普通高中课程标准实验教科书——生物选修1[人教版]

课题1 微生物的实验室培养

★课题目标

（一）知识与技能

了解有关培养基的基础知识；掌握培养基的制备、高压蒸汽灭菌和平板划线法等基本操作技术

   （二）过程与方法

分析实验思路的确定和形成的原因，分析实验流程，对比前面的实验设计，归纳共性，分析差异，增加印象

（三）情感、态度与价值观

形成勇于实践、严谨求实的科学态度和科学精神

★课题重点无菌技术的操作

★课题难点 无菌技术的操作

★教学方法启发式教学

★教学工具 多媒体课件

★教学过程

（一）引入新课

在传统发酵技术的应用中，都利用了微生物的发酵作用，其中的微生物来自于制作过程中的自然感染。而在工业化生产中，为了提高发酵的质量，需要获得优良菌种，并保持发酵菌种的纯度。这就要涉及到微生物的培养、分离、鉴别等基本技术。现在我们开始学习微生物的培养和应用专题。

（二）进行新课

1．基础知识

1．1 培养基的种类包括 固体 培养基和 液体 培养基等。

〖思考1〗琼脂是从红藻中提取的 多糖 ，在配制培养基中用作为 凝固剂 。

【补充】培养基的类型及其应用：

1．2 培养基的化学成分包括 水 、 无机盐 、 碳源 、 氮源 四类营养成分。

〖思考2〗从细胞的化学元素组成来看，培养基中为什么都含有这些营养成分？

C、H、O、N、P、S是构成细胞原生质的基本元素，约占原生质总量的97％以上。

【补充】碳源：如CO2、糖类、脂肪酸等有机物，构成微生物的结构物质和分泌物，并提供能量。

氮源：如N2、氨盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨等，主要用来合成蛋白质、核酸及含氮代谢物等。含有C、H、O、N的化合物既可以作为碳源，又可以作为氮源，如氨基酸等。

1．3 培养基除满足微生物生长的 pH 、 特殊营养物质 和 氧气 等要求。

【补充】生长因子：某些微生物正常生长代谢过程中必须从培养基中吸收的微量有机小分子，如某些氨基酸、碱基、维生素等。

〖思考3〗牛肉膏和蛋白胨主要为微生物提供 糖 、 维生素 和 有机氮 等营养物质。

〖思考4〗培养乳酸杆菌时需要添加 维生素 ，培养霉菌时需要将培养基pH调节为 酸性 ，培养细菌时需要将pH调节为 中性或微碱性 。

活动2：阅读“无菌技术”，讨论回答下列问题：

1．4 获得纯净培养物的关键是 防止外来杂菌的入侵 。

1．5 无菌技术包括：

（1）对实验操作空间、操作者的衣着和手进行 清洁和消毒 ；

（2）将培养器皿、接种用具和培养基等器具进行 灭菌 ；

（3）为避免周围微生物污染，实验操作应在 酒精灯火焰附近 旁进行；

（4）避免已灭菌处理的材料用具与 周围物品 相接触。

1．6 比较消毒和灭菌（填表）

〖思考5〗无菌技术除了防止培养物被污染外，还具有的目的是 防止感染实验操作者 。

1．7 消毒方法：

（1）日常生活经常用到的是 煮沸 消毒法；

（2）对一些不耐高温的液体，则使用 巴氏 消毒法（作简要介绍）；

（3）对接种室、接种箱或超净工作台首先喷洒 石炭酸或煤酚皂 等溶液以增强消毒效果，然后使用 紫外线 进行物理消毒。

（4）实验操作者的双手使用 酒精 进行消毒；

（5）饮水水源用 氯气 进行消毒。

1．8灭菌方法：

（1）接种环、接种针、试管口等使用 灼烧 灭菌法；

（2）玻璃器皿、金属用具等使用 干热 灭菌法，所用器械是 干热灭菌箱 ；

（3）培养基、无菌水等使用 高压蒸汽 灭菌法，所用器械是 高压蒸汽灭菌锅 。

（4）表面灭菌和空气灭菌等使用 紫外线 灭菌法，所用器械是 紫外灯 。

〖思考6〗对接种环灭菌时要用酒精灯的 充分燃烧 层火焰灼烧可能伸入试管或培养皿的部位。

〖思考7〗利用干热灭菌箱对玻璃器皿灭菌时物品不能摆得太挤，目的是避免妨碍热空气流通。

〖思考8〗物品装入高压蒸汽灭菌锅灭菌后，要首先打开排气阀，煮沸并排除锅内冷空气，其目的是 有利于锅内温度升高 ；随后关闭排气阀继续加热，气压升至 100k Pa，温度为 121℃ ，并维持 15～30 min；最后切断热源，使温度自然降温，气压务必降至 零 时打开锅盖，其目的是防止 容器中的液体暴沸 。

【补充】培养基的配制原则：

①目的要明确：根据培养的微生物种类、培养的目的等确定培养基的类型和配制量。

②营养要协调：培养基中各种营养物质的浓度和比例要适宜。例如：碳氮比4∶1时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少；碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制而谷氨酸合成量大增。

③pH要适宜：细菌培养基pH中性或偏碱性，霉菌培养基呈酸性。

2．实验操作

2．1 计算：根据配方比例，计算100mL培养基各成分用量。

2．2 称量：准确称取各成分。称取牛肉膏和蛋白胨时动作要迅速，目的是防止牛肉膏吸收空气中水分。

2．3 溶化：①加水加热熔化牛肉膏；②加入蛋白胨和氯化钠继续加热；③加入琼脂；④用蒸馏水定容到100mL。整个过程不断用玻棒搅拌，目的是防止琼脂糊底而导致烧杯破裂。

2．4 调pH：用1mol/LNaOH溶液调节pH至偏碱性。

2．5 灭菌：将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加塞包扎后用高压蒸汽灭菌锅灭菌；所用培养皿用报纸包扎后用干热灭菌箱灭菌。

2．6 倒平板：待培养基冷却至50℃左右时在酒精灯火焰附近操作进行。

其过程是：

①在火焰旁右手拿锥形瓶，左手拔出棉塞；

②右手拿锥形瓶，使锥形瓶的瓶口迅速通过火焰；

③左手将培养皿打开一条缝隙，右手将培养基倒入培养皿，立刻盖上皿盖。

④待平板冷却凝固后，将平板倒过来放置。

〖思考1〗锥形瓶的瓶口通过火焰的目的是消灭瓶口的杂菌，防止杂菌感染培养基。

〖思考2〗倒平板的目的是防止培养基冷却过程中形成的水滴落到培养基表面。

〖思考3〗若皿盖和皿底之间粘有培养基，则该平板能否培养微生物？为什么？

不能。空气中杂菌会在这些粘附培养基上繁殖，并污染皿内培养基。

〖思考4〗配制斜面培养基中，试管要加塞棉塞的目的是保持通气并防止杂菌感染。

〖思考5〗试管培养基形成斜面的作用是增大接种面积。

2．7 接种

2．7．1微生物接种的最常用方法是平板划线法和稀释涂布法，另外还有穿刺接种和斜面接种等。

2．7．2平板划线法：通过接种环在琼脂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。其操作步骤是：

①将接种环在酒精灯火焰上灼烧直至烧红。

②在酒精灯火焰旁冷却接种环，并打开大肠杆菌的菌种试管的棉塞。

③将菌种试管口通过火焰达到消灭试管口杂菌的目的。

④将冷却的接种环伸入到菌液中取出一环菌种。

⑤将菌种试管口再次通过火焰后塞上棉塞。

⑥将皿盖打开一条缝隙，把接种环伸入平板内划3～5条平行线，盖上皿盖，不要划破培养基。

⑦灼烧接种环，冷却后从第一区划线末端开始向第二区域内划线。重复上述过程，完成三、四、五区域内划线。注意不要将第五区的划线与第一区划线相连。

⑧将平板倒置放在培养箱中培养。

〖思考6〗取菌种前灼烧接种环的目的是消灭接种环上的微生物；除第一次划线外，其余划线前都要灼烧接种环的目的是消灭接种环上残留菌种；取菌种和划线前都要求接种环冷却后进行，其目的是防止高温杀死菌种；最后灼烧接种环的目的是防止细菌污染环境和操作者。

〖思考7〗在第1次划线后都从上次划线末端开始的目的是获得由单个细菌形成的标准菌落。

2．7．3　稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，并将不同稀释度菌液分别涂布到琼脂固体培养基上进行培养。当稀释倍数足够高时，即可获得单个细菌形成的标准菌落。

2．7．4　系列稀释操作：

①取盛有9mL水的无菌试管6支，编号101、102、103、104、105、106。

②用灼烧冷却的移液管吸取1mL菌液注入编号为101试管中，并吹打3次，使之混匀。

③从101倍液中吸取1mL菌液注入到编号为102试管内吹打均匀，获得102倍液。依此类推。

〖思考8〗操作中试管口和移液管应在离火焰1～2cm处。整个操作过程中使用了1支移液管。

3．结果分析与评价

3．1　培养未接种培养基的作用是对照，若有菌落形成，说明培养基灭菌不彻底。

3．2　在肉汤培养基上，大肠杆菌菌落呈白色，为圆形，光滑有光泽，边缘整齐。

3．3　培养12h和24h后的菌落大小不同（相同、不同）；菌落分布位置相同（相同、不同）。原因是时间越长，菌落中细菌繁殖越多，菌落体积越大；菌落的位置不动，但菌落数增多。

〖思考9〗在某培养基上出现了3种特征不同的菌落，原因有培养基灭菌不彻底或杂菌感染等。

〖思考10〗频繁使用的菌种利用临时保藏法保存，长期保存菌种的方法是甘油管藏法。前者利用固体斜面培养基培养后，保存在4℃冰箱中，每3～6个月转种培养一次，缺点是保存时间较短，容易发生污染和变异；后者将菌种与无菌体积等量混合后保存在－20℃冷冻箱中。

（三）课堂总结、点评

（四）实例探究

例1．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

解析：不同的微生物，所需营养物质有较大差别，要针对微生物的具体情况分析。对于A、B选项，它的表达是不完整的。有的碳源只能是碳源，如二氧化碳；有的碳源可同时是氮源，如NH4HCO3；有的碳源同时是能源，如葡萄糖；有的碳源同时是氮源，也是能源，如蛋白胨。对于C选项，除水以外的无机物种类繁多，功能也多样。如二氧化碳，可作为自养型微生物的碳源；NaHC O3，可作为自养型微生物的碳源和无机盐；而NaCl则只能提供无机盐。对于D选项，无机氮源提供能量的情况还是存在的，如NH3可为硝化细菌提供能量和氮源。

答案：D

例2．下面对发酵工程中灭菌的理解不正确的是

A.防止杂菌污染 B.消灭杂菌

C.培养基和发酵设备都必须灭菌 D.灭菌必须在接种前

解析：灭菌是微生物发酵过程的一个重要环节。A说的是灭菌的目的，因为发酵所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程不能混入其他微生物（杂菌），所以是正确的；B是错误的，因为灭菌的目的是防止杂菌污染，但实际操作中不可能只消灭杂菌，而是消灭全部微生物。C是正确的，因为与发酵有关的所有设备和物质都要灭菌；发酵所用的微生物是灭菌后专门接种的，灭菌必须在接种前，如果接种后再灭菌就会把所接菌种也杀死。

答案：B

☆综合应用

例3．右表是某微生物培养基成分，请据此回答：

（1）右表培养基可培养的微生物类型

是 。

（2）若不慎将过量NaCl加入培养基中。

如不想浪费此培养基，可再加入 ，

用于培养 。

（3）若除去成分②，加入（CH2O），该培

养基可用于培养 。

（4）表中营养成分共有 类。

（5）不论何种培养基，在各种成分都溶化

后分装前，要进行的是 。

（6）右表中各成分重量确定的原则是 。

（7）若右表培养基用于菌种鉴定，应该增加的成分是 。

解析：对于一个培养基，它能培养何种微生物，要看它的化学成分。当然这只适用于合成培养基，如果是一个天然培养基就不能从培养基的成分上区分它是培养何种微生物的。分析化学成分要从营养物质的类型出发。右表中的营养物质有水、无机盐、氮源三类，缺乏碳源和特殊营养物质。对特殊营养物质，有的微生物是不需要的，但没有微生物是不需要碳源的。该培养基中没有碳源，说明培养的微生物是从空气中获得碳源的，即可培养的微生物就是自养型微生物了。该培养基中加入了过量食盐，就可以成为金黄色葡萄球菌鉴别培养基，但金黄色葡萄球菌是异养型微生物，这个培养基就还需要加入有机碳源。该培养基若加入（CH2O），培养基中就有了碳源，但除去成分②，却使培养基中没有了氮源，这时就只能用于培养固氮微生物了。对于菌种鉴定，往往用的是固体培养基，而表中没有凝固剂，需要加入常见的凝固剂——琼脂。

答案：⑴自养型微生物 ⑵含碳有机物 金黄色葡萄球菌 ⑶固氮微生物 ⑷3 ⑸调整pH ⑹依微生物的生长需要确定 ⑺琼脂（或凝固剂）

（五）巩固练习

1．不可能作为异养微生物碳源的是

A．牛肉膏 B．含碳有机物 C．石油 D．含碳无机物

2．根瘤菌能利用的营养物质的组别是

A．NH3，（CH2O），NaCl B．N2，（CH2O），CaCl2

C．铵盐，CO2，NaCl D．NO2，CO2，CaCl2

3．配制培养基的叙述中正确的是

A．制作固体培养基必须加入琼脂 B．加入青霉素可得到放线菌

C．培养自生固氮菌不需氮源 D．发酵工程一般用半固体培养基

4．自养型微生物与异养型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

5．下表是有关4种生物的能源、碳源、氮源和代谢类型的概述。其中正确的是( )

A．根瘤菌、谷氨酸棒状杆菌 B．硝化细菌、酵母菌

C．酵母菌、谷氨酸棒状杆菌 D．硝化细菌、根瘤菌

6．甲、乙、丙是三种微生物，下表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在Ⅲ种正常生长繁殖；甲能在Ⅰ中正常生长繁殖，而乙和丙都不能；乙能在Ⅱ中正常生长繁殖，甲、丙都不能。下列说法正确的是 （ ）

A、甲、乙、丙都是异养微生物

B、甲、乙、丙都是自养微生物、丙是异养微生物

C、甲是固氮微生物、乙是自养微生物、丙是异养微生物

D、甲是异养微生物、乙是固氮微生物、丙是自养微生物

7．微生物（除病毒外）需要从外界吸收营养物质并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是

A．乳酸菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的

B．微生物生长中不可缺少的一些微量的无机物称为生长因子

C．培养基中的营养物质浓度越高对微生物的增殖越有利

D．生长因子一般是酶或核酸的组成成分，微生物本身合成这些生长因子的能力往往不足。

8．某一种细菌株要从环境中提取现成的亮氨酸（20种氨基酸中的一种）才能生长，此菌株对链霉素敏感。实验者用诱变剂处理此菌株，想筛选出表中细菌菌株类型。根据实验年目的，选用的培养基类型是（　　）

　注：Ｌ—亮氨酸　　Ｓ—链霉素　　“＋”—加入　　“—”—不加入

　如：Ｌ—：不加亮氨酸　　Ｓ＋：加入链霉素

9．要将从土壤中提取的自生固氮菌与其他的细菌分离出来，应将它们接种在

A．加入氮源和杀菌剂的培养基上 B．不加入氮源和不加杀菌剂的培养基上

C．加入氮源，不加杀菌剂的培养基上 D．不含氮源和杀菌剂的培养基上

10．酵母菌培养液中常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制微生物的生长，原因是

A．碳源供应太充足 B．细胞会发生质壁分离

C．改变了酵母菌的pH值 D．葡萄糖不是酵母菌的原料

答案：DACAC CDBBB

★课余作业

１、收集生活中与微生物有关的实例，并通过所学知识对其进行解释

２、我们打针输液时，首先要用酒精擦拭针刺处，为什么？

★教学体会

本节课可以通过生产实例导入，使学生认识在微生物的培养过程中，保持培养物纯净的重要性。在课堂上可以跳出教材，充分发挥学生的主动性，让学生收集列举更多的生产生活中的实例，从中体会培养物纯净的重要性。当时由于微生物的微观性和危害性，一定要教育学生培养良好的卫生习惯。

★资料袋

微生物的特点

1.个体微小，结构简单

在形态上，个体微小，肉眼看不见，需用显微镜观察，细胞大小以微米和纳米计量。

2.繁殖快

生长繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代。

3.代谢类型多，活性强。

4.分布广泛

有高等生物的地方均有微生物生活，动植物不能生活的极端环境也有微生物存在。

5.数量多

在局部环境中数量众多，如每克土壤含微生物几千万至几亿个。

6.易变异

相对于高等生物而言，较容易发生变异。在所有生物类群中，已知微生物种类的数量仅次于被子植物和昆虫。微生物种内的遗传多样性非常丰富。

所以微生物是很好的研究对象，具有广泛的用途。

（完整版）微生物的实验室培养 （教案）