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新教材高考生物一轮复习第10单元发酵工程第2讲微生物的培养技术及应用课件
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这是一份新教材高考生物一轮复习第10单元发酵工程第2讲微生物的培养技术及应用课件，共52页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，微生物的纯培养等内容，欢迎下载使用。
1.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。2.阐明无菌技术是在操作过程中,保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术。3.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。4.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。5.概述稀释涂布平板法和显微镜直接计数法是测定微生物数量的常用方法。
1.通过分析几种常见培养基的配方,了解培养基的作用、分类及营养成分。2.通过分析资料并联系生活实际,区分消毒和灭菌,分析不同物品的消毒或灭菌方法。3.通过酵母菌的纯培养,掌握培养基的制备流程以及倒平板和用平板划线法接种的方法。4.通过对选择培养基配方的设计,归纳选择培养基的选择作用,分析筛选微生物的原理。5.通过完成实践活动“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”,掌握细菌的分离与计数方法。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.培养基(1)概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出的供其生长繁殖的营养基质。(2)营养构成:一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质,在此基础上还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。
2.无菌技术(1)获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。(2)无菌操作的方法
3.微生物的纯培养(1)概念:由单一个体繁殖所获得的微生物群体是纯培养物,获得纯培养物的过程就是纯培养。(2)过程:包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。(3)常用方法:平板划线法和稀释涂布平板法。
(4)实例——酵母菌的纯培养
知识落实1.下列关于微生物实验操作的叙述,错误的是( )A.培养微生物的试剂和器具都要进行湿热灭菌B.接种前后,接种环都要在酒精灯火焰上进行灼烧C.接种后的培养皿要倒置,以防培养基被污染D.菌种分离和菌落计数都可以使用固体培养基
接种室、接种箱或超净工作台等常用紫外线消毒法处理,接种环等接种工具常用灼烧灭菌法处理,吸管、培养皿等玻璃器皿及金属工具常用干热灭菌法处理,培养基及多种器材用湿热灭菌法处理,A项错误。为了防止杂菌污染,每次接种前后,接种环都要进行灼烧灭菌,B项正确。接种后,培养皿需要倒置,以防皿盖上的水珠落入培养基造成污染,C项正确。分离菌种可以用平板划线法和稀释涂布平板法,后者还可以用于微生物的计数,所用培养基为固体培养基,D项正确。
2.某小组同学为了调查某湖水的细菌污染情况而进行了实验,包括制备培养基、灭菌、倒平板、接种、分离和培养、菌落观察与计数。下列关于此实验的叙述,正确的是( )A.实验用过的带菌培养基需经过加热后才能倒掉B.利用平板划线法对细菌进行分离纯化并计数C.需要在空白平板上接种清水作为对照进行实验D.培养基中含有的蛋白胨为细菌提供了碳源、氮源和维生素等
实验用过的带菌培养基要进行湿热灭菌后才能倒掉,以免污染环境,A项错误。应利用稀释涂布平板法对细菌进行分离纯化并计数,B项错误。要使该实验所得结果可靠,还应该同时在空白平板上接种无菌水作为对照进行实验,C项错误。培养基中含有的蛋白胨为细菌提供了碳源、氮源和维生素等,D项正确。
知识筛查1.选择培养基在微生物学中,将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,称为选择培养基。
2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
知识拓展分解纤维素的微生物的分离①原理②筛选方法:刚果红染色法,即通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。③培养基:以纤维素为唯一碳源的选择培养基。
知识落实筛选淀粉分解菌需使用以淀粉为唯一碳源的培养基。接种培养后,若细菌能分解淀粉,培养平板经稀碘液处理,会出现以菌落为中心的透明圈(见下图),实验结果见下表。下列有关该实验的叙述,错误的是( )A.培养基除淀粉外还含有氮源等其他营养物质B.筛选分解淀粉的细菌时,菌液应稀释后涂布C.以上两种细菌均不能将淀粉酶分泌至细胞外D.H/C值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异
微生物生长需要碳源、氮源、水和无机盐等营养物质,因此培养基中除淀粉外还含有氮源等其他营养物质,A项正确。用稀释涂布平板法接种淀粉分解菌时,为获得单菌落,需要将菌液进行稀释后涂布到平板上,B项正确。题图中出现以菌落为中心的透明圈,说明平板上的淀粉被分解,可判断两种细菌将淀粉酶分泌至细胞外从而催化了淀粉的分解,C项错误。H/C值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异,D项正确。
典型例题回答下列与细菌培养相关的问题。(1)在培养细菌时,培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是 (填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常,制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH,其原因是 。硝化细菌在没有碳源的培养基上 (填“能够”或“不能”)生长,原因是 。 (2)用平板培养细菌时一般需要将平板 (填“倒置”或“正置”)。(3)单个细菌在平板上会形成菌落,研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物,原因是 。
(4)使用后的培养基在丢弃前通常需要经过 处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
答案:(1)蛋白胨 不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同 能够 硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源(2)倒置(3)在一定的培养条件下,不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征(4)灭菌
解析:(1)能同时提供碳源、氮源的成分必须同时含有碳和氮两种元素,蛋白胨、葡萄糖和NaNO3中,只有蛋白胨同时含有这两种元素。不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同,所以配制培养基时,在各种成分溶化后、分装前必须调节pH。硝化细菌能够进行化能合成作用,即能够利用化学反应产生的化学能固定外界的CO2,所以能够在没有碳源的培养基上生长。(2)用平板培养细菌时,为防止培养基冷凝后形成的水滴滴落在培养基上污染培养基,要将平板倒置。(3)通常根据菌落的形状、大小、颜色等特征初步区分不同种的微生物,因为不同微生物菌落的形状、大小、颜色、凹凸情况等不同,且在一定的培养条件下微生物的菌落特征是稳定的。(4)为防止污染环境,使用后的培养基在丢弃前通常需要进行灭菌处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
整合构建1.消毒和灭菌的比较
训练突破图甲、图乙是微生物接种常用的两种方法。请回答相关问题。
(1)图甲是利用 法进行微生物接种,图乙是利用 法进行微生物接种。这两种方法所用的接种工具分别是 和 ;对这两种接种工具进行灭菌的方法依次是 和酒精引燃灭菌。
(2)接种操作为什么一定要在酒精灯火焰附近进行? 。 (3)接种后,在固体培养基上培养细菌时为什么进行倒置培养? 。 (4)下图是采用上述接种方法接种后培养的效果图解,其接种方法与 (填“图甲”或“图乙”)一致。
答案:(1)平板划线 稀释涂布平板 接种环 涂布器 灼烧灭菌(2)火焰附近存在着无菌区域(3)使培养基表面的水分更好地挥发,防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染(4)图乙
典型例题物质W是一种含氮有机物,会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌(目标菌)。回答下列问题。(1)要从土壤中分离目标菌,所用选择培养基中的氮源应该是 。(2)在从土壤中分离目标菌的过程中,发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落(如右图所示)。如果要得到目标菌,应该选择 菌落进一步纯化,选择的依据是 。
(3)土壤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。 。 (4)该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌,使大肠杆菌产生能降解W的酶(酶E)。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异,该小组拟进行如下实验,请完善相关内容。①在含有一定浓度W的固体培养基上,A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液,C处滴加 ,三处滴加量相同。 ②一段时间后,测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈,说明 ;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,说明 。
答案:(1)W(2)乙 乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W(3)将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源(4)①缓冲液 ②缓冲液不能降解W 酶E与天然酶降解W的能力相近解析:(1)从土壤中分离能够降解含氮有机物W的细菌(目标菌),则选择培养基只能以W为氮源,以保证该培养基只允许目标菌生长,抑制或阻止其他种类微生物的生长。(2)由题干知,W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。甲菌落周围未形成透明圈,说明甲菌不能降解W;乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W。所以,如果要得到目标菌,应该选择乙菌落进一步纯化。
(3)若要确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,只需将它们培养在没有氮源的培养基上,若能够生长,则说明其能利用空气中的氮气作为氮源。(4)本实验中自变量为酶的类型,因变量为透明圈的大小(表示酶降解W的能力大小)。为比较酶E与天然酶的降解能力并排除缓冲液的干扰,需要设置A、B两个实验组(A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液)和一个只滴加缓冲液的对照组。若C处没有出现透明圈,则说明缓冲液不能降解W;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,则表明酶E与天然酶降解W的能力相近。
整合构建1.土壤中分解尿素的细菌的分离
2.选择培养基的制作方法(1)依据某些微生物对某种物质的抗性,在培养基中加入该种物质,以抑制不需要的微生物生长,促进所需要的微生物生长。如在培养基中加入高浓度食盐可抑制多种细菌的生长,但不影响金黄色葡萄球菌的生长,从而可将该菌分离出来;而在培养基中加入青霉素可抑制细菌、放线菌的生长,从而分离得到酵母菌和霉菌。(2)通过改变培养基的营养成分达到分离微生物的目的。当培养基中缺乏氮源时,可分离自生固氮微生物,非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存;若培养基中缺乏有机碳源,则异养微生物无法生存,而自养微生物可利用空气中的CO2制造有机物而生存。
(3)利用培养基的特定化学成分分离特定微生物。如当石油是唯一碳源时,可抑制不能利用石油的微生物生长,使能够利用石油的微生物生存,从而分离出能消除石油污染的微生物。(4)通过某些特殊环境分离微生物。如在高盐环境中可分离耐盐菌,其他菌在盐浓度高时因失水而不能生存;在高温环境中可分离得到耐高温的微生物,其他微生物在高温环境中因酶失活而无法生存。
3.统计菌落数目的方法(1)显微镜直接计数法①原理:利用特定的细菌计数板或血细胞计数板在显微镜下观察、计数,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量。②缺点:不能区分死菌与活菌。
(2)间接计数法(稀释涂布平板法)①原理:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌。②操作a.设置重复组,增强实验的说服力与准确性。b.为了保证结果准确,一般选择菌落数为30~300 的平板进行计数。③计算公式:每克样品中的菌数=(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。注意:统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。这是因为当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。
训练突破地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨,其中40%~60%能被土壤中的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,使人们能够利用秸秆等生产酒精,用纤维素酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红与纤维素形成红色复合物;而当纤维素被纤维素分解菌分解后,复合物就无法形成,培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈。从土壤中分离尿素分解菌和纤维素分解菌的操作过程如下图所示。请回答下列问题。
(1)过程④所需的选择培养基是 (填“固体”或“液体”)培养基,过程⑧所需的选择培养基是 (填“固体”或“液体”)培养基。④的具体操作是 ;⑧的具体操作是 。 (2)过程③样品梯度稀释后,一般只将稀释度为1×104~1×106倍的菌液分别接种到3个平板培养基上,此过程常用的接种方法为 。(3)过程⑩可采用倒平板时加入 的鉴别方法。
答案:(1)固体 液体 以尿素为唯一氮源 以纤维素为唯一碳源(2)稀释涂布平板法(3)刚果红染液
解析:(1)将微生物接种在固体培养基上培养,才能形成菌落,可见过程④所需的选择培养基是固体培养基。进行梯度稀释并接种之前要进行过程⑧所示的选择培养,因此过程⑧所需的选择培养基是液体培养基。④选择培养的目的是筛选尿素分解菌,所以具体的操作是以尿素为唯一氮源;⑧选择培养的目的是筛选纤维素分解菌,所以⑧的具体操作是以纤维素为唯一碳源。(2)常采用稀释涂布平板法将稀释度为1×104~1×106倍的菌液分别接种到3个平板培养基上。(3)刚果红可与纤维素形成红色复合物,但并不和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖发生颜色反应;当纤维素被纤维素分解菌分解后,红色复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。可见,过程⑩可采用倒平板时加入刚果红染液的鉴别方法。
高考真题剖析【例题】 (2019全国Ⅰ卷)已知一种有机物X(仅含有C、H两种元素)不易降解,会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌(目标菌)。Ⅰ号培养基:在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X(5 g/L)。Ⅱ号培养基:氯化钠(5 g/L),硝酸铵(3 g/L),其他无机盐(适量),X(15 g/L)。Ⅲ号培养基:氯化钠(5 g/L),硝酸铵(3 g/L),其他无机盐(适量),X(45 g/L)。
回答下列问题。(1)在Ⅰ号培养基中,为微生物提供氮源的是 。Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是 。 (2)若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中,培养一段时间后,不能降解X的细菌比例会 ,其原因是 。 (3)Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基,若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数,接种时应采用的方法是 。 (4)假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌,且该菌能将X代谢为丙酮酸,则在有氧条件下,丙酮酸可为该菌的生长提供 和 。
核心素养考查点剖析:本题重点考查了微生物的培养与分离技术,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:(1)牛肉膏、蛋白胨 X(2)下降 不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖,而能降解X的细菌能够增殖(3)稀释涂布平板法(4)能量 合成其他物质的原料
解析:(1)牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用十分广泛的天然培养基,其中的牛肉膏和蛋白胨均含氮元素,可为细菌提供氮源。Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是X。(2)将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中,因培养基中只有有机物X提供有机碳源,不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖,而能降解X的细菌能够增殖。(3)若用固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数,接种时应用稀释涂布平板法。(4)丙酮酸是细胞代谢中重要的中间产物,既可以转化为其他有机物,又可以在有氧条件下继续氧化为细胞供能。
典题训练1.(2023广东卷)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如下页左上图所示)和选择培养基筛选原理来判断,下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( )A.A点时取样、尿素氮源培养基B.B点时取样、角蛋白氮源培养基C.B点时取样、蛋白胨氮源培养基D.C点时取样、角蛋白氮源培养基
本实验的目的是筛选能高效降解角蛋白的嗜热菌,因此既要耐高温,又要能够高效降解角蛋白,所以在C点取样,并且以角蛋白氮源培养基进行选择培养。
2.(2021山东卷)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色,乙菌菌落周围不变色。下列说法错误的是( )A.甲菌属于解脂菌B.实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源C.可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比D.该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力
甲菌菌落周围呈现深蓝色,说明甲菌可以分泌脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸,属于解脂菌,A项正确。乙菌菌落周围不变色,说明乙菌不能产生脂肪酶,不能利用脂肪为其供能,但乙菌落又能够在培养基上生存,故该培养基不是以脂肪为唯一碳源,B项错误。可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比,这样实验对比会更加直观,C项正确。可以利用该平板比较解脂菌分泌脂肪酶的能力,通过观察菌落周围深蓝色圈的大小,判断解脂菌分泌脂肪酶的能力,D项正确。
3.将马铃薯去皮切块,加水煮沸一定时间,过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量的蔗糖和琼脂,用水定容后灭菌,得到M培养基。回答下列问题。(1)M培养基若用于真菌的筛选,则培养基中应加入链霉素以抑制 的生长,加入了链霉素的培养基属于 培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质,营养物质除氮源外还有 (答出2点即可)。氮源进入细胞后,可参与合成的生物大分子有 (答出2点即可)。
(3)若在M培养基中用淀粉取代蔗糖,接种土壤滤液并培养,平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是 ,该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是 。 (4)甲、乙两名同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量,在同一稀释倍数下得到以下结果。甲同学涂布了3个平板,统计的菌落数分别是110、140和149,取平均值133。乙同学涂布了3个平板,统计的菌落数分别是27、169和176,取平均值124。有人认为这两名同学的结果中,乙同学的结果可信度低,其原因是 。
答案:(1)细菌 选择(2)碳源、无机盐、水(答出2点即可) 蛋白质、核酸(3)碘液 淀粉遇碘液变蓝色,产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解,形成透明圈(4)乙同学的结果中,一个平板的计数结果与另外两个相差悬殊
1.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。2.阐明无菌技术是在操作过程中,保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术。3.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。4.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。5.概述稀释涂布平板法和显微镜直接计数法是测定微生物数量的常用方法。
1.通过分析几种常见培养基的配方,了解培养基的作用、分类及营养成分。2.通过分析资料并联系生活实际,区分消毒和灭菌,分析不同物品的消毒或灭菌方法。3.通过酵母菌的纯培养,掌握培养基的制备流程以及倒平板和用平板划线法接种的方法。4.通过对选择培养基配方的设计,归纳选择培养基的选择作用,分析筛选微生物的原理。5.通过完成实践活动“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”,掌握细菌的分离与计数方法。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.培养基(1)概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出的供其生长繁殖的营养基质。(2)营养构成:一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质,在此基础上还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。
2.无菌技术(1)获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。(2)无菌操作的方法
3.微生物的纯培养(1)概念:由单一个体繁殖所获得的微生物群体是纯培养物,获得纯培养物的过程就是纯培养。(2)过程:包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。(3)常用方法:平板划线法和稀释涂布平板法。
(4)实例——酵母菌的纯培养
知识落实1.下列关于微生物实验操作的叙述,错误的是( )A.培养微生物的试剂和器具都要进行湿热灭菌B.接种前后,接种环都要在酒精灯火焰上进行灼烧C.接种后的培养皿要倒置,以防培养基被污染D.菌种分离和菌落计数都可以使用固体培养基
接种室、接种箱或超净工作台等常用紫外线消毒法处理,接种环等接种工具常用灼烧灭菌法处理,吸管、培养皿等玻璃器皿及金属工具常用干热灭菌法处理,培养基及多种器材用湿热灭菌法处理,A项错误。为了防止杂菌污染,每次接种前后,接种环都要进行灼烧灭菌,B项正确。接种后,培养皿需要倒置,以防皿盖上的水珠落入培养基造成污染,C项正确。分离菌种可以用平板划线法和稀释涂布平板法,后者还可以用于微生物的计数,所用培养基为固体培养基,D项正确。
2.某小组同学为了调查某湖水的细菌污染情况而进行了实验,包括制备培养基、灭菌、倒平板、接种、分离和培养、菌落观察与计数。下列关于此实验的叙述,正确的是( )A.实验用过的带菌培养基需经过加热后才能倒掉B.利用平板划线法对细菌进行分离纯化并计数C.需要在空白平板上接种清水作为对照进行实验D.培养基中含有的蛋白胨为细菌提供了碳源、氮源和维生素等
实验用过的带菌培养基要进行湿热灭菌后才能倒掉,以免污染环境,A项错误。应利用稀释涂布平板法对细菌进行分离纯化并计数,B项错误。要使该实验所得结果可靠,还应该同时在空白平板上接种无菌水作为对照进行实验,C项错误。培养基中含有的蛋白胨为细菌提供了碳源、氮源和维生素等,D项正确。
知识筛查1.选择培养基在微生物学中,将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,称为选择培养基。
2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
知识拓展分解纤维素的微生物的分离①原理②筛选方法:刚果红染色法,即通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。③培养基:以纤维素为唯一碳源的选择培养基。
知识落实筛选淀粉分解菌需使用以淀粉为唯一碳源的培养基。接种培养后,若细菌能分解淀粉,培养平板经稀碘液处理,会出现以菌落为中心的透明圈(见下图),实验结果见下表。下列有关该实验的叙述,错误的是( )A.培养基除淀粉外还含有氮源等其他营养物质B.筛选分解淀粉的细菌时,菌液应稀释后涂布C.以上两种细菌均不能将淀粉酶分泌至细胞外D.H/C值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异
微生物生长需要碳源、氮源、水和无机盐等营养物质,因此培养基中除淀粉外还含有氮源等其他营养物质,A项正确。用稀释涂布平板法接种淀粉分解菌时,为获得单菌落,需要将菌液进行稀释后涂布到平板上,B项正确。题图中出现以菌落为中心的透明圈,说明平板上的淀粉被分解,可判断两种细菌将淀粉酶分泌至细胞外从而催化了淀粉的分解,C项错误。H/C值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异,D项正确。
典型例题回答下列与细菌培养相关的问题。(1)在培养细菌时,培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是 (填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常,制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH,其原因是 。硝化细菌在没有碳源的培养基上 (填“能够”或“不能”)生长,原因是 。 (2)用平板培养细菌时一般需要将平板 (填“倒置”或“正置”)。(3)单个细菌在平板上会形成菌落,研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物,原因是 。
(4)使用后的培养基在丢弃前通常需要经过 处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
答案:(1)蛋白胨 不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同 能够 硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源(2)倒置(3)在一定的培养条件下,不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征(4)灭菌
解析:(1)能同时提供碳源、氮源的成分必须同时含有碳和氮两种元素,蛋白胨、葡萄糖和NaNO3中,只有蛋白胨同时含有这两种元素。不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同,所以配制培养基时,在各种成分溶化后、分装前必须调节pH。硝化细菌能够进行化能合成作用,即能够利用化学反应产生的化学能固定外界的CO2,所以能够在没有碳源的培养基上生长。(2)用平板培养细菌时,为防止培养基冷凝后形成的水滴滴落在培养基上污染培养基,要将平板倒置。(3)通常根据菌落的形状、大小、颜色等特征初步区分不同种的微生物,因为不同微生物菌落的形状、大小、颜色、凹凸情况等不同,且在一定的培养条件下微生物的菌落特征是稳定的。(4)为防止污染环境,使用后的培养基在丢弃前通常需要进行灭菌处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
整合构建1.消毒和灭菌的比较
训练突破图甲、图乙是微生物接种常用的两种方法。请回答相关问题。
(1)图甲是利用 法进行微生物接种,图乙是利用 法进行微生物接种。这两种方法所用的接种工具分别是 和 ;对这两种接种工具进行灭菌的方法依次是 和酒精引燃灭菌。
(2)接种操作为什么一定要在酒精灯火焰附近进行? 。 (3)接种后,在固体培养基上培养细菌时为什么进行倒置培养? 。 (4)下图是采用上述接种方法接种后培养的效果图解,其接种方法与 (填“图甲”或“图乙”)一致。
答案:(1)平板划线 稀释涂布平板 接种环 涂布器 灼烧灭菌(2)火焰附近存在着无菌区域(3)使培养基表面的水分更好地挥发,防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染(4)图乙
典型例题物质W是一种含氮有机物,会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌(目标菌)。回答下列问题。(1)要从土壤中分离目标菌,所用选择培养基中的氮源应该是 。(2)在从土壤中分离目标菌的过程中,发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落(如右图所示)。如果要得到目标菌,应该选择 菌落进一步纯化,选择的依据是 。
(3)土壤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。 。 (4)该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌,使大肠杆菌产生能降解W的酶(酶E)。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异,该小组拟进行如下实验,请完善相关内容。①在含有一定浓度W的固体培养基上,A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液,C处滴加 ,三处滴加量相同。 ②一段时间后,测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈,说明 ;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,说明 。
答案:(1)W(2)乙 乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W(3)将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源(4)①缓冲液 ②缓冲液不能降解W 酶E与天然酶降解W的能力相近解析:(1)从土壤中分离能够降解含氮有机物W的细菌(目标菌),则选择培养基只能以W为氮源,以保证该培养基只允许目标菌生长,抑制或阻止其他种类微生物的生长。(2)由题干知,W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。甲菌落周围未形成透明圈,说明甲菌不能降解W;乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W。所以,如果要得到目标菌,应该选择乙菌落进一步纯化。
(3)若要确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,只需将它们培养在没有氮源的培养基上,若能够生长,则说明其能利用空气中的氮气作为氮源。(4)本实验中自变量为酶的类型,因变量为透明圈的大小(表示酶降解W的能力大小)。为比较酶E与天然酶的降解能力并排除缓冲液的干扰,需要设置A、B两个实验组(A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液)和一个只滴加缓冲液的对照组。若C处没有出现透明圈,则说明缓冲液不能降解W;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,则表明酶E与天然酶降解W的能力相近。
整合构建1.土壤中分解尿素的细菌的分离
2.选择培养基的制作方法(1)依据某些微生物对某种物质的抗性,在培养基中加入该种物质,以抑制不需要的微生物生长,促进所需要的微生物生长。如在培养基中加入高浓度食盐可抑制多种细菌的生长,但不影响金黄色葡萄球菌的生长,从而可将该菌分离出来;而在培养基中加入青霉素可抑制细菌、放线菌的生长,从而分离得到酵母菌和霉菌。(2)通过改变培养基的营养成分达到分离微生物的目的。当培养基中缺乏氮源时,可分离自生固氮微生物,非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存;若培养基中缺乏有机碳源,则异养微生物无法生存,而自养微生物可利用空气中的CO2制造有机物而生存。
(3)利用培养基的特定化学成分分离特定微生物。如当石油是唯一碳源时,可抑制不能利用石油的微生物生长,使能够利用石油的微生物生存,从而分离出能消除石油污染的微生物。(4)通过某些特殊环境分离微生物。如在高盐环境中可分离耐盐菌,其他菌在盐浓度高时因失水而不能生存;在高温环境中可分离得到耐高温的微生物,其他微生物在高温环境中因酶失活而无法生存。
3.统计菌落数目的方法(1)显微镜直接计数法①原理:利用特定的细菌计数板或血细胞计数板在显微镜下观察、计数,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量。②缺点:不能区分死菌与活菌。
(2)间接计数法(稀释涂布平板法)①原理:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌。②操作a.设置重复组,增强实验的说服力与准确性。b.为了保证结果准确,一般选择菌落数为30~300 的平板进行计数。③计算公式:每克样品中的菌数=(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。注意:统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。这是因为当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。
训练突破地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨,其中40%~60%能被土壤中的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,使人们能够利用秸秆等生产酒精,用纤维素酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红与纤维素形成红色复合物;而当纤维素被纤维素分解菌分解后,复合物就无法形成,培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈。从土壤中分离尿素分解菌和纤维素分解菌的操作过程如下图所示。请回答下列问题。
(1)过程④所需的选择培养基是 (填“固体”或“液体”)培养基,过程⑧所需的选择培养基是 (填“固体”或“液体”)培养基。④的具体操作是 ;⑧的具体操作是 。 (2)过程③样品梯度稀释后,一般只将稀释度为1×104~1×106倍的菌液分别接种到3个平板培养基上,此过程常用的接种方法为 。(3)过程⑩可采用倒平板时加入 的鉴别方法。
答案:(1)固体 液体 以尿素为唯一氮源 以纤维素为唯一碳源(2)稀释涂布平板法(3)刚果红染液
解析:(1)将微生物接种在固体培养基上培养,才能形成菌落,可见过程④所需的选择培养基是固体培养基。进行梯度稀释并接种之前要进行过程⑧所示的选择培养,因此过程⑧所需的选择培养基是液体培养基。④选择培养的目的是筛选尿素分解菌,所以具体的操作是以尿素为唯一氮源;⑧选择培养的目的是筛选纤维素分解菌,所以⑧的具体操作是以纤维素为唯一碳源。(2)常采用稀释涂布平板法将稀释度为1×104~1×106倍的菌液分别接种到3个平板培养基上。(3)刚果红可与纤维素形成红色复合物,但并不和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖发生颜色反应;当纤维素被纤维素分解菌分解后,红色复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。可见,过程⑩可采用倒平板时加入刚果红染液的鉴别方法。
高考真题剖析【例题】 (2019全国Ⅰ卷)已知一种有机物X(仅含有C、H两种元素)不易降解,会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌(目标菌)。Ⅰ号培养基:在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X(5 g/L)。Ⅱ号培养基:氯化钠(5 g/L),硝酸铵(3 g/L),其他无机盐(适量),X(15 g/L)。Ⅲ号培养基:氯化钠(5 g/L),硝酸铵(3 g/L),其他无机盐(适量),X(45 g/L)。
回答下列问题。(1)在Ⅰ号培养基中,为微生物提供氮源的是 。Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是 。 (2)若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中,培养一段时间后,不能降解X的细菌比例会 ,其原因是 。 (3)Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基,若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数,接种时应采用的方法是 。 (4)假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌,且该菌能将X代谢为丙酮酸,则在有氧条件下,丙酮酸可为该菌的生长提供 和 。
核心素养考查点剖析:本题重点考查了微生物的培养与分离技术,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:(1)牛肉膏、蛋白胨 X(2)下降 不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖,而能降解X的细菌能够增殖(3)稀释涂布平板法(4)能量 合成其他物质的原料
解析:(1)牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用十分广泛的天然培养基,其中的牛肉膏和蛋白胨均含氮元素,可为细菌提供氮源。Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是X。(2)将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中,因培养基中只有有机物X提供有机碳源,不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖,而能降解X的细菌能够增殖。(3)若用固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数,接种时应用稀释涂布平板法。(4)丙酮酸是细胞代谢中重要的中间产物,既可以转化为其他有机物,又可以在有氧条件下继续氧化为细胞供能。
典题训练1.(2023广东卷)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如下页左上图所示)和选择培养基筛选原理来判断,下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( )A.A点时取样、尿素氮源培养基B.B点时取样、角蛋白氮源培养基C.B点时取样、蛋白胨氮源培养基D.C点时取样、角蛋白氮源培养基
本实验的目的是筛选能高效降解角蛋白的嗜热菌,因此既要耐高温,又要能够高效降解角蛋白,所以在C点取样,并且以角蛋白氮源培养基进行选择培养。
2.(2021山东卷)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色,乙菌菌落周围不变色。下列说法错误的是( )A.甲菌属于解脂菌B.实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源C.可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比D.该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力
甲菌菌落周围呈现深蓝色,说明甲菌可以分泌脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸,属于解脂菌,A项正确。乙菌菌落周围不变色,说明乙菌不能产生脂肪酶,不能利用脂肪为其供能,但乙菌落又能够在培养基上生存,故该培养基不是以脂肪为唯一碳源,B项错误。可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比,这样实验对比会更加直观,C项正确。可以利用该平板比较解脂菌分泌脂肪酶的能力,通过观察菌落周围深蓝色圈的大小,判断解脂菌分泌脂肪酶的能力,D项正确。
3.将马铃薯去皮切块,加水煮沸一定时间,过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量的蔗糖和琼脂,用水定容后灭菌,得到M培养基。回答下列问题。(1)M培养基若用于真菌的筛选,则培养基中应加入链霉素以抑制 的生长,加入了链霉素的培养基属于 培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质,营养物质除氮源外还有 (答出2点即可)。氮源进入细胞后,可参与合成的生物大分子有 (答出2点即可)。
(3)若在M培养基中用淀粉取代蔗糖,接种土壤滤液并培养,平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是 ,该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是 。 (4)甲、乙两名同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量,在同一稀释倍数下得到以下结果。甲同学涂布了3个平板,统计的菌落数分别是110、140和149,取平均值133。乙同学涂布了3个平板,统计的菌落数分别是27、169和176,取平均值124。有人认为这两名同学的结果中,乙同学的结果可信度低,其原因是 。
答案:(1)细菌 选择(2)碳源、无机盐、水(答出2点即可) 蛋白质、核酸(3)碘液 淀粉遇碘液变蓝色,产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解,形成透明圈(4)乙同学的结果中,一个平板的计数结果与另外两个相差悬殊
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