第2节 微生物的培养技术及应用
第1章 发酵工程
生物
一 微生物的基本培养技术
学习目标
①通过概述培养基的营养构成、无菌技术及其原理,掌握配制培养基的基本流程和常用的消毒、灭菌方法。(科学思维)
②通过进行酵母菌的纯培养实验,掌握无菌操作、接种、培养、观察和记录等技能,提升发现、提出、分析和解决问题的能力以及团队协作能力。
(科学思维、科学探究)
③通过评估论点的可信程度,发展批判性思维。(社会责任)
学习重难点
重点:
1.微生物纯培养的基本操作要求,微生物选择培养的原理。
2.酵母菌的纯培养。
难点:
酵母菌的纯培养。
导入新课
问题思考
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。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。
培养基的配制
新课讲授
任务一
新课讲授
1.下表是某培养基的配方,分析并回答下列问题。
[任务一]培养基的配制
{5EBAD627-06D0-4A77-9BF1-F2D645341DBB}材料
牛肉膏
蛋白胨
NaCl
琼脂
水
用量
5 g
10 g
5 g
20 g
定容至1 000 mL
(1)根据上述培养基的配方,培养基一般都包含哪些营养物质?
碳源、氮源、水、无机盐等。
(2)该培养基是固体培养基还是液体培养基?为什么?
固体培养基。培养基中有琼脂作为凝固剂,所以该培养基为固体培养基。
新课讲授
[任务一]培养基的配制
①碳源
无机碳源:
CO2、CO32-、HCO3-
有机碳源:
葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等
自养微生物
异养微生物
②氮源
无机氮源:
N2、NH4+、NO3-、NH3等
有机氮源:
牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等
③水
④无机盐
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
新课讲授
1.下表是某培养基的配方,分析并回答下列问题。
[任务一]培养基的配制
{5EBAD627-06D0-4A77-9BF1-F2D645341DBB}材料
牛肉膏
蛋白胨
NaCl
琼脂
水
用量
5 g
10 g
5 g
20 g
定容至1 000 mL
(3)该培养基中提供碳源和氮源的物质是什么?属于有机物还是无机物?
该培养基培养的微生物的同化作用类型是什么?理由是什么?
该培养基中的牛肉膏和蛋白胨提供碳源和氮源。二者均属于有机物。
该微生物为异养微生物。因为该微生物的碳源和氮源是有机物。
新课讲授
[任务一]培养基的配制
2.培养微生物时,培养基中是否必须有碳源和氮源?
不一定。
例如,培养自养微生物时,一般不需要添加碳源,微生物可以利用空气中的二氧化碳;培养固氮微生物时,一般不需要添加氮源,微生物可以利用空气中的氮气。
新课讲授
【归纳总结】几种微生物的营养和能量来源
[任务一]培养基的配制
微生物
碳源
氮源
能源
蓝细菌
CO2
NH4+、NO3-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
大肠杆菌
糖类、蛋白质等有机物
蛋白质等
有机物
新课讲授
[任务一]培养基的配制
活动一:小组合作,请按照教材P12酵母菌纯培养实验中制备培养基操作称量所需的实验材料和试剂,配制所需培养基。
称取去皮的马铃薯200 g,切成小块,加水1 000 mL,加热煮沸至马铃薯软烂(前期已准备好),用纱布过滤。向滤液中加入20 g葡萄糖、15~20 g琼脂,用蒸馏水定容至1 000 mL。
无菌技术
新课讲授
任务二
新课讲授
[任务二]无菌技术
(1)防止培养物被污染
(2)防止感染实验操作者
是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。
消毒:
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。
1.目的
2.类型
新课讲授
[任务二]无菌技术
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(不是繁殖体),叫作芽孢。
芽孢的壁很厚,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。芽孢又小又轻,可以随风飘散。当环境适宜(如温度、水分适宜)的时候,芽孢又可以萌发,形成一个细菌。
孢子:
真菌、植物等产生的一种有繁殖作用的无性生殖细胞。孢子能直接发育成新个体。
知识拓展
新课讲授
[任务二]无菌技术
请完善表格中消毒和灭菌的主要方法及应用范围。
项目
主要方法
应用范围
消毒
巴氏消毒法
在 ℃消毒30 min或
℃处理15 s或80~85℃处理10~15 s
牛奶、啤酒、果酒和酱油等不耐高温的液体
煮沸消毒法
在100 ℃煮沸 min
家庭餐具等生活用品
紫外线消毒
紫外线照射 min(损伤细菌的DNA)
、接种箱或
__________
63~65
72~76
5~6
30
接种室
超净工作台
项目
主要方法
应用范围
消毒
化学药物消毒
用体积分数为70%的_____
擦拭实验者的双手
_____
水源
灭菌
灼烧灭菌
直接在酒精灯火焰的
层灼烧
干热灭菌
干热灭菌箱中,在
℃的热空气中维持______
的物品,如玻璃器皿、金属用具等
高压蒸汽灭菌(湿热灭菌)
、温度为121℃的条件下,维持15~30 min
等
酒精
氯气
充分燃烧
160~170
1~2 h
耐高温的和需要保持干燥
在压力为100 kPa
培养基
接种工具,如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具,以及试管口或瓶口等
新课讲授
[任务二]无菌技术
思考1.牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法,与煮沸消毒法相比,这两种方法的优点是什么?
在达到消毒目的的同时,营养物质损失较少。
思考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,还有什么作用?
无菌技术还能有效避免污染环境以及操作者自身被微生物感染。
新课讲授
[任务二]无菌技术
活动二:结合所学知识,对以下材料或器材选择合适的方法进行消毒或灭菌,完成表格后小组合作对以下材料进行消毒或灭菌的操作。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}材料或器材
消毒或灭菌方法
培养基
?
培养皿
?
接种环
?
超净工作台
?
实验者的双手
高压蒸汽灭菌
干热灭菌
灼烧灭菌
紫外线照射
酒精消毒
酵母菌的纯培养
新课讲授
任务三
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
思考1.结合倒平板的操作程序,请回答以下问题。
细致观察教材P12~13倒平板的具体操作流程图与平板划线流程图,结合演示视频,思考以下问题。
(1)如图一所示,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。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
思考1.结合倒平板的操作程序,请回答以下问题。
(2)如图二所示,从防止杂菌污染的角度思考,为什么培养基冷却凝固后将平板倒置?
既可以防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染,又可以避免培养基中的水分过快蒸发。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
思考1.结合倒平板的操作程序,请回答以下问题。
(3)培养基灭菌后,需要冷却至50 ℃左右时,才能用来倒平板。可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,感觉温度下降到刚刚不烫手即可。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
思考2.下图是平板划线操作的示意图,据图回答下列问题。
(1)用字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤。
d→b→f→a→e→c→h→g。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
连续划线法
分区划线法
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。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
(2)为什么在操作的第一步以及第一次划线结束后的每次划线前都要灼烧接种环?为什么在划线操作结束时,仍然需要灼烧接种环?请完善下方的表格。
灼烧时期
目的
取菌种前
杀死接种环上______________,方便蘸取菌液后进行第一次划线
之后每次划线前
杀死上次划线时残留的菌种,使下一次划线的菌种直接来源于 ,从而使____________________________,直至得到__________
接种结束后
杀死接种环上残留的菌种,避免微生物污染环境和感染操作者
原有的微生物
上次划线的末端
每次划线时菌种数目逐渐减少
单个细菌
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
思考3.接种结束后,为什么要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养?未接种的培养基表面如果有菌落生长,说明了什么?
培养未接种培养基的作用是作对照,若未接种的培养基在恒温箱中保温1~2 d后无菌落生长,说明培养基的制备是成功的。
若有菌落形成,说明培养基灭菌不彻底,或培养基被污染了,需要重新制备。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
活动三:请根据“酵母菌的纯培养”的相关演示视频,利用教师提前灭菌完成的培养基和培养皿等材料,以小组为单位在超净工作台上开展倒平板和接种、分离酵母菌的实验操作。
实验的目的及要求:
①进行规范的无菌操作;
②学会通过倒平板和平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落;
③注意酒精灯的安全使用。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
【归纳总结】
1.配制培养基的注意事项
(1)如果需要调节培养基的pH,应该在定容完成之后、灭菌之前进行操作。
(2)培养基灭菌后要冷却到50 ℃左右时开始倒平板。其原因是琼脂是一种多糖,在98 ℃以上熔化,在44 ℃以下凝固,倒平板时温度高于50 ℃会烫手,低于50 ℃时,若不及时操作,琼脂会凝固。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
【归纳总结】
2.采用平板划线法接种菌种时,可防止杂菌污染的操作
(1)接种前将接种环放在酒精灯火焰上灼烧。
(2)划线操作在酒精灯火焰旁进行。
(3)划线时将培养皿的皿盖打开一条稍大于瓶口的缝隙,用接种环在培养基表面迅速划线,划线后及时盖上皿盖。
新课讲授
[任务三]酵母菌的纯培养
【归纳总结】
3.实验结果的分析
(1)培养未接种的培养基的目的是检测培养基是否被杂菌污染(或检查培养基制备是否合格)。未接种的培养基表面若有菌落生长,则说明培养基被污染,应该重新制备;若无菌落生长,则说明未被污染。
(2)若在培养基中观察到不同形态的菌落,原因可能是菌液不纯,混入其他杂菌,或在实验操作过程中被杂菌污染。
所谓“酵素”,就是“酶”的另一种说法。“酵素”制作就是利用微生物进行无氧呼吸的原理,进行像制作泡菜一样的发酵。 这样制作的“酵素”中可能有糖类(包括-些简单的糖和膳食纤维等)、蛋白质(包括多种酶)、有机酸等成分,不存在它独有的、特殊的营养物质,其中甚至可能含有微生物发酵产生的有毒物质,食用后可能会危害人体健康。
因此,“吃水果酵素可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力”的论点值得怀疑。
评估“水果酵素”的功效是否真实
课堂小结
【练习1】
当堂训练
下列有关培养基配制的描述,正确的是( )
A.营养物质含量越多,微生物的生长繁殖越快
B.任何培养基都必须含有碳源、氮源、水、无机盐等成分
C.培养基是依据人们的需求,配制出的供微生物生长繁殖的营养基质
D.微生物的生长除受营养因素影响外,还受到pH、渗透压等的影响
D
【练习2】
下列关于灭菌和消毒的说法,错误的是( )
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.接种环常用灼烧法灭菌
D.常用的灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌等
B
当堂训练
【练习3】
下列酵母菌纯培养过程中的操作,错误的是( )
A.将培养基和培养皿放入干热灭菌箱中灭菌
B.倒平板操作时,待平板凝固后,需要将其倒过来放置
C.接种环灼烧后,待冷却后再伸入菌液中蘸取菌液划线
D.平板划线后的接种环在酒精灯火焰上灼烧灭菌
A
当堂训练
【练习4】
(不定项)如表所示为某微生物培养基的配方。下列说法错误的是( )
A.此培养基属于液体培养基,其中的碳源是(CH2O)
B.配制培养基时,溶解后分装前必须要进行的操作是灭菌,灭菌后调pH
C.接种时应在酒精灯火焰附近操作
D.若用该培养基选择培养纤维素分解菌,应只除去青霉素,加入纤维素粉
B
当堂训练
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}成分
NaNO3
K2HPO4
KCl
MgSO4·7H2O
含量
3 g
1 g
0.5 g
0.5 g
成分
FeSO4
(CH2O)
H2O
青霉素
含量
0.01 g
30 g
定容至1 000 mL
1 mg
BD
【练习5】
在生产、生活和实践中,经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。回答下列问题。
(1)在实验室中,玻璃和金属材质的实验器具_______(填“可以”或“不可以”)放入密闭容器如干热灭菌箱中进行干热灭菌。
(2)密闭空间内的空气可用紫外线照射消毒,其原因是紫外线能____________。在照射前,适量喷洒__________________________,可强化消毒效果。
(3)水厂供应的自来水通常是经过_____(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。
当堂训练
可以
破坏DNA结构
苯酚或煤酚皂溶液等消毒液
氯气
谢谢大家