资源简介

1.1 发酵工程的培养基 —— 高中生物苏教版（2019）选择性必修 3 导学案
核心素养
1.生命观念：理解培养基的组成和功能，认识其对微生物生长和发酵的重要性，形成生命活动依赖物质和环境的观念。
2.科学思维：通过分析培养基成分与微生物需求的关系，运用归纳与概括、逻辑推理等方法，提升对发酵工程中培养基设计原理的认知。
3.科学探究：尝试设计简单培养基，学会根据微生物特性选择合适成分，培养科学探究和实践操作能力。
4.社会责任：基于对培养基的理解，关注发酵产业中培养基的合理使用和环保问题，树立可持续发展的社会责任意识。
教学重难点
教学重点
培养基的基本成分，包括碳源、氮源、水、无机盐等。
培养基的类型，如按物理性质、化学成分和用途分类的各种培养基。
教学难点
理解不同微生物对培养基成分需求的差异，以及如何根据微生物特性设计培养基。
掌握选择培养基和鉴别培养基的作用原理及应用。
基础知识梳理
知识点一：培养基的基本成分
1.碳源
概念：凡是能为微生物提供所需______的营养物质，都可以作为碳源。
作用：碳源是构成微生物细胞的______和一些代谢产物的重要原料，同时为微生物的生长和代谢提供______。例如，糖类、脂肪、蛋白质等含碳有机物，都可以被微生物利用作为碳源。对于异养微生物来说，______是最常用的碳源，尤其是葡萄糖，它能被大多数异养微生物快速吸收和利用。
常见碳源：在实验室培养微生物时，常用的碳源有______、蔗糖、淀粉等糖类；在工业发酵中，还会使用一些廉价的原料，如糖蜜（甘蔗或甜菜制糖后的副产品）、______（玉米等农产品加工的下脚料）等作为碳源，以降低生产成本。
2.氮源
概念：凡是能为微生物提供所需______的营养物质，都可以作为氮源。
作用：氮源主要用于合成微生物细胞中的______、核酸以及含氮的代谢产物等。例如，蛋白质、核酸中都含有氮元素，微生物需要从外界获取氮源来合成这些重要的生物大分子。
常见氮源：实验室常用的氮源可分为______氮源和______氮源。无机氮源如______、硝酸盐等，能为微生物提供氮元素；有机氮源如牛肉膏、蛋白胨、______等，它们除了提供氮元素外，还含有其他营养成分，如氨基酸、维生素等，能满足微生物生长的多种需求。对于某些特殊微生物，如固氮微生物，它们能利用空气中的______作为氮源，将其转化为自身可利用的含氮化合物。
3.水
作用：水是微生物生命活动不可或缺的物质。它不仅是微生物细胞的重要组成成分，还参与微生物的各种______反应，同时作为营养物质和代谢产物的______，保证微生物细胞内的各种生理活动能够正常进行。
4.无机盐
作用：无机盐在微生物细胞中具有多种重要作用。它们参与微生物细胞内____________的组成，维持细胞的____________和渗透压等。例如，磷元素是核酸、磷脂等生物大分子的重要组成成分，钙、镁等无机盐离子对维持微生物细胞的正常形态和生理功能具有重要作用。
常见无机盐：微生物生长所需的无机盐种类很多，常见的有__________、磷酸氢二钾、氯化钠、硫酸镁等。在配制培养基时，需要根据微生物的种类和培养目的，合理添加各种无机盐。
知识点一
1.碳元素；碳骨架；能量；糖类；葡萄糖；玉米浆
2.氮元素；蛋白质；无机；有机；铵盐；酵母提取物；氮气
3.代谢；溶剂
4.生物大分子；酸碱平衡；磷酸二氢钾
知识点二：培养基的类型
1.按物理性质分类
液体培养基：呈______状态，主要用于大规模的工业发酵以及微生物的______培养等。在液体培养基中，微生物能与营养物质充分接触，有利于微生物的快速生长和代谢。例如，在生产酒精、抗生素等发酵过程中，常使用液体培养基。
固体培养基：在液体培养基中加入一定量的______（如琼脂），使其凝固成固体状态。固体培养基常用于微生物的______、分离、鉴定等。例如，在实验室中，通过将含有微生物的样品接种到固体培养基表面，经过培养，微生物会在培养基表面生长形成单个的______，从而实现微生物的分离和纯化。
半固体培养基：其物理状态介于液体培养基和固体培养基之间，通常含有少量的凝固剂。半固体培养基常用于观察微生物的______、鉴定菌种等。例如，在某些细菌的鉴定中，通过穿刺接种将细菌接入半固体培养基，观察细菌在培养基中的生长情况，判断其是否具有运动性。
2.按化学成分分类
天然培养基：是指利用______、牛奶、动植物组织提取液等天然原料配制成的培养基。这类培养基的化学成分不明确，但营养成分丰富，适合大多数微生物的生长。例如，在培养酵母菌时，常用的麦芽汁培养基就属于天然培养基，它含有酵母菌生长所需的多种营养物质。
合成培养基：是用______的化学物质配制成的培养基，其化学成分明确、含量精确。合成培养基常用于微生物的分类、鉴定以及某些生理生化研究。例如，在研究某种微生物对特定营养物质的需求时，常使用合成培养基，通过精确控制培养基成分来进行实验。
3.按用途分类
选择培养基：是根据某一种或某一类微生物的特殊营养要求或对一些物理、化学条件的抗性而设计的培养基。其作用是使混合菌样中的______微生物得以生长，而抑制或阻止其他微生物生长。例如，在分离土壤中分解尿素的细菌时，可在培养基中加入______作为唯一氮源，只有能合成脲酶分解尿素的细菌才能在该培养基上生长，从而将其从土壤微生物中分离出来。
鉴别培养基：用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入某种______或化学药品，某种微生物在培养基上生长后能产生某种特殊的______，与培养基中的特定试剂或化学药品发生反应，产生明显的特征变化，以此来鉴别该种微生物。例如，在伊红美蓝培养基上，大肠杆菌生长时会使培养基呈现深紫色并带有金属光泽，从而可将大肠杆菌与其他微生物区分开来。
知识点二
1.液体；扩大；凝固剂；接种；菌落；运动
2.牛肉膏；已知
3.特定；尿素；指示剂；代谢产物
易错提示
1.并非所有微生物对碳源和氮源的需求都相同。自养微生物能利用无机碳源（如二氧化碳），而异养微生物需要有机碳源。不同微生物对氮源的利用也有差异，如固氮微生物可利用氮气，有些微生物则只能利用有机氮源。不能一概而论地认为所有微生物对营养物质的需求一致。
2.培养基的类型划分不是绝对的，一种培养基可能同时具备多种分类特点。例如，麦芽汁培养基既是天然培养基，也可因加入琼脂成为固体培养基，还可能根据用途作为选择或鉴别培养基。在判断培养基类型时，要综合考虑其多种特性。
3.选择培养基和鉴别培养基的作用不同。选择培养基主要用于从混杂的微生物群体中分离出特定微生物，通过控制营养或环境条件抑制其他微生物生长；鉴别培养基主要用于区分不同种类微生物，通过微生物代谢产物与特定试剂反应产生特征变化来鉴别。不能混淆二者的功能。
深化探究
1.以培养乳酸菌为例，分析如何根据其特性设计合适的培养基。
提示：乳酸菌是异养厌氧微生物，从其对碳源、氮源、生长因子等需求分析。考虑乳酸菌对糖类的利用，可选择合适的糖类作为碳源；对氮源的需求，确定合适的有机或无机氮源；因其生长需要维生素等生长因子，思考如何添加。思考如何调整培养基的酸碱度、是否需要添加特殊物质等以满足乳酸菌厌氧的特性。
2.结合实际，探讨在工业发酵中，选择培养基成分时需要考虑哪些因素。
提示：从成本、原料来源、微生物生长需求、发酵产物质量等方面分析。成本上要考虑选择廉价且易于获取的原料；原料来源要稳定可靠；微生物生长需求方面，要满足其对碳源、氮源等的特殊要求；发酵产物质量方面，思考培养基成分对产物纯度、产量等的影响。思考如何在满足微生物生长和发酵需求的同时，降低生产成本，提高经济效益。
3.设计一个实验，利用鉴别培养基鉴别大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。
提示：了解大肠杆菌和枯草芽孢杆菌在代谢产物、对某些试剂反应等方面的差异。选择合适的鉴别培养基，如利用大肠杆菌能发酵乳糖产酸，使培养基 pH 变化，可在培养基中加入指示剂来显示这种变化。思考实验步骤，包括如何接种、培养条件的控制以及结果的观察和判断等。
习题巩固
1.下列可作为微生物碳源的是（ ）
A. 氮气
B. 铵盐
C. 葡萄糖
D. 氯化钠
2.培养固氮微生物的培养基中不需要添加的成分是（ ）
A. 碳源
B. 氮源
C. 水
D. 无机盐
3.固体培养基中常用的凝固剂是（ ）
A. 葡萄糖
B. 牛肉膏
C. 琼脂
D. 蛋白胨
4.下列属于天然培养基的是（ ）
A. 合成培养基添加维生素
B. 麦芽汁培养基
C. 以尿素为唯一氮源的培养基
D. 伊红美蓝培养基
5.选择培养基的作用是（ ）
A. 鉴别不同类型的微生物
B. 使特定微生物生长，抑制其他微生物
C. 用于微生物的扩大培养
D. 为微生物提供全面营养
6.微生物生长过程中，水的作用不包括（ ）
A. 参与代谢反应
B. 提供能量
C. 作为溶剂
D. 是细胞的组成成分
7.用于观察微生物运动的培养基是（ ）
A. 液体培养基
B. 固体培养基
C. 半固体培养基
D. 鉴别培养基
8.下列关于培养基成分的叙述，错误的是（ ）
A. 碳源都能为微生物提供能量
B. 氮源用于合成微生物细胞中的蛋白质等含氮物质
C. 无机盐参与维持细胞的酸碱平衡
D. 水是微生物生命活动不可或缺的物质
9.在伊红美蓝培养基上，大肠杆菌生长后培养基呈现的特征是（ ）
A. 无色透明
B. 深紫色并带有金属光泽
C. 红色
D. 绿色
10.为分离土壤中分解纤维素的微生物，可在培养基中加入（ ）
A. 葡萄糖
B. 纤维素
C. 牛肉膏
D. 蛋白胨
习题巩固参考答案及解析
1.答案：C
解析：葡萄糖是含碳有机物，可作为微生物碳源，C 正确；氮气可作为固氮微生物氮源，A 错误；铵盐是无机氮源，B 错误；氯化钠不能作为碳源，D 错误。
2.答案：B
解析：固氮微生物能利用空气中氮气作为氮源，培养基中不需要添加氮源，B 正确；碳源、水、无机盐都是微生物生长必需成分，A、C、D 错误。
3.答案：C
解析：固体培养基中常用凝固剂是琼脂，C 正确；葡萄糖是碳源，A 错误；牛肉膏、蛋白胨是氮源，B、D 错误。
4.答案：B
解析：麦芽汁培养基利用天然原料配制，属于天然培养基，B 正确；合成培养基添加维生素仍是合成培养基，A 错误；以尿素为唯一氮源的培养基是选择培养基，C 错误；伊红美蓝培养基是鉴别培养基，D 错误。
5.答案：B
解析：选择培养基使特定微生物生长，抑制其他微生物，B 正确；鉴别不同类型微生物是鉴别培养基作用，A 错误；微生物扩大培养常用液体培养基，C 错误；为微生物提供全面营养不是选择培养基的主要作用，D 错误。
6.答案：B
解析：水参与代谢反应、作为溶剂、是细胞组成成分，A、C、D 正确；水不能提供能量，B 错误。
7.答案：C
解析：半固体培养基常用于观察微生物运动，C 正确；液体培养基用于微生物扩大培养等，A 错误；固体培养基用于微生物接种、分离等，B 错误；鉴别培养基用于鉴别微生物，D 错误。
8.答案：A
解析：自养微生物利用的碳源如二氧化碳不能为其提供能量，A 错误；氮源用于合成微生物细胞中的蛋白质等含氮物质，B 正确；无机盐参与维持细胞酸碱平衡，C 正确；水是微生物生命活动不可或缺的物质，D 正确。
9.答案：B
解析：在伊红美蓝培养基上，大肠杆菌生长后使培养基呈现深紫色并带有金属光泽，B 正确，A、C、D 错误。
10.答案：B
解析：为分离土壤中分解纤维素的微生物，可在培养基中加入纤维素作为唯一碳源，只有能分解纤维素的微生物才能生长，B 正确；葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨不能作为筛选分解纤维素微生物的特殊碳源，A、C、D 错误。

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