉膏与称量纸取出称量纸加入蛋白胨和氯化钠继续加热加入 用蒸馏水定容到100mL（整个过程不断用玻棒搅拌，目的是防止琼脂糊底而导致烧杯破裂）。4灭菌：将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加塞包扎后用 灭菌锅灭菌；所用培养皿用报纸包扎后用 箱灭菌。5倒平板：待培养基冷却至 左右时在 附近操作进行。其过程是：在火焰旁右手拿锥形瓶，左手拔出棉塞；右手拿锥形瓶，使锥形瓶的瓶口迅速通过火焰；左手将培养皿打开一条缝隙，右手将培养基倒入培养皿，立刻盖上皿盖。待平板冷却凝固

6、后，将平板倒过来放置。思考5在制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的称量操作中，动作要迅速，原因是什么？溶化操作中需要不断用玻璃棒搅拌的目的是什么？思考6牛肉膏和蛋白胨主要为微生物提供什么等营养物质？思考7锥形瓶的瓶口通过火焰的目的是什么？思考8倒平板的目的是什么？思考9若皿盖和皿底之间粘有培养基，则该平板能否培养微生物？为什么？思考10配制斜面培养基作用是什么？，试管为什么要加塞棉塞？（二）纯化大肠杆菌1方法：微生物接种的最常用方法是平板划线法和稀释涂布法（1）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表面。其操作步骤是：将接种环在酒精灯火焰上灼烧直至烧

7、红。在酒精灯火焰旁冷却接种环，并打开大肠杆菌的菌种试管的棉塞。将菌种试管口通过火焰达到消灭试管口杂菌的目的。将冷却的接种环伸入到菌液中取出一环菌种。将菌种试管口再次通过火焰后塞上棉塞。将皿盖打开一条缝隙，把接种环伸入平板内划35条平行线，盖上皿盖，不要划破培养基。灼烧接种环，冷却后从第一区划线末端开始向第二区域内划线。重复上述过程，完成三、四、五区域内划线。注意不要将第五区的划线与第一区划线相连。将平板倒置放在培养箱中培养。思考11取菌种前灼烧接种环的目的是什么？为什么除第一次划线外，其余划线前都要灼烧接种环？取菌种和划线前都要求接种环冷却后进行，其目的是？最后灼烧接种环的目的是？在第1次划线

8、后都从上次划线末端开始的目的是？（2）稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，并将不同稀释度菌液分别涂布到琼脂固体培养基上进行培养。当稀释倍数足够高时，即可获得单个细菌形成的标准菌落。取盛有9mL水的无菌试管6支，编号101、102、103、104、105、106。用灼烧冷却的移液管吸取1mL菌液注入编号为101试管中，并吹打3次，使之混匀。从101倍液中吸取1mL菌液注入到编号为102试管内吹打均匀，获得102倍液。依此类推。思考12系列稀释操作的注意事项是什么？思考13涂布平板操作的步骤是什么？2培养：将接种后的培养基和一个 的培养基都放入 恒温箱中，培养12h和24h后喷喷别观察并记录

9、结果。（三）菌种保藏：频繁使用的菌种利用 法保存，长期保存菌种的方法是 法。（四）结果分析与评价1培养未接种培养基的作用是什么？，若有菌落形成，说明什么？2在肉汤培养基上，大肠杆菌菌落颜色？形态？3培养12h和24h后的菌落大小？ ；菌落分布位置？ ，原因？ 思考14在某培养基上出现了3种特征不同的菌落是什么原因？思考15频繁使用的菌种利用什么法保存？长期保存菌种的方法是什么？【知识拓展】1、消毒与灭菌的区别 消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。例如一些常用的对皮肤、水果、饮用水进行药剂消毒的方法；对啤酒、牛奶、果汁和酱

10、油等进行消毒处理的巴氏消毒法，等等。 灭菌是采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。例如各种高温灭菌措施等。2、微生物的营养类型我们研究微生物的营养、代谢和生长要把病毒排除在外，因为病毒是分子生物，自己不能独立进行代谢，只能专性活细胞内寄生，而其他微生物的营养、代谢和生长却有共同之处。（一）微生物需要的营养物质及功能分析微生物细胞的化学组成，可以大致了解微生物需要的营养物质。微生物的化学组成与其他生物的大体相同，也是由C、H、O、N、P、S以及其它元素组成，其中C、H、O、N占细胞干重的90以上。组成微生物的化学元素分别来自微生物生长所需的营养物质，营养物质

11、按照它们在机体中的生理作用，将它们区分为碳源、氮源、生长因子、水和无机盐等五大类。各类营养物质都有一定的功能，不同代谢类型的生物所需营养物质、类型不同。1碳源与氮源概念来源最常用来源作用说明碳源凡能为微生物提供所需碳元素的营养物质无机碳源：CO2、HaHCO3等有机碳源：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等糖类尤其是葡萄糖主要是用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物异养微生物的主要能源物质不同种类的微生物，对碳源需要差别大，例：甲基营养菌：只利用甲醇、甲烷假单孢菌：利用90多种含碳化合物氮源凡能为微生物提供所需氮元素的营养物质无机氮源：N2、氨、铵盐、硝酸盐等；有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸

12、等铵盐、硝酸盐主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物异养微生物：含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源（1）自养微生物和异养微生物的碳源不同：自养微生物以CO2或碳酸盐为惟一碳源进行代谢生长；异养微生物必须以有机物作为碳源进行代谢生长。（2）自养微生物和异养微生物的能量来源也有所不同：自养微生物生命活动所需能源：一种类型是利用光能，如蓝细菌等着色细菌；一种类型是依靠物质氧化过程释放能量，如硝化细菌；异养微生物生命活动所需的能源主要依靠物质氧化分解放能，碳源是异养微生物的主要能源物质，即碳源，对于异养微生物来说，不仅可为机体提供构成细胞的物质，而且为机体提供完成整个生理活动所需的能量；某

13、些异养微生物也可以以光能作为能源，例如红螺菌，它不能以CO2作为主要或惟一碳源，而需要有机物参与，才能利用光能将CO2还原成细胞物质，有人将这种营养类型称为光能异养型。实际上，红螺菌在不同条件下生长时，其营养类型会发生改变。有没有有机物的条件下，它又可以利用有机物进行生长，所以，红螺菌是一种典型的兼性营养型细菌。（3）依据微生物生长所需碳源物质的性质以及生长所需能源，将微生物的营养类型归纳如下表所示：营养类型主要（或惟一）碳源能源代表菌光能自养型CO2光能蓝细菌光能异养型有机物光能红螺菌化能自养型CO2无机物硝化细菌化能异养型有机物有机物大肠杆菌（4）利用某些微生物碳源的特殊性可以解决的实际问

14、题：利用细菌个别种类、放线菌、酵母菌以石油作为碳源的原理，消除石油污染；运用某些细菌可以分解、利用氰化物、酚等有毒物质的原理处理有害物质；研究开发以纤维素、石油、CO2、H2等作为碳源和能源的工业微生物，解决工业发酵用粮与人们日常用粮的矛盾。（5）各种微生物的氮源分别是：对于许多微生物来说，既可利用无机含氮化合物作为氮源，也可利用有机含氮化合物作为氮源；固氮微生物可以利用氮气作为氮源进行生长；铵盐、硝酸盐等既可作为微生物最常用的氮源，也可作为某些化能自养微生物的能源。（6）自生固氮菌的碳源是有机碳而氮源是氮气。自养微生物与异养微生物类型的划分主要是依靠能否以CO2作为生长的主要或惟一碳源，而不

15、决定于氮源，例如异养微生物最常用的氮源之一是无机氮源中的铵盐和硝酸盐。2生长因子（1）概念生长因子是微生物生长不可缺少的微量的有机物，主要包括维生素、氨基酸和碱基等。不可缺少指的是微生物在只有碳源、氮源、水、无机盐的培养基中不能生长或生长极差，但当补充生长因子后，微生物就生长良好。（2）本质及作用生长因子的本质是维生素、氨基酸或碱基，在微生物培养基中含量较小，作用是酶和核酸的组成成分。（3）证明某种物质是某种微生物的生长因子的方法：在含碳源、氮源、水、无机盐但缺乏某种物质的培养基中培养微生物，微生物不能生长或生长极差，只靠这一点还不能确定，因为缺乏对照组。可以再向培养基中加入该物质，观察微生长

16、是否正常生长，这是一种对照方法一自身前后对照，也可另设一个对照组；加人该种物质而且其它营养成分均相同，如果加入该物质后微生物生长正常，则可以确定该物质为此微生物的生长因子。（4）补充外源生长因子的原因：微生物之所以需要补充外源生长因子，往往是由于缺乏合成这些物质所需的酶，或合成能力有限，一些天然物质如酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等，可以为微生物提供生长因子。生长因子虽是一种重要的营养要素，但它与碳源、氮源和能源不同，并非任何一种微生物都需从外界吸收。如：生长因子自养型微生物包括多数真菌、放线菌和不少细菌（大肠杆菌）等都不需外界提供生长因子；生长因子异养型微生物则需补充多种生长因子，如乳酸菌

17、、各种动物致病菌，原生动物和支原体等。3水水在生物体内的含量很高，在低等生物尤其是微生物体内含量更高，如细菌体内：80，酵母菌：75，霉菌：85。水不仅是最优良的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定。4无机盐无机盐主要为微生物提供碳、氮以外的各种重要元素，包括P、S、L、Mg、Ca、Na和Fe等大量元素和Cu、Zn、Mn、Mo和Co等微量元素。无机盐的生理功能十分重要，现表解如下：5微生物和动物、植物营养要素的比较（二）培养基的配制原则培养基是人工配制的，适用于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质，它是进行科学研究、发酵生产微生物制品等的物质基础。由于不同的微生物所需的营养种类、比例不同

18、，科学家依据多年实践，总结出了培养基配制原则以及培养基的类型及应用，以适应不同的需要。1目的要明确（1）明确培养的微生物种类。因为不同的微生物营养需要不同，培养基中要求的营养成分不同，例如自养微生物，能将简单的无机物合成为本身需要的有机物，所以培养该类生物的培养基完全可以由简单的无机物组成；而异养微生物，培养它们的培养基至少含有一种有机物质。（2）明确培养的目的，是用于生产还是科学研究。因为二者对培养基的化学成分、物理状态等方面要求不同，例如：用于生产的培养基应具有原料易得、价格低廉。配制方便等特点；而用于科学研究的培养基应具有成分含量准确，可多次反复实验的特点。2营养要协调（1）营养物质的浓

19、度要适宜（2）营养物质间的浓度比例要适宜在各种营养物质的比例中，碳源与氮源的比最为重要。例如：在谷氨酸生产中，当培养基中的碳源与氮源比为4：1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳源与氮源比为3：1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。（3）pH要适宜各类微生物适宜生长的pH范围不同，如：细菌的最适pH在6.57.5之间，放线菌在758.5之间，酵母菌在3.86.0之间，而霉菌则在4.05.8之间。由于微生物在生长代谢过程中营养物质利用和代谢产物的形成往往会改变环境中的pH值，为了维持培养基中pH的相对恒定，可在培养基中加入缓冲剂，最常用的缓冲剂为K2HPO4KH2PO4。（三）培养基的种

20、类1按照物理性质划分培养基种类是否含凝固剂用途固体培养基是主要用于微生物的分离、鉴定等半固体培养基是主要用于观察微生物的运动、保藏菌种等液体培养基否主要用于工业生产制作固体培养基时要加入凝固剂。凝固剂有多种，目前最常用的是琼脂，明胶也是一种常用的凝固剂。在固体培养基上鉴定菌种的依据是菌落的特征，即菌落的大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等。液体培养基营养物质分布均匀，与菌体充分接触，有利于微生物更快地吸收营养，有利于菌体繁殖、积累产物，因而适于大规模生产。2按照化学成分划分培养基种类化学成分是否明确用途天然培养基否主要用于工业生产合成培养基是主要用于微生物的分类、鉴定3按照培养基的用途来划

21、分培养基种类制备方法原理用途例选择培养基培养基中加入某种化学物质依据某些微生物对某些物质的抗性而设计从众多微生物中分离所需要的微生物加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌鉴别培养基培养基中加入某种试剂或化学药品依据微生物产生的某种代谢产物与培养基中特定试剂或化学药品反应，产生明显的特征变化而设计鉴别不同种类的微生物伊红和美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌伊红美蓝培养基是鉴别培养基，可以用来检测自来水中的大肠杆菌是否超标，因为大肠杆菌的代谢产物与伊红美蓝结合，使菌落呈深紫色并带有金属光泽，使大肠杆菌的菌落显示出来，并没有促进大肠杆菌的生长和抑制其他微生物的生长。培养基上的大肠杆菌的菌落数就是1000mL自来水中

22、的大肠杆菌数，如果培养基出现了5个以上的深紫色并带有金属光泽的菌落，就说明被检测的自来水中大肠杆菌超标而不能饮用，造成这种情况的原因可能是水源附近有厕所或垃圾场。在检测前要用火焰灼烧自来水龙头3min从而避免滞留在水龙头处的微生物进入样品中，干扰实验结果。由于大肠杆菌是厌氧型，在检测过程中要营造一个无氧的环境，所以要使滤膜和培养基完全贴紧，没有气泡。【巩固练习】1、下列关于微生物营养的说法，正确的是（ ）A同一种物质不可能既作碳源又作氮源 B凡是碳源都能提供能量C除水以外的无机物仅提供无机盐 D无机氮源也能提供能量2、细菌培养过程中分别采用了高压蒸气、酒精、火焰灼烧等几种不同的处理，这些方法依

23、次用于杀灭哪些部位的杂菌（ ）A接种针、手、培养基 B高压锅、手、接种针C培养基、手、接种针 D接种针、手、高压锅3、以下关于制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的叙述错误的是（ ）A操作顺序为计算、称量、溶化、倒平板、灭菌 B将称好的牛肉膏连同称量纸一同放人烧杯C待培养基冷却至50左右时进行倒平板D待平板冷却凝固约510 min后将平板倒过来放置4、下列有关培养基的叙述正确的是（ ）A培养基是为微生物的生长繁殖提供营养的基质B培养基只有两类：液体培养基和固体培养基C固体培养基中加入少量水即可制成液体培养基D微生物在固体培养基上生长时，可以形成肉眼可见的单个细菌5、不同培养基的具体配方不同，但一般都含（

24、 ）A碳源、磷酸盐和维生素 B氮源和维生素C水、碳源、氮源和无机盐 D碳元素、氧元素、氢元素、氮元素6、获得纯净培养物的关键是（ ）A将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行灭菌 B接种纯种细菌C适宜环境条件下培养 D防止外来杂菌的入侵7、下列常用的无菌操作中错误的是（ ）A用酒精擦拭双手 B用氯气消毒水源C实验操作应在酒精灯火焰附近进行 D玻璃器皿(吸管、培养皿)可用酒精擦拭5制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的步骤是（ ）A计算、称量、倒平板、溶化、灭菌 B计算、称量、溶化、倒平板、灭菌C计算、称量、溶化、灭菌、倒平板 D计算、称量、灭菌、溶化、倒平板8、有关倒平板的操作错误的是（ ）A

25、将灭过菌的培养皿放在火焰旁的桌面上 B使打开的锥形瓶瓶口迅速通过火焰C将培养皿打开，培养皿盖倒放在桌子上 D等待平板冷却凝固后需要倒过来放置9、有关平板划线操作正确的是（ ）A使用已灭菌的接种环、培养皿，操作过程中不再灭菌B打开含菌种的试管需通过火焰灭菌，取出菌种后需马上塞上棉塞C将沾有菌种的接种环迅速伸人平板内，划三至五条平行线即可D最后将平板倒置，放人培养箱中培养10、下面对发酵工程中灭菌的理解不正确的是（ ）A防止杂菌污染 B消灭杂菌C培养基和发酵设备都必须灭菌 D灭菌必须在接种前11、将接种后的培养基和一个未接种的培养基都放入37恒温箱的目的是（ ）A对比观察培养基有没有被微生物利用

26、B对比分析培养基是否被杂菌污染C没必要放人未接种的培养基 D为了下次接种时再使12、关微生物营养物质的叙述中，正确的是（ ）A是碳源的物质不可能同时是氮源 B凡碳源都提供能量C除水以外的无机物只提供无机盐 D无机氮源也能提供能量13、下列物质中，不能用作酵母菌碳源的是（ ）A含碳有机物 B蛋白胨 C含碳无机物 D花生粉饼等天然物14、有关稀释涂布平板法，叙述错误的是（ ）A首先将菌液进行一系列的梯度稀释B然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面C再放在适宜条件下培养 D结果都可在培养基表面形成单个的菌落15、涂布平板操作需要用到（ ）A接种环、滴管、酒精灯 B接种环、移液管、酒精灯

27、C涂布器、移液管、酒精灯 D涂布器、接种环、酒精灯16、将接种后的培养基和一个未接种的培养基都放入37恒温箱的目的是（ ）A对比观察培养基有没有被微生物利用 B对比分析培养基是否被杂菌污染C没必要放人未接种的培养基 D为了下次接种时再使用17、作为自养生物唯一碳源的是（ ）A糖类 B石油 C二氧化碳 D花生粉饼18、下表是有关4种生物的能源、碳源、氮源和代谢类型的概述。其中正确的是（ ）A根瘤菌、谷氨酸棒状杆菌 B硝化细菌、酵母菌C酵母菌、谷氨酸棒状杆菌 D硝化细菌、根瘤菌19、甲、乙、丙是三种微生物，下表、是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在中正常生长繁殖；甲能在I中正常生长繁殖，而乙和丙都不能；乙能在中正常生长繁殖，甲、丙都不能。下列