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微生物的培养技术及应用
第一课时
第2节
人教版 选择性必修3
1.能阐明无菌技术的类型、适用范围和操作方法。
2.能概述不同类型培养基的特点及适用场景。
3.能尝试完成微生物的纯培养实验的操作。
向经过杀菌处理的牛奶中添加某些对人体有益的细菌,再经过发酵就可以制成酸奶,由于制作工艺并不复杂,一些人会在家里自制酸奶,自制酸奶虽然方便,但是食用自制酸奶导致肠胃不适的事件屡见不鲜,主要原因是在制作过程中有杂菌混入。那么,怎样才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物中呢?
应该先对制作用具和原料进行灭菌处理,再接种纯的菌种,并控制发酵条件,避免杂菌进入。
微生物:难以用肉眼观察的微小生物的统称。
无细胞结构生物
原核生物
真核生物
病毒:SARS病毒、新冠病毒等RNA病毒;T2噬菌体等DNA病毒。
细菌:蓝细菌、大肠杆菌、乳酸菌等;
放线菌:衣氏放线菌等。
真菌:酵母菌、毛霉等;原生生物:草履虫、变形虫等。
微生物结构简单、形体微小,眼睛看不到,若想看某种纯净的微生物。我们该怎么做?若想通过肉眼能看到细菌,我们又该如何?
必须对其进行分离纯化;
对微生物进行大量培养,致使其在培养基表面或内部形成菌落。不同的细菌具有不同的菌落。
分散的微生物在适宜的琼脂固体培养基表面或内部生长,可以形成肉眼可见的菌落。
微生物的结构
直径在30~200nm之间
直径在0.5~5μm之间
直径3~6μm之间
实验室培养微生物:
1.为微生物提供合适的营养和环境条件;
2.要确保其他微生物无法混入;
3.将需要的微生物分离出来。
培养基
无菌技术
微生物的纯培养、分离技术
1.培养基的概念和类型
(1)概念:
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,
即培养基。
(2)培养基的作用:
用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
培养基的配置
(3)培养基的类型
标准 培养基种类 培养基特点 作用
物理性质 固体培养基 加凝固剂,如琼脂 微生物的分离与鉴定,活菌计数,保藏菌种
半固体培养基 容器放倒不致流出,剧烈震动则破散 观察微生物的运动、分类鉴定
液体培养基 不加凝固剂 常用于工业生产
功能 选择培养基 根据某种微生物的特殊营养要求配置 选择分离
鉴别培养基 加入能与目的菌的代谢产物发生显色反应的指示剂 鉴定
成分来源 天然培养基 含化学成分不明确的天然物质 工业生产
合成培养基 用已知的化学物质配制 分类鉴定
2.培养基的配制
(1)基本成分:水、碳源、氮源、无机盐。
碳源
无机碳源:CO2、CO32-、HCO3-。
有机碳源:葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等。
氮源
无机氮源:NH4+、NO3-、NH3等。
有机氮源:牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等。
注意:含C、H、O、N的有机物是异养型微生物的碳源、氮源、能源。如氨基酸等。
为什么培养基需要氮源?
培养基中的氮元素是微生物合成蛋白质、核酸等物质所必需的。
(2)特殊需求:某些微生物对pH、特殊营养物质以及O2的需求。
特殊营养物质:维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。
(牛肉膏、酵母膏、蛋白胨中含有)
①培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素;
②培养霉菌时,需要将培养基调至酸性;
③培养细菌时,需要将培养基调至中性或弱碱性;
④培养厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。
下列有关微生物营养物质的叙述中,正确的是( )
A.是碳源的物质不可能同时是氮源
B.凡碳源都提供能量
C.除水以外的无机物只提供无机盐
D.无机氮源也能提供能量
D
获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。
无菌技术应围绕着如何避免杂菌的污染展开,主要包括消毒和灭菌。
消毒和灭菌工作的两个方面:
(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。
注意:避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。为了避免周围环境中微生物的污染,操作都应在超净工作台并在酒精灯火焰附近进行。
无菌技术
无菌技术除用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外,还有什么作用?
无菌技术还能有效避免操作者被微生物感染。
1.消毒
(1)概念:
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。
(2)常用的消毒方法
①煮沸消毒法:100℃煮沸5~6min,可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。
②巴氏消毒法:62~65℃下消毒30 min或80~90℃处理30s~1min,适合一些不耐高温的液体,如牛奶。可以杀死牛奶中的绝大多数微生物,并且不破坏牛奶的营养成分。
③化学药剂消毒法:用70%酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。
④紫外线消毒法:接种室、接种箱或超净工作台在使用前可用紫外线照射30min。在照射前,适量喷洒石碳酸或煤酚皂溶液等消毒液,可以加强消毒效果。
2.灭菌:
芽孢
有些细菌在一定的条件下,细胞里面形成一个椭圆形的休眠体,叫做芽孢。
芽孢壁很厚,对干旱、低温、高温等恶劣的环境有很强的抵抗力。例如,有的细菌的芽孢,煮沸3小时以后才死亡。
孢子
细菌、原生动物、真菌和植物等产生的一种有繁殖作用的无性生殖细胞。能直接发育成新个体。
细菌芽孢的结构模式图
灭菌对象:培养基等
①湿热灭菌:利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌的方法。效果最好的是高压蒸汽灭菌。
灭菌的方法:
高压蒸汽灭菌锅: 内100kPa、121 ℃下维持15-30min,通过高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性,可以杀灭所有的生物,包括最耐热的某些微生物的休眠体。基本保持培养基的营养成分不被破坏。
灭菌对象:耐高温和需保持干燥的物品,如 玻璃器皿 (如试管、培养皿、吸管、注射器)
金属器具 (如针头、 镊子、剪刀等)的灭菌
②干热灭菌:将灭菌物品放入密闭容器如干热灭菌箱内,在160-170 ℃的热空气中维持2-3h,使微生物细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥等而达到灭菌目的。
干热灭菌箱
③灼烧灭菌:将灭菌对象直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧,使微生物燃烧,可以迅速地彻底地灭菌。
灭菌对象:接种工具如接种环、接种针,以及接种过程中的试管口或瓶口等易被污染部位
下列关于灭菌和消毒的说法不正确的是( )
A.灭菌是指杀死环境中的所有微生物,包括芽孢和孢子
B.灭菌和消毒实质上是相同的
C.接种环用灼烧法灭菌
D.常用的灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌等
B
在微生物学中,将接种于培养基内,在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。
2.微生物的纯培养步骤:
(1)配置培养基;
(2)灭菌;
(3)接种;
(4)分离和培养。
1.微生物的纯培养的概念:
由单一个体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。
微生物的纯培养
1.培养原理
菌落: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。
微生物群
分散或稀释
单个细胞
单个菌落
繁殖
2.获得单菌落的方法:
采用平板划线法和稀释涂布平板法将单个微生物分散在固体培养基上,之后得到的单菌落一般是由单个微生物形成的纯培养物。
3.方法步骤
(1)制备培养基
配制培养基
灭菌
倒平板
称取去皮马铃薯200g,切成小块,加水1000ml,加热煮沸至马铃薯软烂,用纱布过滤。向滤液中加入20g葡萄糖、15~20g琼脂,用蒸馏水定容至1000ml。
将配制好的培养基转移到锥形瓶中,加棉塞,包上牛皮纸,并用皮筋勒紧,再放入高压蒸汽灭菌锅中,在压力为100kPa、温度为121℃的条件下,灭菌15~30min。将5~8套培养皿包成一包,用几层牛皮纸包紧,放入干热灭菌箱内,在160~170℃灭菌2h。
待培养基冷却到50℃左右时,在酒精灯火焰附近倒平板。
倒平板的具体操作步骤
1
①拔出锥形瓶的棉塞
2
②将瓶口迅速通过火焰
③用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙,将培养基(10~20mL)倒入培养皿,立即盖上皿盖
3
④等待培养基冷却凝固后,将培养皿倒转过来放置
4
既可以防止培养基表面的水分挥发;又可以防止皿盖上的水珠落入培养基,造成污染。
(2)接种和分离酵母菌
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表面。经数次划线后培养,可以分离得到单菌落。
平板划线法的具体划法
注意:
①接种环只蘸一次菌液,但要在培养基不同位置连续划线多次;
②划线首尾不能相接;
③每次划线前接种环进行灭菌;
④划线后,培养皿倒置培养。
平板划线法的具体操作
①灼烧接种环,直至接种环金属丝烧红
②在火焰旁冷却接种环,拔出酵母菌培养液试管的棉塞
③试管口通过火焰
④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液
⑤试管口通过火焰,并塞上棉塞
⑥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
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
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?
灼烧时期 目的
取菌种前
每次划线前
接种结束后
杀死接种环上原有微生物
杀死上次划线时残留菌种,使下一次划线的菌种直接来源上次划线的末端,从而使每次划线时菌种数目逐渐减少,直至得到单个细胞
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
(3)培养酵母菌
完成平板划线后,待菌液被培养基吸收,将接种后的平板和一个未接种的平板倒置,放入28℃左右(培养温度因酵母菌种类的不同而稍有差异)的恒温培养箱中培养24~48h。
4.结果分析与评价
1.在未接种的培养基表面是否有菌落生长?如果有,说明了什么?
2.在接种酵母菌的培养基上,你是否观察到了单菌落?这些菌落的
颜色、形状和大小是否一致?如果你观察到了不同形态的菌落,你
能分析出可能是由哪些原因引起的吗?
在未接种的培养基表面应该没有菌落生长,如果有,说明培养基
被杂菌污染。
如果观察到了不同形态的菌落,可能是接种的菌种不纯或者无菌操作
不规范等原因引起的。
无菌技术
类型 适用范围 操作方法
消 毒
灭 菌
较为温和理化方法,杀死部分微生物(不包括芽孢、孢子)
强烈的理化方法,杀死所有微生物(包括芽孢、孢子)
煮沸消毒法
日常生活
100 ℃煮沸5~6 min
巴氏消毒法
不耐高温的液体
62~65 ℃煮30 min或80-90 ℃ 30s-1 min
化学药剂
生物活体、水源等
擦拭等,如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源
紫外线
紫外线照射30 min
灼烧灭菌
接种的金属工具、接种时用的试管口或瓶口等
直接在酒精灯火焰的充分燃烧层
灼烧
干热灭菌
耐高温、需要保持干燥的物品,如玻璃器皿和金属用具等
物品放入干热灭菌箱,160~170 ℃
加热2~3h
湿热灭菌
培养基、培养皿等,生产和实验室常用
高压蒸汽灭菌锅内,100 kPa,温度121 ℃,15~30 min
接种室、接种箱,超净工作
台