【二轮专题复习课件】第15讲 生物技术实践 考点1 微生物的培养、分离与计数(共42张PPT)

(共42张PPT)
专题八 生物技术实践
第15讲 生物技术实践
考点一 微生物的培养、分离与计数
1.[2020课标全国Ⅰ，37，15分] 某种物质S（一种含有C、H、N的有机物）难以降解，会对环境造成污染，只有某些细菌能降解S。研究人员按照如图所示流程从淤泥中分离得到能高效降解S的细菌菌株。实验过程中需要甲、乙两种培养基，甲的组分为无机盐、水和S，乙的组分为无机盐、水、S和Y。回答下列问题：
（1） 实验时，盛有水或培养基的摇瓶通常采用_______________的方法进行灭菌。乙培养基中的 物质是_______。甲、乙培养基均属于_______培养基。
琼脂
选择
[解析] 实验时，盛有水或培养基的摇瓶常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。题图中摇瓶 内装有液体培养基甲，培养皿中的培养基乙为固体培养基，相比甲需添加凝固剂Y琼脂。依据题干信息，甲、乙培养基均为以 （一种含有C、H、N的有机物）为唯一氮源和碳源的培养基，可抑制或阻止其他微生物繁殖，仅使能够降解和利用 的菌株生长和繁殖，故属于选择培养基。
高压蒸汽灭菌
（2） 实验中初步估测摇瓶M中细菌细胞数为 个 ，若要在每个平板上涂布 稀释后的菌液，且保证每个平板上长出的菌落数不超过200个，则至少应将摇瓶 中的菌液稀释______倍。
[解析] 若使平板上长出的菌落数不超过200个，则接种液中的菌体浓度至多为200个 （个 ），已知摇瓶 中的细菌细胞数为 个 ，则至少应将摇瓶 中的菌液稀释 倍。
（3） 在步骤⑤的筛选过程中，发现当培养基中的 超过某一浓度时，某菌株对 的降解量反而下降，其原因可能是______________________________________（答出1点即可）。
的浓度超过某一值时会抑制菌株的生长
[解析] 作为一种营养物质，在培养基中浓度过高，可导致培养液渗透压升高，细菌细胞渗透失水，使其代谢速率下降；另一方面 作为污染物，其浓度过高可能抑制菌体生长、代谢和繁殖。
（4） 若要测定淤泥中能降解 的细菌细胞数，请写出主要实验步骤：_________________________________________________________________。
取淤泥加入无菌水中，涂布（或稀释涂布）到乙培养基上，培养后计数
[解析] 若要测定淤泥中能降解 的细菌细胞数，需进行的实验步骤如下：称取一定质量 的淤泥溶于一定体积的 无菌水中，制备土壤浸出液，经梯度稀释（对于细菌，一般选用 、 、 倍的稀释液）后，采用稀释涂布平板法接种于以 为唯一碳源和氮源的固体培养基（即乙培养基）中，每个稀释倍数下设置三组重复实验；在适宜条件下培养，待长出菌落且菌落数目达到稳定后，选取菌落数在30～300的平板进行计数，统计并计算平均值。
（5） 上述实验中，甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同，但都能为细菌的生长提供4类营养物质，即_________________________。
水、碳源、氮源和无机盐
[解析] 在甲、乙两种培养基中， 既作为碳源，又作为氮源，同时培养基中还含有水、无机盐等营养物质。
2.[2019课标全国Ⅱ，37，15分] 物质 是一种含氮有机物，会污染土壤。 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 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_____。
[解析] 要从土壤中分离能降解 的细菌，培养基中应以 为唯一氮源。
（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_________________________________________。
乙
乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解
[解析] 乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解 。
（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，即___________________________________________________________________________________________。
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
[解析] 要判断甲、乙能否利用空气中的氮气作为氮源，应将甲、乙菌分别接种在无氮源的培养基上，观察细菌能否生长，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，否则不能。
（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 的酶（酶 ）。为了比较酶 与天然酶降解 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 的固体培养基上， 处滴加含有酶 的缓冲液， 处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液， 处滴加_________，三处滴加量相同。
缓冲液
[解析] 实验设计应遵循单一变量原则，C处应滴加等量不含酶的缓冲液。
② 一段时间后，测量透明圈的直径。若 处没有出现透明圈，说明___________________；若 、 处形成的透明圈直径大小相近，说明________________________________。
缓冲液不能降解
酶 与天然酶降解 的能力相近
[解析] C处只滴加等量缓冲液，若C处没有出现透明圈，说明缓冲液不能降解 ，若A、B处形成的透明圈直径大小相近，说明酶 与天然酶降解 的能力相近。
试题情境 本题以从土壤中筛选出能降解 的细菌为情境
题眼 ①从土壤中筛选出能降解 的细菌
②确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源
③大肠杆菌产生能降解 的酶，比较酶 与天然酶降解 能力的差异
学科素养 本题侧重考查科学思维和科学探究能力
易错提醒 有关选择培养基选择方法的3个易错点
①在培养基中加入某种化学物质。例如，加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌；加入高浓度的食盐可以得到金黄色葡萄球菌。这里的加入是在主要营养成分完整的基础上进行的
②改变培养基中的营养成分。例如缺乏氮源时，可以分离出固氮微生物；石油为唯一碳源时，可以分离出能消除石油污染的微生物
③改变微生物的培养条件。例如将培养基放在高温环境下培养，可以得到耐高温的微生物
母题延伸（1） 微生物培养过程中，培养基灭菌是否合格是成败的关键之一，该如何操作可以确定培养基的灭菌是否合格？
[答案] 设置空白对照组，随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间，观察培养基上是否有菌落生成。
（2） 如果要确定制备的选择培养基是否有筛选作用，该如何操作？
[答案] 将接种的普通培养基与接种的选择培养基一起培养，一段时间后观察两培养基上的菌落情况。
[2021湖南，21，15分] 大熊猫是我国特有的珍稀野生动物，每只成年大熊猫每日进食竹子量可达 。大熊猫可利用竹子中 的纤维素和 的半纤维素。研究人员从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题：
变式（1） 纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即___________________________。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以_________为唯一碳源的固体培养基上进行培养，该培养基从功能上分类属于_______培养基。
酶、 酶和葡萄糖苷酶
纤维素
选择
[解析] 纤维素酶是一种复合酶，包括 酶、 酶和葡萄糖苷酶等。筛选纤维素分解菌应用纤维素为唯一碳源的固体培养基；该培养基能筛选出纤维素分解菌，属于选择培养基。
（2） 配制的培养基必须进行灭菌处理，目的是_____________________________________________。检测固体培养基灭菌效果的常用方法是___________________________。
杀死培养基中的所有微生物（包括芽孢、孢子）
不接种培养（或空白培养）
[解析] 高压蒸汽灭菌可杀死培养基中的所有微生物，包括芽孢和孢子。为检测灭菌效果，可将未接种的培养基在适宜条件下培养，若在适宜条件下培养无菌落出现，说明培养基灭菌彻底，否则说明培养基灭菌不彻底。
（3） 简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取 涂布到若干个平板（每个稀释度至少涂布三个平板），对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数
[解析] 测定菌体的活菌数，常采用稀释涂布平板法，即将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取 涂布到若干个平板（每个稀释度至少涂布三个平板），对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数。
（4） 为高效降解农业秸秆废弃物，研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分解菌，在 条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株____，理由是____________________________________________。
菌株 秸秆总重 秸秆残重 秸秆失重（ ） 纤维素降解率（ ）
A 2.00 1.51 24.50 16.14
B 2.00 1.53 23.50 14.92
C 2.00 1.42 29.00 23.32
C
接种C菌株后秸秆失重最多，纤维素降解率最大
[解析] 测定酶活力时可以用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。由表格可知，在适宜的条件下， 菌株在相同的温度和时间下，秸秆失重最多，纤维素降解率最大，说明该菌株的纤维素分解菌产生的纤维素酶活力最高。
1.培养基的成分与种类
2.微生物培养中的无菌操作技术
（1）3种常用的消毒方法：___________法、___________法及化学药剂消毒法。
（2）3种常用的灭菌方法：_______灭菌——接种环、接种针或其他金属用具；_______灭菌——主要是玻璃器皿；___________灭菌——主要是培养基。
3.培养基制备与微生物的纯化技术
（1）制备牛肉膏蛋白胨固体培养基
灼烧
干热
高压蒸汽
煮沸消毒
巴氏消毒
（2）两种微生物纯化技术的比较
项目 平板划线法 稀释涂布平板法
纯化原理 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 将菌液进行一系列的梯度稀释，稀释度足够高时，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞
主要步骤 平板划线操作 系列梯度稀释操作和涂布平板操作
接种工具 接种环 涂布器
平板示意图
4.熟记微生物分离与计数的两个实例
（1）土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
①筛选菌株：利用_____________筛选菌株。
②测定微生物数量的常用方法：_____________和
_________直接计数。
③过程：土壤取样→制备培养基→___________→涂布平板→微生物的培养与观察→菌落计数。
④鉴定方法
含酚红指示剂的以尿素为唯一氮源的培养基→培养细菌→指示剂_______，则该种细菌能分解尿素。
选择培养基
活菌计数法
显微镜
样品稀释
变红
（2）分解纤维素的微生物的分离
①实验原理
透明圈
可根据是否产生_________来筛选纤维素分解菌。
②实验流程：土壤取样→选择培养→___________→涂布平板→挑选菌落。
提醒 1.间接计数法的计算公式
每克样品中菌株数
注： 代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数， 代表涂布平板时所用的稀释液的体积 ， 代表稀释倍数。
梯度稀释
2.平板划线法、稀释涂布平板法及显微镜直接计数法的区别
（1）平板划线法适用于微生物的纯化，但不能用于微生物的计数。
（2）稀释涂布平板法常用于活菌计数，而显微镜直接计数不能区分菌体的死活。
（3）用稀释涂布平板法进行计数时，为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300间的平板进行计数。
5.微生物的筛选与鉴定
（1）微生物的筛选方法
（2）微生物的鉴定方法
提醒 （1）培养基中加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。
（2）培养基中加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。
（3）培养基中缺乏氮源时，可以分离得到固氮微生物。
（4）当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。
（5）改变微生物的培养条件，也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养能得到耐高温的微生物。
考向一 结合培养基的成分、类型与无菌操作等，考查科学思维与科学探究能力
1.[2021河南焦作四模] 丁草胺是一种主要应用于水稻田杂草防除的除草剂，具有潜在的致畸变和致突变性，而在水稻种植过程中农田有一段很长的淹水期，淹水会导致水稻田深层土壤处于厌氧状态。因此对丁草胺厌氧降解菌的研究对于水稻田土壤中丁草胺的降解具有重要意义。研究人员利用下列两种培养基对丁草胺厌氧降解菌进行分离和鉴定：
①富集培养基成分： 、 、 、 、 、 、 、微量元素复合液、维生素复合液； 为7.2。
②分离培养基成分：蛋白胨、酵母浸粉、胰蛋白胨、酸水解酪蛋白、可溶性淀粉、葡萄糖、 、 、丙酮酸钠、微量元素复合液、维生素复合液、琼脂； 为7.2。
请回答下列问题：
液体
（1） 根据物理性质划分，富集培养基属于_______培养基；分离培养基中的蛋白胨可为微生物提供___________源。
碳源和氮
[解析] 富集培养基属于液体培养基；蛋白胨中含有 、 、 、 等元素，可为微生物提供碳源和氮源。
（2） 培养基配制完成后，需要进行煮沸，趁热将 培养基分装于 的瓶中，充入氮气，塞住胶塞并用铝帽固定，这样操作的目的是___________________________；培养基应采用_______________法灭菌。
除去培养基（液）中的氧气
高压蒸汽灭菌
[解析] 培养基煮沸和充氮的目的是去除培养基中的氧气；培养基应采用高压蒸汽灭菌法灭菌。
（3） 分离目的菌的泥土样本应从_______________的稻田中获取；称取 采集的土壤样品加入 含有 丁草胺的富集培养基的瓶中，用丁基胶塞封口，然后将瓶放入 恒温摇床 振荡培养，振荡的目的是_____________________________________________。
施用过丁草胺
使培养液与菌体充分接触，以利于微生物的生长
[解析] 施用过丁草胺的稻田中能够分解丁草胺的细菌数量多，易获得目的菌株，故分离目的菌的土壤样品应从施用过丁草胺的稻田中获取；摇床振荡可使培养液与菌体充分接触，以利于微生物的生长。
（4） 将富集培养液梯度稀释后涂布于分离培养基平板上，然后将平板放入厌氧罐中，置于培养箱中恒温培养；待菌落形成后，挑取平板上的菌落进一步分离纯化，菌落是初步区分微生物类型的重要特征，这些特征包括_____________________________________________（至少答出2点）等；若要测定纯化菌落降解丁草胺的能力，应将其接种到含有 丁草胺的_______（填“富集”或“分离”）培养基中。
形状、大小、隆起程度、颜色、边缘特征、光泽
富集
[解析] 菌落的特征包括菌落的形状、大小、隆起程度、颜色、边缘特征、光泽等；分离培养基中含有其他碳源，目的菌可能利用其他碳源，而富集培养基中不含其他碳源，目的菌只能以丁草胺为碳源，因此用加入丁草胺的富集培养基来测定其降解丁草胺的能力更为合适。
考向二 结合微生物的培养与纯化，考查科学思维与科学探究能力
2.[2021四川六市一诊] 尿素是农业生产中经常使用的一种含氮量很高的化肥，过量使用尿素会对环境造成污染。土壤中某些细菌能将尿素作为其生长的氮源。回答下列问题：
平板 所采用的接种方法是_______________，平板 所采用的接种方法是_______________。 、 两个平板所采用的接种方法适合用来计数的是_____（填“ ”或“ ”）。
（1） 某同学将土壤溶液中的微生物进行分离纯化时，采用了两种不同的接种方法，培养一段时间后得到如图所示的菌落。
稀释涂布平板
法平板划线法
A
[解析] 分析图示，平板 的接种方法是稀释涂布平板法，平板 是平板划线法，其中稀释涂布平板法是将菌液稀释到一定浓度，取一定量菌液涂布在平板上，适合用来计数。
（2） 另一位同学在纯化土壤中的细菌时，发现培养基上的菌落连成一片，最可能的原因是_______________。若要利用这些菌落继续分离形成单个菌落，接下来的步骤是_____________________________________________________________________________________________。
菌液浓度过高
挑取菌落稀释成适宜浓度的菌液，在灭菌的平板上进行划线（或涂布）接种，然后置于适宜条件下培养
[解析] 纯化细菌时，发现培养基上的菌落连成一片，很可能是由于菌液浓度过高。若要利用这些菌落继续分离形成单个菌落，需要挑取菌落稀释成适宜浓度的菌液，在灭菌的平板上进行划线（或涂布）接种，然后置于适宜条件下培养。
（3） 若用含有酚红指示剂的培养基筛选能分解尿素的细菌，从功能上划分，该培养基属于_______培养基。尿素被分解后产生的氨会使培养基 升高，酚红指示剂将变成红色，据此原理，若在培养基中观察到_______________________，就可以初步判定这种细菌能够分解尿素。
鉴别
菌落周围出现红色环带
[解析] 尿素被分解后产生的氨会使培养基 升高，酚红指示剂将变成红色，据此原理，用含有酚红指示剂的培养基筛选能分解尿素的细菌，在培养基中观察到能分解尿素的细菌菌落周围会出现红色环带，该培养基属于鉴别培养基。
考向三 结合微生物的筛选与分离，考查科学思维与科学探究能力
3.[2021天津宝坻一中三模] 绿水青山就是金山银山，污水治理是生态文明建设的一项重要任务，利用微生物降解是水污染治理的有效手段之一。聚乙烯醇 是存在于化工污水中的一种难以降解的大分子有机物， 分解菌能产生 酶分解 ， 与碘作用时能产生蓝绿色复合物，当 被分解时蓝绿色复合物消失，形成透明斑，请回答下列问题：
成分 蛋白质 物质 水 琼脂
用量
（1） 表中是筛选出能高效分解 的细菌的培养基配方，表中 物质最可能为______________________。
聚乙烯醇（或 ）
[解析] 表格是筛选出能高效分解 的细菌的培养基配方，即该培养基属于选择培养基，该培养基应该以 为唯一碳源，因此表中 物质最可能为聚乙烯醇（或 ）。
（2） 若图中污水取样是从聚乙烯醇 污染的水体中采集，通过图示过程分离出分解聚乙烯醇 的菌落，则进行过程1的作用是____________________________________。
通过选择培养增加 分解菌的数量
[解析] 若图中污水取样从聚乙烯醇 污染的水体中采集，通过图示过程分离出分解聚乙烯醇 的菌落，则进行的过程1为选择培养，其作用是通过选择培养增加 分解菌的数量。
（3） 若将 含有 分解菌的土壤样品溶液稀释 倍后，取 稀释液均匀涂布在选择培养基表面，测得菌落数的平均值为160个，空白对照组平板上未出现菌落，则 原菌液中有 分解菌___________个，该接种方法是_________________，通过该方法测量的菌落数值与实际值相比一般会_______（填“偏大”“偏小”或“相等”）。
稀释涂布平板法
偏小
[解析] 要测定土壤稀释液中微生物的数目，可在显微镜下用血细胞（血球）计数板直接计数。空白对照组平板上未出现菌落（说明制备的平板合格，且实验操作可靠），则 原菌液中有 分解菌 （个）；该接种方法为稀释涂布平板法，由于在涂布过程中会出现两个或多个细菌聚集在一起产生一个菌落的情况，故该方法的测量值与实际值相比一般会偏小。
（4） 要鉴定分离出的细菌是否为 分解菌，培养 分解菌的培养基中除了加入必需的营养物质外还需要加入_____用于鉴别 分解菌，若菌落周围
_____________，则该菌为 分解菌。
碘
出现透明斑
[解析] 据题意可知， 与碘作用时能产生蓝绿色复合物，当 被分解时蓝绿色复合物消失，形成透明斑，因此要鉴定分离出的细菌是否为 分解菌，培养 分解菌的培养基中还需要加入碘，用于鉴别 分解菌，随着 被降解，透明斑出现。