高中生物人教版选修一：专题2 微生物的培养与应用 课件（95张ppt）

专题二 微生物的培养与应用
课题一 微生物的实验室培养
专题2 微生物的培养与应用
微生物的类群
原核类:
真核类
非细胞类：
细菌、支原体、放线菌、蓝藻
个体微小、结构简单
酵母菌、霉菌、食用菌
真菌：
单细胞的动植物：
草履虫、变形虫、藻类等
病毒等
◆微生物的共同特点：
基础知识
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。
2.类型：
按物理性质划分：
按化学成分划分：
按用途划分：
（一）培养基
划分标准
培养基种类
特点
用途
物理性质
不加凝固剂
加凝固剂，如琼脂
大量繁殖
观察微生物的运动、分类鉴定
微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种
液体培养基
半固体培养基
*固体培养基
（最常用）
区别：加入琼脂的量决定培养基的物理状态。
琼脂的性质：
不会被微生物利用、对微生物无害、灭菌过程中不会被破坏、透明度好、凝固力强
划分标准
培养基种类
特点
化学成分
天然培养基
合成培养基
用途
*鉴别培养基
天然物质(成分不明确)
培养基成分明确
*选择培养基
允许某种特定种类的微生物生长，又能抑制或阻止其他微生物生长
根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品配制而成，用以鉴别不同种类的微生物。如，在培养基中加入伊红和美蓝，可以用来鉴别饮用水和乳制品中是否存在大肠杆菌等细菌。
3.培养基的营养物质
（1）水
（2）碳源（提供碳元素的物质）
（3）氮源（提供氮元素的物质）
（4）无机物（无机盐）
思考：为何大多数培养基都含这4类物质？
含有生物生长发育需要的基本元素：
（C、H、O、N）
（1）碳源
①可作为碳源的物质有:
a.含碳无机物:
b.含碳有机物：
蛋白质
脂肪酸
②根据碳源的种类判断微生物同化作用是自养还是异养
a.异养型微生物的碳源为
b.自养型微生物的碳源为
碳酸盐
碳酸氢盐
二氧化碳
糖类（主要）
含碳有机物（有机碳）
含碳无机物（无机碳）
（2）氮源
可作为氮源的物质有:
a.含氮无机物：
b.含氮有机物：
蛋白胨
牛肉膏
尿素
氮气
氨气
硝酸盐
铵盐
注意：蛋白胨、牛肉膏即可作碳源也可作氮源。
想一想：关于培养基？？
1）同一种物质不可能既作碳源又作氮源。
2）凡是碳源都能提供能量。
3）固体培养基加少量水即可制成液体培养基。
4）无机氮源也能提供能量。
×
×
×
√
4. 配制原则
(1)目的明确：
(2)营养协调
(3) pH适宜：
根据微生物的种类、培养目的选择原料
霉菌等真菌：酸性 细菌：中性或微碱
微生物生长不可缺少的微量有机物
如：维生素（乳酸杆菌）、氨基酸、碱基等
(4)特殊营养：
(5)氧气：
厌氧生物：无氧 需氧生物：有氧
（二）无菌技术
（1）对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行
.
（2）将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行 .
（3）为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在 .
（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 .
清洁和消毒
灭菌
1.目的：防止 ；同时避免操作者自身被微生物感染。
被其他微生物污染
酒精灯火焰附近进行
相接触
接种室内空气、接种箱、工作台
紫外线消毒
实验者的手臂、工作台等
化学药剂消毒
牛奶等不宜高温消毒灭菌的
巴氏消毒
日常食物、罐装食品
煮沸消毒法
适用范围
方法
2.无菌的方法①——消毒
消毒：温和的理化因素杀死物体内外的部分微生物。
（不含芽孢、孢子）
培养基、培养皿、实验器材
高压蒸汽灭菌
耐高温需干燥的物品（玻璃器皿等）
干热灭菌
接种的工具、试管口、瓶口
灼烧灭菌
适用对象
灭菌方法
2.无菌的方法②——灭菌
灭菌：强烈的理化因素杀死物体内外的全部微生物。
（含芽孢、孢子）
微生物培养的实验操作
制备培养基
纯化大肠杆菌
（一）细菌培养基的配制
1.计算: 100ml蒸馏水中各物质的量。
2.称量：注意牛肉膏的粘稠度大、易受潮。
3.溶化：牛肉膏连同称量纸一同放入。不断加热搅拌
4.灭菌：加棉塞，包上牛皮纸，并用皮筋勒紧，再放入高压灭菌锅。
5．倒平板:培养基冷却到50℃左右时，在酒精灯附近倒平板。
1
2
3
4
倒平板技术
1.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？
用手触摸，刚刚不烫手时
2.为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？
灼烧灭菌，防止瓶口的微生物的污染
思考：
防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
3.为什么将平板倒置？
4.在倒平板的过程中，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？
最好不要用该培养基培养微生物。
（二）纯化大肠杆菌
接种常见方法
平板划线法
操作核心
防止杂菌污染，保持培养物纯度
稀释涂布平板法
斜面接种
1.平板划线法：
分区划线法
连续划线法
（1）概念与原理：
聚集的菌群
连续划线
稀释分散
单个细胞
菌落
生长繁殖
1.灼烧接种环，直至将接种环_______
2.在_______旁冷却接种环，并打开棉塞
3.试管口通过火焰
4.将已______的接种环伸入菌液中蘸取一环菌液
6.将皿盖打开一条缝隙，将沾有菌种的接种环迅速伸入平板内，划__________条平行线，盖上皿盖。注意不要划破培养基。
5.试管通过火焰，并塞上棉塞
火焰
冷却
三至五
7.灼烧接种环，待其冷却后，从第一区域划线的_______开始往第二区域内划线。重复以上操作，在三、四区域内划线。
末端
烧红
8.将平板_____放入培养箱中培养。

倒置
两区不可相连接
第一步灼烧接种环：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：为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种；
最后划线结束后仍要灼烧接种环：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。
1.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？
思考：
2.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。
3.在作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。
划线后 培养一段时间后
2.稀释涂布平板法
①菌液的梯度稀释：
②涂布平板操作：
(1)概念与原理：
聚集的微生物
单个细胞
菌液梯度稀释
菌落
涂布平板
(2)操作：
生长繁殖
①菌液的梯度稀释：
1.将分别盛有9mL水的6支试管灭菌，并按101~106的顺序编号。
2.用移液管吸取1mL培养的菌液，注入第二支试管中。用手指轻压移液管上的橡皮头，吹吸三次，使菌液与水充分混匀。
3.从101倍稀释的试管中吸取1mL稀释液，注入102倍稀释的试管中，重复第2步的操作。依次类推，直到完成最后一支试管的稀释。
注意：
移液管需要经过灭菌。操作时，试管口和移液管离火焰1~2cm处.
②涂布平板操作：
接种后的培养基
未接种培养基
（空白对照）
稀释103倍
稀释104倍
稀释105倍
放入37℃恒温箱中培养12h～24h
（3）培养
3.实验结果观察:
①未接种的培养基表面是否有菌落生长？
②菌落的形态、大小、颜色？
4.菌株的保存方法
固体斜面
（1）临时保藏：
试管固体斜面培养基上
4℃冰箱保存
（2）长期保存：
菌种易被污染、变异
甘油管藏
－20℃冷冻箱中
3～6个月，转移培养
1、下列关于配制培养基的有关叙述中，正确的是(　　)
A．制作固体培养基必须加入琼脂
B．一般常用的是固体培养基
C．氮源主要是为微生物提供能量
D．牛肉膏只为微生物提供氮元素
B
随堂练习
2．下列操作与消毒和灭菌无关的是(　　)
A．接种前用火焰灼烧接种环
B．接种前用酒精擦拭双手
C．将平板倒置，放入培养箱中培养
D．接种在酒精灯的火焰旁完成
C
3.制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的步骤是( )
A．计算、称量、倒平板、溶化、灭菌
B．计算、称量、溶化、倒平板、灭菌
C．计算、称量、溶化、灭菌、倒平板
D．计算、称量、灭菌、溶化、倒平板
C
专题二 微生物的培养与应用
课题二 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
上一节课我们已经学习了培养基的配制以及接种技术，现在我们就来学习如何从土壤中将我们需要的微生物进行分离。
土壤
微生物
导入新课
尿素是一种重要的农业氮肥，分子式为H2NCONH2，不能直接被农作物吸收。
土壤中的细菌将尿素分解成氨之后才能被植物利用。
原因:
土壤中的细菌分解尿素是因为它们能合成脲酶。
CO(NH2)2+H2O
脲酶
CO2+2NH3
你能想一想怎样能将分解尿素的细菌从土壤中分离出来吗？
想一想
（一）筛选菌株
耐热微生物
温泉
耐寒微生物
冰川
研究思路
分解石油的细菌
油田
筛选原则：
根据微生物对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。
实例：Taq DNA聚合酶的发现
DNA多聚酶链式反应是一种在体外将少量DNA大量复制的技术。此项技术的自动化，要求使用耐高温的DNA聚合酶，该去哪里寻找？
科学家是从水生耐热细菌 Taq中分离到耐高温的Taq DNA聚合酶的。
美国黄石国家公园的一个热泉
选择培养基
定义
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，叫做选择培养基。
选择培养基配方
葡萄糖
10.0g
尿素
1.0g
KH2PO4
1.4g
Na2HPO4
2.1g
MgSO4·7H2O
0.2g
琼脂
15.0g
蒸馏水
1000ml
在图中的培养基配方中，碳源和氮源分别是什么？
碳源——葡萄糖、尿素
氮源——尿素
1、显微镜直接计数：
利用血球计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。
不能区分死菌与活菌；
个体小的细菌在显微镜下难以观察；
缺点
（二）统计菌落的数目
2、稀释涂布平板法（活菌计数法）
原理：
当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。
恰当的稀释度是成功统计菌落数目的关键。
样品稀释培养示意图
①选 30?300 个菌落的平板统计。
②每个稀释度取3个平板取其平均值。
③统计的菌落往往比活菌的实际数目低。
计算公式：
每克样品中的菌落数＝(C÷V)×M
C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数，V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(ml)，
M代表稀释倍数。
是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响，提高实验结果的可信度。
（三）设置对照：
（1）设置对照的目的：
（2）对照实验：
指除了被测试的条件外，其他条件都相同的实验。
实验组：
对照组：设置对照 ---- 同等条件下，培养空白培养基。
菌落计数
配制土壤溶液
系列稀释
涂布平板与培养
实例：在做分解尿素的细菌的筛选与统计菌落数目的实验时，A同学从对应的106倍稀释的培养基中筛选出大约150个菌落，但是其他同学在同样的稀释度下只选择出大约50个菌落。分析其原因。
原因：
（1）土样不同
（2）培养基污染或操作失误(或者是混入了其他的含氮物质)
小结：通过这个事例可以看出，实验结果要有说服力，对照的设置是必不可少的。
方案一：由其他同学用与A同学相同土样进行实验。
方案二：将A同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养，作为空白对照，以证明培养基是否受到污染。
结果预测：
如果结果与A同学一致，则证明A无误；如果结果不同，则证明A同学存在操作失误或培养基的配制有问题。
菌落计数
配制土壤溶液
系列稀释
涂布平板
与培养
土壤中细菌分离与计数示意图
实验设计
（一）土壤取样
从富含有机物、潮湿、酸碱度适中的土壤中取样。铲去表层土3cm左右，取样，将样品装入事先准备好的信封中。
“微生物的天然培养基”
数量最大、种类最多
大约70%—90%是细菌
制备选择培养基（尿素为唯一氮源）
制备牛肉膏蛋白胨培养基
（对照作用）
思考？为什么还要制备牛肉膏蛋白胨培养基？
制备培养基
（二）样品的稀释
分离不同的微生物采用不同的稀释度
原因：不同微生物在土壤中含量不同
目的：保证获得菌落数在30～300之间、适于计数的平板
（1）测细菌数：一般用104、105、106稀释液
（2）测放线菌：一般用103、104、105稀释液
（3）测真菌数：一般用102、103、104稀释液
按浓度捆成一摞
恒温37℃培养
（三）微生物的培养与观察
培养不同微生物往往需要不同培养温度。
细菌：30～37℃培养1～2d
放线菌：25～28℃培养5～7d
霉菌：25～28℃的温度下培养3～4d。
1、在菌落计数时，每隔24h统计一次菌落数目。
选取菌落数目稳定时的记录作为结果，
这样以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目。
2、以“稳定菌落”为观察对象。
原因：不同种类的细菌形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一度的特征，
菌落特征可作为菌种鉴定的重要依据。
观察：
不同形态的菌落
不同形态的菌落
（一）培养物中是否有杂菌污染以及选择培养基是否筛选出菌落
对照的培养皿在培养过程中没有菌落生长，说明培养基没有被杂菌污染。牛肉膏培养基的菌落数目明显大于选择培养基的数目，说明选择培养基已筛选出一些菌落。
结果分析与评价
（二）样品的稀释操作是否成功
如果得到了2个或2个以上菌落数目在30～300的平板，则说明稀释操作比较成功，并能够进行菌落的计数。
（三）重复组的结果是否一致
如果学生选取的是同一种土样，统计的结果应该接近。如果结果相差太远，教师需要引导学生一起分析产生差异的原因。
操作提示
无菌操作
做好标记
规划时间
课题延伸
pH升高
指示剂（酚红）将变红
CO(NH2)2+H2O
脲酶
CO2+2NH3
研究思路
实验设计
筛选菌株
选择培养
筛选原则
统计菌落数目
操作提示
无菌操作
做好标记
选择培养基
定义
配方
目的
定义
土壤取样
配制培养基
制定计划
结果分析与评价
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
设置对照
微生物培养与观察
细菌的计数
课堂小结
1.能合成脲酶的微生物所需要的碳源和氮源分别是( )
A.CO2和N2 B.葡萄糖和NH3　　
C.CO2和尿素 D.葡萄糖和尿素
D
随堂练习
2．可以鉴定出分解尿素的细菌的方法是(　　)
A．以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂
B．以尿素为唯一氮源的培养基中加入二苯胺试剂
C．以尿素为唯一氮源的培养基中加入苏丹Ⅲ试剂
D．以尿素为唯一氮源的培养基中加入双缩脲试剂
A
3.产生标准形态菌落的细菌的最初数目和培养基分别是（ ???）
A．一个细菌、液体培养基?????????????????
B．许多细菌、液体培养基
C．一个细菌、固体培养基?????????????????
D．许多细菌、固体培养基
?
C
课题三 分解纤维素的微生物的分离
专题二 微生物的培养与应用
纤维素：
棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物
纤维素能被土壤中微生物分解利用，这是因为他们能够产生纤维素酶。
1.简述纤维素酶的种类及作用
2.从土壤中分离分解纤维素的微生物
课题目标
讨论：食草动物是怎样消化食物中纤维素的？
在草食性动物等的消化道内，也共生有分解纤维素的微生物，其原理也是产生纤维素酶而分解纤维素。
纤维素生物燃料：
最有希望替代石油的能源
科学家正致力于研究，怎样将农业废弃物，木材及生长更为迅速的草本植物，转化为种类繁多的生物燃料（甚至是航空燃料）
基础知识
1.纤维素
纤维素是以一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是地球上含量最丰富的多糖类物质。
2.纤维素酶
纤维素酶是一种复合酶，一般认为至少包括三组分，即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶
（一）纤维素和纤维素酶
纤维二糖
C1酶、Cx酶
葡萄糖苷酶
葡萄糖
纤维素
【思考】
实验分析：
对照组
实验组
实验说明：
纤维素酶可以分解纤维素
（二）纤维素分解菌的筛选
1.方法：
刚果红染色法
该方法通过颜色反应直接筛选
2.原理：
刚果红可以与纤维素形成______________,当纤维素被____________分解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的___________,可以通过_______________________来筛选纤维素分解菌。
红色复合物
纤维素酶
透明圈
是否产生透明圈
空白的刚果红培养基
纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明带
从功能上看，这是一种什么培养基？
鉴别培养基
实验设计
（一）实验流程
土壤取样
选择培养（可省略）
梯度稀释
将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上
挑选产生透明圈的菌落
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1、纤维素分解菌选择培养基属于______（固体、液体）培养基，原因是__________
【选择培养】
液体
没有添加琼脂
2、该培养基对微生物_____（具有，不具有）选择作用。如果具有，其选择机制是
____________________________________________________________________________
具有
以纤维素粉为唯一碳源，
能分解纤维素的微生物可以
大量繁殖；
若设置一个对照实验说明选择培养的作用，应控制的变量是将__________改为_________。
3、你能否设计一个对照实验，说明选择培养基的作用？
葡萄糖
纤维素粉
提示：自变量为培养基的种类，即普通培养基和选择培养基。可用牛肉膏蛋白胨培养基与之对照,或者将纤维素改为葡萄糖。
1、土壤取样
地点：富含纤维素的环境中
2、选择培养
目的：增加纤维素分解菌的浓度
选用的培养基：
液体选择培养基
可以设计一个牛肉膏蛋白胨培养基做对照试验
【操作步骤】
1、为什么要在富含纤维素的环境中找纤维素分解菌？
2、将滤纸埋在土壤中有什么作用？你认为滤纸应该埋进土壤多深？
人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境，使纤维素分解菌相对聚集。将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。
在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的含量相对提高。
【思考】
3、鉴别纤维素分解菌的培养基——刚果红培养基
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}染色法
优点
缺点
先培养微生物，再加入刚果红
倒平板时就加入刚果红
颜色反应基本是纤维素分解菌的作用
操作繁琐，刚果红可能会使菌落之间发生混乱
操作简便，不存在菌落混杂问题
产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈，有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈，与纤维素分解菌不易区分
两种方法的比较：
有可能刚果红染液把一个菌落的菌冲到另一个菌落里,这样的话菌落就可能不是单菌种了,挑菌摇菌的时候有可能得到混合菌
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在选择培养的条件下，可以使那些能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖，而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的作用。
【思考】为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？
选择纤维素丰富的环境，如树林中多年落叶形成的腐殖土，多年积累的枯枝败叶等等。
生物与环境的互相依存关系，在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的含量相对提高，因此从这种土壤中获得目的微生物的几率要高于普通环境
1、 取样的环境是怎样的，作出这种选择的理由是什么？
结果分析与评价
2.培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选出菌落？
对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明培养基制作合格。
如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。
3.分离的结果是否一致？
由于在土壤中细菌的数量远远高于真菌和放线菌的数量，因此最容易分离得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同，不同同学也可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。
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为了确定分离得到的是纤维素分解菌，还需要进行________________实验，纤维素酶的发酵方法有_______ 发酵和_______ 发酵。纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的_________ 含量进行定量测定。
发酵产纤维素酶
液体
固体
葡萄糖
课题延伸
分解纤维素的微生物的分离
纤维素酶
种类、作用
刚果红染色
筛选原理
实验设计
土壤取样
选择培养
涂布培养
纯化培养
前置染色法
后置染色法
富含纤维素土壤
增大分解菌含量
染色鉴别
分离出分解菌
课堂总结
操作提示
课题延伸
结果分析与评价
复习微生物技术
选择培养的操作方法
环境特点，取样理由
培养基是否合格，是否筛选出菌落
分离结果是否一致
发酵产纤维素酶实验鉴定
随堂练习
1.下列关于纤维素酶的说法，错误的是（ ）
A. 纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种
B. 纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖
C. 纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁
D. 葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖
D
2.利用刚果红染色法可以筛选出纤维素分解菌，下列说法错误的是（ ）
A. 刚果红能与纤维素形成红色复合物
B. 刚果红能与纤维二糖形成红色复合物
C. 刚果红不能与葡萄糖形成红色复合物
D. 若培养基上产生了透明圈，则说明已筛选出了纤维素分解菌
B
3.在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌，符合下列哪一生物学观点？（ ）
A.生物结构与功能相适应的观点
B.生物结构与功能整体性观点
C.生物与环境相适应的观点
D.生物发展进化的观点
C
4.从土壤中分离获得某种微生物的步骤是（ ）
①土壤取样 ②梯度稀释 ③选择培养
④菌悬液涂布平板 ⑤挑选出单个菌落
A. ①②③④⑤ B.①③②④⑤
C. ①②④③⑤ D.①④②③⑤
B
5.有关选择培养正确的叙述是（ ）
A.可以增加纤维素分解菌的浓度
B.可以减少纤维素分解菌的浓度
C.所用培养基是固体培养基
D.所用培养基是平板培养基
A