生物人教版 (2019)微生物的选择培养和计数学案设计

这是一份生物人教版 (2019)微生物的选择培养和计数学案设计，共13页。学案主要包含了选择培养基，微生物的选择培养，微生物的数量测定等内容，欢迎下载使用。
二 微生物的选择培养和计数
学习目标
1.运用生物与环境相适应的观点，分析不同培养基对特定微生物的选择机制，解释培养基配方设计的科学依据。（生命观念）
2.通过应用稀释涂布平板法和显微镜直接计数法，设计从土壤样本中分离和计数分解尿素的细菌的实验方案，提升科学探究能力与创新意识。（科学思维、科学探究）
3.通过实施设计的方案，运用无菌操作技术和微生物分离、培养的方法初步分离出目标菌。（科学思维、科学探究）
4.通过运用所学知识解决生产、生活中与微生物选择培养、计数等有关的实际问题。 （社会责任）
自主预习
一、选择培养基
1.实例:寻找耐高温的DNA聚合酶
筛选原因:水生栖热菌能在 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.实验室中微生物的筛选
人为提供 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。
在微生物学中,将允许 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,称为 。
二、微生物的选择培养
1.思考：分离土壤中分解尿素的细菌的原理是什么？
2.稀释涂布平板法:将菌液进行一系列 稀释,然后将不同稀释度的菌液分别涂布到 的 ,进行培养。
3.菌种培养与观察
待涂布的菌液被培养基吸收后,将平板 ,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 。
4.思考：如果要分离一种耐盐菌种，你会如何设计选择培养基？需要设置怎样的对照组来验证培养基的选择性？
三、微生物的数量测定
1.稀释涂布平板法:统计结果一般用 而不是用 来表示。
一般统计的菌落数比活菌的实际数目 ,因为当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是 。
2.显微镜直接计数法:是一种常用的、 的测定微生物数量的方法。
统计的结果一般是 和 的总和。
3.思考：两种统计方法各自存在怎样的不足？
四、探究实践——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
阅读教材P18~19土壤中分解尿素的细菌的分离与计数，简要写出实验设计。
1.提出问题：
2.作出假设：
3.实验步骤：
课堂探究
任务一、选择培养基
资料：尿素施入土壤后，会被某些细菌分解成NH3，再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。这些细菌能合成脲酶，脲酶催化尿素分解产生NH3，再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。通常1 g土壤中有几亿到几百亿个土壤微生物，其中细菌的数量最多，能分解尿素的细菌只是其中的一部分。
结合材料思考回答问题。
1.如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？
2.该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
3.怎么证明一个选择培养基具有选择性呢？
【归纳总结】
1.选择培养基的概念
2.选择培养基的类型
【迁移应用】反刍动物，如牛和羊，具有特殊的器官——瘤胃。在瘤胃中生活着多种微生物，其中许多微生物能分解尿素。请你设计一个实验，从瘤胃中分离出能够分解尿素的微生物。
任务二、微生物的选择培养与数量测定
土壤中含有能分解尿素的细菌，每克土壤样品中含有多少这样的细菌？下图A、B分别是平板划线法和稀释涂布平板法获得的平板，请结合教材P17~18相关内容，回答下列问题。
1.平板划线法能否达到对细菌进行计数的目的？为什么？与平板划线法相比，为什么稀释涂布平板法可以用于细菌的计数？
2.通过稀释涂布平板法统计的菌落数目与它的实际数目相同吗？为什么？
3.为了保证稀释涂布平板法的计数准确，一般选择怎样的计数标准？
【归纳总结】
1.两种纯化方法的比较
2.请完善表格中稀释涂布平板法和显微镜直接计数法的比较。
【迁移应用】
两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。从对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果。
①甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230。
②乙同学在该浓度下涂布了A、B、C三个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学以这三个平板上菌落数的平均值163作为统计结果。
你认为这两位同学的做法正确吗？如果有问题，错在哪？ 如何改进？
任务三、探究实践——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.结合教材P18~19实验内容，小组合作，对预习内容中设计的“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”的探究方案进行修订与完善。
2.结合实验过程，回答下列问题。
（1）测定土壤中细菌的总量和能分解尿素的细菌的数量，选用的稀释范围相同吗？
（2）在初次实验中，对于稀释的范围没有把握，怎样做才能保证从中选择出菌落数为30～300的平板进行计数？
（3）本实验中培养基的制备是怎样的？
（4）利用尿素作为唯一氮源的培养基分离出的微生物都是能分解尿素的微生物吗？并说明理由。
3.实验操作：结合实验方案，以小组为单位，选择合适的实验材料在超净工作台上开展实验，并将平板置于恒温培养箱中培养。
实验目的及要求：
①进行规范的无菌操作；
②学会通过稀释涂布平板法完成分解尿素的细菌的分离与计数；
③注意酒精灯的安全使用。
【拓展延伸】
资料：细菌合成的脲酶将尿素分解为氨，氨会使培养基的碱性增强，pH升高，因此可以通过检测培养基pH的变化来判断是否发生了该化学反应，进而判断该菌是否为尿素分解菌。
思考：依据以上原理，如何对分离得到的微生物是不是分解尿素的细菌作进一步鉴定？
【迁移应用】如何将实验室中学到的分离尿素分解菌的方法应用到农业生产中，提升化肥的利用率？
【课堂小结】
请以概念图的形式总结本节课的主要内容。
1.研究人员利用无机盐、琼脂和石油配制培养基，欲培养出石油降解菌，以修复被石油污染的土壤。下列相关叙述，错误的是( )
A.这种培养基是一种选择培养基
B.这种培养基的唯一碳源是石油
C.能在该培养基上生长的微生物可能是石油降解菌
D.石油降解菌在未被石油污染的土壤中含量较高
2.下列关于统计菌落数目的方法的叙述，错误的是( )
A.采用稀释涂布平板法统计的菌落数往往少于实际的活菌数目
B.当样品的稀释度足够高时，一个活菌会形成一个菌落
C.为了保证结果准确，一般选用密度较大的平板进行计数
D.显微镜直接计数法也是测定微生物数量的常用方法
3.（不定项）在做“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”的实验时，甲同学从对应稀释倍数为106的培养基上筛选出大约150个菌落，而其他同学只筛选出大约50个菌落。下列有关叙述正确的是（ ）
A.甲同学出现这种结果的原因可能是土样不同，也可能是操作过程出了问题
B.将甲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，可以证明培养基是否受到污染
C.让其他同学用与甲同学一样的土壤进行实验，如果结果与甲同学一致，则可以证明甲同学操作无误
D.B、C选项的实验思路都遵循了实验的对照原则
4.某种广泛被使用的除草剂(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，培养后菌落数分别为155、160、176、149个，则每毫升原土壤样液中上述微生物数量为 个。
参考答案
自主预习
一、1.70~80 ℃ 2.有利于 特定 选择培养基
二、1.某些细菌能合成脲酶催化尿素的分解用于自身生长，利用以尿素作唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。
2.梯度 琼脂固体培养基 表面
3.倒置 单菌落
4. 在完全培养基中加入高浓度的氯化钠（NaCl），例如15%~20%。高盐环境可以抑制大多数不耐盐的微生物生长，而耐盐菌则能在这种环境下生存。
完全培养基对照组：设置一个不含高盐的普通完全培养基作为对照。如果完全培养基上菌落数明显多于选择培养基，则说明选择培养基具有选择性。
三、1.菌落数 活菌数 少 一个菌落
2.快速直观 活菌数 死菌数
3.显微镜直接计数法：不能区分死菌与活菌；稀释涂布平板法：操作较复杂且有一定误差。
四、1.（1）土壤中含有能分解尿素的细菌，我们如何分离它们？
（2）每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌？
2.利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以分离土壤中分解尿素的细菌。
3. (1)土壤取样；(2)选择培养基的制备；(3)样品稀释与涂布平板；(4)微生物的培养与观察。
课堂探究
任务一、选择培养基
1.在选择培养基中以尿素作为唯一氮源，只有能合成脲酶的细菌才能生长、发育、繁殖。
2.除以尿素作为唯一氮源外，该培养基的其他营养成分与普通培养基基本相同。
3.应该设置基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）或完全培养基作为对照，若对照培养基中生长的菌落数多于该选择培养基，则该选择培养基具有选择性。
【归纳总结】
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，称为选择培养基。
【迁移应用】
设计一种选择培养基，以尿素作为唯一氮源，可以将能分解尿素的细菌分离出来。由于瘤胃中的微生物多为厌氧细菌，接触空气后便会死亡，因此分离其中能分解尿素的微生物除了需要准备选择培养基，还应该参照厌氧细菌的培养方法进行实验设计。
任务二、微生物的选择培养和数量测定
1.不能；平板划线法最开始的划线很可能菌类会长成一片，导致无法计数，此外灼烧接种环的时候也会杀死一部分菌类。
利用稀释涂布平板法在合适的稀释倍数下，均匀涂布得到的菌落互不接触，可以确定菌落的数目，再通过计算可以得知原液的菌落数。
2.不相同，统计的菌落数往往比活菌实际数目少。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。
3.①一般选择菌落数为30~300的平板进行计数。
②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。
【归纳总结】
1.接种环 涂布器 ①分离纯化菌种，获得单菌落；②用于计数
2.显微镜、血细胞计数板或细菌计数板等 培养基上的菌落数 死菌、活菌都计数在内
【迁移应用】
均不正确。
甲：没有进行重复实验（至少涂布3个平板）。为增加实验的说服力与准确性，应设置重复实验，在同一稀释度下至少涂布3个平板，统计结果后计算平均值。
乙：其中一个平板计数结果与其他两个相差太大，操作过程可能出现了错误。微生物计数时，如果实验中出现重复实验的结果差别很大的情况，应分析实验过程中可能的影响因素，找出差异的原因，而不能简单地将结果舍弃后进行计数。
任务三、探究实践——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.略
2.（1）不同微生物在土壤中的含量不同，分离不同的微生物采用不同的稀释度，以保证获得菌落数为30～300的适于计数的平板。
（2）在初次实验中，对于稀释的范围没有把握，应选择一个比较宽的范围， 1×103 ~1×107倍稀释的稀释液分别涂布到平板上培养，以保证能从中选择出菌落数为30～300的平板进行计数。
（3）实验组:以尿素为唯一氮源的培养基。对照组:牛肉膏蛋白胨培养基。
（4）不一定；因为有些微生物可以利用能分解尿素的细菌的代谢物进行生长繁殖。
【拓展延伸】
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，说明该细菌能够分解尿素。
【迁移应用】
1.筛选高效尿素分解菌
在实验室中，通过选择培养基（以尿素为唯一氮源）分离出能够分解尿素的细菌。这些菌株可以进一步筛选和鉴定，选出分解尿素能力最强的菌株用于农业生产。
2.制备微生物菌剂
将筛选出的高效尿素分解菌制成微生物菌剂。这种菌剂可以与尿素肥料混合后施用于农田。研究表明，配施微生物菌剂可以显著提高氮素利用率。
3.优化施肥方式
在农业生产中，将尿素分解菌与尿素肥料结合使用，可以优化施肥效果。例如，通过深施尿素并配合菌剂，可以减少氮素的挥发和流失，提高氮肥利用率。此外，分次施肥也可以进一步提高肥料利用效率。
当堂训练
1.D 【解析】 题目中提到使用石油作为培养基的一部分，且目的是培养石油降解菌，因此石油是唯一的碳源，B正确。由于石油是唯一的碳源，只有能够利用石油作为碳源的微生物（即石油降解菌）才能在这种培养基上生长，C正确。石油降解菌通常在被石油污染的土壤中含量较高，因为这些细菌适应了石油作为碳源的环境，D错误。
2.C 【解析】 由于两个或多个细胞连在一起时，在平板上只观察到一个菌落，因此采用稀释涂布平板法统计的菌落数目往往少于实际的活菌数目，A正确；当样品的稀释度足够高时，一个活菌会形成一个菌落，B正确；为了保证结果准确，一般采用菌落数为30~300的平板进行计数，C错误；显微镜直接计数法也是测定微生物数量的常用方法，D正确。
3.ABC 【解析】甲同学获得的菌落数远大于其他同学，可能是由于所取的土样不同，也可能操作过程被污染，A正确；污染可能是由于培养基灭菌不彻底，或操作过程没有保证无菌操作，将甲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，可以证明培养基是否受到污染，B正确；若是土样不同造成的，让其他同学用与甲同学一样的土壤进行实验，如果结果与甲同学一致，则可以证明甲同学操作正确，C正确； B选项的实验思路遵循了实验的对照原则，C选项的实验思路遵循了实验的重复性原则，D错误。
4.(1)稀释 (2)以该除草剂为唯一氮源的固体培养基 前 高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法) (3)N2 (4)稀释涂布平板法 1.6×109
【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法。
(3)根据题中信息“该除草剂的培养基不透明”,可知无透明带菌落利用的氮源并不是除草剂，而是空气中的氮气，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个，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。
类型
条件
分离得到的菌种
改变培养条件
70～80 ℃的高温
水生栖热菌
添加某种化学物质
加入青霉素
酵母菌、霉菌等真菌
高浓度食盐
金黄色葡萄球菌
特殊碳源、氮源
石油是唯一碳源
能消除石油污染的微生物
营养缺陷
不加碳源
自养型微生物
不加氮源
固氮菌
项目
平板划线法
稀释涂布平板法
主要步骤
接种环在固体培养基表面连续划线
等比稀释操作和涂布平板操作
接种工具


单菌落的获得
从最后划线的区域挑取
稀释度合适，整个平板上都可找到单菌落
用途
分离纯化菌种，获得单菌落


菌落分布
共同点
都能将微生物分散到固体培养基表面，以获得单细胞菌落，达到分离纯化微生物的目的，也可用于观察菌落特征
项目
稀释涂布平板法
显微镜直接计数法
主要用具
培养基等

计数依据

菌株本身
优点
计数的都是活菌
计数方便，操作简单
缺点
操作复杂，有一定误差