【必背知识点】人教生物选择性必修3第1章 发酵工程 第2节 微生物的培养技术及应用

第1章　发酵工程
第2节　微生物的培养技术及应用
一、微生物的基本培养技术
（一）培养基的配制
1．培养基的化学成分包括 水、无机盐、碳源、氮源 （基本成分）和生长因子等。
（1）碳源：能为微生物的代谢提供碳元素的物质。如CO2、NaHCO3等无机碳源；糖类、石油、花生粉饼等有机碳源。异养微生物只能利用有机碳源。单质碳不能作为碳源。
（2）氮源：能为微生物的代谢提供氮元素的物质。如N2、NH3、NO、NH等无机氮源；蛋白质、氨基酸、尿素、牛肉膏、蛋白胨等有机氮源。 只有固氮微生物才能利用N2。
（3）水
（4）无机盐
（5）生长因子：微生物生长繁殖所必需的，但自身不能合成或合成能力有限，如维生素，氨基酸，碱基等。培养某些微生物时可以不用添加生长因子。
另外，培养基还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。例如，培养乳酸杆菌时需要在培养基中添加维生素，培养霉菌时，一般需将培养基的pH调至酸性；培养细菌时，一般需要将pH调至中性或弱碱性；培养厌氧微生物时，则需要提供无氧的条件。（P10）
2．培养基的种类及用途：
（1）按物理性质可分为液体培养基、半固体培养基和固体培养基。液体培养基应用于工业或生活生产，固体培养基应用于微生物的分离和鉴定，半固体培养基则常用于观察微生物的运动及菌种保藏等。
（2）按照培养基的用途，可将培养基分为选择培养基和鉴别培养基。
（二）无菌技术
1．获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵，要注意以下几个方面：
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。
无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还能有效避免操作者自身被微生物感染。
2．消毒
（1）消毒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（不包括芽孢和孢子）。
（2）消毒方法常用到煮沸消毒法，巴氏消毒法（对于一些不耐高温的液体），还有化学药剂消毒（如酒精、氯气、石炭酸等）、紫外线消毒。（P10）
3．灭菌
（1）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，包括芽孢和孢子。
（2）灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌。
①接种环、接种针、试管口等使用灼烧灭菌法；
②玻璃器皿、金属用具等使用干热灭菌法，所用器械是干热灭菌箱 ；
③培养基、无菌水等使用高压蒸汽灭菌法，所用器械是高压蒸汽灭菌锅 。（P10～P11）
4．比较消毒和灭菌
比较项 理化因素的作用强度 消灭微生物的数量 芽孢和孢子能否被消灭
消毒 较为温和 部分生活状态的微生物 不能
灭菌 强烈 全部微生物 能
（三）微生物的纯培养
1．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。（P11）
2．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，这就是菌落。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。（P12“探究·实践”）
3．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。平板划线的具体操作见下面的流程图。（P13“探究·实践”）
4．培养基灭菌后，需要冷却到50℃左右时，才能用来倒平板。你用什么办法来估计培养基的温度？
可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉锥形瓶的温度下降到刚刚不烫手时，就可以进行倒平板了。
5．为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？
通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。
6．平板冷凝后，为什么要将平板倒置？
平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高，将平板倒置，既可以减少使培养基中的水分过快地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
7．在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？
不能。因为空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生，因此不能用这个平板培养微生物。
8．为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？
操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；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，以便得到菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。
9．在灼烧接种环之后，为什么要等其冷却后再进行划线？
以免接种环温度太高，杀死菌种。
10．在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？
划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
二、微生物的选择培养和计数
1．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。（P16）
2．如果想知道1 g土壤中有多少能分解尿素的细菌，仅有选择培养基是不够的，还需要对土样进行适当的处理以及科学的测定微生物数量的方法。可采用稀释涂布平板法，其操作如图（P17）
稀释涂布平板法操作示意图
3．稀释涂布平板法除可以用于分离微生物外，也常用来统计样品中活菌的数目。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。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。（P18）
4．样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目。在实际操作中，通常选用一定稀释范围的样品液进行培养，以保证获得菌落数为30～300、适于计数的平板。在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。（P18）
5．值得注意的是，统计的菌落数往往比活菌的实际数目少，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。因此，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。（P18）
6．除上述的活菌计数外，利用显微镜进行直接计数，也是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法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得，统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。（P18）
7．细菌计数板和血细胞计数板的计数原理相同。血细胞计数板比细菌计数板厚，常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的计数。用细菌计数板可对细菌等较小的细胞进行观察和计数。（P18“相关信息”）
8．绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。（P18“探究·实践”）
第3节　发酵工程及其应用
1．发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。（P22）
2．性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。（P22）
3．现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。（P23）
4．环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。如谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺。（P23）
5．如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。（P23）
6．发酵罐
发酵罐示意图
7．在我们的日常生活中，利用发酵工程生产的食品以及与食品有关的产品比比皆是，主要包括以下三个方面。第一，生产传统的发酵产品。第二，生产各种各样的食品添加剂。第三，生产酶制剂。（P24～26）
知识点默写
1．培养基是指人们按照微生物对　　　　　的不同需求，配制出供其　　　　　的营养基质。
培养基的营养组成：一般都含有　　　　　　　　和无机盐。此外，还需要满足微生物生长对　　　　、　　　　　　　　以及O2的需求。
2．消毒：是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死　　　　　　　　一部分微生物。
3．灭菌：是指使用强烈的　　　　杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。
4．无菌技术的主要方法及适用对象（连线）
5．菌落：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。
6．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　　　　　　　　其他种类微生物生长的培养基。
7．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，统计的菌落数往往比活菌的实际数　　　　。
8．土壤中的细菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成　　　　。利用尿素作为唯一　　　　的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。
9．统计某一稀释度下平板上的菌落数的要求是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
10．在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
【知识点默写参考答案】
1．营养物质　生长繁殖　水、碳源、氮源　pH　特殊营养物质
2．物体表面或内部　3.理化方法
4.
5．固体　6.抑制或阻止　7.少　8.脲酶　氮源　9.至少统计3个菌落数在30～300之间的平板，计算菌落数的平均值　10.由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对较高，从这种土样中获得目的微生物的概率要高于普通环境