苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第一节 发酵工程的培养基导学案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第一节 发酵工程的培养基导学案，共12页。学案主要包含了培养基的类型和基础培养基，特殊培养基等内容，欢迎下载使用。


一、培养基的类型和基础培养基
1．培养基的类型
(1)培养基的定义
培养基主要是指为人工培养微生物等而制备的，适合微生物等生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质。
(2)培养基的类型、特点及应用
2．基础培养基的成分
(1)碳源：构成微生物体的重要成分，也是微生物生命活动的能量来源。主要包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等。
(2)氮源：构成微生物细胞中蛋白质和核酸的主要元素。一般可分为有机氮源(豆饼粉、牛肉膏、蛋白胨、酵母粉等)和无机氮源(硝酸盐、铵盐等)。
(3)无机盐：培养基的重要成分，是微生物生长繁殖和合成多种代谢产物所必需的营养物质。微生物根据需要从培养基摄取磷酸盐等必要的无机盐。
二、特殊培养基
1．特殊培养基的种类
(1)选择培养基
①用途：将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。
②原理：一类选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计出来的。例如，利用以纤维素为唯一碳源的选择培养基；另一类选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，抑制或杀死其他微生物，如在选择培养基中加入质量分数为10%的酚溶液、亚硫酸铋、青霉素、四环素等。
(2)鉴别培养基
①用途：快速分类鉴定不同类型微生物、分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。
②实例：添加可溶性淀粉的培养基鉴别能产生淀粉酶的菌株，添加溴甲酚紫的培养基鉴别产酸微生物。
(3)加富培养基
①配制：在培养基中加入有利于某些微生物生长和繁殖所需的特殊物质，如血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液。
②用途：一般用于培养营养要求比较苛刻的异养微生物，如百日咳博德氏菌。类似于选择培养基。
2．培养基的配制——马铃薯葡萄糖琼脂培养基
(1)实验原理：酵母菌生长繁殖需要的营养物质有水、碳源、氮源和无机盐等。马铃薯葡萄糖琼脂培养基具有酵母菌生长所需的碳元素、氮元素和其他营养物质。
(2)实验步骤：
配制培养基(确定培养基的配方→确定相应的配制方法)
↓
调节pH(先用pH试纸测试pH，再调至5.5)
↓
分装(待培养基冷却到50 ℃左右时进行分装，注意不要污染试管口)
↓
包扎(在试管壁或培养皿底部上注明培养基的名称、组别、配制日期等信息，用牛皮纸包扎起来)
↓
灭菌(实验室一般采用高压蒸汽灭菌锅对培养基进行灭菌，是获得纯净微生物培养物的前提)
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．液体培养基含有水，而固体培养基不含水。( )
× 提示：液体培养基和固体培养基都含有水，它们的区别为是否含有凝固剂。
2．琼脂可为微生物生长提供碳源。( )
× 提示：琼脂包括琼脂糖和小分子果胶两种成分，绝大多数微生物都不能利用它们。
3．选择培养基是以基础培养基为基础配制的。( )
[答案] √
4．加富培养基中加入了抑制或杀死其他微生物的物质。( )
× 提示：加富培养基中加入有利于某些微生物生长和繁殖所需的特殊物质。
5．配制培养基时应先灭菌后调节pH。( )
× 提示：配制培养基时应先调节pH，再用高压蒸汽灭菌锅灭菌。
6．对培养基进行灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。( )
[答案] √
选择培养基
1．目的：从众多的微生物中分离出所需要的微生物。
2．三种筛选方法的特点及举例
合作探究： (1)如何从大豆田土壤中分离出固氮微生物？
提示：从大豆田土壤取土样，利用缺乏氮源的培养基可分离出固氮微生物。
(2)要分离出分解纤维素的微生物，应在什么样的环境中取土样？应配制什么样的培养基？
提示：应从富含纤维素的培养基中取土样，如树林中多年落叶形成的腐殖土。应配制以纤维素为唯一碳源的培养基。
(3)根据选择培养基的原理，如何筛选出耐酸菌？
提示：可将培养基的pH调至酸性，再接种培养。
1．原油中含有大量有害的、致癌的多环芳烃。土壤中有些细菌可以利用原油中的多环芳烃为碳源，在培养基中形成分解圈。为筛选出能高效降解原油的菌株并投入除污，某小组同学设计了相关实验。下列有关实验的叙述，不正确的是( )
A．应配制来源于被原油污染土壤的土壤稀释液备用
B．配制以多环芳烃为唯一碳源的选择培养基
C．将土壤稀释液灭菌后接种到选择培养基上
D．在选择培养基上能形成分解圈的即为所需菌种
C [为了筛选、获取能利用多环芳烃为碳源的菌种，首先是取材，应配制来源于被原油污染土壤的土壤稀释液备用，A项正确；其次配制以多环芳烃为唯一碳源的选择培养基，B项正确；然后进行接种，在无菌环境下，将土壤稀释液接种到选择培养基上，在适宜的条件下进行培养，若将土壤稀释液进行灭菌，就不能筛选出能高效降解原油的菌株，C项错误；在选择培养基上形成的菌落，若该菌落周围有分解圈，即为所需菌种，D项正确。]
2．从自然菌样中筛选较理想生产菌种的一般步骤：采集菌样→富集培养→纯种分离→性能测定。请回答下列问题：
(1)不同微生物的生存环境不同，获得理想微生物的第一步是从适合的环境采集菌样，然后再按一定的方法分离、纯化。培养嗜盐菌的菌样应从________(填“高盐”或“低盐”)环境采集，培养厌氧菌的菌样应从________(填“有氧”或“无氧”)环境采集。
(2)富集培养指创设仅适应于该条件的微生物旺盛生长的特定的环境条件，使待分离微生物在群落中的数量大大增加，从而实现从自然界中分离出所需的特定微生物的培养方法。对嗜盐菌富集培养的培养基应是________培养基；对含耐高温淀粉酶的微生物富集培养应选择________________的培养基，并在________条件下培养。
(3)实验室最常用的灭菌方法是高温处理。高温灭菌的原理是高温使微生物的蛋白质和核酸等物质发生__________。________灭菌法是微生物研究和教学中应用最广、效果最好的湿热灭菌法。
[解析] (1)在长期自然选择的作用下，生物与其生活环境相适应，培养嗜盐菌的菌样应从高盐环境中采集，培养厌氧菌的菌样应从无氧环境中采集。(2)对嗜盐菌富集培养的培养基应是加盐培养基，对含耐高温淀粉酶的微生物富集培养应选择以淀粉为唯一碳源的培养基且在高温条件下培养。(3)高温能使蛋白质和核酸发生不可逆转的变性，高压蒸汽灭菌法是应用最广、效果最好的湿热灭菌法。
[答案] (1)高盐 无氧 (2)加盐 以淀粉为唯一碳源 高温 (3)变性 高压蒸汽
制备培养基
1．培养基的配制原则
(1)目的要明确：不同的微生物需求不同，根据培养目的进行配制。
(2)营养要协调：营养物质的浓度和比例要适宜。
(3)pH要适宜：为维持pH的相对恒定，可在培养基中加入缓冲剂，常用K2HPO4和KH2PO4组成的混合物。
2．培养基的成分及功能
合作探究：(1)能够利用无机碳源的微生物的同化作用类型是什么？
提示：能够利用无机碳源的微生物的同化作用类型是自养型。
(2)牛肉膏蛋白胨培养基是一种常见的细菌培养基，其中牛肉膏、蛋白胨能够提供哪些营养成分？
提示：牛肉膏、蛋白胨能够提供碳源、氮源、维生素(生长因子)和无机盐。
(3)在科研和生产上，研究和应用微生物的前提是什么？在实验室中培养微生物应注意哪些问题？
提示：在科研和生产上，研究和应用微生物的前提是防止杂菌污染，获得纯净的微生物培养物。在实验室中培养微生物，一方面要为人们需要的微生物提供合适的营养和环境条件，另一方面确保其他微生物无法混入。
1．下列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入烧杯
C．待培养基冷却至50 ℃左右时倒平板
D．待培养基冷却凝固后将平板倒过来放置
A [制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的步骤是计算、称量、溶化、灭菌、倒平板，其顺序不能颠倒，A错误；牛肉膏比较黏稠，所以称好后需将称量纸一同放入烧杯中加热，当牛肉膏溶化并与称量纸分离后，立即取出称量纸，B正确；待培养基冷却至50 ℃左右，开始倒平板，C正确；培养基冷却凝固后需将平板倒置，D正确。]
2．如表所示为某培养基的配方，下列叙述错误的是( )
A．根据物理性质划分，该培养基属于液体培养基
B．微生物无法在该培养基表面形成肉眼可见的菌落
C．根据培养基的配方可知，该培养基培养的微生物的同化作用类型是异养型
D．固体培养基中加入少量水即可形成液体培养基
D [液体培养基中加入凝固剂(如琼脂)可形成固体培养基，题表所示的培养基配方中没有加凝固剂，因此属于液体培养基，A正确、D错误；微生物在固体培养基表面或内部生长，形成肉眼可见的菌落，B正确；该培养基中的(CH2O)可作为有机碳源，因此其培养的微生物的同化作用类型是异养型，C正确。]
(1)微生物最常用的碳源是糖类，尤其是葡萄糖；最常用的无机氮源是铵盐和硝酸盐。
(2)对异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源和能源。
(3)某些微生物之所以需要补充生长因子，往往是由于缺乏合成作为生长因子的物质所需要的酶或合成能力有限。
[课堂小结]
1．下列关于培养基的说法，正确的是( )
A．任何培养基都必须含有碳源、氮源、矿质元素、水
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．配制培养基时要注意各种组分的浓度和比例
D [不同微生物对营养物质的需求不同，如自养微生物的培养基不需要加碳源，自生固氮菌的培养基不需要加氮源。按不同的分类标准，培养基可有不同的种类和作用，其中固体培养基是在液体培养基里加入琼脂等凝固剂配制而成的。配制培养基时要注意各种组分的浓度和比例。]
2．下列关于微生物的营养的说法，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．无机氮源也可能提供能量
D [对一些微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源。CO2是光能自养细菌的碳源，但不能提供能量。CO2和N2都是无机物，也是微生物的碳源和氮源。硝化细菌所利用的氮源是氨，氨为无机氮源，同时氨也为硝化细菌提供用以化能合成作用的能源。]
3．下表是某培养基的成分，下列相关叙述错误的是( )
A．此培养基可用于自养型微生物的培养
B．培养基中若加入氨基酸，则它可充当碳源、氮源
C．若除去①，此培养基可培养硝化细菌
D．此培养基按功能分类属于选择培养基
C [由题表可知，此培养基中不含含碳有机物， 自养型微生物可利用空气中的CO2作碳源，故该培养基适合用来培养自养型微生物，A正确；氨基酸的基本元素组成为C、H、O、N，培养基中若加入氨基酸，则它可充当碳源、氮源，B正确；硝化细菌能进行化能合成作用，但不能固氮， 因此若除去①，此培养基不能培养硝化细菌，C错误；此培养基缺少碳源，可以筛选出自养型微生物，故此培养基按功能分类属于选择培养基，D正确。]
4．在培养基的配制过程中，具有如下步骤，其正确顺序为( )
①溶化 ②调pH ③加棉塞 ④包扎 ⑤分装 ⑥称量
A．①②⑥⑤③④ B．⑥①②⑤③④
C．⑥①②⑤④③ D．①②⑤④⑥③
B [培养基的配制过程中，根据微生物的生长需要，称量不同的营养物质，然后溶化、调整pH、培养基的分装、加棉塞、包扎等， 即⑥①②⑤③④，B正确，A、C、D错误。]
5．请回答下列有关微生物培养基的问题：
(1)微生物的培养都需要培养基，一般培养基都含有的成分有______________________；配制固体培养基还需要加入凝固剂________。
(2)制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的一般流程包括：
eq \x(计算)―→eq \x(称量)―→eq \x(溶化)―→A―→B
上述流程中A代表________，实验室中这个步骤常用的方法有______________________________；流程中B代表________。
(3)鉴定分解尿素的细菌的方法是向以________为唯一氮源的培养基中加入________指示剂，培养某种细菌，如果pH升高，指示剂将变红，说明该种细菌能分解尿素。
(4)与全营养培养基中的菌落相比，选择培养基中菌落数________。
A．多 B．少 C．相等 D．几乎为零
[解析] (1)一般培养基中都应含有水、无机盐、碳源和氮源四种成分。配制固体培养基还需要加入凝固剂琼脂。(2)制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的流程包括：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板；上述流程中A代表灭菌，灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌是实验室中常用的灭菌方法。流程中B代表倒平板。(3)鉴定分解尿素的细菌的方法是向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，如果pH升高，指示剂将变红，说明该种细菌能分解尿素。(4)选择培养基上只能生长特定的微生物， 因此该培养基上长出的菌落数目比全营养培养基上长出的菌落数少。
[答案] (1)水、碳源、氮源和无机盐 琼脂 (2)灭菌 灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌 倒平板 (3)尿素 酚红 (4)B
举例说明通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物。
生命观念：掌握培养基的分类、成分与作用，能根据微生物的类型与特点选择正确的培养基。
科学思维：归纳概括培养基的主要类型、特点及应用。
科学探究：掌握培养基的配制方法，并能科学地选用和设计适合微生物生长需求的培养基。
划分依据
培养基种类
特点
用途(实例)
培养基的成分
天然培养基(由动植物组织或微生物细胞以及它们的提取物或粗消化物配制而成)
优点：取材便利、营养丰富、配制简便
缺点：营养成分难以控制、实验结果的重复性较差
适用于工业化生产
合成培养基(由准确称量的高纯度化学试剂加蒸馏水配制而成)
优点：化学成分及其含量明确、实验的可重复性好
缺点：配制过程繁琐，成本较高
多用于研究和育种
物理性质
固体培养基
添加一定量的凝固剂(如：琼脂)
接种、保存和培养微生物
半固体培养基
添加少量凝固剂
液体培养基
不添加凝固剂
菌种的扩大培养、工业生产
用途
基础培养基(一般含有水、碳源、氮源、无机盐等)
提供大多数微生物对营养条件的基本需求
牛肉膏蛋白胨培养基
特殊培养基(以基础培养基为基础)
提供特殊用途
选择培养基、鉴别培养基、加富培养基
方法
特点
举例
利用微生物的营养特点进行选择培养
通过控制培养基的营养成分，使某种微生物能生长，其他微生物不能生长
利用只含有尿素一种氮源的培养基，可筛选出分解尿素的细菌
利用某种化学物质进行的选择培养
在完全培养基中加入某些化学物质，利用加入的化学物质对微生物产生的影响，抑制某些微生物，同时选择所需的微生物
加入青霉素、四环素可以分离出酵母菌或霉菌
利用培养条件进行的选择培养
改变微生物的培养条件
将培养基放在高温环境中培养，可以得到耐高温的微生物
营养物质
作用
功能
主要来源
碳源
能为微生物的代谢提供碳元素
构成生物体的细胞物质和一些代谢产物，有些是异养生物的能源物质
无机碳源：CO2、NaHCO3等；有机碳源：糖类、脂质、蛋白质、有机酸等
氮源
能为微生物的代谢提供氮元素
合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物
无机化合物：N2、NH3、铵盐、硝酸盐等；有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨等
水
是生命活动所必需的
不仅是优良的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定
外界摄入
无机盐
为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素
细胞内的组成成分，生理调节物质，某些化能自养菌的能源，酶的激活剂
无机化合物
成分
NaNO3
K2HPO4
MgSO4·7H2O
(CH2O)
蒸馏水
青霉素
含量
3 g
1 g
0.5 g
30 g
定容至1 000 mL
0.1万单位
知 识 网 络 构 建
要 点 强 化 识 记
1．培养基主要是指为人工培养微生物等而制备的，适合微生物等生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质。
2．培养基中一般都含有水、碳源、氮源、无机盐等最基本的物质，有时还要加入维生素等特殊的营养物质，并要调节培养液的pH使其满足微生物生长的需要。
3．选择培养基是一种能将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的特殊培养基。
4．鉴别培养基是用于快速分类鉴定不同类型微生物的特殊培养基，也可用于分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。
5．加富培养基也称营养培养基，即在培养基中加入有利于某些微生物生长和繁殖所需的特殊物质。
6．对培养基进行灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提，实验室一般用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌。
编号
①
②
③
④
⑤
成分
(NH4)2SO4
KH2PO4
FeSO4
CaCl2
H2O
含量
0.4 g
4.0 g
0.5 g
0.5 g
100 mL