人教版2024届高考生物一轮复习微生物的培养与发酵工程教学课件

这是一份人教版2024届高考生物一轮复习微生物的培养与发酵工程教学课件，共39页。
考点一　微生物的培养技术及应用一、培养基1.概念:人们为满足微生物❶　生长繁殖    或积累代谢产物的需求而配 制的混合养料。2.成分1)为微生物提供水、无机盐、❷　碳源    、氮源和生长因子等营养物质。
2)需满足微生物生长时对❸　pH    、能量以及O2等的需求。知识归纳:(1)培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素。(2)培养霉菌 时,一般需要将培养基调至中性偏酸;培养细菌时,一般需要将培养基调至 中性偏碱。(3)“细菌喜荤,霉菌喜素”,是说细菌培养基要含有较高的有 机氮,常用蛋白胨和酵母提取物等来配制;霉菌培养基一般用可溶性淀粉 加无机物配制,或用添加蔗糖的豆芽汁等配制。(4)培养厌氧微生物时,需 要提供无氧的条件。3.类型及应用1)依据培养基的物理性质 
注意:斜面固体培养基常用于菌种保存。2)依据培养基的功能3)依据培养基的化学成分:合成培养基、天然培养基等。二、无菌技术——消毒和灭菌1.消毒1)概念:使用较为温和的❹　物理、化学或生物    等方法杀死物体表面 或内部一部分微生物。
2)常见方法、适用范围或效果
2.灭菌1)概念:使用强烈的理化方法杀死物体内外❺　所有的微生物    ,包括芽 孢和孢子。2)常见方法和适用范围
知识归纳:(1)尿素受热会分解,葡萄糖在115 ℃以上会焦化,故可采用灭菌 过的G6玻璃砂漏斗对其进行过滤除菌。(2)在微生物实验中常用121 ℃(1 kg/cm2压力)对培养基进行15~20 min的灭菌处理,但对于含葡萄糖的培养 基需适当降低温度、压力(112 ℃、500 g/cm2)并延长灭菌时间(30 min)。三、微生物的纯培养1.原理:将单个微生物分散在固体培养基上,可经培养得到❻　单菌落     (纯培养物)。2.常用方法:平板划线法和稀释涂布平板法。1)平板划线法①主要过程
②平板划线法要点A.多次连续平行划线时,每次都从❼　上一次划线    的末端开始划线,注 意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。培养后一般可在最后一次的划线区找到单菌落,如图中的“4”区。注意:通常最后一次划线已经可将酵母菌稀释成单个细胞,如果与第一次 划线相连,则增加了酵母菌数目,可能得不到单菌落。
B.区别以下不同阶段灼烧接种环的目的a.蘸取菌液前:杀死接种环上原有的微生物。b.每次划线之前:杀死上次划线后接种环上残留的菌种,使本次划线的菌 种直接来源于上次划线的末端。c.划线结束后:及时杀死接种环上残存的菌种,避免菌种污染环境和感染 操作者。2)稀释涂布平板法①系列稀释:将10 g土样与90 mL无菌水混合(已稀释10倍,计算时不能忽略),按图中所示依次等比稀释。
3.实例:接种、培养并分离酵母菌。1)制备培养酵母菌的培养基①配制培养基:马铃薯去皮切块→加水煮烂→过滤→加蔗糖与琼脂→蒸馏水定容。②灭菌:培养皿等用干热灭菌(160~170 ℃灭菌2 h);培养基用❽　高压蒸汽灭菌    (121 ℃、1 kg/cm2灭菌20 min)。
③倒平板:待培养基冷却至50 ℃左右,在❾　酒精灯火焰    附近进行。 制备固体培养基时,最后要将冷却凝固的平板倒置,以防止冷凝水滴落在 培养基上造成污染。2)接种和分离酵母菌:可用平板划线法将聚集的菌种逐步稀释分散到培 养基表面(也可采用稀释涂布平板法进行接种,或将菌种接种到液体培养 基中)。3)培养酵母菌:将接种后的平板和一个未接种的平板(起对照作用,以证明 培养基在使用前未被杂菌污染)一同倒置,25 ℃左右恒温培养24 h。
4)观察培养结果:获得单菌落后,可挑取菌落,并利用划线法接种至斜面培 养基中。四、微生物的选择培养、鉴定和计数1.微生物的选择培养微生物筛选原理:人为提供有利于 　目的菌    生长的条件,同时抑制或阻止其他微生物的生长,利用的是选择培养基。2.能分解尿素的微生物的分离与计数1)实验原理①能分解尿素的微生物可以合成脲酶,脲酶能催化尿素分解产生NH3,NH3可作为微生物生长的 　氮源    。②以 　尿素    为唯一氮源的培养基可从土壤中分离出分解尿素的微生物。
2)鉴别方法:酚红指示剂在酸性情况下呈黄色、碱性情况下呈红色,脲酶 可将尿素分解成氨,使培养基碱性增强,故在培养基中加入酚红指示剂,若 指示剂变红,则说明该微生物能分解尿素。易混易错:选择培养基和鉴别培养基的实例对比
知识归纳:三种鉴别微生物的方法(1)菌落特征鉴别法:根据微生物在固体平板培养基表面形成的菌落的形 状、大小、隆起程度和颜色等特征进行鉴别。(2)指示剂鉴别法:如在以 尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种微生物后,若指示 剂变红,说明该种微生物能够分解尿素。(3)染色鉴别法:如利用刚果红染 色法鉴别纤维素分解菌,刚果红可与纤维素形成红色复合物,当纤维素被 纤维素分解菌分解后,复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解 菌为中心的透明圈。3)分离与计数①用稀释涂布平板法分离分解尿素的微生物。②培养:恒温培养箱中培养。③计数:选择菌落数为 　30~300    的平板计数。
4)注意事项①选取菌落数目稳定时的记录作为结果。②重复实验,统计时取平均值。3.微生物的数量测定方法1)显微镜直接计数法
疑难突破:思考    实验中初步估测样品中细菌细胞数为2×107个/mL,若要在每个平板上涂布100 μL稀释后的菌液,且保证每个平板上长出的菌落数不超过200个,则至少应将样品中的菌液稀释多少倍?提示    利用上述表中的公式直接求算,则样品中的菌株数=2×107个/mL、C=200个、V=100 μL=0.1 mL,套用公式直接求得M=104。
 考点训练(请判断下列说法是否正确)1.微生物在琼脂固体培养基表面或内部生长繁殖可以形成肉眼可见的菌 落。 (　    )2.培养基中碳源和氮源可分别为培养的微生物提供碳元素、氮元素。 (　    )3.湿热灭菌就是高压蒸汽灭菌,干热灭菌就是灼烧灭菌。 (　    )4.微生物纯培养就是不含有代谢废物的微生物培养物。 (　    )5.细菌计数板就是血细胞计数板,二者的原理相同。 (　    )
答案1.√    2.√    3.✕　湿热灭菌是利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭 菌的方法,高压蒸汽灭菌是湿热灭菌中的一种;干热灭菌和灼烧灭菌是两 类不同的灭菌方法,前者需要使用干热灭菌箱,后者直接将需要灭菌的用 具放在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧。    4.✕　获得纯培养物的过程就 是纯培养,纯培养物是由单一个体繁殖所获得的微生物群体。    5.✕     细菌计数板和血细胞计数板的计数原理相同,但前者比后者薄,前者可对 细菌等较小的细胞进行观察和计数,而后者可用于相对较大的细胞如酵 母菌等的计数。
考点二　传统发酵技术一、传统发酵技术1.原理:在适宜条件下,将原料通过❶　微生物    的代谢转化为人类所需 要的产物。2.菌种:来自原材料中天然存在的微生物,或前一次发酵保存下来的发酵 物中的微生物。3.传统发酵菌种中微生物的种类、代谢特点、种间关系等都是造成不同 发酵制品风味和营养物质有差异的原因。二、制作传统发酵食品1.利用乳酸菌发酵制作泡菜1)菌种:附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等。2)原理:❷　C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量    。
3)方法步骤疑难突破:思考    制作6%的盐水时为什么要使用冷开水?提示    开水是经过煮沸处理的,煮沸是为了除去水中的氧气,杀灭水中的 其他杂菌,而冷却是为了保证发酵时乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。
知识归纳:(1)营造“无氧环境”的3项措施:①选择的泡菜坛要密封性好;②加入蔬菜后要倒入冷盐水,使盐水没过全 部蔬菜;③盖上坛盖后要向坛盖边沿的水槽中注满清水,并在发酵过程中 注意补充水。(2)泡菜“咸而不酸”可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等导致泡菜 未能正常发酵。(3)“陈泡菜汁”中含有较多的发酵菌,制泡菜时若加入“陈泡菜汁”相 当于接种发酵菌。2.利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋1)制作果酒①菌种:附着在新鲜水果的果皮表面的野生型酵母菌。
②原理:酵母菌无氧时乙醇发酵:C6H12O6 2C2H5OH(乙醇)+2CO2+能量。2)制作果醋①菌种:空气中的❸　醋酸菌    。②原理:当O2、糖源充足时:C6H12O6+2O2 2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量当缺少糖源(O2充足)时:C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+H2O+能量注意:乙酸即醋酸。3)方法步骤(以葡萄酒和葡萄醋的制作为例)
易混易错:(1)葡萄应先冲洗再去枝梗,避免杂菌污染。为提高酒精产量,可 在葡萄装瓶后适当添加白糖。(2)自制发酵装置时,将吸管插入矿泉水瓶 盖,瓶盖盖好后,将吸管长臂插入水中以阻止氧气进入,进行果酒发酵。瓶 中留约1/2的空间,为酵母菌大量繁殖提供O2并防止发酵液外溢。
1)装置图:如右图所示。2)结构及功能
①充气口:制作果酒前期和醋酸发酵时连接充气泵,输入无菌空气。②排气口:排出乙醇发酵时产生的C O2 。
③长而弯曲的胶管:防止空气中的微生物污染。④出料口:便于取样,及时监测发酵情况。注意:葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。4.传统发酵中四种常用菌的比较
疑难突破:思考    家庭制作果酒时,不需要严格的消毒过程也能完成发酵, 原因是什么?提示    在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其 他微生物的生长都因无法适应这一环境而受到抑制。 考点训练(请判断下列说法是否正确)1.制作泡菜时,坛子必须密封,防止乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制。(　    )2.参与腐乳制作的微生物有多种,其中起主要作用的是毛霉。 (　    )3.传统发酵食品的制作过程中,不同的食品接种不同的菌种。 (　    )
答案1.√    2.√    3.✕　传统发酵食品的制作过程中,利用的是自然界的混合菌,并没有针对不同食品接种不同的菌种。
考点三　发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1.发酵工程1)概念:采用现代工程技术手段,利用❶　微生物    的某些特定功能,为人 类生产有用的产品,或直接利用微生物的工作过程。2)发酵工程属于多学科的综合工程。综合了微生物学、化学工程、基因 工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程。2.发酵工程的基本环节1)选育❷　高产、优质    的菌种是发酵工业的前提条件。性状优良的菌 种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。2)将菌种扩大培养才能满足大规模生产的需要。扩大培养的目的是促使 菌体快速增长,缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
3)发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,控制发酵过程(如温度、pH和溶 解氧)是保证发酵生产高效顺利进行的重要措施。4)分离或❸　提纯    发酵产品是工业发酵制取产品必经的步骤。发酵产 品有微生物细胞本身和微生物代谢物,后者可采用真空发酵、吸附发 酵、萃取发酵等方法进行提取。知识归纳:微生物工业发酵基本环节
3.发酵工程的特点:生产条件温和、原料丰富且价格低廉、废弃物对环 境影响小且容易处理等。易混易错:(1)传统发酵技术得到的产品一般不进行分离、提纯,而发酵工 程得到的产品需根据发酵产品类型进行分离、提纯。(2)发酵生产排出的气体和废弃物不能直接排放到外界环境中,以免对环 境造成污染。二、发酵工程的应用1.在食品工业上的应用1)生产传统的发酵产品。①以大豆为主要原料,利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉),将原料中的蛋 白质水解成小分子的肽和氨基酸,然后经淋洗、调制成酱油产品。
②以谷物或水果等为原料,利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。③啤酒的工业化生产流程——“八步两个阶段”
2)生产食品添加剂,如通过黑曲霉发酵制得柠檬酸;由谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸,谷氨酸再经过一系列处理制成味精。3)生产酶制剂,如淀粉酶、果胶酶等。2.在医药工业上的应用生产各种药物、疫苗等。
3.在农牧业上的应用1)生产微生物肥料,如固氮菌肥等。2)生产微生物农药,如苏云金杆菌可防治多种农林虫害;白僵菌可防治玉 米螟、松毛虫等虫害;井冈霉素可防治水稻枯纹病。3)生产微生物饲料,如单细胞蛋白(微生物菌体)制成的微生物饲料能使家 禽、家畜增重快,产奶或产蛋量显著提高;在青贮饲料中添加乳酸菌,可提 高饲料品质,使饲料保鲜,动物食用后可提高动物免疫力。4.在其他方面的应用1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。2)极端微生物的应用,如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂。疑难突破:思考1    青霉素发酵是高耗氧过程,如何能够在发酵过程中给 微生物持续高效地供氧呢?(提示:血红蛋白具有携带氧的能力)
提示1    可以用基因工程的方法,将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。思考2    引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒,利用发酵工程相关 知识,如何大量生产新冠病毒疫苗?提示2    可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内,再通过发酵工程 大量生产新冠病毒疫苗。 考点训练(请判断下列说法是否正确)1.在发酵工程中,可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种。 (　    )2.在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌。 (　    )3.乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产。 (　    )4.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度无关。  (　    )
5.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵。  (　    )
答案1.√    2.√    3.✕　乳酸菌为厌氧生物,厌氧呼吸的产物是乳酸,无酒精, 故不能代替酵母菌用于乙醇的生产。    4.✕　发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关。    5.✕　传统发酵技术和发酵工程都是利用微生物的发酵来实现相关产品的生产的。
提升　透明圈与抑菌圈1.透明圈法:常用于分离、鉴定微生物菌种。1)培养基特点:在固体培养基中含有某种溶解性差、可被特定菌利用的 营养成分,该营养成分在未被利用时会造成浑浊、不透明的培养基背 景。接种了某特定菌后,该菌会利用该营养成分生长和繁殖,在其形成的 菌落的周围就会出现透明圈,透明圈直径与菌落直径的比值大小反映了 菌落利用该营养物质的能力。一般透明圈直径与菌落直径的比值越大, 说明这种菌分解这种营养物质的能力越强。2)举例:在某培养基中加入可溶性淀粉、纤维素、酪蛋白或CaCO3可以分 别用于检测菌株产淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶或酸能力的大小。3)透明圈大小是由菌种分泌的酶量与酶活性两者共同决定的。如果某菌种产生的酶较少,但酶活性较高,也可产生较大的透明圈。
4)出现透明圈是因为培养基中发生了物质变化,使原来的颜色(或不透明 的背景)消失。例如在含有纤维素的培养基中加入刚果红,刚果红会与纤 维素形成红色复合物,纤维素一旦被分解,复合物无法形成,红色就会消 失,菌落周围就会出现透明圈现象。
例1    筛选淀粉分解菌需使用以淀粉为唯一碳源的培养基。接种培养后, 若细菌能分解淀粉,培养平板经稀碘液处理后,会出现以菌落为中心的透 明圈,如图。若菌落直径为C,透明圈直径为H,且菌种Ⅰ比菌种Ⅱ的H/C的 值大,说明菌种　　　    分解淀粉的能力强。
解题导引　菌种分解淀粉能力的判断标准是透明圈直径和菌落直径的 比值大小,透明圈直径/菌落直径的值越大,该菌种分解淀粉的能力越强。 由题中信息知,菌落直径为C,透明圈直径为H,菌种Ⅰ比菌种Ⅱ的H/C的值 大,因此说明菌种Ⅰ分解淀粉的能力强。
2.抑菌圈法:常用于抗生素产生菌的筛选。1)特点:待筛选的菌株能分泌某种能抑制其他菌生长的物质,或能分泌某 种酶将无毒的物质水解成对其他菌有毒的物质,从而在该菌落周围形成 其他菌不能生长的抑菌圈。2)抑菌圈的大小由抑制物的浓度与测试菌的抗性决定。一般抑菌圈越 大,说明测试菌对该种物质的抗性越弱。该法常用于抗生素产生菌的筛 选,其他菌则是抗生素敏感菌。
例2    MIC是指药敏试验中某种抗生素对测试菌的最低抑制浓度。某研 究小组将含有相同浓度的抗生素Ⅰ~Ⅳ的四个大小相同的纸片分别贴在 长满测试菌的琼脂平板上,进行药敏试验以了解病原微生物对四种抗生 素的敏感程度,用于指导临床合理选用抗生素。图1为实验用具,图2为实 验结果。下列叙述不正确的是　     (　    ) 图1 图2
A.为获得长满测试菌的琼脂平板,需要使用图1中的工具①②③B.据图2可知,抗生素Ⅰ的MIC大于抗生素Ⅲ的MICC.图2抑菌圈中出现菌落的原因可能是病原菌中出现了能抗抗生素Ⅳ的 突变株D.图2抑菌圈中离纸片越近的菌落对抗生素Ⅳ的抗性越强