高中生物人教版 (2019)选择性必修3微生物的选择培养和计数教案及反思

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3微生物的选择培养和计数教案及反思，共12页。
1.解释选择培养基筛选微生物的原理。
2.土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
3.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。
4.尝试解决生产、生活中与微生物选择培养、计数等有关的实际问题。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）微生物选择培养的原理。
（2）土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
2.教学难点
（1）土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。
三、教学设计思路
教师采用课上课下相结合的方式，提前准备好教学工具，并在教学过程中充分利用视频，让学生在观看视频操作的同时进行同步思考，锻炼学生的实验设计能力，独立思考能力，提升科学探究能力
四、教学过程
【新课导入】
生物界中微生物数量繁多，种类庞杂，要想从中分离出需要的特定微生物并不容易，尤其当要分离的微生物在混合的菌群中不是优势种群时，仅通过一般的平板划线法或稀释涂布平板法很难实现，该怎么办呢？
那么，如何从众多的微生物中筛选出单一菌种？
【新课讲授】
（一）选择培养基
教师组织学生阅读教材第16页，并回答教师提出的问题：
1.筛选水生栖热菌的条件是什么？为什么这个条件能让水生栖热菌“脱颖而出”？
2.实验室中微生物筛选的基本原理？
通过分析得出水生栖热菌能适应高温环境，因此被筛选出来了。进而推理得出，在实验室中可以创造适应特定微生物生长的条件用于微生物的筛选
教师通过引导学生将自然环境对实验室中对微生物的筛选进行类比，从而领会选择培养基的概念和原理。
归纳梳理：
1.概念：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。
2.类型：
（1）利用改变培养条件进行选择培养。
70～80℃的高温→分离耐高温的水生栖热菌。
（2）利用添加某种化学物质进行选择培养。
加入青霉素→分离酵母菌、霉菌等真菌。
加高浓度食盐→金黄色葡萄球菌。
（3）利用营养缺陷进行选择培养。
不加碳源（含碳有机物）的培养基→分离出自养型微生物。
不加氮源的培养基→分离出固氮菌。
教师利用课件展示教材第16页的“思考·讨论”，并回答讨论中的问题：
尿素［CO(NH2)2］含氮量高，化学性质稳定，是现代农业生产中一种重要的氮肥。尿素施入土壤后，会被土壤中的某些细菌分解成NH3，再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。而这些细菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成脲酶，脲酶催化尿素分解产生NH3，NH3可以作为细菌生长的氮源。
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？
提示答案：设计一种选择培养基,用尿素作为唯一氮源，可以将分解尿素的细菌分离出来。
2.该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
提示答案：这种培养基与普通培养基相比，只是用尿素作为唯一氮源，培养基的其他营养成分基本相同。
展示选择培养基的配方，思考讨论，并回答讨论中的问题：
讨论：
1.从物理性质看两种培养基属于哪类？依据是什么？培养基的主要用途是什么？
答案提示：都属于固体培养基。依据是添加了凝固剂琼脂，且比例为1.5%-2%。培养基的主要用途是分离、鉴定、计数。
2.从用途上来讲，哪个属于选择培养基？将得到何种细菌？
答案提示：培养基二属于选择培养基；其可获得能分解尿素的微生物。
3.两种培养基中共有哪些成分？哪些作为碳源、氮源？
答案提示：
通过讨论选择培养基的配方的设计思路，培养学生的迁移应用知识的能力。
通过列表对选择培养基和鉴别培养基进行比较
二、微生物的选择培养
1.稀释涂布平板法
教师利用PPT展示稀释涂布平板法的操作过程，并让学生阅读教材第17页，自己总结稀释涂布平板法的概念。
稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。
注意：稀释度足够高时，能在培养基表面形成单个菌落。包括系列稀释（梯度稀释）和涂布平板两个步骤
基本操作：
（1）梯度稀释
（2）涂布平板
教师利用课件展示一个拓展知识“梯度稀释操作”
（1）将分别盛有9 mL水的6支试管灭菌，并按102～107的顺序编号。
（2）用移液管吸取1 mL锥形瓶中稀释10倍的菌液，注入102倍稀释的试管中。用手指轻压移液管的橡皮头，吹吸三次，使菌液与水充分混匀。
（3）从102倍稀释的试管中吸取1 mL稀释液，注入103倍稀释的试管中，重复第（2）步的混匀操作。依次类推，直至完成最后一支试管的操作。
通过拓展知识，让学生加深对实验过程的理解。
实验操作流程
①铲取土样，将样品装入纸袋中。
②将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀，制成菌液。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。
③取0.1 mL菌液，滴加到培养基表面。
④将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中。
⑤将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布。
⑥用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀，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。
最后教师让学生尝试完成“平板划线法和稀释涂布平板法的比较”的表格，然后教师给出正确答案。
（三）微生物的数量测定
教师让学生阅读教材第18-19页的内容，组织学生自己总结稀释涂布平板法计数的原理
并小组讨论统计菌落数目的方法，在课件中展示并提问：
1.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.通过此方法统计的细菌数目与它实际的数目相同吗？
知识梳理：
1.间接计数法——稀释涂布平板法
稀释涂布平板法除可以用于分离微生物外，也常用来统计样品中活菌的数目。
（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
①一般选择菌落数为30～300的平板计数。
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。（分析实验结果时，要考虑重复组结果是否接近，如果相差太大，意味着操作有误，需重新实验）
③统计的菌落往往比活菌的实际数目低；（当两个或多个细胞连在一起时，繁殖后形成的还是一个菌落）
④统计的结果一般用菌落数而不是活菌数来表示；
⑤适当的稀释度、涂布是否均匀是成功统计菌落数目的关键。
恰当的稀释度、涂布是否均匀是成功统计菌落数目的关键。
（3）计算公式：每g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。
2.直接计数法——显微镜直接计数
是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。
（1）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，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。
细菌计数板可对细菌等较小的细胞进行观察和计数，血细胞计数板常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的观察和计数。酵母菌是属于真核生物，可以用血细胞计数板对其进行种群数量的计数。血细胞计数板只适用于真核细胞的计数。要对细菌（原核细胞）进行计数则需要细菌计数板。
提问：血细胞计数板和细菌计数板有没有区别？
它们的区别就是计数室的高度不同，细菌计数板计数室的高度是0.02 mm2。
故细菌计数板计数细菌的计算是：
（2）缺点：
①统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和，不能区分死菌与活菌。
②个体小的细菌在显微镜下难以观察。
教师组织学生小组尝试设计“土壤中红分解尿素的细菌的分离与计数”的实验过程，在设计结束后各个小组进行交流补充，然后教师利用课件展示“土壤中红分解尿素的细菌的分离与计数”的实验视频，并在课件中展示提示的实验设计流程，学生在老师给的流程中找出自己设计的优缺点，并进行反思总结。
【提出问题】
土壤中含有能分解尿素的细菌，我们如何分离它们？每克土壤样品究竟含有多少这样的细菌？
【做出假设】
利用以尿素作为唯一碳源的选择培养基，可以分离。
【实验设计】
（1）实验思路
（2）预测实验
【进行实验】
（1）实验目的
①从土壤中分离出能够分解尿素的细菌。
②统计每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌。
（2）实验原理
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分解尿素，利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分离尿素的细菌。常见的分解尿素的微生物：芽孢杆菌、小球菌、棒状杆菌等细菌，某些真菌和放线菌也能分解尿素。
（3）实验步骤
①培养基的制备
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
②土壤取样
A.取样地点要求：酸碱度接近中性的潮湿土壤。细菌适宜在该环境中生长。
B.取样过程：铲去表层土（一般3 cm左右）。细菌绝大部分分布在距地表3～8 cm的土壤层。
注意事项：取土样时用的铁铲和取样袋在使用前都需要灭菌。操作完成后，一定要洗手。
③样品的稀释与涂布平板
不同微生物在土壤中含量不同，分离不同的微生物采用不同的稀释度，以保证获得菌落数在30～300之间适于计数的平板。为保证获得菌落数为_____30～300_____的平板进行计数，可将细菌稀释倍数为1×103～1×107的稀释液分别涂布到平板上培养。
④微生物的培养与观察
A.培养条件：不同种类的微生物，往往需要不同的培养温度和培养时间。细菌一般在30～37℃的温度下培养1～2 d。
B.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。防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目。
C.一般来说，在相同的培养条件下，同种微生物表现出稳定的菌落特征，如形状、大小和颜色等。
通过观看视频和设计实验流程，教师对学生进行提问：
【结果分析与评价】
1.培养基是否有杂菌污染？如何证明培养基未被污染？如果有杂菌污染，造成污染的原因可能是什么？
提示：如果没有接种的培养基上没有菌落生长，说明培养基没有被杂菌污染。如果接种后的完全培养基上的菌落数明显多于选择培养基上的菌落数，说明选择培养基筛选出了一些尿素分解菌。
2.选择多大的稀释范围进行涂布平板操作？该稀释范围是如何确定的？
测细菌数：一般用104、105、106稀释液。
测放线菌：一般用103、104、105稀释液。
测真菌数：一般用102、103、104稀释液。
选用稀释范围更大的稀释液进行平板培养；例如可以将1×103-1×107倍稀释的稀释液分别涂布平板上培养，以保证能从中选择出菌落数为30-300的平板进行计算。
3.在每个稀释倍数下，涂布了几个平板用于计数？为什么？
每个浓度至少设置4个平板，1、2、3平板是选择培养基（实验组，三个重复），4为牛肉膏蛋白胨培养基（用以判断选择培养基是否具有选择作用）；整个实验还要设置2个平板：不涂布稀释液的选择培养基和牛肉膏蛋白胨培养基，以验证培养基中是否含有杂菌。
4.你是否获得了某一稀释度下菌落数为30~300的平板？在这一稀释度下，是否至少有2个平板的菌落数接近？
提示：如果得到了两个或多个菌落数为30～300的平板，说明稀释度合适，操作比较成功，能够进行菌落的计数。
5.你统计的每克土样中能分解尿素的细菌的菌落数是多少？与其他同学统计的结果接近吗？如果差异很大，可能是什么原因引起的？
提示：如果是用同一土样进行的操作，数据应该比较接近。如果差异很大，就需要从操作是否规范、培养基配制是否合理等方面查找原因。
学生小组之间互相讨论并回答问题。
通过自己设计方案和回答问题，锻炼学生的实验设计能力，提升科学探究能力。
【进一步探究】
本活动只是初步筛选了能分解尿素的细菌,对分离的菌种进行鉴定还需要借助生物化学的方法。你可以查阅相关资料,进一步设计实验来鉴定自己分离的菌种。
（1）原理：
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细菌。
（2）方法
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：
①液体培养基可以直接看液体的变色情况；
②固体培养基上可以观察菌落周围是否出现红色环带，红色环带直径与菌落直径比值越大，说明分解能力越强。
（3）土壤中分解尿素的细菌的鉴定
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。
五、板书设计
1.2.2 微生物的选择培养与计数
一、选择培养基
1.概念 2.类型
二、微生物的选择培养
1.稀释涂布平板法 2.实验操作流程
三、微生物的数量测定
1.间接计数法——稀释涂布平板法
2.直接计数法——显微镜直接计数
探究•实践：土壤中分解尿素的细菌的分离和计数