新人教生物一轮复习学案:第46讲 微生物的基本培养技术(含答案解析)

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名称 新人教生物一轮复习学案:第46讲 微生物的基本培养技术(含答案解析)
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科目 生物学
更新时间 2023-11-27 23:49:59

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新人教生物一轮复习学案
第46讲 微生物的基本培养技术
课标要求 1.获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。 2.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的基础。 3.阐明无菌技术是在操作过程中,保持无菌物品和无菌区域不被微生物污染的技术。
考点1 培养基及无菌技术
概 念 落 实
1.培养基的配制
(1)培养基的概念:人们按照微生物对     的不同需求,配制出供其     的营养基质。
(2)培养基的营养组成
①一般都含有    、     、     和无机盐等。
成分 含义 作用 来源
碳源 提供     的物质 构成生物体的细胞的物质和一些代谢产物,有些也是异养生物的能源物质 无机碳源:CO2、NaHCO3等;有机碳源:糖类、牛肉膏等
氮源 提供氮元素的物质 合成       等物质 无机氮源:N2、NH3、铵盐、硝酸盐等; 有机氮源:蛋白胨等
无机 盐 为微生物提供除碳、氮之外的各种重要元素,包括大量元素和微量元素 为微生物提供无机营养,调节培养基的     等 无机化合物: KH2PO4、K2HPO4、NaCl等
水 生物体含量最高的无机化合物 良好的溶剂,参与化学反应等 培养基、代谢产物
②需要满足微生物生长对     、特殊营养物质以及     的需求。
微生物 对培养基的需求
乳酸杆菌 添加    
霉菌 将培养基调至     性
细菌 将培养基调至     性
厌氧微生物 提供     的条件
(3)培养基的种类
①按物理状态可分为以下两类:
培养基种类 特点 用途
    培养基 不含凝固剂,呈液体状态 工业生产
    培养基 含凝固剂(如     ),呈固体状态 微生物的分离、鉴定,活菌计数,菌种保藏
②按功能可分为     和鉴别培养基(详见第47讲)。
(4)培养基的配制原则:①目的要明确;②营养要协调;③pH要适宜,培养不同微生物所需的pH不同。
归 纳 总 结
(1)常见选择培养基举例
①缺少氮源的培养基可以筛选能利用大气中N2的微生物。
②含青霉素的培养基可淘汰细菌,筛选出真菌。
③无有机碳源的培养基可筛选出自养微生物。
(2)几种微生物的营养和能量来源
微生物 碳源 氮源 能源
蓝细菌 CO2 N、N等 光能
硝化细菌 CO2 NH3 NH3的氧化
根瘤菌 糖类等有机物 N2 有机物
酵母菌 糖类、蛋白质等有机物 蛋白质等 有机物
2.无菌技术
(1)无菌技术是在操作过程中,保持无菌物品与无菌区域       的技术。
(2)主要包括消毒和灭菌。
比较项目 条件 结果 常用方法 应用范围
消毒 较为温和的     或生物等方法 仅杀死物体表面或内部一部分微生物 煮沸消毒法 日常用品
             不耐高温的液体
             操作空间、操作者的衣物和手等
紫外线消毒法 接种室、接种箱或超净工作台
灭菌 强烈的理化方法 杀死物体内外所有的微生物,包括                  培养基、容器等
             玻璃器皿、金属用具等
             接种工具等
特 别 提 醒
  选择无菌技术的原则:一要考虑无菌技术的效果,灭菌的效果比消毒要好;二要考虑操作对象的承受能力,活体生物材料、操作者的手等只能消毒,不能灭菌。
(3)其他操作
①做好消毒和灭菌工作后,要注意避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。
②为了避免周围环境中微生物的污染,许多操作都应在超净工作台上并在     附近进行。
③使用后的培养基丢弃前一定要进行     ,以免污染环境。
诊断·加强
1.判断下列说法的正误:
(1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐,有时还需要加入一些特殊的物质。 (  )
(2)由于物理状态的不同,培养基只有液体培养基和固体培养基两种类型。 (  )
(3)消毒的原则是既杀死材料表面的微生物,又减少消毒剂对细胞的伤害。 (  )
(4)无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料(如培养基、接种环等),都可采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。 (  )
2.消毒和灭菌最大的区别是灭菌能                。
3.链接选择性必修3教材 P11“资料卡”。
(1)与灭菌相比,消毒较为    。
(2)下列适用于消毒处理的是    。
①皮肤 ②饮用水 ③牛奶 ④注射器 ⑤试管、烧瓶 ⑥玻璃棒和吸管 ⑦培养基 ⑧果汁 ⑨酱油 ⑩手术刀
A.①②③⑧⑨ B.④⑤⑥⑦⑩
C.①②③④⑤⑥⑧ D.以上全部
(3)三种灭菌方法的操作(连线)
  灭菌方法          条件           时间
①高压蒸汽灭菌 A.干热灭菌箱,160~170 ℃ a.15~30 min
②干热灭菌 B.酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 b.直至烧红
③灼烧灭菌 C.100 kPa,121 ℃ c.2~3 h
典 题 固 法
(2022·湖北卷)灭菌、消毒、无菌操作是生物学实验中常见的操作。下列相关叙述正确的是(  )
A.动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行
B.微生物、动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染
C.为防止蛋白质变性,不能用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌
D.可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌
(2022·全国乙卷)化合物S被广泛应用于医药、食品和化工工业,用菌株C可生产S,S的产量与菌株C培养所利用的碳源关系密切。为此,某小组通过实验比较不同碳源对菌体生长和S产量的影响,结果见表。回答下列问题:
碳源 细胞干重/(g·L-1) S产量/(g·L-1)
葡萄糖 3.12 0.15
淀粉 0.01 0.00
制糖废液 2.30 0.18
(1)通常在实验室培养微生物时,需要对所需的玻璃器皿进行灭菌,灭菌的方法有           (答出2点即可)。
(2)由实验结果可知,菌株C生长的最适碳源是    ;用菌株C生产S的最适碳源是    。菌株C的生长除需要碳源外,还需要          (答出2点即可)等营养物质。
(3)由实验结果可知,碳源为淀粉时菌株C不能生长,其原因是        。
(4)若以制糖废液作为碳源,为进一步确定生产S的最适碳源浓度,某同学进行了相关实验。请简要写出实验思路:                                         。
规范长难句——该小题的实验目的是:确定生产S的最适碳源浓度,应该想到设置一系列浓度梯度的制糖废液作为自变量,且需要排除其他糖原的影响,应该以制糖废液作为唯一碳源。重复实验后,S产量最高时对应的制糖废液浓度为最适宜浓度。(实验设计思路重点描述自变量如何控制,如何检测因变量,以及预测现象及结论)
(5)利用制糖废液生产S可以实验废物利用,其意义是                (答出1点即可)。
考向1 培养基的配制
1.下表为某培养基的配方,下列叙述正确的是(  )
成分 蛋白胨 葡萄糖 K2HPO4
含量 10 g 10 g 2 g
成分 伊红 亚甲蓝 蒸馏水
含量 0.4 g 0.065 g 1 000 mL
A.从物理性质看,该培养基属于固体培养基,从功能看,该培养基属于鉴别培养基
B.该培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖与蛋白胨,蛋白胨又作为氮源
C.该培养基缺少提供无机盐的物质
D.该培养基调节至合适的pH后就可以接种使用
2.(2022·广州一模)下图表示研究人员从土壤中分离某种细菌的简要过程。下列叙述正确的是(  )
A.从土壤中分离目的菌时,需要对土壤和培养基进行灭菌
B.固体培养基中的琼脂是一种多糖,可为微生物生长提供碳源
C.图中所用的液体培养基是由固体培养基中加入水稀释后得到的
D.将三角瓶放在摇床上振荡培养,能提高培养液中的溶氧量和对营养物质的利用率
考向2 无菌技术
3.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。下列关于消毒和灭菌的叙述,错误的是(  )
A.牛奶的消毒常用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法
B.水厂供应的自来水通常是经过高锰酸钾消毒的
C.用紫外灯对密闭教室消毒前,适量喷洒消毒液可强化消毒效果
D.培养基不能放入干热灭菌箱中进行干热灭菌
4.微生物培养过程中,要重视无菌操作,现代生物学实验中的许多方面也要进行无菌操作,防止杂菌污染,下列相关操作正确的是(  )
A.煮沸消毒法中100 ℃煮沸5~6 min可以杀死全部微生物的细胞和芽孢、孢子
B.将接种环直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧,可以迅速彻底地灭菌
C.加入培养基中的指示剂和染料不需要灭菌
D.家庭制作葡萄酒时要将容器和葡萄进行灭菌
考点2 微生物的纯培养
概 念 落 实
1.概念:由      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.步骤:配制培养基、    、接种、    和培养等。
3.纯化方法:平板划线法和      法。
4.酵母菌的纯培养
(1)灭菌后的培养基需要倒平板,倒平板的方法如下:
甲 乙 丙 丁
①培养基冷却至    ℃左右倒平板(温度过高会烫手,过低培养基又会凝固)。
②请用文字和箭头写出正确的倒平板操作流程:       。
③乙中的灭菌方法是     ,防止瓶口的微生物污染培养基。
④甲操作是将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙,不要完全打开,以免          。
⑤丁操作中倒置培养基需要等待     才能进行。
⑥为防止杂菌污染,倒平板需要在       旁进行。
(2)平板划线法的操作过程是        。(请按操作步骤填编号)
① ② ③ ④
⑤ ⑥ ⑦
(3)平板划线操作中几次灼烧接种环的目的
操作 第一次划线前灼烧 每次划线前灼烧 划线结束 后灼烧
目的 避免接种环上可能存在的微生物污染培养物 杀死                ,使每次划线的菌种均来自           杀死接种环上残留的菌种,避免       
(4)平板划线法操作的注意事项
①灼烧接种环之后,要待其    后才能蘸取菌液,以免温度太高杀死菌种。
②在作第二次及以后的划线操作时,总是从上一次划线的    开始划线,这样才能使微生物的数目随着划线次数的增加而减少,最终得到由单个微生物繁殖而来的    。
③划线时最后一次的划线不要与    的划线相连。
④划线力度要适当,防止用力过大将培养基划破。
诊断·加强
1.判断下列说法的正误:
(1)配制培养基时应先灭菌再调pH。 (  )
(2)平板划线法中每一次划线后要将接种环灼烧。 (  )
(3)倒平板时,应将打开的皿盖放到一边,以免培养基溅到皿盖上。 (  )
(4)为了防止污染,接种环鲸火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落。 (  )
2.平板划线法如何实现对菌种的分离?
3.如何判断在制备和培养过程中,培养基是否被污染?
典 题 固 法
 (2020·江苏卷改编)为纯化菌种,在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌,培养结果如图所示。下列叙述正确的是(  )
A.倒平板后需间歇晃动,以保证表面平整
B.图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多,应从Ⅲ区挑取单菌落
C.该实验结果因单菌落太多,不能达到菌种纯化的目的
D.配制培养基时不需要根据微生物的种类调整培养基的pH
 (2022·海南卷)为探究校内植物园土壤中的细菌种类,某兴趣小组采集园内土壤样本并开展相关实验。下列有关叙述错误的是(  )
A.采样时应随机采集植物园中多个不同地点的土壤样本
B.培养细菌时,可选用牛肉膏蛋白胨固体培养基
C.土壤溶液稀释倍数越低,越容易得到单菌落
D.鉴定细菌种类时,除形态学鉴定外,还可借助生物化学的方法
 (2022·全国甲卷)某同学从被石油污染的土壤中分离得到A和B两株可以降解石油的细菌,在此基础上采用平板培养法比较二者降解石油的能力,并分析两个菌株的其他生理功能。
实验所用的培养基成分如下:
培养基Ⅰ:K2HPO4,MgSO4,NH4NO3,石油。
培养基Ⅱ:K2HPO4,MgSO4,石油。
操作步骤:
①将A、B菌株分别接种在两瓶液体培养基Ⅰ中培养,得到A、B菌液;
②液体培养基Ⅰ、Ⅱ口中添加琼脂,分别制成平板Ⅰ、Ⅱ,并按图中所示在平板上打甲、乙两孔。
回答下列问题。
 
菌株 透明圈大小
平板Ⅰ 平板Ⅱ
A +++ ++
B ++ -
(1)实验所用培养基中作为碳源的成分是      。培养基中NH4NO3的作用是为菌株的生长提供氮源,氮源在菌体内可以参与合成      (答出2种即可)等生物大分子。
(2)步骤①中,在资源和空间不受限制的阶段,若最初接种N0个A细菌,繁殖n代后细菌的数量是      。
(3)为了比较A、B降解石油的能力,某同学利用步骤②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ进行实验,结果如表所示(“+”表示有透明圈,“+”越多表示透明圈越大,“-”表示无透明圈),推测该同学的实验思路是                                             。
(4)现有一贫氮且被石油污染的土壤,根据上表所示实验结果,治理石油污染应选用的菌株是      ,理由是                      。
考向 微生物的纯培养
(2022·湛江一模)酵母中的蛋白含量高,可用作饲料蛋白,且有些酵母能利用工业废甲醇作为碳源进行繁殖。研究人员拟从土壤中分离该类酵母并大量培养,操作流程如下图。下列相关叙述正确的是(  )
A.土样、培养基、培养器皿和接种工具等都必须严格灭菌
B.只有过程③中使用的培养基需以甲醇作为唯一的碳源
C.过程⑤扩大培养时需要保证充足的营养并营造无氧环境
D.通过逐步提高培养基中甲醇的浓度可获得甲醇高耐受菌株
构核心概念
练教材长句
链接选择性必修3教材 P12“探究·实践”。
(1)平板倒置培养的目的有:                     等等。
(2)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,那么这个平板不能用来培养微生物,因为                          。
链接选择性必修3教材P13图。
(3)平板划线时最后一次划线不能与第一次划线相连,是因为                  。
拎教材“冷”点
链接选择性必修3 教材P10“旁栏思考题”。
(1)培养基中的氮源可以作为合成        等营养物质及代谢产物的原料。
(2)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        。
链接选择性必修3 教材P11“资料卡”。
煮沸消毒法可以杀死微生物的营养细胞和        。一般用    消毒水源。紫外线消毒法可以杀死物体表面和空气中的微生物,在照射之前还可以适量喷洒                来加强消毒效果。
第46讲 微生物的基本培养技术
考点1 培养基及无菌技术
【概念落实】
1.(1)营养物质 生长繁殖 (2)①水 碳源 氮源 碳元素 蛋白质、核酸 pH ②pH O2 维生素 酸 中性或弱碱 无氧 (3)①液体 固体 琼脂 ②选择培养基
2.(1)不被微生物污染 (2)物理、化学 巴氏消毒法 化学药物消毒法 芽孢和孢子 湿热灭菌法 干热灭菌法 灼烧灭菌法 (3)②酒精灯火焰 ③灭菌处理
【诊断·加强】
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)×
2.杀死所有微生物,包括芽孢和孢子
3.(1)温和 (2)A (3)①—C—a ②—A—c ③—B—b
【典题固法】
【高考典例】
例1 D 解析:动、植物细胞DNA的提取不需要无菌条件,A错误;动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染,保证无菌环境,而微生物的培养不能加入抗生素,B错误;一般用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌,以防止杂菌污染,C错误;可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌,以防止杂菌污染,D正确。
例2 (1)高压蒸汽灭菌、干热灭菌 (2)葡萄糖 制糖废液 氮源、无机盐、水 (3)菌株C缺少淀粉酶 (4)分别配制一系列不同浓度梯度的以制糖废液为唯一碳源的培养基,培养菌株C,其他条件相同且适宜,一段时间后,测定并比较不同浓度制糖废液中S的产量,S产量最高时对应的制糖废液浓度即为生产S的最适碳源浓度 (5)减少污染、节省原料、降低生产成本
解析:(2)由实验结果可知,与以制糖废液为碳源相比,以葡萄糖为碳源时菌株C的细胞干重最大,说明最适于菌株C生长的碳源是葡萄糖;而以制糖废液为碳源时,用菌株C生产S的产量高于以葡萄糖为碳源时的产量,说明最适于生产S的碳源是制糖废液。微生物的生长一般都需要水、碳源、氮源和无机盐,还需要满足微生物生长对pH、氧气以及特殊营养物质的要求,故菌株C的生长除需要碳源外,还需要氮源、无机盐、水等营养物质。(3)分析题图表格可以看出在以淀粉为碳源的培养基中,菌株C不能生长,原因可能是菌株C中缺少分解淀粉的酶,不能利用淀粉。
【对点演练】
1.B 解析:该培养基不含琼脂,属于液体培养基,A错误;葡萄糖与蛋白胨均为有机物,提供碳源,而蛋白胨还含有含氮有机物,可提供氮源,B正确;K2HPO4可提供无机盐,C错误;调节pH后,培养基还应该进行高压蒸汽灭菌,D错误。
2.D 解析: 从土壤中分离目的菌时,不需要对土壤进行灭菌,需要对培养基进行灭菌,A错误;固体培养基中的琼脂是一种多糖,作用是作为凝固剂,不能为微生物生长提供碳源,B错误;液体培养基不能通过往固体培养基中加入水稀释而得到,C错误;将三角瓶放在摇床上振荡培养既能提高溶氧量,提高有氧呼吸的速率,又能提高养料的利用率,D正确。
3.B 解析:高锰酸钾是强氧化剂,不宜用于自来水消毒。
4.B 解析:煮沸消毒可以杀死微生物的营养细胞和部分芽孢,而灭菌能杀灭环境中一切微生物,包括孢子和芽孢,A错误;指示剂和染料可能混有微生物,因此加入培养基中的指示剂和染料也需要灭菌,C错误;家庭制作葡萄酒时,要将容器进行灭菌或消毒,但是葡萄不能灭菌,因为发酵用的酵母菌来自葡萄,D错误。
考点2 微生物的纯培养
【概念落实】
1.单一个体
2.灭菌 分离
3.稀释涂布平板
4.高压蒸汽灭菌 干热灭菌 倒平板 未接种平板倒置 (1)①50 ②丙→乙→甲→丁 ③灼烧灭菌 ④杂菌污染培养基 ⑤平板冷却凝固 ⑥酒精灯火焰 (2)③①⑥④②⑦⑤ (3)上一次划线结束后接种环上残留的菌种 上一次划线的末端 菌种污染环境和感染操作者 (4)①冷却 ②末端 菌落 第一次
【诊断·加强】
1.(1)× (2)√ (3)× (4)×
2.提示:在进行第二次及以后的划线操作时,要从上一次划线的末端开始划线。每次划线后,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渐减少,最终得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
3.提示:设置一组未接种微生物的空白培养基,与接种了微生物的平板放在相同的条件下培养,若空白培养基上未长出菌落,说明培养基未被污染。
【典题固法】
【高考典例】
例1 B 解析:倒平板后无需晃动,A错误;Ⅰ区、Ⅱ区没有出现单菌落,说明细菌数量太多,故应从Ⅲ区挑取单菌落,B正确;出现单菌落即达到了菌种纯化的目的,C错误;不同的微生物所需的pH不同,配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的pH,D错误。
例2 C 解析:采集植物园中土壤样本的原则之一是要随机采样,A正确;牛肉膏蛋白胨固体培养基中含有细菌生长所需的碳源、氮源、水、无机盐等,可用于细菌的培养,B正确;土壤溶液稀释倍数足够高时,才能将聚集的菌体分散开,有助于在培养基表面形成单菌落,C错误;不同种类细菌的理化特性一般不同,鉴定细菌种类时,除根据菌落特征进行形态学鉴定外,还可以借助生物化学的方法进行鉴定,D正确。
例3 (1)石油 DNA·錘A、蛋白质 (2)N0·(3)在无菌条件下,将等量等浓度的A菌液和B菌液分别接种到平板Ⅰ的甲和乙两孔处,平板Ⅱ也进行同样的操作,在相同且适宜条件下培养一段时间,比较两个平板的两孔处的透明圈大小并作记录,根据透明圈大小比较A、B降解石油的能力 (4)A A菌株降解石油的能力高于B菌株,并且在没有添加氮源的培养基中也能生长
解析:(1)培养基的成分有碳源、氮源、无机盐和水等,从组成培养基的物质所含化学元素可知,作为碳源的成分是石油。生物大分子DNA·錘A、蛋白质都含有N,故氮源在菌体内可以参与合成这些物质。(2)由题意“资源和空间不受限制”可知,细菌的增殖呈“J”形曲线增长,由于DNA的半保留复制,细菌每繁殖一代就是上一代的2倍,根据公式Nt=N0·λt,λ=2,繁殖n代后细菌的数量是N0·2n。(3)分析表格数据可知,实验的结果是:在平板Ⅰ上,A菌株降解石油的能力高于B菌株;在平板Ⅱ上,A菌株仍然能降解石油,而B菌株不能降解石油,根据实验的单一变量和对照原则,推测该同学的思路是:在无菌条件下,将等量等浓度的A菌液和B菌液分别接种到平板Ⅰ的甲和乙两孔处,平板Ⅱ也进行同样的操作,在相同且适宜条件下培养一段时间,比较两个平板的两孔处的透明圈大小并作记录,根据透明圈大小比较A、B降解石油的能力。(4)由表格数据可知,在平板Ⅱ(无氮源的培养基)上,A菌株仍然能降解石油,而B菌株不能降解石油,所以要治理贫氮且被石油污染的土壤,应该选用A菌株。
【对点演练】
D 解析:土样中含有要分离的酵母,如果对其灭菌会杀死酵母,无法得到该类酵母,因此不能对其灭菌,A错误;扩大培养时也需要以甲醇作为唯一的碳源,不是只有过程③,B错误;酵母是兼性厌氧型真菌,在有氧条件下可大量繁殖,酵母扩大培养时,需保证充足的营养和氧气等条件,C错误;逐步提高培养基中甲醇的浓度,能筛选出其中的耐受菌,获得甲醇高耐受菌株,D正确。
课堂小结与延伸
【构核心概念】
水、无机盐、碳源、氮源 培养 积累代谢产物 较为温和的物理、化学或生物 部分微生物 强烈的理化 所有的微生物 芽孢和孢子
【练教材长句】
(1)既可以防止皿盖上的水珠落入培养基中,又可以避免培养基中的水分过快地挥发
(2)空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生
(3)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。
【拎教材“冷”点】
(1)蛋白质、核酸、磷脂
(2)操作者自身被微生物感染
(3)一部分芽孢 氯气 石炭酸或煤酚皂溶液
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