(共38张PPT)
二 微生物的选择培养和计数
学习目标
1.理解选择培养基的概念和设计原理。
2.学习利用稀释涂布平板法进行微生物的选择培养。
3.利用实验探究土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。
一、选择培养基
1.自然界中目的菌的筛选
(1)实例:聚合酶链式反应(PCR)中用到的耐高温的DNA聚合酶,就是从热泉中筛选出来的水生栖热菌中提取出来的。
(2)依据:水生栖热菌能在70~80
℃的高温条件下生存,而绝大多数微生物在此条件下不能生存。?
2.实验室中目的菌的筛选
(1)原理:人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度和pH等),同时抑制或阻止其他微生物的生长。
(2)方法:利用选择培养基分离。
①选择培养基: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。
②实例:选择分解尿素的细菌的培养基,以尿素作为唯一氮源,只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素,在培养基上生长。
二、微生物的选择培养
1.取样
铲取土样,将样品装入纸袋中。
2.稀释涂布平板法
(1)系列稀释操作
将10
g土样加入盛有90
mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀。取1
mL上清液加入盛有9
mL无菌水的试管中,依次等比稀释。
(2)涂布平板操作
3.培养与观察
待涂布的菌液被培养基吸收后,将平板倒置,放入30~37
℃的恒温培养箱中培养1~2
d。在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。
预习反馈
1.判断正误。
(1)选择培养基筛选出的微生物只有一种。(
×
)
(2)土壤样品稀释时不同的微生物应该选择不同的稀释度。(
√
)
(3)选择培养基上的菌落数目明显少于牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目,说明选择培养基已筛选出一些细菌菌落。(
√
)
2.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作( )
A.鉴别培养基
B.加富培养基
C.选择培养基
D.基础培养基
答案C
3.用来判断选择培养基是否起到了选择作用,需要设置的对照是( )
A.未接种的选择培养基
B.未接种的牛肉膏蛋白胨培养基
C.相同条件下接种了的牛肉膏蛋白胨培养基
D.相同条件下接种了的选择培养基
答案C
解析
将菌液稀释相同的倍数并接种,相同培养条件下牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目应明显多于选择培养基上的菌落数目,因此,应选择接种了的牛肉膏蛋白胨培养基作为对照。对照实验遵循单一变量原则,所以牛肉膏蛋白胨培养基要与选择培养基在相同条件下接种、培养。
三、微生物的数量测定
1.稀释涂布平板法
(1)原理: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。
(2)计数原则:一般选择菌落数为30~300的平板进行计数。样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目,通常选用一定稀释范围的样品液进行培养。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。
(3)注意事项: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活菌数来表示。
2.显微镜直接计数法
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量,统计的结果一般是
活菌数和死菌数的总和。
四、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.土壤取样
从酸碱度接近中性的潮湿土壤取样。先铲去表层土,在距地表约3~8
cm的土壤层取样。
2.样品的稀释
(1)选用一定稀释范围的样品液进行培养,保证获得菌落数为30~300的平板进行计数。
(2)第一次做实验时,可以将稀释度的范围放宽一点。
3.微生物的培养与观察
(1)培养:不同种类的微生物,往往需要不同的培养温度和培养时间。
(2)观察:每隔24
h统计一次菌落数目,选取菌落数目稳定时的记录作为结果。?
4.操作提示
(1)涂布器的使用:将涂布器从酒精中取出时,要让多余的酒精在烧杯中滴尽,然后再灼烧。不要将过热的涂布器放在盛有酒精的烧杯中,以免引燃酒精。
(2)无菌操作:取土样的用具在使用前都需要灭菌。操作完成后,一定要洗手。
(3)做好标记:本实验使用的平板和试管比较多,为避免混淆,最好使用前就做好标记。
(4)制订计划:本实验耗时较长,需要事先规划时间,以便提高实验效率。
预习反馈
1.判断正误。
(1)只要培养基中有尿素即可筛选出分解尿素的细菌。(
×
)
(2)统计样品中的活菌数目一般使用平板划线法。(
×
)
(3)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。(
√
)
2.分离土壤中分解尿素的细菌,对培养基的要求是( )
①加尿素 ②不加尿素 ③加琼脂 ④不加琼脂 ⑤加葡萄糖 ⑥不加葡萄糖 ⑦加硝酸盐 ⑧不加硝酸盐
A.①③⑤⑦
B.②④⑥⑧
C.①③⑤⑧
D.①④⑥⑦
答案C
解析要分离土壤中分解尿素的细菌,培养基中尿素应是唯一的氮源,不能加硝酸盐;在固体培养基上形成菌落,要加琼脂作凝固剂;分解尿素的细菌是异养微生物,要加有机碳源(如葡萄糖)。
3.某同学在稀释倍数为106的培养基上测得平板上的菌落数的平均值为234个,那么每毫升样品中菌落数是(涂布平板时所用稀释液的体积为0.1
mL)( )
A.2.34×108个
B.2.34×109个
C.234个
D.23.4个
答案B
解析平板上菌落数的平均值×稀释倍数÷涂布液体积=每毫升样品中的菌落数,即234×106÷0.1=2.34×109(个)。
探究点一
探究点二
选择培养基
情境导引
什么样的培养基能把土壤中分解尿素的细菌筛选出来?
要把某种微生物从众多微生物中筛选出来,就要利用其代谢特点选择合适的培养基。下面是分离土壤中分解尿素的细菌使用的选择培养基配方,请分析回答问题。
KH2PO4
1.4
g
Na2HPO4
2.1
g
MgSO4·7H2O
0.2
g
葡萄糖
10.0
g
尿素
1.0
g
琼脂
15.0
g
将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1
000
mL
探究点一
探究点二
1.在该培养基的配方中,为微生物提供碳源的是 ,提供氮源的是 。?
答案葡萄糖 尿素
2.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利用 。?
答案尿素
3.分析该培养基的配方,该培养基对微生物是否具有选择作用?如果具有,又是如何进行选择的?
答案具有。以尿素为唯一氮源的培养基可以分离到能产生脲酶的微生物(即能分解尿素的微生物)。
探究点一
探究点二
4.判断选择培养基是否具有筛选作用,还需同时接种到牛肉膏蛋白胨固体培养基上进行培养,观察同一稀释度的菌液接种的 ,进行对比得出结论。?
答案两种培养基上菌落的数目(其他条件相同且适宜)
探究点一
探究点二
归纳提升
1.选择培养基的选择作用
(1)原理:根据不同微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性不同而制备培养基。
探究点一
探究点二
方 法
特 点
举 例
一
利用营养缺陷进行的选择培养
通过控制培养基的营养成分,使营养缺陷的微生物不能正常生长
缺乏氮源时可以分离固氮微生物
二
利用某种化学物质进行的选择培养
在完全培养基中加入某些化学物质,利用加入的化学物质对微生物产生的影响,抑制某些微生物,同时选择所需的微生物
加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌
三
利用培养条件进行的选择培养
改变微生物的培养条件
将培养基放在高温环境中培养可以得到耐高温的微生物
(2)三种方法的比较
探究点一
探究点二
特别提醒
能在选择培养基上生长的不一定是所需要的目的菌。原则上选择培养基只允许特定种类的微生物生长,但实际上,微生物的培养是一个非常复杂的问题,有些微生物可以利用其他微生物的代谢产物生长繁殖,因此能在选择培养基上生长的微生物不一定都是所需的微生物,还需进一步的鉴定。
2.尿素分解菌的鉴定
在细菌分解尿素的化学反应中,细菌合成的脲酶将尿素分解成了NH3。NH3会使培养基的碱性增强,pH升高。在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种细菌后,如果pH升高,指示剂将变红,则可初步说明该种细菌能够分解尿素。
探究点一
探究点二
典例剖析
选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物,通过不含有机物的培养基、缺氮培养基、含尿素(不含其他氮源)的培养基,可从土壤中分离出的微生物依次是( )
A.硝化细菌、放线菌、根瘤菌
B.根瘤菌、青霉菌、固氮菌
C.异养细菌、放线菌、硝化细菌
D.自养细菌、固氮菌、分解尿素的细菌
答案D
解析不含有机物的培养基可以选择自养微生物,缺少氮元素的培养基可以选择固氮微生物,含尿素(不含其他氮源)的培养基可以选择能分解尿素的微生物。
探究点一
探究点二
活学活练
分离土壤中分解尿素的细菌,对培养基的要求是( )
注
“+”表示加入,“-”表示不加
答案C
解析分离土壤中分解尿素的细菌,培养基中要有碳源,且以尿素作为唯一的氮源,故不能添加硝酸盐。
选项
尿素
琼脂
葡萄糖
硝酸盐
A
+
+
+
+
B
-
-
-
-
C
+
+
+
-
D
+
-
-
+
探究点一
探究点二
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
情境导引
给你一把无菌铁铲,到哪里去取土样能得到分解尿素的细菌?统计菌落数目时应注意什么?
下面是土壤中尿素分解菌的分离与计数的实验流程示意图,请结合教材提供的资料分析回答问题。
探究点一
探究点二
样品的稀释和稀释液的取样培养流程示意图
探究点一
探究点二
1.请完善下列实验流程。
取样:从肥沃、湿润的土壤中,用 铁铲铲去表层土,迅速取土壤并装入 纸袋密封?
↓
配制 :制备以 为唯一氮源的选择培养基?
↓
的稀释:在 旁称取土壤10
g,放入盛有90
mL无菌水的锥形瓶中,振摇使土样与水充分混合,将菌分散。制成101倍土壤稀释液,从中吸取1
mL
土壤悬液注入盛有9
mL无菌水的试管中,吹吸三次,充分混匀,制成102倍土壤稀释液,以此类推,制成103,104,105,106倍土壤稀释液?
探究点一
探究点二
↓
取样 :取9个上述选择培养基分成 组,并做好 ,然后分别从 , , 倍的三种土壤稀释液中吸取0.1
mL对号放入已做好标记的平板中,用无菌涂布器在培养基表面轻轻地涂布均匀?
↓
培养观察:将培养基平板倒置于 的恒温培养箱中培养1~2
d,每隔24
h统计一次菌落数目,选取菌落数目 时的记录作为结果?
答案土壤 无菌 无菌 培养基 尿素 样品
火焰 涂布 3 标记 104 105 106 30~37
℃ 稳定
探究点一
探究点二
2.请设计记录和计数的表格,以便进行结果统计。
提示
探究点一
探究点二
3.该实验是用 法进行计数的。?
(1)该方法在同一稀释度下,至少涂布3个平板作为重复组。分析结果时,需考虑重复组的结果 ,如果结果差异太大,则意味着操作有误,需要重新实验。?
(2)为了保证结果准确,一般选择菌落数为 的平板进行计数。?
答案稀释涂布平板 是否一致 30~300
4.除上述方法外,细菌的计数还可用 法等。?
答案显微镜直接计数
探究点一
探究点二
特别提醒
实验设计原则
(1)设立重复组:统计某一稀释度下平板上的菌落数时,要至少涂布3个平板作重复组,以增强实验结果的说服力与准确性。
(2)设立两种对照组:
①判断选择培养基中是否有杂菌污染,需同时将未接种的选择培养基进行培养;
②判断选择培养基是否具有筛选作用,需同时设立牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养,观察两种培养基上的菌落数目,进行对比得出结论。
探究点一
探究点二
归纳提升
1.统计菌落数目的方法
微生物生长量的测定有计数法、重量法、生理指标法等方法,但是一般使用计数法,计数法可分为直接计数法和间接计数法。二者的比较如下表所示。
探究点一
探究点二
项目
直接计数法
间接计数法(稀释涂布平板法)
原理
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,计算一定体积的样品中微生物的数量
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
主要
用具
显微镜、细菌计数板或血细胞计数板
培养基
计数
数据
菌体本身
培养基上菌落数
优点
计数方便、操作简单
计数的是活菌
缺点
死菌、活菌都计算在内
操作较复杂,有一定误差
探究点一
探究点二
2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数结果分析与评价
内 容
现 象
结 论
有无污染
的判断
对照的培养基中无菌落生长
未被杂菌污染
培养物中菌落数偏高
培养物中混入其他氮源
菌落形态多样,菌落数偏高
被杂菌污染
选择培养基的筛选作用
牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目大于选择培养基上的数目
选择培养基具筛选作用
样品的稀释操作
得到2个或2个以上菌落数目为30~300的平板
操作成功
重复组的结果
若选取同一种土样,统计结果应接近
探究点一
探究点二
3.平板划线法和稀释涂布平板法的比较
(1)单菌落的获得
利用平板划线法接种时,单菌落从后划线的区域挑取;利用稀释涂布平板法接种时,只有合适的稀释度才能得到单菌落。
(2)两种接种方法的应用
两种方法都能将微生物分散到固体培养基表面,以获得单菌落,达到分离纯化微生物的目的;稀释涂布平板法还能对微生物进行计数,而平板划线法不能用于微生物的计数。
探究点一
探究点二
易错提醒稀释涂布平板法的注意事项
(1)稀释涂布平板法所选择的稀释度很重要,所出现的平均菌落数在50个左右的为最好。
(2)在设计实验时,一定要涂布至少3个平板作为重复组。
(3)在分析结果时,一定要考虑所设置的重复组的结果是否一致,如果差别过大,则意味着操作有误,需要重新实验。
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)如图为“土壤中分解尿素的细菌的分离和计数”实验中样品稀释示意图。据图分析错误的是( )
A.4号试管中稀释液进行平板培养得到的菌落平均数可能是5号试管中的10倍
B.5号试管中稀释液进行平板培养的结果表明每克该土壤中的菌株数目为1.7×106个
C.当样品稀释度足够高时,一般平板上一个单菌落来源于一个活菌
D.某一稀释度下至少涂3个平板,该实验方法统计得到的结果往往会比实际活菌数目高
探究点一
探究点二
答案BD
解析4号试管中稀释液的稀释倍数比5号试管的低10倍,如果稀释倍数适当,平板培养得到的菌落平均数可能是5号试管的10倍,A项正确;5号试管进行稀释涂布平板计数的结果表明,每克土壤中的菌株数为(168+175+167)÷3×106÷0.1=1.7×109(个),B项错误;当样品稀释度足够高时,一般平板上一个单菌落来源于一个活菌,C项正确;稀释涂布平板得到的菌落可能存在两个或多个细菌细胞连在一起长成一个菌落的情况,所以该实验方法统计得到的结果往往会比实际活菌数目要低,D项错误。
探究点一
探究点二
活学活练
在做分离分解尿素的细菌实验时,从对应106培养基上A同学筛选出大约150个菌落,而其他同学只筛选出大约50个菌落。A同学的结果产生的原因可能有( )
①土样不同 ②培养基被污染 ③操作失误 ④没有设置对照
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④
答案A
解析土样不同、培养基被污染和操作失误都会影响实验结果,对照的设置对实验结果没有影响。二 微生物的选择培养和计数
课后篇巩固提升
基础巩固
1.研究人员通过对大肠杆菌进行基因改造,可以使其不仅能以传统生物能源技术中使用的蔗糖为原料,还能以广泛存在于植物纤维中的半纤维素为原料,分解产生燃料物质。若要将这种大肠杆菌分离出来,应将它们接种在
( )
A.不含氮源的培养基上
B.含有蛋白胨的固体培养基上
C.只含半纤维素而无其他碳源的选择培养基上
D.不含营养要素的培养基上
答案C
解析分析题干可知,改造后的大肠杆菌“能以广泛存在于植物纤维中的半纤维素为原料,分解产生燃料物质”,因此若要将这种大肠杆菌分离出来,应将它们接种在只含半纤维素而无其他碳源的选择培养基上。
2.用纸片扩散法测定某病原菌对各种抗生素敏感性的实验,是在某病原菌均匀分布的平板上,铺设含有不同种抗生素的纸片后进行培养。图示为培养的结果,其中抑菌圈是在纸片周围出现的透明区域。下列分析正确的是( )
A.在图示固体培养基上可用平板划线法或稀释涂布平板法接种病原菌
B.未出现抑菌圈可能是病原菌与抗生素接触后发生抗性变异
C.形成的抑菌圈较小的原因可能是微生物对药物较敏感
D.不同抗生素在平板上的扩散速度不同会对实验结果造成影响
答案D
解析图示固体培养基上采用的接种方法应是稀释涂布平板法,A项错误;病原菌发生抗性变异在与抗生素接触之前,B项错误;微生物对药物较敏感形成的抑菌圈应较大,C项错误;纸片所含的药物吸取平板中的水分溶解后,便不断向纸片周围区域扩散,不同抗生素在平板上的扩散速度不同会对实验结果造成影响,D项正确。
3.测定土壤中细菌数量一般选用104、105和106倍的稀释液进行平板培养,而测定真菌的数量一般选用102、103和104倍稀释,其原因是( )
A.细菌个体小,真菌个体大
B.细菌易稀释,真菌不易稀释
C.细菌在土壤中数量比真菌多
D.随机的,没有原因
答案C
解析土壤中的微生物大约70%~90%是细菌,真菌的数量要比细菌少。样品的稀释度越高,在平板上生成的菌落数目就越少。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,所以细菌的稀释倍数要高于真菌的稀释倍数。
4.下列培养基中,能分离出分解尿素的细菌的是( )
A.葡萄糖、NaCl、K2HPO4、琼脂、水
B.葡萄糖、NaCl、K2HPO4、琼脂、水、尿素
C.NaCl、琼脂、水、蛋白胨、酵母提取物、尿素
D.葡萄糖、NaCl、K2HPO4、琼脂、水、蛋白胨、酵母提取物
答案B
解析能分离出分解尿素的细菌的培养基必须以尿素为唯一氮源,B项正确。
5.下列有关“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”实验的叙述,错误的是( )
A.该实验需要设置空白对照组,以检验培养基是否受到杂菌污染
B.分解尿素的细菌能产生脲酶,脲酶能分解尿素产生氮气
C.统计尿素分解菌的数目时,以菌落数为30~300的平板进行计数
D.该实验所用培养基应以尿素作唯一氮源
答案B
解析该实验需要设置空白对照组,以检验培养基是否受到杂菌污染,A项正确;分解尿素的细菌能产生脲酶,将尿素分解为NH3
,B项错误;统计尿素分解菌的数目时,以菌落数为30~300的平板进行计数,求其平均值,C项正确;以尿素为唯一氮源的培养基分离尿素分解菌,
D项正确。
6.下图为从土壤中分离纯化尿素分解菌的过程。下列有关叙述错误的是( )
A.①②③④培养基都应以尿素为唯一氮源
B.图中所用培养基灭菌常用的方法是高压蒸汽灭菌
C.①~③过程是梯度稀释,稀释溶剂是无菌水
D.可用酚红染料鉴定,菌落周围是否出现红色圈
答案C
解析尿素分解菌可以合成脲酶将尿素分解,因此要分离纯化尿素分解菌,培养基都应以尿素为唯一氮源,A项正确;对培养基灭菌常用的方法是高压蒸汽灭菌法,B项正确;①~③过程是选择培养,该过程用来选择培养尿素分解菌,因此培养基应该是以尿素为唯一氮源的培养基,而不是无菌水,C项错误;分解尿素的菌能将尿素分解成NH3,使培养基碱性增强,pH升高,酚红指示剂会变红,因此可用酚红染料鉴定尿素分解菌,观察菌落周围是否出现红色圈,D项正确。
7.若某一稀释度下,平板上生长的平均菌落数为90个,涂布平板时所用的稀释液体积为0.1
mL,稀释液的稀释倍数为105,则每克样品中的活菌数约为( )
A.9×108个
B.9×107个
C.9×105个
D.9×106个
答案B
解析每克样品中的菌落数=(90÷0.1)×105=9×107(个),即每克样品中的活菌数约为9×107个。
8.某生物兴趣小组,进行土壤中尿素分解菌的分离和计数实验。请回答下列问题。
(1)实验原理:尿素是一种重要的农业氮肥,但它并不能直接被农作物吸收,需要转变成NH3,才能被吸收,这个转变依赖于土壤中能产生 的微生物的作用。?
(2)实验步骤。
①配制培养基(成分:葡萄糖、Na2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、尿素、Y、H2O、琼脂),并制作无菌平板。
②设置 组和若干实验组,进行相关操作。?
③将各组平板置于恒温箱中培养一段时间,统计各组平板上菌落的平均数。
a.为了更好地鉴别出此类微生物,在培养基配方中加入了Y,Y是 。?
b.为了对实验的结果进行进一步统计,需要用 法进行接种。具体情况如下图所示。?
c.恒温培养48小时后,在稀释倍数为105下,平板上的菌落数目在30~300之间,小组成员进行统计,应注意统计周围为 菌落。统计三个平板上的菌落数目,分别为68、73、87,则每克土样中尿素分解菌的活菌数约为 。?
(3)实验结果分析。
兴趣小组的同学在统计菌落数目时,除了上述统计的菌落外,还发现有些菌落周围的培养基没有变化,试分析这些菌落产生的可能原因(答出一点即可)。? 。?
答案(1)脲酶 (2)②空白对照 ③a.酚红指示剂 b.稀释涂布平板 c.红色的 7.6×107个 (3)可能存在固氮微生物,它们能利用空气中的氮气作为氮源,不能将培养基中的尿素分解成氨(不与指示剂作用),所以看到有些菌落产生而菌落周围的培养基没有变化
解析(1)尿素分解菌能产生脲酶将尿素分解成NH3,土壤中的尿素只有被分解成NH3后才能被植物吸收利用,因此可用以尿素为唯一氮源的培养基来分离尿素分解菌。
(2)②为检验培养基是否受到杂菌污染,需要设置空白对照组。
③a.细菌合成的脲酶将尿素分解成了NH3,NH3会使培养基的碱性增强,pH升高,因此可以通过检查培养基的pH变化来鉴别尿素分解菌的存在,在培养基配方中加入的Y可以是酚红指示剂。b.分析图示实验过程可知,该实验采用了稀释涂布平板法进行接种,用于计数土壤稀释液中尿素分解菌的数量。c.当尿素分解菌产生的脲酶将尿素分解为NH3后,培养基pH升高,酚红指示剂会变红,因此应注意统计周围为红色的菌落。在稀释倍数为105下,三个平板的菌落数目分别为68、73、87个,因此每克土样中尿素分解菌的活菌数约为(68+73+87)÷3÷0.1×105=7.6×107(个)。
(3)有些菌落周围的培养基没有变化,说明这些细菌不能产生脲酶,不能利用尿素作为氮源,而氮源为微生物生长所必需的,因此可推测可能存在固氮微生物,它们能利用空气中的氮气作为氮源,不能将培养基中的尿素分解成氨(不与指示剂作用),所以看到有些菌落产生而菌落周围的培养基没有变化。
能力提升
9.有机农药苯磺隆是一种除草剂,长期使用会污染环境。研究发现,苯磺隆能被土壤中某些微生物降解。分离降解苯磺隆的菌株和探索其降解机制的实验过程如图甲、乙所示。下列说法正确的是( )
A.该实验所用的选择培养基可以用苯磺隆、蔗糖等作为碳源
B.本实验的目的是探究能降解苯磺隆的物质是否为该菌种所产生的蛋白质
C.在微生物的接种实验中,用95%的酒精对实验者的双手和超净工作台进行消毒
D.该实验中,采集的土壤样品经高温灭菌后,可以用于制取土壤稀释液
答案B
解析选择培养基只允许特定种类的微生物生长,同时要抑制或阻止其他种类微生物生长,因而必须以苯磺隆为唯一碳源只让目的菌生存繁殖,A项错误;图乙上清液中加入的蛋白酶溶液是用于水解上清液中的某蛋白质的,由此可判定实验目的是探究目的菌是否通过分泌某种蛋白质来降解苯磺隆,B项正确;在微生物接种时,需用70%的酒精对实验者的双手和超净工作台进行消毒,C项错误;在分离土壤中目的菌的实验中,采集的土样经高温灭菌后,土样中的微生物被杀死,再制取土壤稀释液接种并培养,不会得到菌落,D项错误。
10.(多选)勤洗手是预防病毒感染的有效措施。某公司在防控新型冠状病毒期间推出一款新型免洗洗手凝胶。为衡量该凝胶的清洗效果,研究人员检测了用凝胶洗手前后手部细菌的含量。凝胶洗手前的检测流程见下图。下列叙述错误的是( )
A.统计洗手前手部细菌的数量,选择的接种方法是平板划线法
B.除图中操作外,还需要设置一组未接种的空白培养基进行培养
C.培养基上的一个菌落只可能来源于样品稀释液中的一个活菌
D.初步判断培养基上菌种的类型,需要用显微镜观察菌体的形状
答案ACD
解析平板划线无法得知稀释倍数,不能用于活菌计数,故统计洗手前手部细菌的数量,选择的接种方法是稀释涂布平板法,A项错误;除图中操作外,还需要设置一组未接种的空白培养基进行培养,验证培养基是否被杂菌污染,B项正确;由于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,故培养基上的一个菌落可能来源于样品稀释液中的一个或者几个活菌,C项错误;由于菌落肉眼可见,故初步判断培养基上菌种的类型,可用肉眼观察菌落特征,D项错误。
11.(多选)自然界存在着可以降解苯酚的微生物,研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株,筛选的主要步骤如下图所示,①为土壤样品。下列相关叙述正确的是( )
A.使用平板划线法可以在⑥上获得单菌落
B.如果要测定②中的活菌数,常采用稀释涂布平板法
C.图中②培养目的菌的选择培养基中应加入苯酚作为唯一碳源
D.微生物培养前,需对培养基和培养皿进行灭菌处理
答案ABCD
解析平板划线法可分离微生物,获得单菌落,A项正确;利用稀释涂布平板法可统计样品中的活菌数,B项正确;要筛选只能降解利用苯酚的细菌菌株,图中②培养目的菌的选择培养基中应加入苯酚作为唯一碳源,C项正确;微生物培养前,需对培养基和培养器皿进行灭菌处理,D项正确。
12.尿素是一种重要的农业肥料,经微生物分解后能更好地被植物利用。某生物兴趣小组试图探究土壤中微生物对尿素是否有分解作用,设计实验并成功筛选到能高效分解尿素的细菌(目的菌)。培养基成分如下表所示,将表中物质溶解后,用蒸馏水定容到1
000
mL。
成分
KH2PO4
NaHPO4
MgSO4·
7H2O
葡萄糖
尿素
琼脂
含量/g
1.4
2.1
0.2
10
1
15
实验过程如下图所示。
回答下列问题。
(1)该培养基能筛选出目的菌的原因是?? 。?
(2)图中将细菌转到固体培养基上接种时,采用的方法是 。初步筛选出来的菌种还需要进一步的鉴定:在培养基中加入 指示剂,接种并培养初步筛选的菌种,若指示剂变成 色,则可说明该菌种能够分解尿素。?
(3)在实验中,下列材料或用具需要灭菌的是 ,需要消毒的是 (填序号)。?
①培养细菌的培养基与培养皿 ②玻璃棒、试管、锥形瓶和吸管 ③实验操作者的双手
(4)实验结束后,使用过的培养基应该进行 处理后,才能倒掉。?
答案(1)该选择培养基中的唯一氮源是尿素,只有能利用尿素的微生物才能生长 (2)稀释涂布平板法 酚红 红 (3)①② ③ (4)灭菌
解析(1)该培养基中不加其他氮素,只以尿素作为唯一氮源,在此培养基上只有能够产生脲酶将尿素分解的细菌(目的菌)才能获得氮源,而不能分解尿素的细菌将因缺少氮源无法生长繁殖,故能从众多微生物中筛选出能分解尿素的目的菌。
(2)题图中采用稀释涂布平板法将细菌接种到固体培养基上,以便于获得单菌落继续培养。分解尿素的细菌能合成脲酶,脲酶能将尿素分解成NH3,NH3会使培养基的碱性增强,因此在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂培养细菌,若指示剂变红,可确定该种细菌能够分解尿素。
(3)微生物培养实验中,需要对培养细菌用的培养基与培养皿,玻璃棒、试管、锥形瓶和吸管进行灭菌处理;对实验操作者的双手进行消毒。故需要灭菌的是①②,需要消毒的是③。
(4)实验结束后,使用过的培养基进行灭菌处理后,才能倒掉,避免污染环境。
13.某种广泛使用的除草剂(含氮有机化合物)在土壤中不易降解,长期使用可污染土壤。为修复被该除草剂污染的土壤,可按下面程序选育能降解该除草剂的细菌(已知该除草剂在水中溶解度一定,该除草剂的培养基不透明,培养皿中会残留少量无菌空气)。
(1)制备土壤浸出液时,为避免菌体浓度过高,需将浸出液进行 处理。?
(2)要从长期使用该除草剂的土壤中分离目的菌,从物理性质、营养成分的角度要求上述培养基具备的特点是 。若需要调节培养基pH,应该在各种成分都溶化后且分装 (填“前”或“后”)进行。对培养基进行灭菌,常采用的方法是 。?
(3)图中形成的菌落中,无透明带菌落利用的氮源可能是 ,有透明带菌落利用的氮源主要是该除草剂,据此可筛选出目的菌。?
(4)若对活菌进行计数,常用的接种方法为 。为了计数微生物的数量,一位同学在4个平板培养基上分别接种稀释倍数为106的土壤样液0.1
mL,培养后菌落数目分别为155、160、176、149,则每毫升原土壤样液中上述微生物数量为 。?
答案(1)稀释 (2)以除草剂为唯一氮源的固体培养基 前 高压蒸汽灭菌 (3)N2 (4)稀释涂布平板法
1.6×109个
解析(1)制备土壤浸出液时,为避免菌体浓度过高,需将浸出液进行稀释处理。
(2)要从长期使用该除草剂的土壤中分离目的菌,从物理性质、营养成分的角度要求上述培养基的特点是:固体培养基且以除草剂作唯一氮源。若需要调节培养基pH,应该在各种成分都溶化后且分装前进行。对培养基进行灭菌常采用高压蒸汽灭菌。
(3)根据题中信息“该除草剂的培养基不透明”,则可知无透明带菌落利用的氮源并不是除草剂,而是来自空气中的氮气,有透明带菌落利用的氮源为除草剂。
(4)接种微生物常用平板划线法和稀释涂布平板法,其中稀释涂布平板法还可用于对微生物进行计数。在4个平板培养基上分别接种稀释倍数为106的土壤样液0.1
mL,培养后菌落数分别为155、160、176、149,则每毫升原土壤样液中上述微生物数量为(155+160+176+149)÷4÷0.1×106=1.6×109(个)。
14.土壤中含有能将难溶性磷酸盐转变成植物可以吸收利用的可溶性磷的优良解磷菌株Q。下图1表示制备固体培养基过程中的某操作,图2是科研人员从土壤中分离出菌株Q的部分过程示意图。
(1)图1所示操作后,待培养基冷却凝固,然后 ,防止 。?
(2)图2所示接种方法是 。在3个平板上分别接入0.1
mL稀释液,经适当培养后,3个平板上菌落数分别是38、42、40个,则1
g土壤中的活菌数约为 个。?
(3)固体培养基中难溶性磷酸盐在菌株Q的作用下溶解,会在菌落周围形成透明圈(如图),透明圈直径(D)与菌落直径(d)的比值(D/d)代表微生物溶解难溶性磷酸盐的能力大小。下表是初步筛选出的三种优良解磷菌株。
菌 株
透明直径(D)
菌落直径(d)
M-3-01
18.8
12.3
B3-5-6
20.7
8.0
T-4-01
9.1
6.5
根据实验结果分析,溶解难溶性磷酸盐能力最强的菌株是 。?
答案(1)将培养皿倒置 培养皿盖上的冷凝水落入培养基 (2)稀释涂布平板法 4×107 (3)B3-5-6
解析(1)图1所示操作为倒平板,待培养基冷却凝固后,要将培养皿倒置,防止皿盖上的冷凝水落入培养基,造成污染。
(2)图2所示接种方法是稀释涂布平板法。取1
g土壤,按题图稀释,在3个平板上分别接入0.1
mL稀释液,经适当培养后,3个平板上的菌落数分别是38、42、40,据此可计算出1
g土壤中的活菌数约为(38+42+40)÷3÷0.1×10×10×10×100=4×107(个)。
(3)分析题意可知,“透明圈直径(D)与菌落直径(d)的比值(D/d)代表微生物溶解难溶性磷酸盐的能力大小”,结合表格可知,菌株B3-5-6的比值(D/d)最大,说明菌株B3-5-6的溶解难溶性磷酸盐的能力最大。因此,溶解难溶性磷酸盐能力最强的菌株是B3-5-6。(共27张PPT)
第3节 发酵工程及其应用
学习目标
1.通过学习,能够对发酵工程的基本环节进行分析。
2.能够说出发酵工程在食品、医药、农牧业等方面的应用。
3.尝试对发酵工程的实际应用进行实地调查。
一、发酵工程的基本环节
1.随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及
密闭式发酵罐的设计成功,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品,发酵工程逐步形成。
2.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。
环节
目 的
选育
菌种
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
扩大培养
工业发酵罐的体积大,接入的菌种总体积大。在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
配制培养基
在生产实践中,培养基的配方要经过反复试验才能确定
灭菌
发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降。因此,培养基和
发酵设备都必须经过严格的灭菌
接种
—
环节
目 的
发酵罐内发酵
发酵工程的中心环节。在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。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。
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
分离、提纯
产物
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
获得产品
—
3.啤酒的工业化生产流程
啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段。具体为发芽,焙烤,碾磨,糖化,蒸煮,发酵,消毒,终止环节。
预习反馈
1.判断正误。
(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。(
√
)
(2)发酵过程中所用的菌种大多是单一菌种。(
√
)
(3)扩大培养的主要目的是获得数量足够多的菌种。(
√
)
2.发酵工程的中心阶段是( )
A.菌种的选育
B.扩大培养的接种
C.发酵过程
D.分离提纯
答案C
二
、发酵工程的应用
1.发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点,在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用,形成了规模庞大的发酵工业。
2.发酵工程的具体应用
食品
工业
生产传统的发酵产品,如酱油、各种酒类等
生产各种各样的食品添加剂,如柠檬酸、谷氨酸等
生产酶制剂,如果胶酶、脂肪酶等
医药
工业
采用基因工程的方法,将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物;直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品
医药
工业
未来甚至可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
科学家利用基因工程,将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物可以作为疫苗使用
农牧业
生产微生物肥料,如根瘤菌肥、固氮菌肥等
生产微生物农药,如井冈霉素等
生产微生物饲料,如单细胞蛋白
其他
方面
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质;极端微生物的研究
预习反馈
1.判断正误。
(1)单细胞蛋白就是一个蛋白质分子。(
×
)
(2)可以利用发酵工程和基因工程生产疫苗。(
√
)
(3)科学家可利用基因工程,将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用。(
√
)
2.下列不需要利用发酵工程的是( )
A.生产单细胞蛋白饲料
B.通过生物技术培育可移植的皮肤
C.利用微生物生产胰岛素
D.工厂化生产青霉素
答案B
解析生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用微生物生产胰岛素和工厂化生产青霉素都需要利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤不是利用发酵工程。
探究点一
探究点二
发酵工程的基本环节和影响因素
情境导引
请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构,思考回答下列问题。
发酵罐示意图
探究点一
探究点二
1.微生物菌种资源丰富,选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素?
提示选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?
提示(1)反复试验确定培养基的配方。
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、冷却水进入口和排出口控制温度,空气入口控制氧气的量等。
探究点一
探究点二
3.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么?
提示不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。
探究点一
探究点二
选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得
发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如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
灭菌:不能有杂菌污染。如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉
配制培养基
扩大培养
←接种←
归纳提升
1.发酵工程的基本环节分析
探究点一
探究点二
分离、提纯产物:(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施
获得产品
探究点一
探究点二
2.发酵过程的影响因素及相应的调节和控制方法
(1)温度
微生物分解有机物释放的能量,一部分用于合成ATP,另一部分散发到培养基中时,会引起发酵温度升高;机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。
调节和控制培养液温度的方法:用冷却水进行温度的调节。
(2)pH
pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时,培养液的pH就会下降;而碱性物质的生成则会导致培养液的pH上升。
调节和控制培养液pH的方法:在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱。
探究点一
探究点二
(3)溶解氧
对于好氧型微生物,发酵过程要保证充足的溶解氧;对于厌氧型微生物,要保证严格的无氧环境。
调节和控制溶解氧的方法:利用发酵罐的通气口控制氧气的量。
探究点一
探究点二
3.啤酒的工业化流程
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)下列关于发酵过程的说法,正确的是( )
A.培养基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节
B.随时监测影响发酵过程的各种环境条件,并予以控制,才能保证发酵的正常进行
C.在发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件,否则会影响菌种代谢物的形成
D.发酵产品的分离方法是共同的
答案ABC
解析不同的发酵产品,其分离方法不同。有的需要过滤、沉淀,有的则需要进行蒸馏、萃取或离子交换。
探究点一
探究点二
活学活练
发酵工程的一项关键措施是灭菌,下列关于灭菌的叙述,正确的是( )
A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌
B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌
C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的
D.pH调到7左右灭菌效果最好
答案A
解析培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,A项正确;培养基的灭菌是杀死培养基中的一切微生物,B项错误;为防止杂菌污染,通入的空气也要是无菌的,但不是通入无菌空气就可以达到灭菌的目的,C项错误;灭菌效果与pH无直接关系,D项错误。
探究点一
探究点二
发酵工程的应用
情境导引
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域,在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上,做出了越来越大的贡献。请思考回答以下问题。
1.利用微生物将纤维素发酵产生乙醇,和汽油按一定比例混合后形成乙醇汽油,请描述一下乙醇汽油的优点。
提示乙醇可通过粮食发酵制得,是可再生能源,推广使用乙醇汽油可以节省石油资源;乙醇燃烧生成二氧化碳和水,能减少汽车尾气的污染等。
探究点一
探究点二
2.请列举一下发酵工程在环境保护方面的其他应用。
提示利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾,利用发酵工程使烟气脱硫,还可以利用微生物工程除臭等。
3.请列举一下发酵工程在其他行业中的应用。
提示在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害等。
探究点一
探究点二
归纳提升
探究点一
探究点二
典例剖析
下列对发酵工程应用的描述,错误的是( )
A.微生物肥料利用了微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力
B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的
C.微生物饲料主要利用的是微生物菌体
D.发酵工程和基因工程结合,能生产自然界不存在的蛋白质
答案D
探究点一
探究点二
解析考查发酵工程在农牧业和医药方面的应用。微生物肥料利用了微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力,改良土壤结构,促进植株生长,A项正确;微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,是生物防治的重要手段,B项正确;通过发酵获得大量的微生物菌体,即单细胞蛋白作为饲料,因此微生物饲料主要利用的是微生物菌体,C项正确;发酵工程和基因工程结合推动了发酵工程在医药领域的发展,但是只能生产自然界已存在的蛋白质,不能生产自然界不存在的蛋白质,D项错误。
探究点一
探究点二
活学活练
下列关于单细胞蛋白的叙述,正确的是( )
A.是从微生物细胞中提取的蛋白质
B.通过发酵生产的微生物菌体
C.是微生物细胞分泌的抗生素
D.单细胞蛋白不能作为食品
答案B
解析单细胞蛋白是利用淀粉或纤维素的水解液,制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得的大量的微生物菌体,所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。第3节 发酵工程及其应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.用发酵工程生产的产品,如果是菌体,进行分离、提纯时可采用的方法是( )
A.蒸馏、过滤
B.过滤、沉淀
C.萃取、离子交换
D.沉淀、萃取
答案B
解析对于发酵工程生产的产品,如果是菌体,通常采用过滤、沉淀的方法;如果是代谢物,通常采用蒸馏、过滤、萃取或离子交换等措施。
2.严格控制发酵条件是保证发酵正常进行的关键。通常所指的发酵条件不包括( )
A.温度控制
B.溶解氧控制
C.pH控制
D.酶浓度控制
答案D
解析通常所指的发酵条件包括温度、pH和溶解氧等。酶是催化反应的物质,不属于发酵条件。
3.下列关于菌种选育的叙述,不正确的是( )
A.自然选育的菌种不经过人工处理
B.诱变育种原理的基础是基因突变
C.通过有性杂交可形成工程细胞
D.采用基因工程的方法可构建工程菌
答案C
解析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。有性杂交不属于菌种的选育方法,C项错误。
4.用发酵工程生产单细胞蛋白被认为是人类新的食物来源,为解决粮食问题开辟了新途径,具有广阔的发展前景。这种蛋白是( )
A.微生物菌体
B.微生物代谢产物
C.微生物合成物质
D.发酵液
答案A
解析发酵工程生产的单细胞蛋白其实就是微生物菌体,经过加工可以生产高蛋白食品。
5.与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。下列相关表述,不正确的是( )
A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物及菌体本身
C.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径
D.通过发酵工程可以利用微生物生产单细胞蛋白
答案A
解析不论是发酵工程还是传统发酵技术,都可以利用微生物进行发酵,只不过传统发酵技术利用的是自然菌种。
6.酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示,a、b、c、d分别表示不同的生长时期,其中适于作为生产用菌种的时期是( )
A.a
B.b
C.c
D.d
答案B
解析常作为生产菌种和科研材料的细菌群体,应该是代谢旺盛、个体形态和生理特性比较稳定的时期,曲线b时期菌体代谢最旺盛,生理特性比较稳定,是生产用菌种的最佳时期。
7.下列关于发酵工程的说法,错误的是( )
A.发酵工程的产品是指微生物的代谢物和菌体本身
B.通过人工诱变选育新品种
C.培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌
D.环境条件的变化,不仅会影响菌种的生长繁殖,而且会影响菌体代谢物的形成
答案C
解析发酵工程的产品是指微生物细胞本身或其代谢物,A项正确;发酵工程中,选育菌种通常是指从自然界中分离出特定的微生物,再从中筛选出具有产生特定产物能力的菌种,如果这样的菌种仍不能满足生产要求,就要进行诱变育种或基因工程育种等,以得到高产的菌种,B项正确;发酵工程中所用菌种大多是单一菌种,因此,培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,但菌种不能灭菌,否则整个发酵过程将无法进行,C项错误;发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,这是因为环境条件的变化,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,D项正确。
8.发酵工程在现代生物工程中的地位越来越重要。下列有关发酵过程的叙述,错误的是( )
A.首先要对发酵设备和培养基严格灭菌
B.要随时取样,检测培养液的微生物数目、产物浓度等,以了解发酵进程
C.在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分
D.要严格控制温度、pH、溶解氧等发醇条件
答案C
解析发酵前,要对发酵设备和培养基严格灭菌,防止杂菌的污染,A项正确;发酵过程中要随时取样,检测培养液的微生物数目、产物浓度等,以了解发酵进程,B项正确;随着发酵的进行,必需的营养组分减少,因此在发酵过程中需要向装置中再添加必需的营养组分,C项错误;发酵过程中要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,D项正确。
9.紫外线具有杀菌和诱变功能。用相同剂量、不同波长的紫外线处理两组等量的酵母菌,结果见下表。
紫外线波长/nm
存活率/%
突变数/个
260
60
50~100
280
100
0~1
据表推断,在选育优良菌种时,应采用的紫外线波长及依据是( )
A.260
nm,酵母菌存活率较低
B.260
nm,酵母菌突变数多
C.280
nm,酵母菌存活率高
D.280
nm,酵母菌突变数少
答案B
解析由表格可知,紫外线波长为280
nm时,酵母菌的存活率虽然高达100%,但是0~1个的突变数不利于菌种的选育;紫外线波长为260
nm时,酵母菌的存活率虽然只有60%,但是50~100个的突变数可以提供丰富的变异材料,有利于菌种的选育。
10.下列有关发酵工程的叙述中,正确的是( )
A.发酵工程采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品
B.发酵所用的菌种多是通过杂交育种的方式获得
C.发酵工程就是利用微生物的无氧呼吸生产人类所需的产品
D.发酵工程与基因工程和细胞工程无关
答案A
解析发酵工程通常可以采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品,A项正确;很多微生物是原核生物,不能通过杂交育种获得菌种,发酵所用的菌种多是通过人工诱变的方式获得,B项错误;发酵工程就是利用微生物的有氧呼吸或无氧呼吸生产人类所需的产品,C项错误;发酵工程与基因工程和细胞工程密切相关,D项错误。
11.蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液按一定比例混合,经乳酸菌发酵可生产新型酸奶。下列相关叙述不正确的是( )
A.蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关
B.酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染
C.乳酸菌是异养厌氧菌
D.只有奶粉为乳酸发酵提供氮源
答案D
解析蔗糖是乳酸菌的碳源,乳酸菌分解蔗糖产生乳酸,所以蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关,A项正确;
酸奶是乳酸发酵的产物,不应有气体产生,如果发酵时出现明显的气泡,说明肯定有其他的微生物存在,B项正确;乳酸菌是异养厌氧菌,在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸,C项正确;经过蛋白酶水解后的玉米胚芽液也可以提供氮源,D项错误。
12.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率,如图是发酵工程生产产品的流程图。据图回答下列问题。
(1)在啤酒生产中,使用①改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短生产周期,①是 ;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是 ;③是细胞工程。?
(2)④表示 ,⑤表示 。?
(3)整个过程的中心阶段是发酵,在此阶段需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加 ,同时严格控制 ?
。?
(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则⑥是往往采用 的方法进行提取。?
答案(1)基因工程 诱变育种 (2)接种 灭菌 (3)必需的营养组分 温度、pH和溶解氧等发酵条件
(4)过滤、沉淀
解析(1)啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短生产周期;高产青霉菌菌种的产生是诱变育种的结果。(2)根据发酵流程可以判断④⑤分别是接种和灭菌。(3)在发酵过程中随微生物的代谢过程的进行,微生物、发酵产物的量以及发酵液的各种理化性质随时都在发生变化,因此要不断进行检测,随时添加必需的营养组分,同时严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,以便得到较多的发酵产品。(4)单细胞蛋白就是指微生物菌体,往往采取过滤、沉淀的方法提取。
能力提升
13.(多选)以下属于发酵的是( )
A.利用青霉菌生产青霉素
B.缺氧时人的组织细胞产生乳酸
C.利用酵母菌获得酒精
D.利用乳酸菌生产乳酸
答案ACD
解析发酵是微生物进行的代谢活动,如青霉菌、酵母菌、乳酸菌等微生物。人不属于微生物,人的无氧呼吸不属于发酵。
14.(多选)下列关于青霉素生产的叙述,正确的是( )
A.用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌再经筛选的方法可选育高产菌种
B.青霉素是青霉菌生长过程中产生抑制其他微生物生长的代谢物
C.发酵罐接种后必须进行灭菌处理
D.青霉菌生长达到稳定时,活菌数不再增加,青霉菌产量下降
答案AB
解析培育高产菌种可以采用诱变育种的方法,即用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌,然后进行筛选,可选育出高产菌种,A项正确;青霉素是青霉菌生长过程中产生的代谢物,能抑制其他微生物的生长,B项正确;发酵罐应该在接种前灭菌,接种后灭菌会把接种的菌株杀死,C项错误;青霉菌生长达到稳定时,活菌数不再增加,这时若适时补充营养物质,可以提高代谢物产量,D项错误。
15.人造蛋白食品的生产可利用现代微生物发酵工程技术,食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。下面为真菌蛋白的制造过程的图解,请据图回答下列问题。
(1)向发酵罐中注入少量氨水的目的是?
。?
(2)制造真菌蛋白时,要向发酵罐中通入空气,由此可知,发酵罐中的真菌的异化作用类型是 。?
(3)向发酵罐中加入的一切物品都需要消毒,从生态学的角度进行分析,其原因是 。?
(4)从自然界中分离的真菌菌种,当用于制造真菌蛋白时,蛋白质的产量很低。要获得更多的真菌蛋白,培育优良的真菌菌种可采用 的方法。?
(5)在下列4种物质中,可以用来作为青霉菌培养的主要能源物质的是( )
A.脂肪
B.葡萄糖
C.蛋白质
D.生长因子
答案(1)为真菌提供合成蛋白质所需的氮源,调节pH
(2)需氧型
(3)避免杂菌与真菌竞争而降低真菌蛋白的产量
(4)诱变育种
(5)B
解析(1)氨水呈碱性,既能调节发酵液的pH,也能为真菌提供氮源。
(2)向发酵罐内通入空气就是为了提供氧气,说明发酵真菌为需氧型。
(3)发酵过程中混入的杂菌会和发酵菌竞争营养物质,从而影响发酵的进行。
(4)菌体本身能产生蛋白质,要想得到产生蛋白质更多的菌种,可以采用诱变育种的方法。
(5)糖类物质是生物主要的能源物质。
16.下图表示制造啤酒的过程,据此回答下列问题。
(1)为什么要把原料放进沸水中混合? 。?
(2)为什么要在混合物冷却后才把酵母菌加进去? 。?
(3)请写出酵母菌所进行的生理过程的化学反应方程式:? 。?
(4)研究者发现温度的变化对气体产量有影响,并在不同温度下测定气体的产量(如下表)。请在方格纸上,用表中数据,设计完成曲线图。
20
10
30
25
40
35
50
20
60
8
70
2
80
1
100
0
(5)请解释这条曲线为什么是这样的形状。??? 。?
答案(1)对原料进行消毒,防止杂菌污染 (2)避免酵母菌受热失活 (3)C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量;C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量
(4)纵坐标标注气体体积及其数值,作下图:
(5)微生物代谢过程中需要酶的参与,酶的活性受温度的影响。在一定温度范围内,酶的活性随温度的升高而增强,表中40
℃是酶作用的最适温度,当温度超过40
℃,酶的活性随之下降,高温使酶失活
解析(1)把原料放进沸水中混合是为了对原料进行消毒,杀死原料中的杂菌。(2)等到混合物冷却后才加酵母菌是为了防止高温杀死酵母菌。(3)酵母菌早期进行有氧呼吸,快速繁殖,以增加酵母菌的数量,有氧呼吸的反应式:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量;然后密闭,进行无氧呼吸产生酒精,无氧呼吸的反应式:C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量。(4)图中应先注明横坐标、纵坐标的含义,标注原点,曲线图的绘制以温度为横坐标,以气体体积为纵坐标。曲线先上升后下降,40
℃左右时达到最高点。(5)微生物代谢过程中需要酶的参与,而酶的活性受温度影响。在一定温度范围内,酶的活性随温度的升高而增强,由表中可看出,40
℃是酶作用的最适温度,当温度超过40
℃时,酶的活性随之下降,高温使酶失活。(共2张PPT)
本章整合
菌种:乳酸菌
制作泡菜「流程:选材亠洗涤、修整、晾哂
加入调味料,装坛→发酵→成品
称取食盐亠配制盐水
传统发酵技术的应用
菌种制作果酒用酵母菌,制作果醋用醋酸菌
制作果酒和果醋
流程:选材亠冲洗亠酒精发酵亠醋酸发酵
微生物的基本培养技术
微生物的培养技术及应用
微生物的选择培养和计数
发酵工程
菌种的选育
扩大培养
培养基的配制、灭菌
发酵工程的基本环节
接种
发酵
发酵工程及其应用
产品的分离、提纯
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
发酵工程的应用
在农牧业上的应用
在其他方面的应用(共46张PPT)
一 微生物的基本培养技术
学习目标
1.根据微生物的代谢类型分析培养基的组成和种类,并学会培养基的配制。
2.学会区分灭菌和消毒,能进行无菌技术操作。
3.讨论微生物的纯培养的方法,学会酵母菌的纯培养技术,培养科学探究能力。
一、培养基的配制
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。用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
2.种类
3.营养组成:各种培养基一般都含有水、碳源(提供碳元素的物质)、氮源(提供氮元素的物质)和无机盐,此外还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质(如维生素、氨基酸和碱基等)以及O2的要求。
预习反馈
1.判断正误。
(1)所有的微生物在培养时都必须添加氮源。(
×
)
(2)CO2可作为异养微生物的碳源。(
×
)
(3)不同培养基的具体配方不同,但一般都含水、碳源、氮源和无机盐。(
√
)
(4)液体培养基含有水,而固体培养基不含水。(
×
)
2.某学生在实践酒酿酵母菌的培养探索时,对部分培养基成分进行了改良(如表)。其中主要提供氮源的培养基成分是( )
A.琼脂
B.黄豆粉
C.葡萄糖
D.黄豆粉和葡萄糖
培养基成分
用量/g
黄豆粉
10
葡萄糖
5
琼脂
15
答案B
解析各种培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐,此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。琼脂是凝固剂,不能提供氮源,A项错误;黄豆粉富含蛋白质,能够提供氮源,B项正确;葡萄糖只含C、H、O三种元素,不能提供氮源,C项错误;黄豆粉能够提供氮源,但葡萄糖不能提供氮源,D项错误。
二、无菌技术
1.获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。主要内容包括: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。
2.消毒和灭菌
项目
消 毒
灭 菌
概念
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
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
常用
方法
煮沸消毒、巴氏消毒等
灼烧灭菌、干热灭菌、湿热灭菌等
适用
对象
操作空间、操作者双手等
接种环、接种针、玻璃器皿、培养基等
预习反馈
1.判断正误。
(1)灭菌相比消毒对微生物的杀灭更彻底。(
√
)
(2)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。(
×
)
(3)培养基最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌。(
√
)
2.连线。
答案
三、微生物的纯培养
1.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.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。
3.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—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。
4.微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、倒平板、接种和分离、培养等步骤。
(1)制备培养基
①配制培养基
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,用纱布过滤。向滤液中加入
20
g葡萄糖(也可用蔗糖代替)、15~20
g琼脂,用蒸馏水定容至1
000
mL。
②灭菌
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100
kPa、温度为121
℃的条件下,灭菌15~30
min。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2
h。
③倒平板
待培养基冷却至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如下。
(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如下。
(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—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24~48
h。
预习反馈
1.判断正误。
(1)由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。(
√
)
(2)配制好的培养基可用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。(
√
)
(3)培养基冷却凝固后应将培养皿倒置。(
√
)
2.如图是平板划线示意图,划线的顺序为
1→2→3→4→5。下列操作方法正确的
是( )
A.操作前不用进行任何处理
B.划线操作必须在火焰上进行
C.在5区域中才可以得到所需菌落
D.在1、2、3、4、5区域中划线前后都要对接种环灭菌
答案D
解析划线之前应对接种环灭菌;划线操作在酒精灯火焰旁进行;从1区域至5区域菌落密度越来越小,因划线所用菌种密度的不同,在3、4、5区域都可能得到所需菌落。
探究点一
探究点二
探究点三
培养基的营养成分
情境导引
在实验室培养微生物所需培养基的主要成分有哪些?
下表是培养两种细菌的培养基的配方,据此回答问题。
表一 培养基A
成分
KH2PO4
Na2HPO4
MgSO4·7H2O
葡萄糖
尿素
琼脂
1.4
2.1
0.2
10.0
1.0
15.0
将上述物质溶解后,加蒸馏水定容至1
000
mL
探究点一
探究点二
探究点三
表二 培养基B(牛肉膏蛋白胨固体培养基)
1.表一中的碳源是 ,氮源是 。表二中的氮源是 ,琼脂 (填“提供”或“不提供”)营养成分,其作用是作为 。?
答案葡萄糖 尿素 牛肉膏、蛋白胨 不提供 凝固剂
成分
牛肉膏
蛋白胨
NaCl
含量/g
5.0
10.0
5.0
将上述物质溶解后,添加蒸馏水,定容至1
000
mL,调pH为7.0~7.2,并加入15~20
g琼脂
探究点一
探究点二
探究点三
2.由上表可以看出,虽然培养不同微生物的具体配方不同,但一般都要有 、 、 、 这四类物质。请从活细胞的元素组成方面说明其原因。 ????? 。?
答案水 碳源 氮源 无机盐 微生物细胞的化学组成与其他生物的大体相同,也是由C、H、O、N、P、S以及其他元素组成,其中C、H、O、N占细胞干重的90%以上,这些元素最终来自外界环境中的各种无机化合物和有机化合物。这些化合物可以归纳成碳源、氮源、水、无机盐四大类。所以,虽然培养不同微生物的具体培养基配方不同,但一般都要有这四类物质
3.不同培养基还要满足不同微生物生长对 、 以及 的要求。?
答案pH 特殊营养物质 O2
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.培养基的营养成分
营养物质
含 义
作 用
主要来源
碳源
凡能提供碳元素的物质
参与构成生物体和一些代谢产物,有些是异养生物的能源物质
无机碳源,如CO2、NaHCO3等;有机碳源,如糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等
氮源
凡能提供氮元素的物质
合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物
无机氮源,如N2、NH3、铵盐、硝酸盐等;有机氮源,如尿素、牛肉膏、蛋白胨等
探究点一
探究点二
探究点三
营养物质
含 义
作 用
主要来源
水
在生物体内含量很高,在低等生物体内含量更高
不仅是优良的溶剂,而且是细胞结构的重要组成成分
培养基、空气、代谢产物
无机
盐
为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素,包括某些大量元素
是细胞的组成成分、生理调节物质;某些化能自养菌的能源,酶的激活剂等
无机化合物
探究点一
探究点二
探究点三
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
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
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
下表为某培养基的配方,下列叙述错误的是( )
成分
NaNO3
K2HPO4
MgSO4·
7H2O
葡萄糖
蒸馏水
青霉素
含量
3
g
1
g
0.5
g
30
g
定容至
1
000
mL
0.1万
单位
A.根据物理性质划分,该培养基属于液体培养基
B.微生物无法在该培养基表面形成肉眼可见的菌落
C.根据培养基的配方可知,该培养基培养的微生物的同化作用类型是异养型
D.固体培养基中加入少量水即可形成液体培养基
探究点一
探究点二
探究点三
答案D
解析题表所示的培养基配方中没有凝固剂,因此属于液体培养基,A项正确,D项错误;微生物在固体培养基表面生长,形成肉眼可见的菌落,B项正确;该培养基中的葡萄糖可作为有机碳源,因此其培养的微生物的同化作用类型是异养型,C项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
下列关于微生物培养基的叙述,错误的是( )
A.微生物培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐
B.牛肉膏和蛋白胨能为微生物同时提供氮源和碳源
C.维生素是培养基中特殊的营养物质
D.铵盐、硝酸盐是异养微生物的主要氮源
答案D
解析虽然各种培养基的具体配方不同,但一般都含有水、碳源、氮源和无机盐,A项正确;牛肉膏和蛋白胨能为微生物同时提供氮源、碳源和维生素,维生素是培养基中特殊的营养物质,B、C两项正确;有机氮源是异养微生物的主要氮源,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
无菌技术的种类和使用方法
情境导引
实验室常用的消毒、灭菌方法有哪些?各有什么特点?
1.请判断以下材料或用具需要消毒还是灭菌?请从①~⑥中选择合适的方法。
①化学消毒 ②灼烧灭菌 ③干热灭菌 ④紫外线消毒 ⑤高压蒸汽灭菌 ⑥巴氏消毒
(1)培养细菌用的培养基( )、培养皿( )
(2)接种工具——接种环( )
(3)实验操作者的双手( )
(4)稀释用的移液管和试管( )
(5)培养有害微生物的实验室空气( )
提示(1)⑤ ③或⑤ (2)② (3)① (4)③ (5)④
探究点一
探究点二
探究点三
2.消毒和灭菌的原理有哪些?试举例说明。
提示①使菌体蛋白凝固变性,如高压蒸汽灭菌法;②抑制细菌代谢和生长,或破坏细菌细胞膜的结构,改变其通透性,使细胞破裂、溶解,如某些化学消毒法;③损伤细菌DNA等,如紫外线消毒法。
3.消毒和灭菌都能杀死所有的微生物吗?
提示灭菌可杀死处理材料中的全部微生物,包括芽孢和孢子,而消毒仅杀死部分微生物。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.无菌技术的重要性
无菌技术是获得纯净培养物的关键。防止外来杂菌污染培养物,离不开无菌技术;要防止培养物污染人体和环境,也离不开无菌技术。
探究点一
探究点二
探究点三
2.几种常用灭菌和消毒方法的比较
灭菌和消毒种类
主要方法
应用范围
灼烧
灭菌
酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧
微生物接种工具,如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具等,接种过程中的试管口或瓶口等
干热
灭菌
干热灭菌箱,160~170
℃加热2~3
h
玻璃器皿(如吸管、培养皿等)、金属用具等耐高温和需要保持干燥的物品
高压蒸
汽灭菌
高压蒸汽灭菌锅,100
kPa、121
℃维持15~30
min
培养基及多种器材、物品
探究点一
探究点二
探究点三
灭菌和消毒种类
主要方法
应用范围
煮沸
消毒
100
℃煮沸5~6
min
家庭餐具等生活用品、日常食品等
巴氏
消毒
62~65
℃煮30
min或80~90
℃处理30
s~1
min
牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液体
紫外线
消毒
30
W紫外灯照射30
min
接种室、接种箱、超净工作台等
化学
消毒
酒精、碘酒涂抹,煤酚皂溶液喷洒等
皮肤、伤口、动植物组织表面、手术器械、塑料或玻璃器皿等
探究点一
探究点二
探究点三
特别提醒
(1)用酒精消毒时,体积分数为70%的酒精消毒效果最好。浓度过高,菌体表面蛋白质凝固形成一层保护膜,酒精不能渗入其中;浓度过低,杀菌力减弱。
(2)接种室、接种箱和超净工作台在使用前,可以用紫外线照射以杀死物体表面或空气中的微生物。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。
(3)芽孢是某些细菌生长到一定阶段,在细胞内形成的休眠体。孢子是某些微生物的繁殖体。
(4)消毒和灭菌都是通过一定的理化手段,使病原体的蛋白质或核酸变性,失去活性。只是作用的条件不同,抑菌杀菌的程度不同。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手、空气、牛奶所采用的灭菌或消毒方法依次是( )
①化学消毒 ②灼烧灭菌 ③干热灭菌 ④紫外线消毒 ⑤高压蒸汽灭菌 ⑥巴氏消毒法
A.⑤③②①④⑥
B.①②③④⑤⑥
C.⑥②③④①⑤
D.③④②①⑥⑤
答案A
解析培养基用高压蒸汽灭菌;培养皿能耐高温,可以干热灭菌;接种环可用灼烧灭菌达到迅速彻底的灭菌效果;实验操作者的双手可用化学药剂进行消毒,如用酒精擦拭;空气可用紫外线消毒;为了不破坏牛奶的营养成分,可采用巴氏消毒法对其进行消毒。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
高温灭菌的原理是( )
A.每种微生物生长的最适温度是一定的
B.微生物对于高温环境不适应
C.高温破坏了微生物的蛋白质等生物大分子,影响其生命活动
D.高温降低了环境中氧的浓度
答案C
解析高温灭菌主要是使微生物的蛋白质等生物大分子发生不可逆转的变性。
探究点一
探究点二
探究点三
微生物的纯培养过程
情境导引
阅读教材P11~13内容,结合下图,回答问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰?
提示对瓶口进行灼烧灭菌,防止瓶口的微生物污染培养基。
2.从防止杂菌污染的角度思考,培养基冷却凝固后将培养皿倒置的原因是什么?
提示培养基冷却凝固后,培养皿的皿盖上会凝结水珠,将培养皿倒置,可以防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染。
探究点一
探究点二
探究点三
3.采用平板划线法接种菌种时,哪些操作可防止杂菌污染?
提示(1)接种前将接种环放在酒精灯火焰上灼烧。
(2)接种环蘸取菌液前后,要将试管口通过火焰。
(3)划线时将培养皿的皿盖打开一条缝隙,将蘸有菌种的接种环迅速伸入平板内,划线后及时盖上皿盖。
(4)每次划线结束后,灼烧接种环,冷却后再进行下一次划线。
(5)整个接种过程要在酒精灯火焰旁进行。
4.在做第二次划线以及其后的操作时,为什么总是从上一次划线的末端开始划线?
提示划线末端含有的菌体数目较少,每次从上一次划线的末端开始划线能够使菌体的数目随划线次数的增加而逐渐减少,最终分散成单个的菌体。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.倒平板操作的注意事项
(1)培养基灭菌后需要冷却至50
℃左右时才能倒平板。温度过高,培养基凝固后皿盖上冷凝水过多,落入培养基,造成污染;温度过低,培养基又会凝固。
(2)将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙,不要完全打开,以免杂菌污染培养基。
(3)培养基冷却凝固后,要将培养皿倒置的原因:防止皿盖上的水珠落入培养基,造成污染。
(4)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,这个平板应弃用,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。
(5)整个操作过程要在酒精灯火焰旁进行,避免杂菌污染。
探究点一
探究点二
探究点三
2.平板划线操作的注意事项
(1)蘸取菌液及每次划线之前都需灼烧接种环,划线操作结束仍需灼烧接种环,每次灼烧的目的不同。
项目
蘸取菌液前灼烧
每次划线前灼烧
划线结束灼烧
目的
避免接种环上可能存在的微生物污染培养物
灼烧杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种,使每次划线的菌种均来自上次划线的末端
杀死接种环上残留的菌种,避免污染环境和感染操作者
探究点一
探究点二
探究点三
(2)灼烧接种环之后,要等其冷却后才能伸入菌液或进行划线,以免温度太高,杀死菌种。
(3)在做第二次以及其后的划线操作时,要从上一次划线的末端开始划线,这样才能使菌体的数目随着划线次数的增加而逐步减少,最终得到由单个菌体繁殖而来的菌落。
(4)最后一次的划线不要与第一次的划线相连。
(5)划线时用力要大小适当,防止用力过大将培养基划破。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
关于平板划线操作的叙述,错误的是( )
A.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
B.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
C.第二次划线时,接种环上的菌种直接来源于菌液
D.划线结束后,灼烧接种环,能及时杀死接种环上的菌种
探究点一
探究点二
探究点三
答案C
解析平板划线操作中接种环蘸取菌液前灼烧的目的是避免接种环上可能存在的微生物污染培养物;每次划线前都要灼烧接种环,是为了杀死上次划线结束后,接种环上残留的菌种,使下次划线的菌种均来自上次划线的末端;划线结束后仍需灼烧接种环,是为了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。在第二次划线时,接种环上的菌种来源于第一次划线的末端。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
(多选)微生物接种的方法很多,平板划线法是常用的一种。如图是平板划线示意图,划线的顺序为①②③④。下列相关叙述错误的是( )
A.划线操作时,将蘸有菌种的接种环插入培养基
B.平板划线后培养微生物时要倒置培养
C.可以将第④区域的划线与第①区域的划线相连
D.在第②~④区域中划线前都要对接种环进行灭菌
探究点一
探究点二
探究点三
答案AC
解析划线时不能将接种环插入培养基,而是在培养基表面划线,A项错误;用平板培养基培养微生物时,为防止水蒸气凝集滴入培养基造成干扰或污染,应将平板倒置培养,B项正确;划线时要避免最后一区域的划线与第一区域的划线相连,如果连在一起则有可能影响单个菌落的分离效果,C项错误;在第②~④区域中划线前都要对接种环进行灼烧灭菌,保证每次划线的菌种都来自上一区域的末端,D项正确。第1章发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.在果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作过程中,用到的微生物分别是( )
A.酵母菌、酵母菌、毛霉、乳酸菌
B.酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌
C.毛霉、醋酸菌、乳酸菌、酵母菌
D.酵母菌、乳酸菌、毛霉、醋酸菌
答案B
解析参与果酒制作的微生物是酵母菌;参与果醋制作的微生物是醋酸菌,醋酸菌能将糖源或酒精转变成醋酸;参与腐乳制作的微生物有多种,如酵母、曲霉、毛霉等,其中起主要作用的是毛霉;参与泡菜制作的微生物是乳酸菌。
2.下列有关制作果酒、果醋和泡菜的叙述,不正确的是
( )
A.制作果醋时,要适时通过充气口充气
B.制作泡菜时,密封有利于主要菌种快速生长
C.果酒制作过程中要加入抑菌物质来防止杂菌的滋生
D.果酒、果醋、泡菜制作过程中发酵液pH均下降后保持稳定
答案C
解析制作果醋时,要适时通过充气口充气,这是因为醋酸菌是好氧细菌,只有当氧气充足时,才能进行旺盛的生理活动,A项正确;参与泡菜制作的乳酸菌是厌氧细菌,在无氧的条件下,将葡萄糖分解为乳酸,故制作泡菜时,密封有利于主要菌种(乳酸菌)快速生长,B项正确;为了提高果酒的品质,在果酒制作过程中可加入人工培养的酵母菌来防止杂菌的滋生,加入抑菌物质会影响酵母菌的生长,从而影响果酒的品质,C项错误;果酒发酵过程中会产生二氧化碳,发酵液pH降低后保持稳定,果醋发酵过程中会产生醋酸,发酵液pH降低后保持稳定,腌制泡菜的过程中,随着乳酸的累积,发酵液pH下降后保持稳定,D项正确。
3.如图为苹果酒的发酵装置示意图,下列叙述错误的是
( )
A.随着发酵时间延长,酒精积累量越来越多,由于过高浓度酒精对酵母菌发酵起抑制作用,发酵后期酒精产生速率越来越慢
B.集气管中的气体是酵母菌无氧呼吸产生的CO2
C.发酵过程中酵母种群呈“S”型增长
D.若发酵液表面出现菌膜,最可能的原因是发酵瓶漏气
答案B
解析酒精对细胞有毒害作用,随着发酵时间延长,酒精积累量越来越多,过高浓度酒精对酵母菌发酵起抑制作用,发酵后期酒精产生速率越来越慢,A项正确;集气管中的气体是酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2,B项错误;酵母菌在有限的条件下进行发酵,其种群数量变化呈“S”型增长,C项正确;若发酵液表面出现菌膜,最可能原因是发酵瓶漏气,好氧微生物大量繁殖,D项正确。
4.如图所示制作果酒和果醋的流程,下列相关叙述错误的是( )
挑选葡萄→①→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵
↓ ↓
② ③
A.①为冲洗,目的是去掉葡萄表面的污物,但不能冲洗次数过多
B.②为果酒,酒精发酵过程中要严格控制氧气和温度
C.③为果醋,醋酸发酵过程中要间断通气
D.②的制作过程中既涉及有氧呼吸又涉及无氧呼吸
答案C
解析①为冲洗,目的是去掉葡萄表面的污物,但不能冲洗次数过多,否则会冲洗掉葡萄表面的野生酵母菌,A项正确;酒精发酵的产物是果酒,氧气和温度是影响果酒制作的两个重要因素,需要在发酵过程中严格控制,B项正确;③为果醋,果醋制作所用微生物是醋酸菌,醋酸菌是好氧细菌,在发酵过程中如果中断氧气供应会抑制醋酸菌的代谢,甚至引起醋酸菌的死亡,所以应持续通入空气,C项错误;果酒制作既需要酵母菌在有氧条件下大量繁殖,也需要酵母菌通过无氧呼吸产生酒精,D项正确。
5.某同学用泡菜坛(如图)进行果酒发酵,下列相关叙述错误的是( )
A.水槽加水并扣上坛盖,可隔绝空气,防止微生物入侵
B.果酒发酵过程产生的CO2可通过水槽以气泡形式排出
C.若观察到坛中有白色浑浊物漂浮,则可能被杂菌污染
D.用酸性重铬酸钾溶液可测定发酵液中的酒精浓度
答案D
解析水槽加水并扣上坛盖,可隔绝空气,防止微生物入侵,A项正确;果酒发酵过程中酵母菌无氧呼吸产生的CO2可通过水槽以气泡形式排出,B项正确;发酵过程中若观察到坛中有白色浑浊物漂浮,则可能被杂菌污染,C项正确;发酵液中无法定量测定酒精浓度,只能定性说明有酒精产生,D项错误。
6.下列有关果酒、果醋和泡菜制作的叙述中,正确的是
( )
A.果酒和果醋的发酵温度相同
B.都保证在无氧条件下发酵
C.参与发酵的主要微生物都含有线粒体
D.果醋和泡菜制作时发酵液pH均会下降
答案D
解析果酒的发酵需将温度控制在18~30
℃进行,果醋的发酵需将温度控制在30~35
℃进行,A项错误;酵母菌的代谢类型是异养兼性厌氧,醋酸菌的代谢类型是异养需氧,乳酸菌的代谢类型是异养厌氧,B项错误;参与果酒制作的主要微生物是酵母菌,参与果醋制作的主要微生物是醋酸菌,参与泡菜制作的主要微生物是乳酸菌,醋酸菌和乳酸菌都属于原核生物,不含线粒体,C项错误;果醋和泡菜制作时发酵液pH均会下降,D项正确。
7.泡菜是利用一定浓度盐水泡制蔬菜,经发酵制成的食品。其民间制作工艺如图。分析回答下列问题。
圆白菜→清洗→沥干→切分→装坛→密封→发酵(20
℃)→成品
↑
盐水(花椒等辅料)
(1)制作泡菜的盐水中有时要加入一定量的“陈泡菜液”,目的是 。?
(2)泡菜制作过程中往往要向泡菜水中加入花椒等香辛料,目的是 。?
(3)泡菜制作过程中要严格控制亚硝酸盐含量,影响其含量的主要因素有食盐用量、 和 。?
(4)图甲和图乙分别是泡菜发酵过程中优势菌数和主要代谢底物浓度变化曲线。
甲
乙
①由图甲可以看出,泡菜发酵初期各菌种的种间关系主要是 ,由图乙可以看出发酵过程中微生物主要消耗的营养物质是 。?
②结合细胞代谢类型及图甲曲线,推测发酵6天后醋酸菌和酵母菌迅速消失的主要原因分别是 和 。?
答案(1)增加发酵菌的数量 (2)调节泡菜的风味,防腐杀菌 (3)腌制的时间 温度 (4)①竞争 蔗糖(或蔗糖和葡萄糖) ②醋酸菌为好氧细菌,6天后发酵装置中氧气耗尽 酵母菌耐酸性弱,不能适应发酵液的pH
解析(1)制作泡菜的盐水中有时要加入一定量的“陈泡菜液”,原因是“陈泡菜液”中含有数量较多的泡菜发酵菌(乳酸菌)。
(2)向泡菜水中加入花椒等香辛料的目的是调节泡菜的风味,同时具有防腐杀菌作用。
(3)影响亚硝酸盐含量的主要因素有食盐用量、发酵温度和发酵时间。
(4)①分析图甲、图乙曲线可知,泡菜发酵过程中各菌种为争夺资源和生存空间而发生竞争,发酵过程中微生物主要消耗的营养物质是蔗糖,其次是葡萄糖。②醋酸菌为好氧细菌,而泡菜发酵过程中氧气会耗尽,形成无氧环境,醋酸菌死亡;发酵过程中pH降低,对耐酸性强的乳酸菌影响较小,而对耐酸性差的酵母菌影响较大,酵母菌死亡。
8.苹果醋是以苹果汁为原料发酵而成的。回答下列问题。
(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。
H2O+CO2
葡萄糖丙酮酸乙醇+CO2
图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段,在酵母菌细胞的 中进行,其产物乙醇与 试剂反应呈现灰绿色,这一反应可用于乙醇的检验;过程③在酵母菌细胞的 中进行。与无氧条件相比,在有氧条件下,酵母菌的增殖速度 。?
(2)苹果醋生产的第二阶段是在醋酸菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程,根据醋酸菌的呼吸作用类型,该过程需要在 条件下才能完成。?
(3)在苹果醋的生产过程中,第一阶段和第二阶段的发酵温度不同,第一阶段的温度 (填“低于”或“高于”)第二阶段。?
(4)醋酸菌属于 核生物,其细胞结构中 (填“含有”或“不含有”)线粒体。?
答案(1)细胞质基质 重铬酸钾 线粒体 快
(2)有氧 (3)低于 (4)原 不含有
解析(1)由题图可知,过程①和②表示酵母菌无氧呼吸的过程,该过程是在酵母菌细胞的细胞质基质中进行的,其产物乙醇能使酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液变为灰绿色。过程③的产物是CO2和H2O,是酵母菌有氧呼吸第二、三阶段的产物,这一过程的反应场所是线粒体。与无氧呼吸相比,有氧呼吸供能多,酵母菌的增殖速度快。
(2)醋酸菌是好氧细菌,在有氧条件下,将乙醇氧化为醋酸。
(3)生产过程中,酒精发酵时一般将温度控制在18~30
℃,而醋酸发酵时需将温度控制在30~35
℃。
(4)醋酸菌无核膜包被的细胞核,属于原核生物,细胞内只有核糖体一种细胞器。
能力提升
9.(多选)在传统发酵技术中,果醋的制作往往是在果酒的制作基础上进行。下图中甲是果醋发酵装置,乙是发酵过程中发酵液pH变化曲线图,下列有关叙述不正确的是( )
A.发酵初期不通气,溶液中没有气泡产生
B.中期可以闻到酒香,说明进行了酒精发酵
C.后期接种醋酸菌,适当通气并保持原有温度
D.图乙中能正确表示pH变化的曲线是③
答案ACD
解析发酵初期不通气,发酵装置中存留部分空气,酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸产生二氧化碳,装置内氧气耗尽后,酵母菌仍能进行无氧呼吸产生二氧化碳,因此溶液中有气泡产生,A项错误。酒精是酵母菌无氧呼吸的产物,若中期可以闻到酒香,说明进行了酒精发酵,B项正确。制作果酒需要无氧环境,且温度为18~30
℃,而制作果醋需要氧气,且温度为30~35
℃,所以接种醋酸菌后,应适当通气并提高培养温度,C项错误。酒精发酵时期,酵母菌进行无氧呼吸产生的二氧化碳溶于水形成碳酸,使pH下降,进行果醋发酵后,产生的醋酸也使pH下降,故不可能是曲线③和曲线①;比较符合要求的为曲线②,曲线②中有一段小幅度上升,推测是由于温度升高,二氧化碳溶解度下降导致二氧化碳逸出,致使溶液pH略微上升;曲线④在酒精发酵过程中,pH过低,故曲线④也不符合,D项错误。
10.(多选)下列关于生物技术在生活中的应用的说法,正确的是( )
A.制葡萄酒时,要将温度控制在18~30
℃
B.利用发酵技术,在鲜奶中加入乳酸菌可制成酸奶
C.变酸果酒表面的菌膜可能是醋酸菌在液面大量繁殖形成的
D.制作泡菜的坛子加水密封有利于乳酸菌的繁殖
答案ABCD
解析由于酿酒酵母的最适生长温度约为28
℃,因此制葡萄酒时,要将温度控制在18~30
℃,A项正确;制酸奶要用到乳酸菌,乳酸菌发酵产生乳酸,使得酸奶有一种特殊的酸味,B项正确;在变酸的果酒表面观察到的菌膜可能是醋酸菌在液面大量繁殖形成的,C项正确;乳酸菌属于厌氧细菌,制作泡菜时坛子要密封,制造无氧环境,利于乳酸菌的繁殖,D项正确。
11.泡菜是我国的传统食品之一,但制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在的危害。某兴趣小组准备参加“科技创新大赛”,查阅资料得到下图。
(1)制作泡菜时,泡菜坛一般用水密封,目的是 。乳酸菌呼吸作用第一阶段的产物有 。?
(2)据题图,与第3天相比,第8天后的泡菜更适于食用,因为后者 ;pH呈下降趋势,原因是 。?
(3)据图分析,第5天后,乳酸菌数量下降的原因是 。?
答案(1)创造无氧环境 丙酮酸、[H]、ATP
(2)亚硝酸盐含量降低 乳酸含量增加
(3)发酵液中营养物质含量减少,乳酸大量积累,乳酸菌的环境阻力增大
解析(1)乳酸菌是厌氧细菌,制作泡菜时用水密封泡菜坛,目的是隔绝空气,创造无氧环境。乳酸菌呼吸作用第一阶段的物质变化与有氧呼吸第一阶段相同,均为葡萄糖分解产生丙酮酸、[H]和ATP。
(2)由题图可知,随着发酵时间延长,亚硝酸盐含量先升高后降低,相比于第3天,第8天的泡菜亚硝酸盐含量低,更适合食用。在此过程中乳酸菌进行无氧呼吸,导致乳酸含量增加,所以泡菜坛内pH下降。
(3)第5天后,发酵液中营养物质含量减少,乳酸大量积累,乳酸菌的环境阻力增大,乳酸菌数量下降。
12.如图所示为用果酒制果醋的发酵装置,请分析回答下列问题。
(1)在果醋发酵过程中,要向发酵瓶中通入空气,原因是 ;制果醋过程中,需将温度控制在 。?
(2)乙中遗漏了一个装置,请以文字形式加以补充: 。?
(3)在缺少糖源时,果酒制果醋的反应简式为 。?
(4)在果醋发酵过程中,用 证明是否有醋酸生成;用 来检验产生的果醋中是否有酒精。?
(5)如果将该装置改为酒精的发酵装置,则温度应该控制在 。此时装置需要修改的地方是 。?
答案(1)醋酸菌是好氧细菌 30~35
℃
(2)应补上一个排气装置
(3)C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量
(4)pH试纸检测发酵液的pH 重铬酸钾
(5)18~30
℃ 不需要通入空气
解析(1)醋酸菌是好氧细菌,故用醋酸菌制果醋时必须通入空气,否则会影响醋酸菌的生长、繁殖,进而影响醋酸的产生;醋酸菌的最适生长温度为30~35
℃,故制作果醋时应该将温度控制在30~35
℃。(2)乙缺少排气装置,应添加。(3)在缺少糖源时,果酒制果醋的反应简式为C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量。(4)产生醋酸后,发酵液的pH会降低,可用pH试纸检测发酵液的pH来检验是否有醋酸产生;可以用重铬酸钾来检验是否有酒精产生,在酸性条件下,重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。(5)酵母菌为兼性厌氧微生物,在有氧条件下,酵母菌进行有氧呼吸;在无氧条件下,酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。酒精发酵时一般将温度控制在18~30
℃。
13.江苏镇江香醋历史悠久、独具风味,其生产工艺流程如下图。请据图回答问题。
淀粉类原料葡萄糖成熟酒醅成熟醋醅成品醋
(1)在酒精发酵阶段,需添加酵母菌。在此操作过程中,发酵液的pH会 (填“上升”“不变”或“下降”)。?
(2)在醋酸发酵阶段,醋酸菌在 和 都充足时,可将糖分解成醋酸,其化学反应式是 。图示发酵过程用到的两种菌种在结构上的本质区别是 。?
(3)在上述发酵过程中,相关菌种各时期种群数量是判断发酵程度的一项重要指标,常用血球计数板进行计数,血球计数室深度为0.1
mm。下图示酵母菌培养液某时期稀释100倍后的镜检结果,如果中方格内(图2)的酵母菌数刚好是五点取样平均数,则1
mL该培养液中酵母菌的数量约为 个。?
图1
图2
答案(1)下降 (2)氧气 糖源 C6H12O6+2O22CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酵母菌有核膜包被的细胞核,醋酸菌无核膜包被的细胞核 (3)4×108
解析(1)果酒制作过程中不仅会产生酒精,还会产生大量的二氧化碳,因此利用酵母菌制作果酒的过程中,发酵液的pH会下降。
(2)醋酸菌是好氧细菌,在醋酸发酵阶段,醋酸菌在氧气和糖源都充足时,可将糖分解成醋酸,其化学反应式是C6H12O6+2O22CH3COOH+2H2O+2CO2+能量。果酒发酵需要的菌种为酵母菌,是真核生物,果醋发酵需要的菌种为醋酸菌,是原核生物,两种菌种在结构上的本质区别是酵母菌有核膜包被的细胞核,醋酸菌无核膜包被的细胞核。
(3)图示为酵母菌培养液某时期稀释100倍后的镜检结果,对于边界线上的酵母菌的计数原则为“计上不计下,计左不计右”,因此图2中计数结果是16个,则1
mL培养液中酵母菌的总数=16÷16×400÷0.1×100×103=4×108(个)。
14.图甲是以苹果为原料生产果醋的工艺图,图乙表示温度、酒精浓度对醋酸发酵的影响。请分析回答下列问题。
甲
乙
(1)酒精发酵时一般将温度控制在 ,温度过高时,酵母菌代谢减慢甚至死亡,原因是 。?
(2)根据图乙可知,醋酸发酵过程中,适宜的温度为 ,适宜的酒精浓度范围为 ,较高的酒精浓度通常不适宜进行醋酸发酵,原因是 。?
(3)果酒发酵后是否有酒精产生,可以用 来检验,其在酸性条件下,可与酒精反应呈 色。?
(4)制作成功的果酒若暴露在空气中酒味会逐渐消失而出现醋酸味,尤其是气温高的夏天更易如此,分析其原因是 。醋酸菌将乙醇逐渐变为醋酸的环境条件是糖源 (填“充足”或“缺少”)。?
答案(1)18~30
℃ 高温影响酶的活性
(2)30
℃ 6.0%~6.5% 较高的酒精浓度会抑制醋酸菌的生长和代谢
(3)重铬酸钾 灰绿
(4)空气中含有醋酸菌,在夏季高温条件下,醋酸菌利用果酒中的酒精进行醋酸发酵,产生醋酸 缺少
解析(1)制作果酒的原理是利用酵母菌无氧呼吸,分解葡萄糖产生酒精和二氧化碳。在进行酒精发酵时,若温度过高会影响酶的活性,使酵母菌代谢减慢甚至死亡,因此酒精发酵时一般将温度控制在18~30
℃。(2)根据图乙可知,醋酸发酵的适宜温度为30
℃,适宜的酒精浓度范围为6.0%~6.5%;较高的酒精浓度会抑制醋酸菌的生长和代谢,使产酸量下降,因此较高的酒精浓度通常不适宜进行醋酸发酵。(3)果酒发酵后是否有酒精产生,可以用重铬酸钾来检验,其在酸性条件下,可与酒精反应呈灰绿色。(4)空气中含有醋酸菌,在夏季高温条件下,醋酸菌利用果酒中的酒精进行醋酸发酵,产生醋酸。醋酸菌在糖源缺少的环境条件下可将酒精变为乙醛,再将乙醛变为醋酸。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
课后篇巩固提升
基础巩固
1.自养微生物与异养微生物的培养基的主要差别是
( )
A.碳源
B.氮源
C.无机盐
D.特殊营养物质
答案A
解析自养微生物利用的碳源是二氧化碳、碳酸盐等无机碳,异养微生物利用的碳源是含碳有机物,所以培养两种微生物的培养基的主要差别是碳源。
2.下表为某培养基的配方,有关叙述正确的是( )
成分
牛肉膏
葡萄糖
K2HPO4
琼脂
蒸馏水
含量
10
g
10
g
2
g
适量
定容至
1
000
mL
A.能在此培养基上生长的只有大肠杆菌
B.该培养基调节合适的pH后就可以接种使用
C.该培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖,属于氮源的物质是牛肉膏
D.从物理性质看该培养基属于液体培养基
答案C
解析在此培养基上能生长多种微生物,不仅仅只有大肠杆菌,A项错误;该培养基调节合适的pH后要进行高压蒸汽灭菌,B项错误;该培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖,属于氮源的物质是牛肉膏,C项正确;从物理性质看该培养基含有琼脂,属于固体培养基,D项错误。
3.甲、乙、丙是三种微生物,表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在Ⅲ中正常生长繁殖;乙能在Ⅰ中正常生长繁殖,而甲和丙都不能;丙能在Ⅱ中正常生长繁殖,甲、乙都不能。下列说法正确的是
( )
培养
基编号
粉状硫
10
g
K2HPO4
4
g
FeSO4
0.5
g
蔗糖
10
g
(NH4)2SO4
0.4
g
H2O
100
mL
MgSO4
9.25
g
CaCl2
0.5
g
I
+
+
+
+
-
+
+
+
Ⅱ
+
+
+
-
+
+
+
+
Ⅲ
+
+
+
+
+
+
+
+
注
“+”表示加入,“-”表示不加
A.甲、乙、丙都是异养微生物
B.甲、乙都是自养微生物,丙是异养微生物
C.甲是异养微生物,乙是固氮微生物,丙是自养微生物
D.甲、乙是固氮微生物,丙是异养微生物
答案C
解析根据表格分析,Ⅰ培养基缺少氮源,Ⅱ培养基缺少碳源,Ⅲ培养基营养全面。乙能在Ⅰ中正常生长繁殖,而甲和丙都不能,说明乙能够自身固氮,属于固氮微生物;丙能在Ⅱ中正常生长繁殖,而甲和乙都不能,说明丙能够合成有机物,属于自养微生物;甲只能在Ⅲ中生长,说明属于异养微生物。
4.下列有关微生物培养技术的操作,正确的是( )
A.为了防止污染,接种环经灼烧灭菌后应立即挑取菌种
B.培养基灭菌后,应将pH调到适于微生物生长的范围
C.倒平板时,应将打开的培养皿盖放在一边,防止培养基溅到皿盖上
D.高压蒸汽灭菌后,通常将实验用具放入60~80
℃的烘箱中烘干
答案D
解析为了防止污染,接种前接种环需经灼烧灭菌,但需等接种环冷却后再挑取菌种,防止菌种被高温杀死,A项错误;配制培养基时,应先调节pH到适于微生物生长的范围,再进行灭菌,B项错误;倒平板时,应将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙后倒入培养基,不能将培养皿盖完全打开放到一边,C项错误;高压蒸汽灭菌后,通常将实验用具放入60~80
℃的烘箱中烘干,以除去灭菌时的水分,D项正确。
5.在微生物培养过程中,需要对培养基等进行灭菌,其标准是( )
A.杀死所有微生物的细胞、芽孢和孢子
B.杀死所有的微生物
C.杀死所有的病原微生物
D.使病原菌不生长
答案A
解析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,A项正确。
6.下列依次表示倒平板、接种的位置以及平板划线法接种的路径的示意图,其中错误的是( )
答案D
解析平板划线法除第一次划线外,以后的每一次划线都从上一次划线的末端开始。
7.防止杂菌入侵,获得纯净的培养物,是研究和应用微生物的前提。下列叙述错误的是( )
A.实验室里可以用紫外线或化学药物进行消毒
B.接种环、接种针等金属用具,直接在酒精灯火焰上灼烧灭菌
C.在实验室中,切不可吃东西、喝水,离开实验室时一定要洗手,以防止被微生物感染
D.平板划线接种时,应先将皿盖打开并放置于桌面上,以便于划线操作
答案D
解析实验室里可以用紫外线或化学药物进行消毒,A项正确;接种环、接种针等金属用具,可直接在酒精灯火焰上灼烧灭菌,B项正确;在实验室中,切不可吃东西、喝水,离开实验室时一定要洗手,以防止被微生物感染,C项正确;平板划线接种时,应在酒精灯火焰旁将培养皿打开一条缝隙进行划线,不可将皿盖完全打开放置于桌面上,D项错误。
8.下列关于无菌操作的叙述,错误的是( )
A.煮沸消毒可以杀死微生物的营养细胞和部分芽孢
B.加入培养基中的指示剂和染料不需要灭菌
C.耐高温的、需要保持干燥的物品,可用干热灭菌法进行灭菌
D.接种时灼烧接种环要冷却后再对菌种划线
答案B
解析100
℃煮沸5~6
min可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢,A项正确;指示剂和染料可能混有微生物,故加入培养基前需灭菌,B项错误;耐高温的、需要保持干燥的物品,可用干热灭菌法进行灭菌,C项正确;接种时灼烧接种环要冷却后再对菌种划线,以免接种环温度太高,杀死菌种,D项正确。
9.某学校打算开辟一块食用菌栽培基地,以丰富学生的劳动技术课内容。首先对食用菌实验室进行清扫和消毒处理,准备食用菌栽培所需的各种原料和用具,然后从菌种站购来各种食用菌菌种。请回答下列问题。
(1)牛肉膏蛋白胨固体培养基的配方如下。
成分
牛肉膏
蛋白胨
NaCl
琼脂
蒸馏水
含量
5.0
g
10.0
g
5.0
g
20.0
g
定容至
1
000
mL
其中提供氮源的是 ,提供碳源的主要物质是 。?
(2)微生物在生长过程中对各种成分所需量不同,配制培养基时各成分要有合适的 。?
(3)将配制好的培养基分装到试管中,加棉塞后若干个试管一捆,包上牛皮纸并用皮筋勒紧后放入 中灭菌,压力为100
kPa,温度为 ,时间为 。灭菌完毕拔掉电源,待锅内压力自然降到0时,将试管取出。如果棉塞上沾有培养基,此试管应 。?
(4)使用高压蒸汽灭菌锅时应注意,要先向锅内倒入 ,并加热煮沸,将其中原有冷空气彻底排出后将锅密闭。
?
答案(1)蛋白胨、牛肉膏 牛肉膏
(2)比例
(3)高压蒸汽灭菌锅 121
℃ 15~30
min 弃用
(4)适量水
解析(1)牛肉膏和蛋白胨均为天然成分,均能提供碳源和氮源,但是提供碳源的主要物质是牛肉膏。
(2)微生物培养基的成分应根据微生物的需要,并有合适的比例。
(3)培养基应在高压蒸汽灭菌锅内灭菌,压力为100
kPa,温度为121
℃,时间为15~30
min。如果棉塞上沾有培养基,则很容易造成杂菌污染,应将此试管废弃不用。
(4)高压蒸汽灭菌的原理是利用高温水蒸气杀死各种微生物,因此高压蒸汽灭菌锅内应加入适量水,以产生足够的水蒸气,水经加热煮沸后应排出冷空气,否则压力达到100
kPa时温度不够121
℃,灭菌效果就会大打折扣。
能力提升
10.(多选)下列有关平板划线法的操作,正确的是( )
A.使用已灭菌的接种环、培养皿,操作过程中不再灭菌
B.打开含菌种的试管需通过火焰灭菌,取出菌种后需马上塞上棉塞
C.不能将最后一次的划线与第一次的划线相连
D.最后将平板倒置,放入恒温培养箱中培养
答案CD
解析平板划线过程中,接种环在每次划线之前和之后均需灼烧灭菌,A项错误;打开含菌种的试管需通过火焰灭菌,取出菌种后还需通过火焰灭菌,再塞上棉塞,B项错误;最后一次的划线用于筛选出单个菌落,不能与第一次的划线相连,C项正确;划线操作结束后,将平板倒置,放入恒温培养箱中培养,D项正确。
11.(多选)如图为酵母菌纯培养过程中的部分操作步骤,下列说法正确的是( )
A.①步骤使用的培养基已经灭菌并调节过pH
B.②步骤接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落
C.④中每次划线前后都需要对接种环进行灼烧处理
D.①②③步骤操作时都需要在酒精灯火焰旁进行
答案ACD
解析①步骤为倒平板,使用的培养基已经灭菌并调节过pH,A项正确;②步骤为接种,接种环经火焰灭菌后应冷却后再挑取菌落,以防高温杀死酵母菌,B项错误;④中每次划线前后对接种环进行灼烧处理,是为了杀死接种环上残留的菌种,使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,以便得到单菌落,C项正确;①②③步骤操作时都需要在酒精灯火焰旁进行,防止杂菌污染,D项正确。
12.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。
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”)放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。?
(2)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒,
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。?
(4)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时,若压力达到设定要求,而锅内并没有达到相应温度,最可能的原因是 。?
答案(1)可以 (2)破坏DNA结构 消毒液 (3)氯气 (4)未将锅内冷空气排尽
解析本题考查的是微生物实验室培养的消毒和灭菌技术。实验室中能耐高温的、需要保持干燥的物品,如玻璃器皿和金属用具等,可用干热灭菌的方法灭菌。紫外线能破坏微生物的DNA,进而杀死物体表面或空气中的微生物,照射前,适量喷洒石炭酸等消毒液,可加强消毒效果。自来水通常是用氯气消毒的,氯气与水反应生成次氯酸和氯化氢,次氯酸具有强氧化性,能杀死自来水中的微生物。用高压蒸汽灭菌法灭菌,必须把锅内的冷空气彻底排除后才能达到设定的压力和相应的温度。
13.在微生物连续培养时,一部分旧的液体培养基以一定的速度流出,同时不断有等量的新鲜液体培养基流入以保证微生物对营养物质的需要。研究人员将大肠杆菌JA122菌株接种到葡萄糖含量受到限制的液体培养基中,连续培养多代,然后取样分析其中存在的新菌株。请回答下列问题。
(1)液体培养基中除了葡萄糖作为 外,还应该含有 。?
(2)样品中还发现了CV101、CV103新品种,对其菌株的代谢差异进行分析发现,CV103对葡萄糖吸收率最高,代谢终产物是醋酸盐。进一步研究表明,CV101可以在过滤的培养过CV103的培养基中生长,据此作出的推测是 。?
答案(1)碳源 氮源、水、无机盐(、特殊营养物质) (2)CV101菌株能以CV103菌株产生的醋酸盐为碳源
解析(1)培养基的主要营养成分为碳源、氮源、水和无机盐等,该液体培养基中葡萄糖为碳源。
(2)由题意知,CV103对葡萄糖吸收率最高,代谢终产物是醋酸盐。进一步研究表明,CV101可以在过滤的培养过CV103的培养基中生长,可以推测CV101菌株能以CV103菌株产生的醋酸盐为碳源。
14.炭疽杆菌能引起人畜患炭疽病。炭疽杆菌呈竹节状排列,菌落呈卷发状。对炭疽病疑似患者,可根据噬菌体的寄主专一性,通过实验进行确诊。
①细菌培养:采集疑似患者的样本,分离培养,获得可疑菌落。
②细菌鉴定:实验流程图如下所示。
(1)对配制的液体培养基要采用 (方法)进行灭菌。培养基配制和灭菌时,灭菌与调节pH的先后顺序是 。?
(2)挑选可疑菌落制片后,用 观察,可看到呈竹节状排列的杆菌。?
(3)接种可疑菌后,35℃培养24
h,液体培养基变浑浊,原因是 。图中的对照组试管中应加入 。两组试管同时培养6
h后,进行比较,若实验组液体培养基的浑浊度 (填“提高”“降低”或“不变”),则可明确疑似患者被炭疽杆菌感染。此实验依据的原理是 。
?
答案(1)高压蒸汽灭菌法 先调节pH,后灭菌
(2)显微镜
(3)细菌大量繁殖 等量生理盐水 降低 实验组中的噬菌体能特异性地侵染炭疽杆菌,使细菌裂解,溶液变澄清
解析
(1)培养基一般采用高压蒸汽灭菌。在配制培养基时,需要先调节pH,后灭菌。
(2)菌落可以通过肉眼观察,而单个细菌无法通过肉眼观察,需要借助显微镜观察。
(3)接种可疑菌后,35
℃培养24
h,液体培养基变浑浊,原因是细菌大量繁殖。对照组试管中应加入等量生理盐水,与实验组同时培养6
h后,若实验组液体培养基的浑浊度比对照组低,则可明确疑似患者被炭疽杆菌感染;反之则排除。噬菌体的宿主具有专一性,患者被炭疽杆菌感染,则实验组加入的噬菌体就会侵染炭疽杆菌,炭疽杆菌就会裂解,细菌数量减少,浑浊度降低。
15.回答下列与细菌培养相关的问题。
(1)在细菌培养时,培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是 (填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常,制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH,其原因是 。硝化细菌在没有碳源的培养基上 (填“能够”或“不能”)生长,原因是 。?
(2)用平板培养细菌时一般需要将平板 (填“倒置”或“正置”)。?
(3)单个细菌在平板上会形成菌落,研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物,原因是
。?
(4)有些使用后的培养基在丢弃前需要经过 处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。?
答案(1)蛋白胨 不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同 能够 硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源
(2)倒置
(3)在一定的培养条件下,不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征
(4)灭菌
解析(1)能同时提供碳源、氮源的成分必须同时含有碳和氮两种元素,蛋白胨、葡萄糖和NaNO3中,只有蛋白胨同时含有这两种元素。不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同,所以在配制培养基时,在分装前必须调节pH。硝化细菌能够进行化能合成作用,即能够利用化学反应产生的化学能固定外界的CO2,所以能够在没有碳源的培养基上生长。
(2)用平板培养细菌时,为防止培养基冷凝后形成的水滴滴落在培养基上污染培养基,要将平板倒置。
(3)通常根据菌落的形状、大小、颜色等特征初步区分不同种的微生物,因为不同微生物的菌落的形状、大小、颜色、凹凸情况等不同,且在一定的培养条件下微生物的菌落特征是稳定的。
(4)为防止污染环境,使用后的培养基在丢弃前需进行灭菌处理,这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。(共37张PPT)
第1节 传统发酵技术的应用
学习目标
1.掌握制作泡菜的原理及过程。
2.掌握制作果酒和果醋的原理,理解并掌握制作果酒和果醋的过程。
3.能够分析各种环境因素对发酵过程的影响。
一、发酵与传统发酵技术
1.约9
000年前,我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。夏禹时期,已有了关于夏少康(即杜康)造秫酒的传说。?
2.1857年,法国微生物学家巴斯德通过实验证明,酒精发酵是由活的酵母菌引起的。这里所说的发酵,是指人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
3.腐乳是我国古代劳动人民创造出的一种经过微生物发酵制作的大豆食品。经过微生物的发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸,参与豆腐的发酵的主要微生物为毛霉。
4.直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。此技术主要以混合菌种的固体发酵及
半固体发酵为主,利用此技术制作的食品还有酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。
预习反馈
1.判断正误。
(1)约9
000年前,我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。(
√
)
(2)发酵是指人们利用微生物,在缺氧的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物。(
×
)
(3)直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。(
√
)
2.参与豆腐的发酵的微生物主要是( )
A.根霉
B.毛霉
C.酵母菌
D.曲霉
答案B
解析多种微生物参与了豆腐的发酵,如酵母、曲霉和毛霉等,其中起主要作用的是毛霉。
二、尝试制作传统发酵食品:泡菜
1.菌种——乳酸菌
(1)分布:在自然界中分布广泛,空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有分布。
(2)常见种类:乳酸链球菌和乳酸杆菌。
2.制作原理
3.方法步骤
(1)用清水和食盐配制质量百分比为5%~20%的盐水,并将盐水煮沸,冷却待用。
(2)将新鲜蔬菜(如萝卜、黄瓜和豇豆等)洗净,切成块状或条状,混合均匀,晾干后装入泡菜坛内;装至半坛时,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料,继续装至八成满。
(3)将冷却好的盐水缓缓倒入坛中,使盐水没过全部菜料,盖好坛盖。
(4)向坛盖边沿的水槽中注满水,并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水,根据室内温度控制发酵时间。
预习反馈
1.判断正误。
(1)乳酸菌是厌氧细菌,无氧呼吸产物是乳酸与CO2。(
×
)
(2)乳酸菌与酵母菌在结构上的主要差异是前者没有由核膜包被的细胞核。(
√
)
(3)腌制泡菜时的温度、食盐用量和发酵时间均会影响泡菜的品质。(
√
)
2.制作泡菜的过程中,乳酸菌、酵母菌细胞数量(相对值)和发酵液pH的变化如图所示,下列叙述不正确的是( )
A.酵母菌和乳酸菌均有以核膜为界限的细胞核
B.发酵初期乳酸菌具有明显的菌种优势
C.发酵初期pH下降主要由乳酸菌代谢引起
D.发酵中期酵母菌进行无氧呼吸
答案A
解析乳酸菌是原核生物,细胞内没有以核膜为界限的细胞核,A项错误;根据题图中乳酸菌和酵母菌细胞的数量变化曲线可知,发酵初期乳酸菌远多于酵母菌,乳酸菌具有明显的菌种优势,B项正确;结合题图分析,发酵初期,由于乳酸菌远多于酵母菌,其产生的乳酸会降低发酵液的pH,C项正确;由于发酵过程是在无氧环境下进行的,在发酵中期,酵母菌只能进行无氧呼吸,D项正确。
三、尝试制作传统发酵食品:果酒和果醋
1.制作果酒的菌种——酵母菌
(1)酵母菌是一类单细胞真菌,在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在。许多新鲜水果(如葡萄)的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。
(2)代谢特点:酵母菌是兼性厌氧微生物,在无氧条件下能进行酒精发酵,可用于酿酒、制作馒头和面包等。
(3)影响因素:温度是影响酵母菌生长的重要因素,酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。
2.制作果酒的原理
3.制作果醋的菌种——醋酸菌
(1)代谢特点:醋酸菌是好氧细菌,可用于制作各种风味的醋。
(2)影响因素:多数醋酸菌的最适生长温度为30~35℃。
4.制作果醋的原理
当O2、糖源都充足时醋酸菌能将糖分解成醋酸;当缺少糖源时醋酸菌将乙醇转化为乙醛,再转化为醋酸。
反应式如下:
5.制作果酒和果醋的方法步骤
(1)将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净,并用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。
(2)取新鲜葡萄,用清水冲洗1~2次,再去除枝梗和腐烂的籽粒,沥干。
(3)用榨汁机榨取葡萄汁,将葡萄汁装入发酵瓶中(注意:要留有大约1/3的空间),盖好瓶盖。
(4)将温度控制在18~30
℃进行发酵。在发酵过程中,每隔12
h左右将瓶盖拧松一次(注意:不是打开瓶盖),此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10~12
d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测。
(5)当葡萄酒制作完成后,打开瓶盖,盖上一层纱布,进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30~35
℃,时间为7~8
d。
6.传统发酵食品的制作过程中,利用天然存在的菌种往往会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间,确保品质稳定,工业生产中通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵。
预习反馈
1.判断正误。
(1)葡萄酒的深红色来自红葡萄皮中的色素。(
√
)
(2)在葡萄酒的制作过程中,采摘的葡萄应反复冲洗,且要先除枝梗再冲洗。(
×
)
(3)醋酸菌在有氧时能将葡萄糖分解成醋酸,在无氧时能将酒精直接转变成醋酸。(
×
)
2.如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程,下列叙述正确的是( )
A.过程①和②都只能发生在缺氧条件下
B.过程①和③都发生在酵母菌的线粒体中
C.过程③和④都需要氧气的参与
D.过程①~④所需的最适温度基本相同
答案C
解析据题图分析可知,过程①表示细胞呼吸的第一阶段,其在有氧或无氧的条件下都可以进行,且是在细胞质基质中进行的,而非线粒体中,A、B两项错误;过程③表示有氧呼吸的第二、三阶段,过程④表示乙醇氧化为醋酸的过程,过程③和④都必须在有氧的条件下才可以进行,C项正确;过程①②③是果酒制作过程中的化学反应,其中起主要作用的酵母菌的最适生长温度约为28
℃,过程④是果醋制作过程中的化学反应,其中起主要作用的醋酸菌的最适生长温度为30~35
℃,D项错误。
探究点一
探究点二
泡菜的制作过程
情境导引
下图为制作泡菜的过程,请据图思考回答问题。
探究点一
探究点二
1.制作泡菜时,盐水为什么要煮沸后冷却?
提示煮沸有两大作用,一是除去盐水中的氧气,二是杀灭盐水中的微生物。冷却是为了防止盐水温度过高杀死坛内的乳酸菌。
2.为什么泡菜坛内有时会长一层白膜?你认为这层白膜是怎么形成的?
提示形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物,泡菜发酵液营养丰富,在发酵初期,发酵液表面氧气含量较高,适合酵母菌繁殖。
探究点一
探究点二
3.(1)制作泡菜宜选用新鲜的蔬菜,主要原因是什么?
(2)泡菜香辣风味形成的关键在于 的加入。?
(3)泡菜坛为什么要密封?制作的泡菜“咸而不酸”,最可能的原因是什么?
提示(1)新鲜蔬菜中亚硝酸盐的含量低,营养物质丰富。
(2)调味料(香辛料)
(3)因为泡菜的制作离不开乳酸菌,乳酸菌为厌氧微生物。盐过多,抑制了乳酸菌的发酵。
探究点一
探究点二
归纳提升
1.泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸的变化
发酵时期
乳酸菌
乳 酸
初期
少(有O2,乳酸菌活动受抑制)
少
中期
最多(乳酸抑制其他菌活动)
增多
后期
减少(乳酸持续积累,pH继续下降,抑制其活动)
继续增多
变化
曲线
?
?
探究点一
探究点二
2.制作泡菜的注意事项
(1)泡菜坛的选择:应选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。
(2)用清水和食盐配制质量百分比为5%~20%的盐水。盐的用量过高,乳酸菌的发酵受抑制,泡菜风味差;用量过低,杂菌易繁殖,导致泡菜变质。
(3)控制严格的厌氧条件
①选择合理的发酵容器,如泡菜坛,这是一种既科学又简单的厌氧容器。
②盐水煮沸后冷却待用。
③装坛时压实,盐水没过全部菜料。
④泡菜坛用水封口,并注意在发酵过程中经常补水,不让空气进入,创造一个封闭无氧的环境,故发酵期间不宜开盖。
探究点一
探究点二
特别提醒
(1)乳酸菌是能将葡萄糖分解成乳酸的一类细菌的总称。
(2)乳酸菌是厌氧微生物,在有氧气存在时,无氧呼吸受抑制。
(3)用于制作泡菜的蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。
探究点一
探究点二
典例剖析
某人利用乳酸菌制作泡菜时由于操作不当,泡菜腐烂。下列原因中可能的是( )
①罐口密闭缺氧,抑制了乳酸菌的生长繁殖 ②罐口封闭不严,氧气抑制了乳酸菌的生长繁殖 ③罐口封闭不严,氧气抑制了杂菌的生长和繁殖 ④罐口封闭不严,促进了需氧杂菌的生长和繁殖
A.①③
B.②④
C.②③
D.①④
答案B
解析乳酸菌是厌氧细菌。若罐口封闭不严,氧气进入泡菜坛内,乳酸菌的生长和繁殖受抑制,其他需氧杂菌大量繁殖,使泡菜腐烂。
探究点一
探究点二
活学活练
下列有关泡菜发酵过程的叙述,正确的是( )
A.发酵时间越长,亚硝酸盐的含量越高
B.发酵过程中只有乳酸菌发挥发酵作用
C.发酵过程中乳酸菌可分解蛋白质和果胶
D.发酵过程中要经常补充水槽中的水
答案D
解析泡菜发酵过程中,随着发酵时间的延长,亚硝酸盐的含量先升高后下降。发酵过程中主要为乳酸菌的作用,也有酵母菌等微生物的作用。发酵中的乳酸菌不分解果胶,从而使蔬菜保持脆嫩而不软化腐败。发酵过程中要经常补充水槽中的水,以保持坛内无氧状态。
探究点一
探究点二
果酒和果醋的制作过程及装置
情境导引
果酒、果醋制作的具体过程是怎样的?结果如何评价?
1.完善果酒和果醋制作的实验流程。
答案醋酸发酵
探究点一
探究点二
2.小明和他的同学依据上面的流程,进行了果酒和果醋的制作,具体操作如下。
①先将新鲜的葡萄除去枝梗,再将葡萄进行清洗。②把榨汁机、发酵瓶清洗干净,晾干后用体积分数为70%的酒精消毒。③用榨汁机榨出葡萄汁,然后将葡萄汁煮沸30
min
进行消毒,装入发酵瓶,要注意不能超过发酵瓶体积的2/3。④密封充气口,控制温度为30~35
℃,发酵10~12
d
后,用酸性重铬酸钾溶液进行鉴定。⑤当果酒制作好以后,往发酵液中加入醋酸菌,密封,然后将装置的温度控制在
18~25
℃并进行发酵。
改正以上实验操作中的五处错误。????? 。?
探究点一
探究点二
答案①葡萄应该先进行冲洗,再除去枝梗;③葡萄皮外面附着的酵母菌在发酵过程中起主要作用,所以葡萄汁不能加热煮沸;④果酒发酵的温度应控制在18~30
℃;⑤果醋发酵中有两处错误,改正后,一是温度应控制在30~35
℃,二是在果醋发酵过程中应不断向发酵液中充入无菌空气
探究点一
探究点二
归纳提升
1.果酒和果醋的制作流程
(1)实验用具消毒:发酵瓶、榨汁机等器具清洗干净,用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
2.果酒和果醋的发酵装置
(1)在进行果酒发酵时,要关闭充气口;在进行果醋发酵时,充气口要适时充入无菌空(氧)气。
(2)酒精发酵为无氧发酵,但并非开始就是严格的无氧环境。发酵前期酵母菌主要进行有氧呼吸,并通过出芽生殖方式大量繁殖。
酵母菌的有氧呼吸消耗发酵液中的氧气,形成无氧环境后开始进行酒精发酵。
(3)在制作果醋时,若糖源不足,可以用果酒制作果醋。这种情况下,需要在果酒中加入醋酸菌或醋曲。
探究点一
探究点二
特别提醒
(1)在制作果酒时,为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长,可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌进行发酵。
(2)果酒发酵时产生的部分CO2会溶于发酵液而使发酵液pH下降。
探究点一
探究点二
典例剖析
例1下列有关制作果酒和果醋的叙述,正确的是( )
A.在变酸的果酒液面观察到的菌膜,一般是醋酸菌形成的
B.酵母菌和醋酸菌的发酵过程均需在缺氧的环境中进行
C.果酒和果醋的制作需要控制在相同的温度下进行
D.果酒的制作只能在制得果醋的基础之上进行
答案A
解析在变酸的果酒液面观察到的菌膜,一般是醋酸菌形成的,A项正确;醋酸菌是好氧细菌,发酵时需要氧气,不能与酵母菌发酵制作果酒一样,在缺氧的环境中进行,B项错误;果酒制作的适宜温度是18~30
℃,果醋制作的适宜温度是30~35
℃,C项错误;果酒可以作为制作果醋的原料,D项错误。
探究点一
探究点二
例2(多选)如图所示为果酒和果醋的发酵装置,下列有关说法错误的是( )
A.果酒发酵时,需将果汁装满发酵瓶,并关闭充气口
B.果醋发酵时,需持续通入氧气,促进醋酸生成
C.该装置必须先进行果酒发酵,再进行果醋发酵
D.制作果酒、果醋时均需要将排气口的弯管水封
答案ACD
解析果酒发酵时,果汁不能装满发酵瓶,要留有大约1/3的空间,A项错误;果醋发酵时,利用的是醋酸菌,醋酸菌是好氧细菌,故需持续通入氧气,促进醋酸生成,B项正确;该装置在氧气、糖源充足的条件下,可直接进行果醋发酵,C项错误;排气口的作用是排气,而弯管的设置可防止空气中微生物的污染,故制作果酒、果醋时排气口的弯管不需水封,D项错误。
探究点一
探究点二
活学活练
下列关于制作果酒和果醋的叙述,正确的是( )
A.果酒和果醋的发酵菌种不同,细胞呼吸方式相同
B.果酒制作过程中,葡萄汁要装满发酵瓶,有利于发酵形成更多的果酒
C.果酒发酵过程中温度控制在30
℃,果醋发酵过程中温度控制在
20
℃
D.果醋发酵过程中,适时通过充气口充入氧气,有利于果醋的形成
答案D
探究点一
探究点二
解析果酒的发酵菌种是酵母菌,它既能进行有氧呼吸,也能进行无氧呼吸,果醋的发酵菌种是醋酸菌,只能进行有氧呼吸,A项错误;果酒制作过程中,葡萄汁不能装满发酵瓶,因为需要留出空间供酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖产生更多的酵母菌,同时缓冲细胞呼吸产生的气体,B项错误;果酒发酵过程中温度控制在18~30
℃,果醋发酵过程中温度控制在30~35
℃,C项错误;由于果醋发酵利用的醋酸菌是好氧细菌,所以发酵过程中需要适时通过充气口充入氧气,D项正确。
