高中生物人教版 (2019)选择性必修3一 微生物的基本培养技术第1课时学案

第2节　微生物的培养技术及应用

第1课时　微生物的基本培养技术

一、培养基的配制

1．培养基

人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质——培养基，用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。

2．培养基的种类

3．培养基的营养组成

各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质，此外还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。

4．培养基特殊需求

(1)培养乳酸杆菌时，在培养基中添加维生素。

(2)培养霉菌时，将培养基调至酸性。

(3)培养细菌时，将培养基调至中性或弱碱性。

(4)培养厌氧微生物时，需要提供无氧的条件。

二、无菌技术

1．无菌技术关键：防止杂菌污染。

2．消毒与灭菌

(1)概念

①消毒：使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。

②灭菌：使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物(包括芽孢和孢子)。

(2)类型与方法

连一连：将无菌技术类型、常用方法和适用对象用线连起来。

提示：

3．具体操作

(1)对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒。

(2)将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。

(3)为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在超净工作台并在酒精灯火焰附近进行。

(4)实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。

三、微生物的纯培养

1．微生物纯培养的概念：由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物，获得纯培养物的过程就是纯培养。

2．微生物纯培养的步骤：微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。

3．酵母菌的纯培养

(1)菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。

(2)纯培养的原理：设法在培养基上得到由单个微生物繁殖形成的纯培养物(单菌落)。

(3)纯培养方法：平板划线法和稀释涂布平板法。

(4)酵母菌的纯培养步骤

判断对错(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．获得纯净微生物培养物的关键是防止杂菌污染。 (√)

3．用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行消毒。 (×)

提示：用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行灭菌。

4．培养基分装到培养皿后进行灭菌。  (×)

提示：培养基分装到培养皿之前要进行灭菌。

5．平板冷凝后应将平板倒置，防止皿盖上的冷凝水落入培养基，造成污染。                            (√)

6．转换划线角度后需要灼烧接种环再进行划线。 (√)

　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－KH2PO4。

2．培养基的成分及功能

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：能利用无机碳源的微生物的同化作用类型是自养型微生物。

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。

1．(2020·吉林三中高二月考)下列有关培养基配制原则的表述，正确的是(　　)

A．任何培养基都必须含有碳源、氮源、无机盐、水

B．碳源和氮源必须具有一定比例，碳元素的含量最多，其次为氮元素

C．微生物的生长除受营养因素影响外，还受温度、pH、氧气、渗透压等的影响

D．营养物质的浓度越高越好

C　[培养基一般都含有碳源、氮源、无机盐和水等营养物质，但不是必须全部含有，如自养型微生物培养基中可不含碳源，A项错误；碳源和氮源必须具有一定比例，但碳元素的含量不一定最多，B项错误；微生物的生长除受营养因素影响外，还受温度、pH、氧气、渗透压等的影响，C项正确；营养物质的浓度过高可能会造成微生物渗透失水而死亡，D项错误。]

2．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，用玻璃棒取出称量纸，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。]

　无菌技术

1．无菌技术的概念：防止外来杂菌的入侵，并保持已灭菌物品及无菌区域不再被污染的方法，称为无菌技术。

2．无菌技术的目的：

(1)可防止实验室的培养物被其他微生物污染。

(2)有效避免操作者自身被微生物感染。

3．无菌技术的选择原则

(1)考虑效果：灭菌的效果比消毒要好。

(2)考虑操作对象的承受能力：活体生物材料、操作者的手等只能采用消毒的方法，而不能采用灭菌的方法。

4．无菌技术的方法——灭菌和消毒

1．灭菌和消毒的作用原理是什么？

提示：作用原理是借助理化因素，通过使蛋白质变性来抑制微生物生命活动或杀死微生物。

2．灭菌和消毒的根本区别是什么？

提示：根本区别是芽孢和孢子是否灭活，灭菌能杀死芽孢和孢子，因而灭菌更彻底。

3．对培养基、培养皿、接种环、实验者的双手、空气和牛奶常采用的灭菌或消毒方法分别是什么？

提示：分别为高压蒸汽灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌、化学药物消毒、紫外线消毒、巴氏消毒。

4．在用酒精消毒时为什么用75%的酒精，而不用100%的酒精？

提示：75%的酒精杀菌效果最好。原因是浓度过高，菌体表面蛋白质变性过快而凝固成一层保护膜，酒精不能渗入其中。

1．(2020·山东莱州一中高二检测)微生物的实验室培养，获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌入侵。下列无菌操作中，错误的是(　　)

A．对实验用的培养基，采用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌

B．对锥形瓶、塞上棉塞的试管、吸管等，用干热灭菌箱进行灭菌

C．对操作者的双手、衣着以及操作空间等，采用紫外线进行消毒

D．对试管口、锥形瓶口等部位，通过火焰灼烧进行灭菌

C　[对实验用的培养基，采用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌，A项正确；对锥形瓶、塞上棉塞的试管、吸管等，用干热灭菌箱进行灭菌，B项正确；对操作者的双手采用酒精进行消毒，C项错误；对试管口、锥形瓶口等部位，通过火焰灼烧进行灭菌，D项正确。]

2．在生产、生活和科研实践中，经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。请回答下列问题：

(1)在实验室中，玻璃和金属材质的实验器具________(填“可以”或“不可以”)放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。

(2)牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是___________________________。

(3)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能_____________。在照射前，适量喷洒________，可强化消毒效果。

(4)水厂供应的自来水通常是经过________(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。

(5)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度，最可能的原因是___________________。

[解析]　(1)在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实验器具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的DNA分子。在利用紫外线照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常是采用氯气进行消毒的。(5)采用高压蒸汽灭菌时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。

[答案]　(1)可以　(2)在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少　(3)破坏DNA结构　消毒液　(4)氯气　(5)未将锅内冷空气排尽

　无菌技术的主要内容

(1)对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。

(2)将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。

(3)为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。

(4)实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品相接触。

　酵母菌的纯培养

1．平板划线法接种和分离酵母菌

(1)平板划线法：通过接种环在固体培养基表面连续划线操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面。

(2)平板划线法的注意事项

①灼烧接种环后，要冷却后才能进行操作，以免温度太高杀死菌种。

②第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始，能使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终得到由单个细胞繁殖而来的菌落。

③划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。

④最后一次的划线不要与第一次的划线相连。

⑤几次灼烧接种环的目的

2．培养酵母菌：接种和未接种的平板在温度适宜的恒温箱中培养。

3．结果分析与评价

(1)平板划线法结果

平板划线示意图(A)及培养后菌落分布示意图(B)如下图所示。

(2)在接种酵母菌的培养基上可观察到独立的菌落，这些菌落在颜色、形状和大小上相似，酵母菌菌落一般表面光滑，多呈乳白色。

(3)若在培养基中观察到不同形态的菌落，原因可能是菌液不纯，混入其他杂菌，或在实验操作过程中被杂菌污染。

1．倒平板时，培养基冷凝后，为什么要将平板倒置？

提示：培养基冷凝后，皿盖上会凝结水珠，将平板倒置既可以防止皿盖上的水珠落入培养基，又可以避免培养基中的水分过快地挥发。

2．接种结束后，为什么要将一个未接种的培养基和一个接种的培养基放在一起培养，未接种的培养基表面是否有菌落生长很关键。如果有菌落生长，说明了什么？

提示：培养未接种培养基的作用是作对照，未接种的培养基在恒温箱中保温1～2 d后无菌落生长，说明培养基的制备是成功的。若有菌落形成，说明培养基灭菌不彻底，或培养基被污染了，需要重新制备。

1．下图为实验室培养和纯化酵母菌过程中的部分操作步骤，下列说法错误的是(　　)

A．①②③步骤操作时需要在酒精灯火焰旁进行

B．步骤①中待倒入的培养基冷却后盖上培养皿的皿盖

C．步骤③中，每次划线前后都需对接种环进行灭菌处理

D．划线接种结束后，将图④平板倒置后放入培养箱中培养

B　[由题干图可知，①是倒平板，②是用接种环蘸取菌液，③是进行平板划线，④是培养。①②③步骤操作时需要在酒精灯火焰旁进行，防止被杂菌污染，A正确；倒完平板后应立即盖上培养皿，冷却后将平板倒过来放置，B错误；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单菌落，C正确；划线接种结束后，将平板倒置后放入培养箱中培养，可以避免培养基中的水分过快地挥发和防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染，D正确。]

2．(2020·辽宁沈阳铁路实验中学期中)在分离、纯化大肠杆菌实验中，划线接种(甲)、培养结果(乙)如图所示，且甲、乙的对应位置不变。有关叙述错误的是(　　)

甲　　　乙

A．配制培养基时需进行高压蒸汽灭菌

B．甲中a区域为划线的起始位置

C．连续划线的目的是获得单个细菌形成的菌落

D．图示接种过程中接种环灼烧了5次

B　[为了能彻底灭菌，配制的培养基需进行高压蒸汽灭菌，A正确；起始划线的区域长出的菌落多且密，甲中d区域为划线的起始位置，a区域为划线的结束位置，B错误；连续划线的目的是获得单个细菌形成的菌落，C正确；由于每次使用接种环前后都要灼烧灭菌，图示甲中共有4次划线接种，接种过程中接种环灼烧了5次，D正确。]

通过对某种微生物培养基成分的分析培养学生的物质与能量观、适应观等生命观念，认识生物的多样性、独特性。

(1)该培养基含有微生物生长所需要的营养成分有哪几类？(生命观念)

(2)该培养基可培养什么样的微生物？说明理由。(生命观念)

(3)若除去成分①，加入(CH2O)，该培养基可用于培养什么样的微生物？(科学思维)

提示：(1)该培养基含有的营养成分有三类：水、无机盐和氮源。

(2)该培养基培养的是自养型微生物，因为该培养基中不含含碳有机物。

(3)若除去成分①，加入含碳有机物可用于培养固氮菌。

[课堂小结]

1．不同培养基的具体配方不同，但一般都含(　　)

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

C　[培养基中一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还应考虑pH、特殊营养物质及O2等条件。]

2．采用干热灭菌、灼烧灭菌、高压蒸汽灭菌、紫外线照射等几种方法，可分别杀死哪些部位的杂菌(　　)

A．接种环、吸管、培养基、接种室

B．吸管、接种环、培养基、接种箱

C．培养基、吸管、接种环、接种箱

D．培养皿、吸管、培养基、双手

B　[干热灭菌是将灭菌物品放入干热灭菌箱内，在160～170 ℃下加热2～3 h，适用于耐高温且需要保持干燥的物品，如玻璃器皿(吸管、培养皿)和金属用具等；灼烧灭菌是利用酒精灯火焰的充分燃烧层灭菌，如接种针、接种环等；高压蒸汽灭菌用高压蒸汽灭菌锅，一般在压力为100 kPa、温度为121 ℃的条件下，维持15～30 min，主要用于培养基灭菌；紫外线照射适用于物体表面灭菌和空气灭菌，如接种室、接种箱、超净工作台等，使用前用紫外线照射约30 min。]

3．(2020·河北邢台期末)下列有关微生物的分离与培养的叙述，错误的是(　　)

A．获得纯培养物的关键是防止杂菌污染

B．倒置平板可防止培养皿盖上的冷凝水滴落造成污染

C．倒平板时将培养皿的盖拿开，以便于将锥形瓶中的培养基倒入培养皿

D．检验培养基是否被杂菌污染的最有效方法是将未接种的培养基放在恒温箱中培养

C　[获得纯培养物的关键是防止杂菌污染，A正确；倒置平板可防止培养皿盖上的冷凝水滴落造成污染，B正确；倒平板时用食指和拇指夹住皿盖并开启一缝，使其恰好能让锥形瓶瓶口伸入，随后倒入培养基，C错误；检验培养基是否被杂菌污染的最有效方法是将未接种的培养基放在恒温箱中培养，D正确。]

4．下列有关平板划线操作的描述，错误的是(　　)

A．将接种环放在酒精灯火焰上灼烧，直到接种环烧红

B．接种环在平板上划线的位置是随机的

C．在挑取菌种前和接种完毕后均要将试管口通过酒精灯火焰

D．最后一区的划线不能与第一区相连

B　[接种环在平板上划线的位置并不是随机的：将蘸有菌种的接种环伸入平板内，划三至五条平行线后应盖上皿盖，并灼烧接种环，待其冷却后，从第一区域划线的末端开始往第二区域内划线，重复以上操作，在三、四、五区域内划线。]

5．下表是培养某微生物的培养基的配方，请回答下列问题：

(1)培养基的类型很多，但培养基中一般都含有水、碳源、_____和无机盐。上述培养基配方中能充当碳源的成分是_______。培养基配制完成以后，一般还要调节pH并对培养基进行______处理。

(2)在配制培养基时，除考虑营养条件外，还要考虑________、________和渗透压等条件。

(3)在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养器皿进行________(填“消毒”或“灭菌”)；操作者的双手需进行清洗和________；空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质________，还能损伤DNA的结构。

(4)分离纯化微生物最常使用的接种方法是______________。

(5)在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检测方法是____________________。

[解析]　(1)培养基中都应含有水、无机盐、碳源和氮源。培养基配制完成后要调pH和灭菌。牛肉膏、蛋白胨中含碳元素，可作为有机碳源。(2)配制培养基时，除考虑营养条件外，还要考虑温度、酸碱度和渗透压等条件。(3)灭菌是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，所以要对培养基和培养皿进行灭菌。消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物，故操作者的双手需要进行清洗和消毒。紫外线能使蛋白质变性，还能损伤DNA的结构。(4)分离纯化微生物常采用平板划线法。(5)培养微生物时，在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检测方法是将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间，观察培养基上是否有菌落产生。

[答案]　(1)氮源　牛肉膏和蛋白胨　灭菌　(2)温度　酸碱度　(3)灭菌　消毒　变性　(4)平板划线法　(5)将未接种的培养基放在恒温箱中一段时间，观察培养基上是否有菌落产生