《微生物的培养技术及应用》（第 1-2 课时）教学设计
一、教材分析
本节内容为人教版生物学选择性必修 3《生物技术与工程》第 1 章第 2 节“微生物的培
养技术及应用”中的第 1 小节“微生物的基本培养技术”。
微生物的纯培养要以培养基的配制、无菌技术为基础，因此教材先简单介绍了培养基的配制和无菌技术，然后再介绍了微生物的纯培养，其主要内容就是“探究·实践 酵母菌的纯培养”，让学生通过实践操作在做中学。常用的微生物的分离方法有平板划线法和稀释涂布平板法，第 1 小节让学生结合活动练习平板划线法，稀释涂布平板法到下一小节再具体介绍。教材在介绍无菌技术时，聚焦关键环节，对技术细节尽量简略处理，因此常用的消毒和灭菌方法用“资料卡”来介绍。第 1 小结后的“拓展视野”介绍了微生物菌种的高通量筛选的方法，可以让学生了解在科研、生产上还有效率很高的技术方法可以应用。
第 1 小结最后安排了“思维训练 评估论点的可信程度”，意在让学生在初步学习了微生物纯培养技术的基础上，再回顾水果自然发酵的实质，运用有关知识来评估相关观点，从而训练科学思维，提升社会责任担当能力。
二、学情分析
在初中阶段，学生对细菌和真菌在培养基中可以长出菌落，它们可能使食品腐败变质，通过它们的发酵也可以制作食品等知识有了初步的了解，但是对培养基的成分和配制方法、无菌技术、微生物的纯培养等知之甚少，本节的教学就是让学生学习相关知识，并让他们亲自体验微生物的纯培养的操作。
三、教学目标
概述培养基的营养构成、无菌技术的原理、常用设备和方法。
通过进行酵母菌的纯培养，概述培养基的配制方法和微生物纯培养的基本操作要求，初步掌握无菌操作、倒平板和平板划线的基本技能。
通过评估论点的可信程度发展批判性思维。
四、教学重点
微生物纯培养的基本操作要求。
酵母菌的纯培养。
五、教学难点
酵母菌的纯培养。
六、教学流程
（一）课堂导入
利用教材“从社会中来”栏目中制作酸奶的实例，让学生认识到在日常生活的环境中，微生物无处不在，酸奶变质就是杂菌污染所致。引导学生分析得出保证杂菌不混入发酵物的方法：准备纯的乳酸菌菌种；对制作用具和原料进行消毒或灭菌处理后再使用；接种菌种需在无菌条件下进行；控制发酵条件，避免杂菌进入。让学生从中认识到要获得纯净的微生物
培养物，需要防止杂菌污染，由此导入本节学习内容。
（二）微生物的基本培养技术
防止杂菌污染，获得纯净的微生物培养物，是研究和应用微生物的前提，也是发酵工程的重要基础。以此引出实验室培养微生物的基本思路是微生物提供合适的营养和环境条件，确保其他微生物无法混入，并将需要的微生物分离出来。由此归纳出三项微生物的基本培养技术——培养基的配制、无菌技术和微生物的纯培养。
此外，再特别说明微生物是难以用肉眼观察的微小生物的统称，包括细菌、真菌、病毒及一些原生生物等。本章中提及的微生物主要是指用于发酵的细菌和真菌。
（三）培养基的配制
培养基的概念
从字面意思上认知培养基的概念，即培养基是指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。培养基的用途可用于培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
培养基的种类
根据培养基的状态，可将培养基划分为液体培养基和固体培养基。
液体培养基是指不含凝固剂、呈液体状态的培养基。由于在液体环境下，微生物能与营养物更充分地接触，有利于微生物的大量繁殖，所以液体培养基一般用于工业生产以及连续培养，连续培养也称为扩大培养。
在液体培养基中添加凝固剂，如琼脂、明胶、卡拉胶等，就可以形成呈固体状态的培养基，即固体培养基。微生物可以在固体培养基表面或内部生长，形成肉眼可见的菌落，所以固体培养基一般用于微生物的分离和鉴定、活菌计数和菌种保藏。
培养基的营养物质
简单回顾必修 1 中《组成细胞的分子》的相关内容，以此引导学生推理分析培养基中应该含有的营养物质及其在培养过程中所起的作用。培养基的基本营养物质是水、碳源、氮源和无机盐。由于生物大分子的基本骨架是碳链，所以培养基中应有提供碳元素的物质——碳源。氮元素是蛋白质、核酸等物质合成所必需的元素，所以培养基中也应该有提供氮元素的物质——氮源。
呈现牛肉膏蛋白胨培养基的营养组成表，补充牛肉膏蛋白胨的来源和主要成分，引导学生分析得出其中各组分提供的主要营养。其中，牛肉膏提供碳源、氮源、磷酸盐和维生素等，蛋白胨提供氮源、碳源和维生素等，NaCl 提供无机盐，H2O 提供水。
再以培养厌氧微生物时需要什么条件作为问题引导，让学生认识到在配制培养基时，在
提供上述几种主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对 pH、特殊营养物质和氧气的需求。例如在培养细菌时，需要将培养基调至中性或弱碱性，在培养霉菌时，则需要将培养基调至酸性；在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素，而在培养厌氧微生物时，就需要提供无氧的条件。
培养基配制的基本原则
基于上述关于培养基的营养物质的分析，归纳培养基配制的基本原则：①目的要明确，
要根据培养目的和所培养的微生物合理配制培养基；②营养要协调，即营养物质的浓度和比例要适宜；③pH 要适宜，不同的微生物一般有其相应的最适生长 pH，为维持 pH 的相对恒定，可以在培养基中加入缓冲剂。
（四）无菌技术
获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染，以此引出无菌技术。
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。
无菌技术的作用
无菌技术可以防止培养物被其他外来微生物污染，即防止杂菌污染。再结合实际生活，引导学生分析无菌技术还有哪些作用，以此补充无菌技术还可以有效避免操作者自身被微生物感染。
无菌技术的种类
结合实际生活，介绍消毒是一种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的方法。但是条件较温和的消毒对于一些保护能力较强的芽孢或孢子可能无法起到杀灭作用。以此引出使用强烈的理化方法杀死物体内外包括芽孢和孢子在内的所有微生物的方法，即杀菌。
无菌技术的方法
（1）消毒
结合生活经验，引导学生认识各项消毒方法的操作和应用范围。
对于家庭餐具等生活用品可运用煮沸消毒法，在 100℃煮沸 5~6min，可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。在此基础上，引导学生分析吃饭前用开水烫碗筷是否起到消毒作用，让学生在应用中进一步理解消毒的方法。
结合必修一所学知识，高温会使蛋白质变性，引导学生分析能否用煮沸消毒法对牛奶进行消毒，以此引出巴氏消毒法法，在 62~65℃消毒 30min 或 80~90℃处理 30s~1min，这样可以杀死牛奶中的绝大多数微生物的同时，又不破坏牛奶中的营养成分。
结合防疫经验和疫苗注射经验，让学生回忆对双手进行消毒和注射疫苗前对皮肤的消毒方法，引出化学药物消毒法，可用酒精擦拭双手、碘酒涂抹皮肤等方法起到消毒作用，并补充对水源的消毒常用氯气喷洒等方法。
结合生活经验，引导学生回忆紫外线也可以起到消毒作用，引出紫外线消毒法，即用紫外线照射 30min，可以杀死物体表面或空气中的微生物。补充说明在照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可以加强消毒效果。这一方法可以用于接种室、接种箱或超净工作台的消毒。
补充生物消毒法，即利用生物或其代谢物除去环境中的部分微生物的方法。例如有的微生物能够寄生于多种细菌体内，使细菌裂解，因此可以用它们来净化污水、污泥。
（2）灭菌
基于高温可以使蛋白质变性这一原理，向学生介绍三种常用的灭菌方法。
第一种方法是湿热灭菌，一种利用沸水、流通蒸汽或高压整理进行灭菌的方法。其中高
压蒸汽灭菌的效果最好，高压蒸汽灭菌是在压力为 100kPa、温度为 121℃的条件下，维持
15~30min 来灭菌，可杀灭包括芽孢和孢子在内的所有微生物。简单介绍高压蒸汽灭菌锅的使用方法和原理。高压蒸汽灭菌常用于培养基及多种容器。
而对于一些需要保持干燥的物品则需要使用干热灭菌法，将灭菌物品放入密闭容器如干热灭菌箱，在 160~170℃的热空气中维持 2~3h 就可以达到灭菌的目的。常用于一些耐高温的和需要保持干燥的物品，如吸管、培养皿等玻璃器皿、金属用具等。
第三种方法是灼烧灭菌，一些微生物的接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他的金属用具，直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，就可以迅速且彻底地灭菌。此外，在接种过程中，试管口、瓶口等容易被污染的部位，也可以通过火焰灼烧来灭菌。
无菌技术的主要内容
对无菌技术的内容进行简单的概括和补充。
对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒；将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌；在做好消毒和灭菌工作之后，注意避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触；为避免周围环境中微生物的污染，接下来的操作都应该在超净工作台并在酒精灯火焰附近操作。
（五）微生物的纯培养
相关概念
理清与微生物的纯培养相关的概念，以便理解后续的学习内容。
培养物是指接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体。纯培养物是指由由单一个体繁殖所获得的微生物群体。而获得培养物的过程就是纯培养，包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。
微生物纯培养的原理
从菌落的概念着手，让学生理解可以通过培养得到单菌落的方法得到纯培养物，并引出平板划线法和稀释涂布平板法的两种常用分离方法。
菌落是指分散的微生物在适宜的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。采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
（六）酵母菌的纯培养
以酵母菌的纯培养为例，通过实际操作来学习微生物的纯培养技术。
制备培养基
介绍适用于培养酵母菌的是马铃薯琼脂培养基，并基于前面所学的知识，理解和熟悉制备培养基的流程和操作。
（1）配制培养基
介绍配制马铃薯琼脂培养基的步骤：称取去皮的马铃薯 200 克，切成小块，加水 1000
毫升，加热煮沸至马铃薯软烂，用纱布过滤。向滤液中加入 20 克葡萄糖，也可用蔗糖代替，并加入 15~20 克琼脂，用蒸馏水定容至 1000 毫升。
（2）灭菌
提问学生对培养基和培养皿应分别采用何种灭菌方式，以此进一步巩固灭菌方法的相关知识。培养基应进行高压蒸汽灭菌，培养皿则应进行干热灭菌，简单介绍两种灭菌方式的具体操作。
（3）倒平板
待培养基冷却至 50℃左右，就可以在酒精灯火焰附近将适量的培养基倒入培养皿，这一操作称为倒平板。引导学生分析培养基需冷却到 50℃左右才能倒平板的原因，以及要在酒精火焰附近倒平板的原因。学生很容易就分析出，如果在温度较高时倒平板，形成的水蒸气就会很多，水蒸气会凝结在培养皿皿盖上，容易倒流污染培养基。而当温度过低时，培养基就会凝固有结块，所以需冷却到 50℃左右才能倒平板。另外，倒平板时培养基会接触到周围的空气，容易混入杂菌，而酒精灯火焰周围温度高，微生物很少甚至没有，这样就可以避免外来微生物的污染了。
介绍倒平板的具体操作步骤，并引导学生分析每步操作的目的，以深层理解倒平板的操作。①拔出锥形瓶的棉塞，并将其攥于掌心，避免棉塞被污染。②将瓶口迅速通过火焰，通过灼烧灭菌的方式，防止瓶口的微生物污染培养基。③用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将 10~20mL 培养基倒入培养皿，立即盖上皿盖。不能完全打开皿盖是因为要避免周围环境中的杂菌污染培养基。④等待培养基冷却凝固后，将培养皿倒过来放置，以
防止皿盖的水珠落入培养基造成污染，且使培养基中的水分更好地蒸发。
观看倒平板的操作视频，熟悉倒平板的操作步骤，并理解每步操作的目的。
接种和分离酵母菌
先介绍平板划线法稀释并分散菌种的原理，再讲解划线区域的要点，最后再介绍平板划线的具体操作，并明确每步操作的目的，让学生由浅入深地理解平板划线的原理和操作。
（1）平板划线法的原理
通过接种环在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的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。
（2）平板划线的各划线区域的要点
①接种环只蘸取一次菌液，在培养基不同区域连续多次划线。
②第二次及其后的划线操作都从上一次划线的末端开始划线。引导学生分析原因，得出划线后末端含有的细菌数目较少，每次从上一次划线的末端开始划线能够使细菌的数目随划线次数的增加而逐渐减少，最终分散成单个细胞。
③不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。引导学生分析原因，得出最后一次划线已经将细菌稀释成单个的细胞，如果与第一次划线相连则增加了细菌的数目，达不到纯化的效果。
（3）平板划线的操作步骤
①将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红。灼烧接种环的目的是避免接种环上可能存在的微生物污染培养物。
②在火焰旁冷却接种环。同时，拔出装有酵母菌培养液的试管的棉塞。冷却接种环的目的是避免因接种环温度太高而杀死菌种。
③将试管口通过火焰。目的是通过灼烧灭菌，防止试管口的微生物污染培养物。
④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液。
⑤将试管口通过火焰，并塞上棉塞。目的是灼烧灭菌，防止试管口的微生物污染试管中的培养物。
⑥在火焰附近将皿盖打开一条缝隙，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖。不完全打开皿盖的原因是避免杂菌污染培养基。
⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。划线前灼烧接种环的目的是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。
⑧划线操作结束后，灼烧接种环。划线操作后灼烧接种环的目的是及时杀死接种环上残留的菌种，避免污染环境和感染操作者。
观看平板划线的操作视频，熟悉操作步骤，并理解每步操作的目的。
培养酵母菌
利用问题串，引导学生分析培养酵母菌中的各项要点。
待菌液被培养基吸收，将接种后的平板倒置，放入 28℃左右的恒温培养箱中培养 24~48h。为什么要将平板倒置培养？为什么培养温度要设置在 28℃左右？为什么要培养 24~48 小时？引导学生分析得出，平板倒置培养的目的是防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染。联
系果酒制作的相关知识，可知酵母菌的最适生长温度是 28℃，所以培养温度要设置在 28℃左右。再从培养目的反推培养时间长度，可分析出若培养时间不足会无法形成菌落，若培养时间过长则会导致菌落相连，均无法达到纯培养的目的。
再提问如果判断培养基是否受杂菌污染，引导学生分析得出需要设置空白对照，取一个未接种的培养基置于相同的培养条件下同时培养。在此基础上，继续提问如果未接种的培养基表面有菌落生长说明什么？应如何处理？学生很容易可以得出如果有菌落生长，说明培养基被污染或灭菌不彻底，或培养过程中受杂菌污染，此时应重新配制培养基。
最后提问培养结束后，应如何处理培养基及培养物。从安全角度引导学生分析得出应用高压蒸汽灭菌后倒掉，以免污染环境。
（七）课堂总结
利用思维导图的方式，总结本节课所学的微生物的三个基本培养技术。在培养基的配制方面，要掌握培养基的种类以及所含的营养物质。而在无菌技术方面，要了解消毒和灭菌的各种方法以及两者之间的区别。微生物的纯化培养方面，要理解其培养步骤和接种方法，并熟悉掌握和运用其中的各项操作。
（八）微生物菌种的高通量筛选
介绍微生物菌种的高通量筛选的方法，让学生了解在科研、生产上还有效率很高的技术方法可以应用。
微生物菌种的高通量筛选以有多个小孔的微孔板为载体，采用自动化的操作系统，并以灵敏、快速的检测仪器采集实验数据，用计算机分析处理数据，从而实现了在同一时间对上
千份，甚至上万份的样品进行筛选。筛选的对象可以是从自然界分离的菌株，可以是诱变产生的菌株，也可以是通过生物技术改造的菌株。
高通量筛选主要包括六个环节，依次是培养基的制备和分装、菌液的稀释和涂布、菌体的培养和保藏、单克隆的识别和筛选、微生物及代谢产物的分析和检测、数据的集成和管理。
（九）评估论点的可信程度
让学生在初步学习了微生物纯培养技术的基础上，再回顾水果自然发酵的实质，运用有关知识来评估相关观点，从而训练科学思维，提升社会责任担当能力。
水果“酵素”制作的大致过程是：将洗净、切成块状的水果放入洁净的容器，再加入糖和水，密封，置于阴凉处发酵一至两周。有人说，吃水果“酵素”可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力。请评估这一论点是否可信。
给予学生问题提示：酵素是什么？水果酵素制作的原理是什么呢？其中可能含有哪些成分？当中是否有含有人们无法从其他食品中获取，但又维护人体健康所必需的成分呢？水果酵素中的所有成分都有益于人体健康吗？引导学生从多个角度多个方面进行深入的思考和分析。并继续提问如果你要更加有力的支持或反驳水果酵素有益健康的论点，又应该怎样获取证据呢？引导学生学会搜索并查阅资料，用科学可靠的证据来进行全面的论证。《微生物的培养技术及应用》（第 3-4 课时）教学设计
一、教材分析
本节内容为人教版生物学选择性必修 3《生物技术与工程》第 1 章第 2 节“微生物的培
养技术及应用”中的第 2 小节“微生物的的选择培养和计数”。
第 2 节是在第 1 节“基本”培养技术的基础上进一步提高技术要求——进行选择培养、分离和计数。无论是选择培养，还是计数，都以科学知识为基础，并且利用了巧妙的技术方法——通过培养条件（选择培养）筛选，再通过稀释涂布平板法分离细菌并计数。介绍了有关方法后，教材安排了“探究·实践 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”，让学生在实践中运用有关方法。本小节“练习与运用”中的两道拓展应用题，都是比较典型的需要运用技术思维和工程思维来解答的题，学生完成这两道习题的过程，就相当于是在体验技术发明和工程设计的过程。
二、学情分析
在初中阶段，学生对细菌和真菌在培养基中可以长出菌落，它们可能使食品腐败变质，通过它们的发酵也可以制作食品等知识有了初步的了解，但是对微生物的选择性培养以及计数方法等知之甚少，本节的教学就是让学生学习相关知识，并让他们亲自体验微生物的选择性培养以及计数的操作。
三、教学目标
1．阐明微生物选择培养的原理。
2．进行土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
3．通过实践·探究活动培养探究实践的意识和提升学生的实践操作技能。
4．通过课后拓展应用题，培养学生技术思维和工程思维。
四、教学重点
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
五、教学难点
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
六、教学流程
（一）创设情境，引出本节学习内容
联系第一节传统发酵技术的应用有关知识，创设情境：传统工艺酿醋利用的是自然界中的野生菌种，涉及的微生物种类繁多，其中醋酸菌是决定食醋产量和质量的主要菌种。为满足食醋产量需求、缩短发酵周期，确保品质稳定，现代工业制醋一般采用人工选育的纯培养的醋酸菌进行醋酸发酵。思考如何从自然界多种微生物中分离出优良的醋酸菌，进而完成纯培养引出本节课学习内容。
（二）选择培养基
1.分析资料：科学实例——寻找耐高温的 DNA 聚合酶，思考和讨论其中的 3 个问题。通过类比从热泉中筛选水生栖热菌的原理，推出选择培养微生物的基本原理，形成选择培养
基的概念。
2.介绍选择培养基概念、原理和 3 种类型，然后提出问题：如果让你分离土壤中分解尿素的细菌，应该怎么设计培养基？通过分析 P16 思考和讨论：选择培养基配方的设计的分析内容及思考和讨论 4 个问题后总结出选择培养基的第 4 种类型。
（三）微生物的选择培养
1.展示并分析 3 则资料，思考并讨论 2 个问题引出稀释涂布平板法的定义。
2.观看稀释涂布平板法的操作视频，结合 P17 稀释涂布平板法操作示意图，介绍稀释涂布平板法的具体操作流程。
（四）微生物的数量测定
1.稀释涂布平板法：
（1）结合材料介绍原理，引出稀释涂布平板法是间接或活菌计算法。
（2）结合分析内容，讲述计数原则。
（3）结合分析内容，讲述结果计算以及结果分析。
（4）总结稀释涂布平板法注意事项。
2. 显微镜直接计数法
（1）观察显微镜直接计数法视频，介绍显微镜直接计数法原理，引出显微镜直接计数法是直接计数法。
（2）介绍计数工具。
（3）介绍结果计算和结果分析。
（五）土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
1.提出问题：
（1）土壤中含有能分解尿素的细菌，我们如何分离它们？
（2）每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌？
2.基础知识：介绍土壤分解尿素的细菌的选择性培养基的配方。
3.实验设计：
（1）设置任务：根据上一节所学的知识，设计“土壤分解尿素的细菌的分离与计数”的探究方案，阅读 P19 的 3 个资料后对设计的方案进行修正。
（2）总结归纳实验方案，通过设置问题引导学生思考和总结验证选择培养基是否具有选择作用和验证培养基是否被污染的实验设计。
（3）实验设计具体内容：
①配制以尿素作为唯一氮源的选择培养基用来分离分解尿素的细菌和牛肉膏蛋白胨培养基用来设计对照组实验。
②土壤取样的地点要求和取样部位。
③通过思考和解决 3 个问题来讲解样品的稀释成功的标志与涂布平板的个数。
④培养与观察。
⑤让学生尝试设计实验结果记录表来记录实验结果。
（4）结合操作过程，讲述 P19 操作提示内容。
（5）让学生思考 P19 结果分析与评价问题
（七）P20 到社会中去
先让让学生思考写出P20 到社会中利用稀释涂布平板法计数空气/水中/牛奶/土壤微生物的数量的实验思路，然后再对实验思路进行总结。
（八）P20 拓展应用
1.通过解决 P20 拓展应用 1 加强和拓展分离分解尿素的微生物的实验过程。
2..通过解决P20 拓展应用2 来学习通过鉴定培养基来分离分解纤维素微生物的方法。
3.通过典型练习巩固这一节学习的内容。
（七）课堂总结
利用思维导图的方式，总结本节课所学的微生物的选择培养和计数所包含的 4 方面内容：
1.选择培养基；2. 微生物的选择培养；3. 微生物的数量测定；4. 探究·实践：土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。
