高二生物下冊微生物的培養(yǎng)與應用知識重點
高二生物下冊微生物的培養(yǎng)與應用知識重點
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高二生物下冊微生物的培養(yǎng)與應用知識重點
【專題目標】
1.掌握培養(yǎng)基、消毒滅菌等有關(guān)微生物培養(yǎng)的基礎(chǔ)知識，
2.掌握培養(yǎng)基的制備、高壓蒸汽滅菌和平板劃線法等基本操作技術(shù)，
3.運用相關(guān)技術(shù)解決生產(chǎn)生活中有關(guān)微生物計數(shù)、微生物的分離與培養(yǎng)等實際問題。
【技術(shù)要項】
1.培養(yǎng)基的制備
2.高壓蒸汽滅菌和干熱滅菌
3.倒平板操作
4.平板劃線操作和稀釋涂布平板法
5.應用選擇培養(yǎng)基分離某種特定的微生物
課題1 微生物的實驗室培養(yǎng)
1.課標
了解有關(guān)培養(yǎng)基的基礎(chǔ)知識，進行無菌技術(shù)的操作，進行微生物的培養(yǎng)。
2.重點難點
無菌技術(shù)的操作。
3.課題背景分析
培養(yǎng)微生物的要領(lǐng)，是為所需要的微生物提供良好的生存環(huán)境，同時阻止或抑制其他微生物的生長。
4.基礎(chǔ)知識
(1)培養(yǎng)基
1.培養(yǎng)基的用途和種類，指出培養(yǎng)基可分為液體和固體兩大類;
2.不同的微生物往往需要采用不同的培養(yǎng)基配方;
3.盡管培養(yǎng)基的配方各不相同，但是其基本成分都包括水、碳源、氮源和無機鹽。
(2)無菌技術(shù)
1.無菌技術(shù)的概念;
2.消毒與滅菌的概念及兩者的區(qū)別;
3.常用的消毒與滅菌的方法，接種環(huán)灼燒滅菌的方法。
5.實驗安排及注意事項
實驗后，所有用過的培養(yǎng)基、培養(yǎng)液等都需要統(tǒng)一進行高壓蒸汽滅菌后再丟棄，否則將會造成環(huán)境污染。
6.課題成果評價
(1)培養(yǎng)基的制作是否合格
如果未接種的培養(yǎng)基在恒溫箱中保溫1～2 d后無菌落生長，說明培養(yǎng)基的制備是成功的，否則需要重新制備。
(2)接種操作是否符合無菌要求
如果培養(yǎng)基上生長的菌落的顏色、形狀、大小基本一致，并符合大腸桿菌菌落的特點，則說明接種操作是符合要求的;如果培養(yǎng)基上出現(xiàn)了其他菌落，則說明接種過程中，無菌操作還未達到要求，需要分析原因，再次練習。
(3)是否進行了及時細致的觀察與記錄
培養(yǎng)12 h與24 h后的大腸桿菌菌落的大小會有明顯不同，及時觀察記錄的同學會發(fā)現(xiàn)這一點，并能觀察到其他一些細微的變化。這一步的要求主要是培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度與習慣。
7.答案和提示
1.無菌技術(shù)除了用來防止實驗室的培養(yǎng)物被其他外來微生物污染外，還有什么目的?
答：無菌技術(shù)還能有效避免操作者自身被微生物感染。
2.請你判斷以下材料或用具是否需要消毒或滅菌。如果需要，請選擇合適的方法。
(1) 培養(yǎng)細菌用的培養(yǎng)基與培養(yǎng)皿
(2) 玻棒、試管、燒瓶和吸管
(3) 實驗操作者的雙手
答：(1)、(2)需要滅菌;(3)需要消毒。
(二)倒平板操作的討論
1.培養(yǎng)基滅菌后，需要冷卻到50 ℃左右時，才能用來倒平板。你用什么辦法來估計培養(yǎng)基的溫度?
可以用手觸摸盛有培養(yǎng)基的錐形瓶，感覺錐形瓶的溫度下降到剛剛不燙手時，就可以進行倒平板了。
2.為什么需要使錐形瓶的瓶口通過火焰?
通過灼燒滅菌，防止瓶口的微生物污染培養(yǎng)基。
3.平板冷凝后，為什么要將平板倒置?
平板冷凝后，皿蓋上會凝結(jié)水珠，凝固后的培養(yǎng)基表面的濕度也比較高，將平板倒置，既可以使培養(yǎng)基表面的水分更好地揮發(fā)，又可以防止皿蓋上的水珠落入培養(yǎng)基，造成污染。
4.在倒平板的過程中，如果不小心將培養(yǎng)基濺在皿蓋與皿底之間的部位，這個平板還能用來培養(yǎng)微生物嗎?為什么?
空氣中的微生物可能在皿蓋與皿底之間的培養(yǎng)基上滋生，因此最好不要用這個平板培養(yǎng)微生物。
(三)平板劃線操作的討論
1.為什么在操作的第一步以及每次劃線之前都要灼燒接種環(huán)?在劃線操作結(jié)束時，仍然需要灼燒接種環(huán)嗎?為什么?
操作的第一步灼燒接種環(huán)是為了避免接種環(huán)上可能存在的微生物污染培養(yǎng)物;每次劃線前灼燒接種環(huán)是為了殺死上次劃線結(jié)束后，接種環(huán)上殘留的菌種，使下一次劃線時，接種環(huán)上的菌種直接來源于上次劃線的末端，從而通過劃線次數(shù)的增加，使每次劃線時菌種的數(shù)目逐漸減少，以便得到菌落。劃線結(jié)束后灼燒接種環(huán)，能及時殺死接種環(huán)上殘留的菌種，避免細菌污染環(huán)境和感染操作者。
2.以免接種環(huán)溫度太高，殺死菌種。
3.劃線后，線條末端細菌的數(shù)目比線條起始處要少，每次從上一次劃線的末端開始，能使細菌的數(shù)目隨著劃線次數(shù)的增加而逐步減少，最終能得到由單個細菌繁殖而來的菌落。
(四)涂布平板操作的討論
涂布平板的所有操作都應在火焰附近進行。結(jié)合平板劃線與系列稀釋的無菌操作要求，想一想，第2步應如何進行無菌操作?
應從操作的各個細節(jié)保證無菌。例如，酒精燈與培養(yǎng)皿的距離要合適、吸管頭不要接觸任何其他物體、吸管要在酒精燈火焰周圍;等等。
(五)練習
1.可以從微生物生長需要哪些條件的角度來思考。例如，微生物的生長需要水、空氣、適宜的溫度，食品保存可以通過保持干燥、真空的條件，以及冷藏等方法來阻止微生物的生長。
2.可以從這三種培養(yǎng)技術(shù)的原理、操作步驟等方面分別進行總結(jié)歸納。例如，這三種培養(yǎng)技術(shù)都需要為培養(yǎng)物提供充足的營養(yǎng)，但無土栽培技術(shù)的操作并不需要保證無菌的條件，而其他兩種技術(shù)都要求嚴格的無菌條件。
課題2土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)
一、課題目標
研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用，進行微生物數(shù)量的測定。
二、課題重點與難點
課題重點：對土樣的選取和選擇培養(yǎng)基的配制。
課題難點：對分解尿素的細菌的計數(shù)。
三、課題背景分析
教材從尿素在農(nóng)業(yè)上的重要用途切入，介紹了土壤中能分解尿素的細菌，進而說明這種細菌的作用是能夠合成分解尿素的酶。教學中，教師可以聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，使學生對尿素以及分解尿素的細菌形成一定的感性認識。教材還簡要地介紹了尿素的發(fā)現(xiàn)過程以及尿素合成的歷史，這些都是科學、技術(shù)、社會教育的豐富素材。最后，教材明確指出了本課題的目的，有助于學生準確把握課題的方向。
四、研究思路
(一)篩選菌株
微生物的選擇培養(yǎng)，是指利用培養(yǎng)基的組成使適宜生長的特定微生物得到較快繁殖的技術(shù)，也稱為微生物的選擇培養(yǎng)。在本課題提供的選擇培養(yǎng)基的配方中，尿素是培養(yǎng)基中的惟一氮源，因此，原則上只有能夠利用尿素的微生物才能夠生長。但實際上，微生物的培養(yǎng)是一個非常復雜的問題，有些微生物可以利用其他微生物的代謝產(chǎn)物生長繁殖，因此能夠在選擇培養(yǎng)基上生長的微生物不一定是所需要的微生物，還需要進 一步的驗證。
(二)統(tǒng)計菌落數(shù)目
統(tǒng)計菌落數(shù)目的理論依據(jù)是：當樣品的稀釋度足夠高時，培養(yǎng)基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。因此，恰當?shù)南♂尪仁浅晒Φ亟y(tǒng)計菌落數(shù)目的關(guān)鍵。為了保證結(jié)果準確，通常將幾個稀釋度下的菌液都涂布在平板上，培養(yǎng)后再選擇菌落數(shù)在 30～300的平板進行計數(shù)。
教材中用楷體字編排的實例是為了說明設置重復組的重要性。第一位同學只涂布了一個平板，沒有設置重復組，因此結(jié)果不具有說服力。第二位同學考慮到設置重復組的問題，涂布了3個平板，但是，其中1個平板的計數(shù)結(jié)果與另2個相差太遠，說明在操作過程中可能出現(xiàn)了錯誤，因此，不能簡單地將3個平板的計數(shù)值用來求平均值。這個實例啟示學生，在設計實驗時，一定要涂布至少3個平板，作為重復組，才能增強實驗的說服力與準確性。在分析實驗結(jié)果時，一定要考慮所設置的重復組的結(jié)果是否一致，結(jié)果不一致，意味著操作有誤，需要重新實驗。
(三)設置對照
A同學的結(jié)果與其他同學不同，可能的解釋有兩種。一是由于土樣不同，二是由于培養(yǎng)基污染或操作失誤。究竟是哪個原因，可以通過實驗來證明。實驗方案有兩種。一種方案是可以由其他同學用與A同學一樣的土樣進行實驗，如果結(jié)果與A同學一致，則證明A 無誤;如果結(jié)果不同，則證明A同學存在操作失誤或培養(yǎng)基的配制有問題。另一種方案是將A同學配制的培養(yǎng)基在不加土樣的情況下進行培養(yǎng)，作為空白對照，以證明培養(yǎng)基是否受到污染。通過這個事例可以看出，實驗結(jié)果要有說服力，對照的設置是必不可少的。
五、實驗案例
土壤中某樣品細菌的分離與計數(shù)
實驗的具體操作步驟如下。
1.土壤取樣
從肥沃、濕潤的土壤中取樣。先鏟去表層土3 cm左右，再取樣，將樣品裝入事先準備好的信封中。
2.制備培養(yǎng)基
準備牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基將菌液稀釋相同的倍數(shù)，在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上生長的菌落數(shù)目應明顯多于選擇培養(yǎng)基上的數(shù)目，因此，牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基可以作為對照，用來判斷選擇培養(yǎng)基是否起到了選擇作用。由于初次實驗，對于稀釋的范圍沒有把握，因此選擇了一個較為寬泛的范圍：稀釋倍數(shù)為103～107。每個稀釋度下需要3個選擇培養(yǎng)基，1個牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，因此共需要15個選擇培養(yǎng)基，5個牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。此外，還需要準備8個滅菌的試管和1個滅菌的移液管。
3.微生物的培養(yǎng)與觀察
參考課本中圖2-7的實驗流程示意圖，將10 g土樣加入盛有90 mL無菌生理鹽水的錐形瓶中(錐形瓶體積為250 mL)，充分搖勻，吸取上清液1 mL，轉(zhuǎn)移至盛有9 mL的生理鹽水的無菌大試管中，依次等比稀釋至107稀釋度，并按照由107～103稀釋度的順序分別吸取0.1 mL進行平板涂布操作。按照濃度從低到高的順序涂布平板，不必更換移液管。
將涂布好的培養(yǎng)皿放在30 ℃溫度下培養(yǎng)。隨著培養(yǎng)時間的延長，會有不同的菌落產(chǎn)生。比較牛肉膏培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基中菌落的數(shù)量、形態(tài)等，并做好記錄。
挑選選擇培養(yǎng)基中不同形態(tài)的菌落接入含酚紅培養(yǎng)基的斜面中，觀察能否產(chǎn)生如課本中圖2-10的顏色反應。
4.細菌的計數(shù)
當菌落數(shù)目穩(wěn)定時，選取菌落數(shù)在30～300的平板進行計數(shù)。在同一稀釋度下，至少對3個平板進行重復計數(shù)，然后求出平均值，并根據(jù)平板所對應的稀釋度計算出樣品中細菌的數(shù)目。
六、課題成果評價
(一)培養(yǎng)物中是否有雜菌污染以及選擇培養(yǎng)基是否篩選出菌落
對照的培養(yǎng)皿在培養(yǎng)過程中沒有菌落生長，說明培養(yǎng)基沒有被雜菌污染。牛肉膏培養(yǎng)基的菌落數(shù)目明顯大于選擇培養(yǎng)基的數(shù)目，說明選擇培養(yǎng)基已篩選出一些菌落。
(二)樣品的稀釋操作是否成功
如果得到了2個或2個以上菌落數(shù)目在30～300的平板，則說明稀釋操作比較成功，并能夠進行菌落的計數(shù)。
(三)重復組的結(jié)果是否一致
如果學生選取的是同一種土樣，統(tǒng)計的結(jié)果應該接近。如果結(jié)果相差太遠，教師需要引導學生一起分析產(chǎn)生差異的原因。
七、答案和提示
(一)旁欄思考題
1.想一想，如何從平板上的菌落數(shù)推測出每克樣品中的菌落數(shù)?
答：統(tǒng)計某一稀釋度下平板上的菌落數(shù)，最好能統(tǒng)計3個平板，計算出平板菌落數(shù)的平均值，然后按課本旁欄的公式進行計算。
2.為什么分離不同的微生物要采用不同的稀釋度?測定土壤中細菌的總量和測定土壤中能分解尿素的細菌的數(shù)量，選用的稀釋范圍相同嗎?
答：這是因為土壤中各類微生物的數(shù)量(單位：株/kg)是不同的，例如在干旱土壤中的上層樣 本中：好氧及兼性厭氧細菌數(shù)約為2 185萬，放線菌數(shù)約為477萬，霉菌數(shù)約為23.1萬。因此，為獲得不同類型的微生物，就需要按不同的稀釋度進行分離，同時還應當有針對性地提供選擇培養(yǎng)的條件。
(二)練習
2.提示：反芻動物的瘤胃中含有大量的微生物，其中也包括分解尿素的微生物。由于瘤胃中的微生物多為厭氧菌，接觸空氣后會死亡，因此分離其中能分解尿素的微生物除了需要準備選擇培養(yǎng)基外，還應參照厭氧菌的培養(yǎng)方法進行實驗設計。
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