2024届高考生物一轮复习第十二单元发酵工程第2讲微生物的培养与应用课件

这是一份2024届高考生物一轮复习第十二单元发酵工程第2讲微生物的培养与应用课件，共47页。PPT课件主要包含了自主学习·巩固基础，无机盐，液体培养基，鉴别培养基，无菌技术，巴氏消毒法，干热灭菌，湿热灭菌，外来杂菌，培养基等内容，欢迎下载使用。
知识点一　微生物的实验室培养[自主学习]1.培养基
3.酵母菌的纯培养(1)纯培养：在微生物学中，将接种于__________内，在合适条件下形成的________________的群体称为培养物。由________________所获得的微生物群体称为纯培养物，获得______________的过程就是纯培养。 
[自主检测]1.思考判断(1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，有时还需要加入一些特殊的物质。(　　)(2)倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上。(　　)(3)消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害。(　　)(4)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落。(　　)(5)平板划线法中每一次划线后要将接种环灼烧。(　　)
2.深挖教材(1)无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么目的?_______________________________________________。 (2)微生物的接种方法只有平板划线法和稀释涂布平板法吗?微生物接种的核心是什么?______________________________________________________________________________________________________________。 
提示：还能有效避免操作者自身被微生物感染
提示：不是。微生物的接种技术还包括斜面接种，穿刺接种等方法。其核心是防止杂菌污染，保证培养物的纯度
知识点二　土壤中分解尿素的细菌的分离[自主学习]
[自主检测]1.思考判断(1)选择培养基可以鉴定某种微生物的种类。(　　)(2)从物理性质的角度看，选择培养基多属于液体培养基。(　　)(3)只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。(　　)(4)筛选能分解尿素的细菌所利用的培养基中，尿素是唯一的氮源。( 　)(5)分解尿素的细菌在分解尿素时，能将尿素转化为氨，使得培养基的pH降低。(　　)(6)在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，若指示剂变蓝，则说明筛选到分解尿素的细菌。(　　)
2.深挖教材(1)想一想，如何根据平板上的菌落数推测出每克样品中的菌落数?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)细菌数目的测定还有哪些方法?举例说明：________________________________________________________。 
提示：统计某一稀释度下平板上的菌落数，最好能统计3个平板，计算出平板上的菌落数的平均值，然后按公式每克样品中的菌落数＝(C÷V)×M进行计算
提示：滤膜法。测定饮用水中大肠杆菌的数目可以采用滤膜法
重点一 微生物的实验室培养[深度讲解]1.培养基中的营养成分培养基一般都含有水、无机盐、碳源和氮源等营养物质，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。
2.培养基的种类及应用
3.平板划线法和稀释涂布平板法的比较
[考向预测](一)考查微生物的营养成分(素养目标：生命观念)1.(2022年广东深圳期末)为了检测牛奶中是否含有某种微生物，配制的培养基的配方如下，请分析回答下列问题(注：伊红—亚甲蓝是由两种染色剂组成的细胞染料)：
(1)根据配方，该培养基可用来培养______________(填“细菌”“霉菌”或“细菌与霉菌”)，其所含氮源的功能主要是________________________________________。 (2)该微生物在同化作用上的代谢类型是______型，其在培养基上产生的单个菌落在生态学中被称为____________________。 (3)接种好的培养皿在恒温箱中培养时要倒置，目的是_____________________________________________________________。
用于合成蛋白质、核酸　
防止冷凝水滴落在培养基上；避免水分过快蒸发　
(4)有同学为统计消毒后的牛奶中该微生物的含量，取5 mL牛奶样液进行了下图操作，每个平板中统计的菌落数分别为87、83、85，则经过消毒后的牛奶中该微生物的含量大约是_________________个·mL－1。用该方法统计样本菌落数时________(填“需要”或“不需要”)设置空白对照组，目的是 ___________________________________。 
用于判断培养基是否被污染
85 000(或8.5×104)　
【解析】(4)由图可知，牛奶样液稀释了103倍，则消毒后牛奶中每毫升含细菌数为(87+83+85)÷3÷1×103＝8.5×104(个)。统计样本菌落数的该方法叫稀释涂布平板法，统计样本菌落时，需要设置空白对照组，目的是用于判断培养基是否被污染。
(二)考查微生物的纯培养(素养目标：生命观念)2.某兴趣小组试图从土壤中分离某种细菌，流程图如图所示。如表所示配方的培养基可筛选某种细菌，该细菌可以在该培养基上生长，进而形成菌落。回答下列问题：
(1)该培养基可筛选的细菌是_______________，判断的依据是______________________________。(2)如果从土壤中获取的样本含该细菌的数量较少，需要对样本中的细菌进行扩大培养，请判断能否用表格中的培养基来扩大培养?________(填“能”或“不能”)，理由是________________________________________________________________________________________________。 (3)如果需要对该细菌进行计数，则应用_______________法接种。接种尿素分解菌后的培养基需要倒置培养，原因是_______________________________________________。 
培养基中尿素是唯一的氮源　
扩大培养应该用液体培养基，表格中配方含有琼脂，是固体培养基　
防止培养皿盖上的水滴落造成培养基的污染　
(4)从第二次稀释开始，分别取1 mL菌液加入______mL无菌水逐步稀释10倍后，三个培养皿中分别形成了54、46、50个菌落，则1 g土壤样本中的活菌为________个。 (5)为了确定该细菌确实属于所要分离的细菌，需要在培养基中加入________指示剂。培养该细菌后，因pH升高，指示剂将变红。 
【解析】(1)根据题中表格可知，该培养基中只有尿素一种氮源，因此该培养基可以用于筛选能分解尿素的细菌。(2)该培养基是固体培养基，而菌种的扩大培养需要用液体培养基，所以该培养基不能用来扩大培养尿素分解菌。(3)微生物接种的常用方法有平板划线法和稀释涂布平板法，其中稀释涂布平板法可以对微生物进行计数。接种分解尿素的细菌后的培养基需要倒置培养，可以防止培养皿盖上凝结的水珠落入培养基中造成污染。(4)对培养液进行稀释时，应取1 mL菌液加入9 mL无菌水中，即稀释10倍，如题图所示，1 g土壤样本共稀释106倍，三个培养皿中分别形成了54个、46个、50个菌落，则1 g土壤样本中约有分解尿素的细菌数量为(54+46+50)÷3×106＝5×107个。
重点二 微生物的分离与计数[深度讲解]1.分离和鉴定分解尿素的细菌的方法
2.选择培养基四种常见制备方法或实例(1)加入某些特定的物质(前提是培养基具备全部营养成分)。
(2)改变培养基的营养成分。
(3)利用培养基的特定化学成分分离。
(4)通过某些特殊环境分离。
3.统计菌落数目的方法(1)显微镜直接计数法。①原理：利用特定细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定体积的样品中微生物的数量。②缺点：不能区分死菌与活菌。
(2)间接计数法(活菌计数法)。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操作：a.设置重复组，增强实验的说服力及准确性。b.为了保证结果准确，一般选择菌落数在30~300的平板进行计数。
③计算公式：每克样品中的菌株数＝(C÷V)×M，其中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。注意：统计的菌落数往往比活菌的实际数目小。这是因为当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。
[考向预测]微生物筛选的基本过程(素养目标：科学探究)苯酚(C6H5OH)是重要的化工原料，被广泛应用于工业生产中，易形成污染，具有致癌、致畸和致突变作用。苯酚降解菌能分解工业废水中的苯酚。自然界中能分解苯酚的微生物有几百种，多为细菌、放线菌等。分离和纯化高效降解苯酚的微生物的实验流程如图1所示：
请回答下列问题：(1)在制作苯酚降解菌的富集培养基和平板分离培养基时，培养基中应以________为唯一碳源，后者除基本营养成分外，还应添加__________(物质)，然后用___________________________(方法)对培养基进行灭菌。 (2)用平板划线法分离得到的单个菌落大小、颜色、隆起度等不完全一致的原因是_____________________________________________________________________________________。 
高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法)　
工业废水中能降解苯酚的微生物有多种，不同种类的微生物在平板上形成的菌落特征不同　
(3)对分离得到的某株苯酚降解菌进行菌株生长及苯酚降解实验，结果如图2所示。实验结果表明此菌株适于降解的苯酚浓度为________g/L，判断依据是____________________________________________________________。 
此苯酚浓度下菌体繁殖快(或菌体数量最多)，且苯酚的降解率高
1.(2022年广东卷)研究深海独特的生态环境对于开发海洋资源具有重要意义。在“科学号”考察船对中国南海科考中，中国科学家采集了某海域1 146米深海冷泉附近沉积物样品，分离、鉴定得到新的微生物菌株并进一步研究了其生物学特性。
回答下列问题：(1)研究者先制备富集培养基，然后采用________________法灭菌，冷却后再接入沉积物样品，28 ℃厌氧培养一段时间后，获得了含拟杆菌的混合培养物，为了获得纯种培养物，除了稀释涂布平板法，还可采用________________法。据图分析，拟杆菌新菌株在以_________为碳源时生长状况最好。 (2)研究发现，将采集的样品置于各种培养基中培养，仍有很多微生物不能被分离筛选出来，推测其原因可能是_____________________________________________________________________________________________________(答一点即可)。 
某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)　
(3)藻类细胞解体后产生的难降解多糖物质，通常会聚集形成碎屑沉降到深海底部。从生态系统组成成分的角度考虑，拟杆菌对深海生态系统碳循环的作用可能是________________________________________________________________________________________________________。 (4)深海冷泉环境特殊，推测此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能还有________________。 
拟杆菌作为分解者，将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物，归还到无机环境中，有利于碳循环的顺利进行
【解析】(1)培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。可以采用稀释涂布平板法或平板划线法，将单个微生物分散在固体培养基上，经过培养得到单菌落，从而获得纯净培养物。分析题图可知，在以纤维素为碳源的培养基中，细胞数量最多，可推知拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好。(2)深海冷泉中可能存在某些微生物，只有利用冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)，故将采集的样品置于各种培养基中培养，仍有很多微生物不能被分离筛选出来。(3)拟杆菌为异养生物，作为该生态系统的分解者，能将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物，归还到无机环境中，有利于碳循环的顺利进行。(4)深海冷泉温度较低，故生活在其中的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，应具有耐低温的特性，才能高效降解多糖，保证拟杆菌的正常生命活动所需。
2.(2021年广东卷)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。
回答下列问题：(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为__________，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用__________________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有________________________________(答出两种即可)等。 (2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
诱变育种、基因工程育种　
盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制　
(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中___________________可能是高密度培养的限制因素。 (4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌____________________________。 
氧气(O2或溶解氧)　
蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
【解析】(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源，并不断提高其浓度，经多次传代培养以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用血细胞计数板计数的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60 g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60 d以上，而盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。
(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件适宜，而发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。