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2019-2020年高中生物《微生物的培養(yǎng)與應用》教案1 新人教版選修1 教學目標： （一）知識與技能 了解有關培養(yǎng)基的基礎知識；掌握培養(yǎng)基的制備、高壓蒸汽滅菌和平板劃線法等基本操作技術 （二）過程與方法 分析實驗思路的確定和形成的原因，分析實驗流程，對比前面的實驗設計，歸納共性，分析差異，增加印象 （三）情感、態(tài)度與價值觀 形成勇于實踐、嚴謹求實的科學態(tài)度和科學精神 教學重點：無菌技術的操作 教學難點： 無菌技術的操作 教學過程： （一）引入新課 在傳統發(fā)酵技術的應用中，都利用了微生物的發(fā)酵作用，其中的微生物來自于制作過程中的自然感染。而在工業(yè)化生產中，為了提高發(fā)酵的質量，需要獲得優(yōu)良菌種，并保持發(fā)酵菌種的純度。這就要涉及到微生物的培養(yǎng)、分離、鑒別等基本技術。現在我們開始學習微生物的培養(yǎng)和應用專題。 （二）進行新課 1．基礎知識 1．1 培養(yǎng)基的種類包括 固體 培養(yǎng)基和 液體 培養(yǎng)基等。 〖思考1〗瓊脂是從紅藻中提取的 多糖 ，在配制培養(yǎng)基中用作為 凝固劑 。 【補充】培養(yǎng)基的類型及其應用： 標準 培養(yǎng)基類型 配制特點 主要應用 物理性質 固體培養(yǎng)基 加入瓊脂較多 菌種分離,鑒定,計數 半固體培養(yǎng)基 加入瓊脂較少 菌種保存 液體培養(yǎng)基 不加入瓊脂 工業(yè)生產，連續(xù)培養(yǎng) 化學組成 合成培養(yǎng)基 由已知成分配制而成，培養(yǎng)基成分明確 菌種分類、鑒定 天然培養(yǎng)基 由天然成分配制而成，培養(yǎng)基成分不明確 工業(yè)生，產降低成本 目的用途 鑒別培養(yǎng)基 添加某種指示劑或化學藥劑 菌種的鑒別 選擇培養(yǎng)基 添加（或缺少）某種化學成分 菌種的分離 1．2 培養(yǎng)基的化學成分包括 水 、 無機鹽 、 碳源 、 氮源 四類營養(yǎng)成分。 〖思考2〗從細胞的化學元素組成來看，培養(yǎng)基中為什么都含有這些營養(yǎng)成分？ C、H、O、N、P、S是構成細胞原生質的基本元素，約占原生質總量的97％以上。 【補充】碳源：如CO2、糖類、脂肪酸等有機物，構成微生物的結構物質和分泌物，并提供能量。 氮源：如N2、氨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨等，主要用來合成蛋白質、核酸及含氮代謝物等。含有C、H、O、N的化合物既可以作為碳源，又可以作為氮源，如氨基酸等。 1．3 培養(yǎng)基除滿足微生物生長的 pH 、 特殊營養(yǎng)物質 和 氧氣 等要求。 【補充】生長因子：某些微生物正常生長代謝過程中必須從培養(yǎng)基中吸收的微量有機小分子，如某些氨基酸、堿基、維生素等。 〖思考3〗牛肉膏和蛋白胨主要為微生物提供 糖 、 維生素 和 有機氮 等營養(yǎng)物質。 〖思考4〗培養(yǎng)乳酸桿菌時需要添加 維生素 ，培養(yǎng)霉菌時需要將培養(yǎng)基pH調節(jié)為 酸性 ，培養(yǎng)細菌時需要將pH調節(jié)為 中性或微堿性 。 活動2：閱讀“無菌技術”，討論回答下列問題： 1．4 獲得純凈培養(yǎng)物的關鍵是 防止外來雜菌的入侵 。 1．5 無菌技術包括： （1）對實驗操作空間、操作者的衣著和手進行 清潔和消毒 ； （2）將培養(yǎng)器皿、接種用具和培養(yǎng)基等器具進行 滅菌 ； （3）為避免周圍微生物污染，實驗操作應在 酒精燈火焰附近 旁進行； （4）避免已滅菌處理的材料用具與 周圍物品 相接觸。 1．6 比較消毒和滅菌（填表） 比較項 理化因素的作用強度 消滅微生物的數量 芽孢和孢子能否被消滅 消毒 較為溫和 部分生活狀態(tài)的微生物 不能 滅菌 強烈 全部微生物 能 〖思考5〗無菌技術除了防止培養(yǎng)物被污染外，還具有的目的是 防止感染實驗操作者 。 1．7 消毒方法： （1）日常生活經常用到的是 煮沸 消毒法； （2）對一些不耐高溫的液體，則使用 巴氏 消毒法（作簡要介紹）； （3）對接種室、接種箱或超凈工作臺首先噴灑 石炭酸或煤酚皂 等溶液以增強消毒效果，然后使用 紫外線 進行物理消毒。 （4）實驗操作者的雙手使用 酒精 進行消毒； （5）飲水水源用 氯氣 進行消毒。 1．8滅菌方法： （1）接種環(huán)、接種針、試管口等使用 灼燒 滅菌法； （2）玻璃器皿、金屬用具等使用 干熱 滅菌法，所用器械是 干熱滅菌箱 ； （3）培養(yǎng)基、無菌水等使用 高壓蒸汽 滅菌法，所用器械是 高壓蒸汽滅菌鍋 。 （4）表面滅菌和空氣滅菌等使用 紫外線 滅菌法，所用器械是 紫外燈 。 〖思考6〗對接種環(huán)滅菌時要用酒精燈的 充分燃燒 層火焰灼燒可能伸入試管或培養(yǎng)皿的部位。 〖思考7〗利用干熱滅菌箱對玻璃器皿滅菌時物品不能擺得太擠，目的是避免妨礙熱空氣流通。 〖思考8〗物品裝入高壓蒸汽滅菌鍋滅菌后，要首先打開排氣閥，煮沸并排除鍋內冷空氣，其目的是 有利于鍋內溫度升高 ；隨后關閉排氣閥繼續(xù)加熱，氣壓升至 100k Pa，溫度為 121℃ ，并維持 15～30 min；最后切斷熱源，使溫度自然降溫，氣壓務必降至 零 時打開鍋蓋，其目的是防止 容器中的液體暴沸 。 【補充】培養(yǎng)基的配制原則： ①目的要明確：根據培養(yǎng)的微生物種類、培養(yǎng)的目的等確定培養(yǎng)基的類型和配制量。 ②營養(yǎng)要協調：培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質的濃度和比例要適宜。例如：碳氮比4∶1時，谷氨酸棒狀桿菌大量繁殖而產生谷氨酸少；碳氮比為3∶1時，菌體繁殖受抑制而谷氨酸合成量大增。 ③pH要適宜：細菌培養(yǎng)基pH中性或偏堿性，霉菌培養(yǎng)基呈酸性。 2．實驗操作 2．1 計算：根據配方比例，計算100mL培養(yǎng)基各成分用量。 2．2 稱量：準確稱取各成分。稱取牛肉膏和蛋白胨時動作要迅速，目的是防止牛肉膏吸收空氣中水分。 2．3 溶化：①加水加熱熔化牛肉膏；②加入蛋白胨和氯化鈉繼續(xù)加熱；③加入瓊脂；④用蒸餾水定容到100mL。整個過程不斷用玻棒攪拌，目的是防止瓊脂糊底而導致燒杯破裂。 2．4 調pH：用1mol/LNaOH溶液調節(jié)pH至偏堿性。 2．5 滅菌：將配制好的培養(yǎng)基轉移到錐形瓶中，加塞包扎后用高壓蒸汽滅菌鍋滅菌；所用培養(yǎng)皿用報紙包扎后用干熱滅菌箱滅菌。 2．6 倒平板：待培養(yǎng)基冷卻至50℃左右時在酒精燈火焰附近操作進行。 其過程是： ①在火焰旁右手拿錐形瓶，左手拔出棉塞； ②右手拿錐形瓶，使錐形瓶的瓶口迅速通過火焰； ③左手將培養(yǎng)皿打開一條縫隙，右手將培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿，立刻蓋上皿蓋。 ④待平板冷卻凝固后，將平板倒過來放置。 〖思考1〗錐形瓶的瓶口通過火焰的目的是消滅瓶口的雜菌，防止雜菌感染培養(yǎng)基。 〖思考2〗倒平板的目的是防止培養(yǎng)基冷卻過程中形成的水滴落到培養(yǎng)基表面。 〖思考3〗若皿蓋和皿底之間粘有培養(yǎng)基，則該平板能否培養(yǎng)微生物？為什么？ 不能?？諝庵须s菌會在這些粘附培養(yǎng)基上繁殖，并污染皿內培養(yǎng)基。 〖思考4〗配制斜面培養(yǎng)基中，試管要加塞棉塞的目的是保持通氣并防止雜菌感染。 〖思考5〗試管培養(yǎng)基形成斜面的作用是增大接種面積。 2．7 接種 2．7．1微生物接種的最常用方法是平板劃線法和稀釋涂布法，另外還有穿刺接種和斜面接種等。 2．7．2平板劃線法：通過接種環(huán)在瓊脂固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線的操作，將聚集的菌種逐步稀釋分散到培養(yǎng)基表面。其操作步驟是： ①將接種環(huán)在酒精燈火焰上灼燒直至燒紅。 ②在酒精燈火焰旁冷卻接種環(huán)，并打開大腸桿菌的菌種試管的棉塞。 ③將菌種試管口通過火焰達到消滅試管口雜菌的目的。 ④將冷卻的接種環(huán)伸入到菌液中取出一環(huán)菌種。 ⑤將菌種試管口再次通過火焰后塞上棉塞。 ⑥將皿蓋打開一條縫隙，把接種環(huán)伸入平板內劃3～5條平行線，蓋上皿蓋，不要劃破培養(yǎng)基。 ⑦灼燒接種環(huán)，冷卻后從第一區(qū)劃線末端開始向第二區(qū)域內劃線。重復上述過程，完成三、四、五區(qū)域內劃線。注意不要將第五區(qū)的劃線與第一區(qū)劃線相連。 ⑧將平板倒置放在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。 〖思考6〗取菌種前灼燒接種環(huán)的目的是消滅接種環(huán)上的微生物；除第一次劃線外，其余劃線前都要灼燒接種環(huán)的目的是消滅接種環(huán)上殘留菌種；取菌種和劃線前都要求接種環(huán)冷卻后進行，其目的是防止高溫殺死菌種；最后灼燒接種環(huán)的目的是防止細菌污染環(huán)境和操作者。 〖思考7〗在第1次劃線后都從上次劃線末端開始的目的是獲得由單個細菌形成的標準菌落。 2．7．3　稀釋涂布平板法：將菌液進行一系列梯度稀釋，并將不同稀釋度菌液分別涂布到瓊脂固體培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)。當稀釋倍數足夠高時，即可獲得單個細菌形成的標準菌落。 2．7．4　系列稀釋操作： ①取盛有9mL水的無菌試管6支，編號101、102、103、104、105、106。 ②用灼燒冷卻的移液管吸取1mL菌液注入編號為101試管中，并吹打3次，使之混勻。 ③從101倍液中吸取1mL菌液注入到編號為102試管內吹打均勻，獲得102倍液。依此類推。 〖思考8〗操作中試管口和移液管應在離火焰1～2cm處。整個操作過程中使用了1支移液管。 3．結果分析與評價 3．1　培養(yǎng)未接種培養(yǎng)基的作用是對照，若有菌落形成，說明培養(yǎng)基滅菌不徹底。 3．2　在肉湯培養(yǎng)基上，大腸桿菌菌落呈白色，為圓形，光滑有光澤，邊緣整齊。 3．3　培養(yǎng)12h和24h后的菌落大小不同（相同、不同）；菌落分布位置相同（相同、不同）。原因是時間越長，菌落中細菌繁殖越多，菌落體積越大；菌落的位置不動，但菌落數增多。 〖思考9〗在某培養(yǎng)基上出現了3種特征不同的菌落，原因有培養(yǎng)基滅菌不徹底或雜菌感染等。 〖思考10〗頻繁使用的菌種利用臨時保藏法保存，長期保存菌種的方法是甘油管藏法。前者利用固體斜面培養(yǎng)基培養(yǎng)后，保存在4℃冰箱中，每3～6個月轉種培養(yǎng)一次，缺點是保存時間較短，容易發(fā)生污染和變異；后者將菌種與無菌體積等量混合后保存在－20℃冷凍箱中。 （三）課堂總結、點評 微生物的實驗室培養(yǎng) 培養(yǎng)基 無菌技術 純化大腸桿菌 培養(yǎng)基的配制 配制培養(yǎng)基的原則 配制培養(yǎng)基的方法 計算→稱量→溶化→調pH→分裝→加棉塞→滅菌→倒平板 平板劃線法 稀釋涂布法 系列稀釋 平板涂布 （四）實例探究 例1．關微生物營養(yǎng)物質的敘述中，正確的是 A.是碳源的物質不可能同時是氮源 B.凡碳源都提供能量 C.除水以外的無機物只提供無機鹽 D.無機氮源也能提供能量 解析：不同的微生物，所需營養(yǎng)物質有較大差別，要針對微生物的具體情況分析。對于A、B選項，它的表達是不完整的。有的碳源只能是碳源，如二氧化碳；有的碳源可同時是氮源，如NH4HCO3；有的碳源同時是能源，如葡萄糖；有的碳源同時是氮源，也是能源，如蛋白胨。對于C選項，除水以外的無機物種類繁多，功能也多樣。如二氧化碳，可作為自養(yǎng)型微生物的碳源；NaHC O3，可作為自養(yǎng)型微生物的碳源和無機鹽；而NaCl則只能提供無機鹽。對于D選項，無機氮源提供能量的情況還是存在的，如NH3可為硝化細菌提供能量和氮源。 答案：D 例2．下面對發(fā)酵工程中滅菌的理解不正確的是 A.防止雜菌污染 B.消滅雜菌 C.培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須滅菌 D.滅菌必須在接種前 解析：滅菌是微生物發(fā)酵過程的一個重要環(huán)節(jié)。A說的是滅菌的目的，因為發(fā)酵所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程不能混入其他微生物（雜菌），所以是正確的；B是錯誤的，因為滅菌的目的是防止雜菌污染，但實際操作中不可能只消滅雜菌，而是消滅全部微生物。C是正確的，因為與發(fā)酵有關的所有設備和物質都要滅菌；發(fā)酵所用的微生物是滅菌后專門接種的，滅菌必須在接種前，如果接種后再滅菌就會把所接菌種也殺死。 答案：B 綜合應用 例3．右表是某微生物培養(yǎng)基成分，請據此回答： 編號 成分 含量 ① 粉狀硫 10g ② （NH4）2SO4 0.4g ③ K2HPO4 4.0g ④ MgSO4 9.25g ⑤ FeSO4 0.5g ⑥ CaCl2 0.5g ⑦ H2O 100ml （1）右表培養(yǎng)基可培養(yǎng)的微生物類型 是 。 （2）若不慎將過量NaCl加入培養(yǎng)基中。 如不想浪費此培養(yǎng)基，可再加入 ， 用于培養(yǎng) 。 （3）若除去成分②，加入（CH2O），該培 養(yǎng)基可用于培養(yǎng) 。 （4）表中營養(yǎng)成分共有 類。 （5）不論何種培養(yǎng)基，在各種成分都溶化 后分裝前，要進行的是 。 （6）右表中各成分重量確定的原則是 。 （7）若右表培養(yǎng)基用于菌種鑒定，應該增加的成分是 。 解析：對于一個培養(yǎng)基，它能培養(yǎng)何種微生物，要看它的化學成分。當然這只適用于合成培養(yǎng)基，如果是一個天然培養(yǎng)基就不能從培養(yǎng)基的成分上區(qū)分它是培養(yǎng)何種微生物的。分析化學成分要從營養(yǎng)物質的類型出發(fā)。右表中的營養(yǎng)物質有水、無機鹽、氮源三類，缺乏碳源和特殊營養(yǎng)物質。對特殊營養(yǎng)物質，有的微生物是不需要的，但沒有微生物是不需要碳源的。該培養(yǎng)基中沒有碳源，說明培養(yǎng)的微生物是從空氣中獲得碳源的，即可培養(yǎng)的微生物就是自養(yǎng)型微生物了。該培養(yǎng)基中加入了過量食鹽，就可以成為金黃色葡萄球菌鑒別培養(yǎng)基，但金黃色葡萄球菌是異養(yǎng)型微生物，這個培養(yǎng)基就還需要加入有機碳源。該培養(yǎng)基若加入（CH2O），培養(yǎng)基中就有了碳源，但除去成分②，卻使培養(yǎng)基中沒有了氮源，這時就只能用于培養(yǎng)固氮微生物了。對于菌種鑒定，往往用的是固體培養(yǎng)基，而表中沒有凝固劑，需要加入常見的凝固劑——瓊脂。 答案：⑴自養(yǎng)型微生物 ⑵含碳有機物 金黃色葡萄球菌 ⑶固氮微生物 ⑷3 ⑸調整pH ⑹依微生物的生長需要確定 ⑺瓊脂（或凝固劑） （五）鞏固練習 1．不可能作為異養(yǎng)微生物碳源的是 A．牛肉膏 B．含碳有機物 C．石油 D．含碳無機物 2．根瘤菌能利用的營養(yǎng)物質的組別是 A．NH3，（CH2O），NaCl B．N2，（CH2O），CaCl2 C．銨鹽，CO2，NaCl D．NO2，CO2，CaCl2 3．配制培養(yǎng)基的敘述中正確的是 A．制作固體培養(yǎng)基必須加入瓊脂 B．加入青霉素可得到放線菌 C．培養(yǎng)自生固氮菌不需氮源 D．發(fā)酵工程一般用半固體培養(yǎng)基 4．自養(yǎng)型微生物與異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基的主要差別是 A．碳源 B．氮源 C．無機鹽 D．特殊營養(yǎng)物質 5．下表是有關4種生物的能源、碳源、氮源和代謝類型的概述。其中正確的是( ) 生 物 硝化細菌 根瘤菌 酵母菌 谷氨酸棒狀桿菌 能 源 氧化NH3 N2的固定 分解糖類等有機物 光 能 碳 源 C02 糖類 糖類 糖類 氮 源 NH3 N2 NH4+、NO3- 尿 素 代謝類型 自養(yǎng)需氧型 異養(yǎng)需氧型 異養(yǎng)兼性厭氧型 自養(yǎng)需氧型 A．根瘤菌、谷氨酸棒狀桿菌 B．硝化細菌、酵母菌 C．酵母菌、谷氨酸棒狀桿菌 D．硝化細菌、根瘤菌 6．甲、乙、丙是三種微生物，下表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用來培養(yǎng)微生物的三種培養(yǎng)基。甲、乙、丙都能在Ⅲ種正常生長繁殖；甲能在Ⅰ中正常生長繁殖，而乙和丙都不能；乙能在Ⅱ中正常生長繁殖，甲、丙都不能。下列說法正確的是 （ ） 粉狀硫 10g K2HPO4 4g FeSO4 0.5g 蔗糖 10g （NH4）2SO4 0.4g H2O 100ml MgSO4 9.25g CaCl2 0.5g Ⅰ + + + + - + + + Ⅱ + + + - + + + + Ⅲ + + + + + + + + A、甲、乙、丙都是異養(yǎng)微生物 B、甲、乙、丙都是自養(yǎng)微生物、丙是異養(yǎng)微生物 C、甲是固氮微生物、乙是自養(yǎng)微生物、丙是異養(yǎng)微生物 D、甲是異養(yǎng)微生物、乙是固氮微生物、丙是自養(yǎng)微生物 7．微生物（除病毒外）需要從外界吸收營養(yǎng)物質并通過代謝來維持正常的生長和繁殖。下列有關微生物營養(yǎng)的說法正確的是 A．乳酸菌與硝化細菌所利用的碳源物質是相同的 B．微生物生長中不可缺少的一些微量的無機物稱為生長因子 C．培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質濃度越高對微生物的增殖越有利 D．生長因子一般是酶或核酸的組成成分，微生物本身合成這些生長因子的能力往往不足。 8．某一種細菌株要從環(huán)境中提取現成的亮氨酸（20種氨基酸中的一種）才能生長，此菌株對鏈霉素敏感。實驗者用誘變劑處理此菌株，想篩選出表中細菌菌株類型。根據實驗年目的，選用的培養(yǎng)基類型是（　　） 　注：Ｌ—亮氨酸　?。印溍顾亍　　埃薄尤搿　　啊薄患尤? 　如：Ｌ—：不加亮氨酸　　Ｓ＋：加入鏈霉素 選項 篩選出不需要亮氨酸的菌株 篩選出抗鏈霉素的菌株 篩選出不需要亮氨酸的抗鏈霉素的菌株 Ａ Ｌ＋　?。樱? Ｌ—　　Ｓ— Ｌ＋　?。樱? Ｂ Ｌ－　　Ｓ— Ｌ＋　?。樱? Ｌ—　?。樱? Ｃ Ｌ—　?。樱? Ｌ＋　?。樱? Ｌ—　　Ｓ— Ｄ Ｌ＋　?。印? ｌ—　　Ｓ— Ｌ＋　?。樱? 9．要將從土壤中提取的自生固氮菌與其他的細菌分離出來，應將它們接種在 A．加入氮源和殺菌劑的培養(yǎng)基上 B．不加入氮源和不加殺菌劑的培養(yǎng)基上 C．加入氮源，不加殺菌劑的培養(yǎng)基上 D．不含氮源和殺菌劑的培養(yǎng)基上 10．酵母菌培養(yǎng)液中常含有一定濃度的葡萄糖，但當葡萄糖濃度過高時，反而抑制微生物的生長，原因是 A．碳源供應太充足 B．細胞會發(fā)生質壁分離 C．改變了酵母菌的pH值 D．葡萄糖不是酵母菌的原料 課后探究 １、收集生活中與微生物有關的實例，并通過所學知識對其進行解釋 ２、我們打針輸液時，首先要用酒精擦拭針刺處，為什么？ ★教后小記 本節(jié)課可以通過生產實例導入，使學生認識在微生物的培養(yǎng)過程中，保持培養(yǎng)物純凈的重要性。在課堂上可以跳出教材，充分發(fā)揮學生的主動性，讓學生收集列舉更多的生產生活中的實例，從中體會培養(yǎng)物純凈的重要性。當時由于微生物的微觀性和危害性，一定要教育學生培養(yǎng)良好的衛(wèi)生習慣。