资源简介

(共62张PPT)
第2节 微生物的培养技术及应用
第1章　发酵工程
一 微生物的基本培养技术
课程内容标准 核心素养对接
1.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。
2.阐明无菌技术是保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术。 1.根据微生物的代谢类型分析培养基的组成。（科学思维）
2.尝试配制培养基，并动手尝试纯化大肠杆菌的两种方法。（科学探究）
一、培养基的配制
1.概念：人们按照微生物对 的不同需求，配制出供其
的营养基质，用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
营养物质
生长
繁殖
2.种类：
3.营养组成：各种培养基的配方不同，但一般都含有 、 （提供碳元素的物质）、 （提供氮元素的物质）和无机盐等营养物质，此外还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及 的需求。
水
碳源
氮源
O2
二、无菌技术
1.无菌技术的目的是 污染。主要内容包括：
（1）对实验操作的 、操作者的 进行清洁和消毒。
（2）将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行 。
防止杂菌
空间
衣着和手
灭菌
2.消毒和灭菌
消毒 灭菌
概念 使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体
或内部一部分微生物（不包括 ） 使用 的理化方法杀死物体内外 的微生物（包括芽孢和孢子）
常用方法 消毒法、巴氏消毒法 灭菌、干热灭菌和湿热灭菌等
适用对象 操作空间、操作者的衣着和双手等 接种环、接种针、玻璃器皿、培养基等
表面
芽孢和孢子
强烈
所有
煮沸
灼烧
三、微生物的纯培养
1.在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为 。
2.由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为 ，获得纯培养物的过程就是 。
3.分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是 。采用 和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
培养物
纯培养物
纯培养
菌落
平板划线法
4.微生物的纯培养包括配制培养基、 、 、分离和培养等步骤。
（1）制备培养基（以酵母菌的纯培养为例）
①配制培养基
称取去皮的马铃薯200 g切成小块，加水1 000 mL，加热煮沸至马铃薯软烂，用纱布过滤。向滤液中加入20 g葡萄糖（也可用蔗糖代替）、15~20 g ，用 定容至1 000 mL。
灭菌
接种
琼脂
蒸馏水
②灭菌
将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加棉塞，包上牛皮纸，并用皮筋勒紧，再放入 中，在压力为100 kPa、温度为121 ℃的条件下，灭菌15~30 min。将5~8套培养皿包成一包，用几层牛皮纸包紧，放入 内，在160~170 ℃灭菌2 h。
高压蒸汽灭菌锅
干热灭菌箱
③倒平板
待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。倒平板的具体操作步骤如下：
（2）接种和分离酵母菌
通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。
（3）培养酵母菌
完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和—个
的平板 ，放入28 ℃左右（培养温度因酵母菌种类的不同而稍有差异）的恒温培养箱中培养24~48 h。
未接种
倒置
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）液体培养基中含有水，而固体培养基中不含水。 （ ）
（2）培养基分装到培养皿后要进行灭菌。 （ ）
（3）高压蒸汽灭菌加热结束时，打开放气阀使压力表指针回到零后，开启锅盖。 （ ）
（4）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。 （ ）
（5）为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落。 （ ）
×
×
×
×
×
2.微思考
（1）虽然各种培养基的具体配方不同，但是一般都含有哪些成分？
提示　一般都含有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子。另外，还必须满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的需求。
（2）对培养基、培养皿、接种环、实验者的双手、空气和牛奶常采用的灭菌或消毒方法分别是什么？
提示　分别为高压蒸汽灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌、化学消毒、紫外线灭菌、巴氏消毒法。
任务驱动一　培养基的成分及无菌技术
明确微生物的营养需求及掌握防止杂菌污染的无菌技术是微生物培养的理论基础。请思考并回答下列问题：
1.据某微生物培养基的配方表回答下列问题。
编号 ① ② ③ ④ ⑤
成分 （NH4）2SO4 KH2PO4 FeSO4 CaCl2 H2O
含量 0.4 g 4.0 g 0.5 g 0.5 g 100 mL
（1）此培养基按物理性质划分属于什么类型？判断的依据是什么？
提示　液体培养基，因为没有加入凝固剂（如琼脂）。
（2）此培养基含有的营养成分包括哪些？若加入氨基酸，则它可充当哪些营养成分？
提示　此培养基含有的营养成分包括水、无机盐和氮源三类；若加入氨基酸，则它可充当的营养成分包括碳源、氮源和生长因子。
（3）若要观察微生物的菌落特征，培养基中应添加的成分是什么？
提示　凝固剂（琼脂）。
2.资料：下表为无菌技术的主要方法。
消毒 灭菌
煮沸消毒法 灼烧灭菌法
巴氏消毒法 干热灭菌法
化学药剂消毒法 湿热灭菌法
（1）举例说明消毒和灭菌的原理有哪些？
提示　①使菌体蛋白凝固变性，如高压蒸汽灭菌；②抑制细菌代谢和生长，或破坏细菌细胞膜的结构，改变其通透性，使细胞破裂、溶解，如某些化学消毒法；③损伤细菌DNA等，如紫外线消毒法。
（2）消毒和灭菌都能杀死所有的微生物吗？
提示　灭菌可杀死处理材料中的全部微生物（包括芽孢和孢子），而消毒仅杀死部分微生物（一般不包括芽孢和孢子）。
1.培养基的成分
营养物质 定义 作用 主要来源
碳源 凡能提供碳元素的物质 构成生物体细胞的物质，有些也是异养生物的能源物质 无机碳源： CO2、NaHCO3等；有机碳源：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等
营养物质 定义 作用 主要来源
氮源 凡能提供氮元素的物质 合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物 无机氮源：N2、NH3、铵盐、硝酸盐等；
有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨等
生长
因子 生长必不可少的微量有机物 是酶和核酸的组成成分 维生素、氨基酸、碱基等
营养物质 定义 作用 主要来源
水 — 不仅是优良的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定 培养基、空气、代谢产物
无机盐 为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素和微量元素 是细胞的组成成分、生理调节物质、某些化能自养菌的能源、酶的激活剂等 无机化合物
2.几种微生物的营养和能量来源
微生物 碳源 氮源 能源
蓝细菌 CO2 光能
硝化细菌 CO2 NH3 NH3的氧化
根瘤菌 糖类等
有机物 N2 有机物
大肠杆菌 糖类、蛋白质等有机物 蛋白质等 有机物
3.几种常用灭菌和消毒方法的比较
灭菌或消毒方法 主要操作 应用范围
灼烧灭菌 酒精灯火焰灼烧 微生物接种工具，如接种环、接种针；接种过程中的试管口和瓶口等
干热灭菌 干热灭菌箱160~170 ℃加热2~3 h 玻璃器皿（如吸管、培养皿等）、金属用具等需要保持干燥而又能耐高温的物品
灭菌或消毒方法 主要操作 应用范围
高压蒸
汽灭菌 100 kPa、121 ℃
维持15~30 min 培养基及多种器材、物品
煮沸消毒法 100 ℃煮沸5~6 min 家庭餐具等生活用品
巴氏消毒法 63~65 ℃消毒30 min或85 ℃处理10~15 s 牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液体
灭菌或消毒方法 主要操作 应用范围
紫外线消毒 30 W紫外灯照射30 min 接种室、接种箱、超净工作台
化学药
物消毒 用体积分数为70%~75%的酒精、碘酒涂抹等 用于皮肤、伤口、动植物组织表面的消毒和空气、手术器械、玻璃器皿等的消毒
［特别提醒］（1）用酒精消毒时，体积分数为70%的酒精效果最好。酒精浓度过高，菌体表面蛋白质凝固形成一层保护膜，酒精不能渗入其中；酒精浓度过低，杀菌力减弱。
（2）接种室、接种箱和超净工作台在使用前，可以用紫外线照射以杀死物体表面或空气中的微生物。在照射前，适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液，可以加强消毒效果。
（3）芽孢是细菌的休眠体。孢子是繁殖体。
（4）消毒和灭菌的原理都是通过一定的理化手段，使微生物的蛋白质或核酸变性。区别在于抑菌杀菌的程度不同。
下列有关微生物培养与应用的叙述，正确的是 （　　）
A.同一种物质可能既作为碳源又作为氮源，所有碳源都能提供能量
B.接种前需对培养皿、接种环进行灭菌处理，对操作者的双手等进行消毒处理
C.要从多种细菌中分离出某种细菌，培养基要用液体培养基
D.微生物生长不可缺少的有机物有氨基酸、维生素和蛋白胨等
B
解析
同一种物质可能既作为碳源又作为氮源，如牛肉膏，但自养微生物利用的无机碳源不提供能量，A错误；培养皿、接种环等需要进行严格的灭菌处理，而操作者的双手需要进行消毒处理，B正确；要从多种细菌中分离出某种细菌，需要用选择培养基，选择培养基一般是固体培养基，C错误；氨基酸、维生素等属于生长因子，并不是所有微生物的生长都需要，有些培养基也不需要蛋白胨，D错误。
［举一反三］
1.（生命观念）消毒和灭菌的区别是什么？
提示　消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部的部分微生物（不包括芽孢和孢子），灭菌是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物（包括芽孢和孢子）。
2.（科学思维）请问含下表物质的培养基中含有哪些营养成分？可以培养哪种生物？
编号 ① ② ③ ④ ⑤
成分 （NH4）2SO4 KH2PO4 FeSO4 CaCl2 H2O
含量 0.4 g 4.0 g 0.5 g 0.5 g 100 mL
提示　此培养基中含有氮源、水、无机盐。由于不含碳源，可以培养自养（如硝化细菌、蓝藻）微生物。
1.下列有关培养基的叙述，正确的是 （　　）
A.培养乳酸杆菌的培养基中需添加维生素
B.都只含有碳源、氮源、水和无机盐
C.在固体培养基表面可观察到单个细菌
D.固体培养基中加入少量水即可制成液体培养基
A
解析
在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素即生长因子，A正确；培养基中一般都含碳源、氮源、水和无机盐，但还需满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求，B错误；微生物在固体培养基上生长时，稀释度足够高时，可形成肉眼可见的单个菌落，肉眼不能看到单个细菌，C错误；液体培养基没有加入凝固剂，固体培养基中含有凝固剂，加入少量水也不能制成液体培养基，D错误。
2.下列关于无菌技术的说法正确的是 （　　）
A.消毒仅能杀死物体表面的芽孢和孢子
B.液态的牛奶可用巴氏消毒法消毒
C.培养皿、胶头吸管可用干热灭菌法灭菌
D.到达高压蒸汽灭菌时间后立即排气降温
B
解析
消毒不能杀死物体表面的芽孢和孢子，A错误；牛奶用巴氏消毒法消毒，B正确；干热灭菌法适用于玻璃器皿和金属工具，胶头吸管可用高压蒸汽灭菌，C错误；到达高压蒸汽灭菌时间后待压力降至零时，再打开排气阀排气，D错误。
任务驱动二　微生物的纯培养实验
分析下图所示的“微生物的纯培养”实验中的操作步骤，思考下列问题：
（1）如图甲所示，为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？
提示　通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。
（2）如图乙所示，从防止杂菌污染的角度思考，将平板倒置的原因是什么？
提示　平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高。将平板倒置，既可以使培养基表面的水分更好地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染。
1.倒平板操作的注意事项
（1）培养基冷却到50 ℃左右时开始倒平板。温度过高会烫手，温度过低培养基会凝固。
（2）使锥形瓶的瓶口通过酒精灯火焰，目的是灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。
（3）倒平板时，要用左手的拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，不要完全打开，以免杂菌污染培养基。
（4）平板冷凝后，要将平板倒置。因为平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，培养基表面的温度也较高。平板倒置后，既可使培养基表面的水分更好地挥发，又可防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
（5）在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，那么这个平板不能用来培养微生物，因为空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。
（6）整个操作过程要在酒精灯火焰旁进行，避免杂菌污染。
2.平板划线法注意事项
（1）每次划线之前都需灼烧接种环灭菌，划线操作结束仍需灼烧接种环。
（2）灼烧接种环之后，要待其冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种。
（3）在做第二次以及其后的划线操作时，总是从上一次划线的末端开始划线，这样才能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
（4）划线时最后一区域不要与第一区域相连。
（5）划线时用力要大小适当，防止用力过大将培养基划破。
（6）平板划线操作中几次灼烧接种环的目的如下表所示：
项目 第一次
划线前灼烧 第2~n次
划线前灼烧 划线结束后
灼烧
目的 避免接种环上可能存在的微生物污染培养物 杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种，使下次划线的菌种均来自上次划线的末端 杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者
右图为平板划线法接种后的示意图。下列有关平板划线法的操作正确的是 （　　 ）
A.划线时应避免划破培养基表面，以免不能形成正常菌落
B.在划线接种的整个操作过程中，对接种环至少需进行5次灼烧灭菌
C.接种后盖上皿盖，将平板放入恒温箱中培养时，不需要将平板倒置
D.使用后的培养基需经过加热后才能倒掉
A
解析
划线时应避免划破培养基表面，以免大量菌种聚集，不能形成正常菌落，A正确；平板划线接种过程中需在接种前、每次划线后对接种环进行灼烧灭菌，题图中共划线5个区域，故接种环至少需要进行6次灼烧灭菌处理，B错误；接种后盖上皿盖，将平板放入恒温箱中培养时，为了避免培养基被污染和使培养基表面水分更好地挥发，应将平板倒置放入恒温箱中培养，C错误；带菌的培养基要经高压蒸汽灭菌后才能倒掉，以免污染环境，D错误。
［举一反三］
1.（科学探究）依次列举微生物纯培养的步骤。
提示　微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。
2.（科学思维）平板划线过程中，灼烧接种环后，要等其冷却再进行划线的原因是什么？
提示　以免接种环温度太高，杀死菌种。
1.下列关于平板划线操作的叙述，正确的是 （　　）
A.使用已灭菌的接种环、培养皿，在操作过程中不需要再灭菌
B.打开含菌种的试管，需通过酒精灯火焰灭菌，取出菌种后需马上塞上棉塞
C.将沾有菌种的接种环迅速伸入平板内，划三至五条平行线即可开始培养
D.最后将平板倒置，放在培养箱中培养
D
解析
在平板划线时，已灭过菌的接种环在每次划线后，必须用灼烧灭菌法灭菌，以杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种；盛有菌种的试管在打开和重新塞棉塞前，都需将试管口通过酒精灯火焰灼烧灭菌；在平板内划三至五条平行线后应盖上皿盖，并灼烧接种环，待其冷却后，从第一区域划线的末端开始往第二区域划线，并按此操作继续往三、四、五区域划线；接种完成后，需将平板倒置放入培养箱中，以防培养皿皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
2.下图表示培养和纯化X细菌的部分操作步骤，下列相关叙述正确的是 （　　）
A.对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行灭菌处理
B.步骤①倒平板操作时，应打开培养皿盖以方便操作
C.步骤③应向多个方向划线，使接种物逐渐稀释，培养后出现单个菌落
D.步骤③划线结束后在皿盖上做好标注
C
解析
对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒处理，而非灭菌，灭菌是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有微生物，培养基以及培养皿等进行灭菌，A错误；步骤①倒平板操作过程中，用食指和拇指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，而非打开培养皿，防止周围环境中杂菌的污染，B错误；步骤③应多个方向划线，即进行多个接种区接种，使接种物逐渐稀释，最终培养后可出现单个菌落，达到分离的目的，C正确；因为需要将培养皿倒置培养，因此，步骤③划线结束后应在皿底上做好标注，D错误。
知识网络构建
关键知识积累
1.培养基的成分一般包括水、碳源、氮源、无机盐，除此之外，还应满足微生物对pH、特殊营养物质及氧气的需求。
2.消毒和灭菌的区别是后者更彻底，能将物体表面及内部所有的微生物包括芽孢、孢子全部杀死。
3.在酒精灯火焰附近倒平板后，要将培养皿倒置。
1.关于微生物营养的说法正确的是 （　　 ）
A.同一种物质不可能既做碳源又做氮源
B.凡是碳源都能提供能量
C.除水以外的无机物仅提供无机盐
D.无机氮源也可能提供能量
D
解析
对异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源，如牛肉膏，A错误；有机碳源能提供能量，无机碳源不能提供能量，B错误；CO2和 N2是无机物，也是某些微生物的碳源和氮源，C错误；自然界中一些微生物如硝化细菌，可以以无机氮源合成细胞物质，同时通过氧化外界无机物获得生长所需能量，D正确。
2.下列有关无菌技术的说法正确的有 （　　）
①无菌技术的关键是杀灭实验室中所有的微生物
②煮沸消毒法中100 ℃煮沸5~6 min可以杀死微生物细胞和部分芽孢、孢子
③经巴氏消毒法处理的食品因微生物未被彻底消灭，所以不能在常温下长期保存
④高压蒸汽灭菌时若不将锅内冷空气排出则达不到预期的灭菌效果
⑤将接种环直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，可以迅速彻底地灭菌
⑥无菌技术中，若处理对象为液体，则只能消毒，不能灭菌
A.2项　　B.3项　　C.4项　　D.5项
C
解析
①无菌技术的关键是防止杂菌的污染，①错误；⑥无菌技术中，若处理对象为液体，则可以用高压蒸汽灭菌法灭菌，⑥错误。故选C。
3.下表是某种微生物培养基的成分。以下说法错误的是 （　　）
编号 ① ② ③ ④ ⑤
成分 （NH4）2SO4 KH2PO4 FeSO4 CaCl2 H2O
含量 0.4 g 4.0 g 0.5 g 0.5 g 100 mL
A.此培养基可用来培养自养型微生物
B.此表中的营养成分共有三类，即水、无机盐、氮源
C.若除去①，此培养基可培养固氮菌
D.不能用此培养基观察菌落的特征
C
解析
此培养基中的营养成分共有3类,即水、无机盐、氮源［（NH4）2 SO4］，但没有提供能量的有机物作为碳源，故只能用于培养自身能合成有机物的自养微生物，A、B正确；非自养型固氮微生物不能用此培养基培养，如根瘤菌，C错误；该培养基的成分中不含凝固剂，为液体培养基，不能用于观察菌落的特征，D正确。
4.微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。下列关于酵母菌的纯培养的叙述错误的是 （　　）
A.采用平板划线法和稀释涂布平板法均可分离酵母菌
B.可用湿热灭菌法对培养酵母菌的马铃薯琼脂培养基进行灭菌
C.通过接种环连续蘸取菌液在固体培养基表面划线的操作，可将菌种逐步稀释
D.完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，再将接种后的平板进行培养
C
解析
对微生物进行分离的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，A正确；可用湿热灭菌法（通常是高压蒸汽灭菌法）对培养酵母菌的马铃薯琼脂培养基进行灭菌，B正确；通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面，该过程中只蘸取一次菌液，C错误；完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板（和一个未接种的平板）倒置培养，D正确。
5.在生产、生活和科研实践中，经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。请回答下列问题：
（1）在实验室中，玻璃和金属材质的实验器具　 　　　（填“可以”或“不可以”）放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。
（2）牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能　　　　　　　　，在照射前，适量喷洒　　　　　　，可强化消毒效果。
（4）水厂供应的自来水通常是经过　　　 （填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”）消毒的。
（5）某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度，最可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　。
答案　 （1）可以　（2）在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少　（3）破坏DNA结构　消毒液　（4）氯气　（5）未将锅内冷空气排尽
解析
（1）能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿（吸管、培养皿）和金属用具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。
（2）煮沸消毒法即在100 ℃煮沸5~6 min，可以杀死微生物细胞和一部分芽孢；巴氏消毒法即在63~65 ℃消毒30 min或80~85 ℃处理10 s~15 s，可以杀死绝大多数微生物，并且保证营养物质不被破坏。因此，与煮沸消毒法相比，牛奶消毒常采用的巴氏消毒法或高温瞬时消毒法的优点是在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。
解析
（3）因紫外线能破坏DNA结构，所以密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒。在照射前，适量喷洒消毒液，可强化消毒效果。
（4）消毒用乙醇通常是体积分数为75%的酒精，有气味，影响水质，不宜用于自来水消毒；高锰酸钾本身有颜色，消毒后溶液呈紫红色，无法使用；因此水厂供应的自来水通常是经过氯气消毒的。
（5）采用高压蒸汽灭菌时，需先将锅内的水加热煮沸，使其中原有的冷空气彻底排出后才能将锅密闭。如果未将锅内冷空气排尽，则会出现压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度的现象。

展开更多......

收起↑