2020年高考生物一轮复习讲义:第40讲 微生物的培养与应用
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1、第 40 讲 微生物的培养与应用1微生物的分离和培养 2.某种微生物数量的测定 3.培养基对微生物的选择作用4利用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用培养基及微生物的纯化培养技术1培养基(1)概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出供其 生长繁殖的营养基质。(2)营养组成:一般都含有水、碳源、氮源和无机盐。此外,还需要满足微生物生长对pH、氧气以及特殊营养物质 的要求。(3)分类 固 体 培 养 基 : 含 凝 固 剂液 体 培 养 基 : 不 含 凝 固 剂 )2无菌技术的主要方法及适用对象连一连3制备牛肉膏蛋白胨固体培养基(1)计算 依 据 : 配 方 比 例计 算
2、 : 配 制 一 定 体 积 的 培 养 基 时 , 各 种 成 分 的用 量 )(2)称量 牛 肉 膏 要 放 在 称 量 纸 上 称 量牛 肉 膏 和 蛋 白 胨 都 易 吸 潮 , 称 取 时 动 作 要 迅速 , 称 取 后 及 时 盖 上 瓶 盖 )(3)溶化牛 肉 膏 连 同 称 量 纸 一 同 放 入 烧 杯 加 入 少量 水 , 加 热 牛 肉 膏 溶 化 后 取 出 称 量 纸 加入 称 量 好 的 蛋 白 胨 和 氯 化 钠 , 搅 拌 加 入琼 脂 , 加 热 使 其 溶 化 , 并 不 断 搅 拌 补 加 蒸 馏水 定 容 )(4)灭菌 灭 菌 前 : 调 节 pH方
3、法 : 高 压 蒸 汽 灭 菌 法 。 压 力 为 100 kPa, 温度 为 121 , 灭 菌 时 间 为 15 30 min )(5)倒平板 倒 平 板 应 在 酒 精 灯 火 焰 附 近甲 、 乙 、 丙 中 的 灭 菌 方 法 是 灼 烧 灭 菌丁 中 的 操 作 需 要 等 待 平 板 冷 却 凝 固 后才 能 进 行 )4纯化大肠杆菌(1)原理:在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞,使其长成单个的菌落,这个菌落就是纯化的细菌菌落。(2)主要方法及纯化原理主要方法 平板划线法 稀释涂布平板法平板示意图纯化原理 通过连续划线操作实现的 将菌液进行一系列的梯度稀释和涂布平板操作实现的5
4、.菌种的保藏方法(1)临时保藏法:对于频繁使用的菌种,先接种到试管的固体斜面 培养基上培养,然后放入 4 的冰箱中保藏。(2)甘油管藏法:对于需要长期保存的菌种,先将菌液转入灭菌后的 甘油中,混匀后放在20 冷冻箱中保存。(选修 1 P18“旁栏小资料”改编)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?答案:不是。微生物的接种方法还包括斜面接种、穿刺接种等。微生物接种的核心是防止杂菌污染,保证培养物的纯度。如图是采用纯化微生物培养的两种接种方法接种后培养的效果图,请分析下列问题:(1)获得图 A 效果和图 B 效果的接种方法分别是_、_。(2)某同学在纯化土壤中的
5、细菌时,发现培养基上的菌落连成了一片,最可能的原因是_,为避免此种现象应当采取的措施是_。(3)接种操作一定要在火焰附近进行是因为_ 。答案:(1)稀释涂布平板法 平板划线法(2)菌液浓度过高或划线时在划下一区域前未将接种环灼烧灭菌 增大稀释倍数或每次划新区域前先将接种环灼烧灭菌(3)火焰附近存在着无菌区域考向 1 培养基及其制备方法和无菌技术的操作1牛奶中富含蛋白质,长期饮用有助于增强体质,但牛奶同时也是多种疾病的传播载体。国家标准是每毫升牛奶中细菌数少于 30 000 个。以下是牛奶消毒及细菌检测实验。分析回答下列问题:(1)图中步骤称为_消毒法。步骤是_。(2)培养基中的蛋白胨可以为微生
6、物提供_。进行步骤 操作时,应选用下列中的哪种工具?_。为了避免杂菌污染,此步骤应在_附近进行。(3)将接种后的培养基和作为对照的_同时放入 37 恒温培养箱中,培养 36 小时。取出后统计各平板的菌落数,结果如下表所示。应该选择其中稀释倍数为_的平板进行计数,经过消毒后的牛奶中,细菌数大约是每毫升_个。牛奶稀释倍数 102 103 104平板 1 菌落数 87 10 1平板 2 菌落数 83 12 1平板 3 菌落数 85 10 0解析:(1)80 恒温水浴 15 min 是巴氏消毒法,步骤是进行系列稀释(或梯度稀释)。(2)培养基中的蛋白胨可以为微生物提供碳源、氮源( 和维生素),步骤是接
7、种,因为需要计数,则需用稀释涂布平板法,接种工具是涂布器;为了避免杂菌污染,此步骤应在酒精灯火焰附近进行。(3)统计各平板的菌落数时,应选择菌落数在 30300 的平板进行计数,经过消毒后的牛奶中,细菌数大约是每毫升(878385)3 1028 500 个。答案:(1)巴氏 系列稀释(或梯度稀释 ) (2)碳源、氮源( 和维生素) B 酒精灯火焰 (3)一个未接种的培养基 10 2 8 500 个(1)培养基的配制原则目的要明确:配制时应根据微生物的种类、培养目的等确定配制的培养基种类。营养要协调:注意各种营养物质的浓度和比例。pH 要适宜:细菌培养基所需 pH 为 6.57.5,放线菌培养基
8、所需 pH 为 7.58.5,真菌培养基所需 pH 为 5.06.0 ,培养不同微生物所需的 pH 不同。(2)微生物对主要营养物质的需求特点自养型微生物所需的主要营养物质是无机盐,碳源可来自大气中的 CO2,氮源可由含氮无机盐提供。异养型微生物所需的营养物质主要是有机物,即碳源必须由含碳有机物提供,氮源也主要是由有机物提供,部分异养型微生物也可以利用无机氮源。 考向 2 微生物的纯化技术2(2019河北衡水中学调研) 表格是某公司研发的一种培养大肠杆菌的培养基配方,请结合所学知识,回答下列相关问题:成分 含量蛋白胨 10.0 g乳糖 5.0 g蔗糖 5.0 gK2HPO4 2.0 g显色剂(
9、伊红美蓝) 0.2 g琼脂 12.0 g将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到 1 000 mL(1)根据用途划分,该培养基属于_培养基,若要分离能分解尿素的细菌,需对培养基作出的最关键的调整是_,若还需鉴定分解尿素的细菌,需作出的调整是_。(2)从培养基的成分上看,大肠杆菌的同化类型为_ 。该培养基能否分离筛选出大肠杆菌?为什么?_。(3)在实验室培养微生物时,获得纯净培养物的关键是_ ,紫外线可对空气进行灭菌的原因是_。(4)某同学尝试纯化大肠杆菌,其中一个平板的菌落分布如右图所示,推测该同学接种时可能的操作失误是_。解析:(1)伊红美蓝是鉴定大肠杆菌的试剂,因此该培养基从用途上属于鉴别培养基;
10、若要分离能分解尿素的细菌,则需要保证培养基中以尿素为唯一氮源,即将蛋白胨换成尿素;鉴定分解尿素的细菌,需要使用酚红指示剂。(2)大肠杆菌需要从培养基中获得碳源,因此其同化作用类型是异养型;由于表格中的培养基中的碳源种类很多,可供多种微生物生存,因此该培养基不能分离筛选出大肠杆菌。(3)微生物培养时,关键是防止外来杂菌的感染;空气中的细菌可用紫外线杀灭,其原因是紫外线能让蛋白质变性,同时还能破坏 DNA 的结构。(4)由图可知,该同学采用的是稀释涂布平板法,但菌落比较集中,没有很好地分散开,可能是涂布不均匀导致的。答案:(1)鉴别 将蛋白胨换成尿素 将伊红美蓝换成酚红 (2) 异养型 不能,原因
11、是培养基中的碳源种类很多,可供多种微生物生存 (3)防止外来杂菌的入侵 紫外线能使蛋白质变性,还能破坏 DNA 的结构 (4)涂布不均匀两种纯化细菌方法的比较项目 优点 缺点 适用范围平板划线法 可以观察菌落特征,对混合菌进行分离 不能计数 适用于好氧菌稀释涂布平板法 可以计数,可以观察菌落特征吸收量较少,较麻烦,平板不干燥效果不好,容易蔓延适用于厌氧菌和兼性厌氧菌土壤中分解尿素的细菌的分离与计数1土壤中分解尿素的细菌的分离与计数(1)分离原理:土壤中的细菌之所以能分解尿素,是因为它们能合成 脲酶,这种物质在把尿素分解成无机物的过程中起到催化作用。(2)统计菌落数目:统计样品中的活菌一般用稀释
12、涂布平板 法。2实验流程(1)土壤取样富含有机质的土壤表层土(2)样品的稀释通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落数在30300 之间,适于计数的平板(3)接种用稀释涂布平板法接种(4)培养 细 菌 : 30 37 培 养 1 2天放 线 菌 : 25 28 培 养 5 7天霉 菌 : 25 28 培 养 3 4天 )(5)观察根据菌落的特征区分微生物(6)计数统计菌落的数目(7)计算根据公式“每克样品中的菌落数(CV) MC 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 ”进行计算3分解尿素的细菌的鉴别(1)方法:在以尿
13、素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂培养分解尿素的细菌。(2)原理分解尿素的细菌CO(NH2)2H 2O CO2 Error!变红色 脲 酶 (3)实验现象及结论培养基变红:该种细菌能分解尿素。培养基不变红:该种细菌不能分解尿素。4设置对照和重复项目 对照 重复目的 排除非测试因素对实验结果的影响 排除偶然因素对实验结果的影响实例 空白对照:确定培养基制作是否合格 同一稀释度涂布至少 3 个平板(选修 1 P26“旁栏小资料”改编)细菌数目的测定还有哪些方法?举例说明。答案:滤膜法。测定饮用水中大肠杆菌的数目可以采用滤膜法。考向 1 考查微生物的选择培养1(2019广东七校联合体高三联考) 下
14、面是筛选抗链霉素大肠杆菌的实验步骤及相关图解。实验步骤:把大量对链霉素敏感的大肠杆菌接种在不含链霉素的培养基 1 的表面,进行培养。待其长出密集的小菌落后,用影印法接种到不含链霉素的培养基 2 上,随即再影印到含有链霉素的培养基 3 上,进行培养。在培养基 3 上出现了个别抗链霉素的菌落,将其挑选出。请回答下列问题:(1)配制培养基时除了满足基本的营养条件外,还需满足微生物生长对特殊营养物质、_、_的要求。(2)从功能上看,含有链霉素的培养基属于_培养基。若在培养基中加入伊红美蓝,则培养皿中长出的菌落颜色为_。由图可知,1 号培养基接种的方法为_。(3)对培养基 2 和 3 进行比较,在培养基
15、 2 上找到与 3 上相应的菌落,挑取其中一个菌落接种到_(填“含链霉素 ”或“不含链霉素”) 的培养基上,如果有较多的菌落出现,则说明该抗性基因突变发生在该菌接触链霉素之_(填“前”或“后”) 。(4)培养基 3 中的菌落比 1、2 中的菌落少很多,这说明基因突变具有 _的特点。解析:(1)配制培养基时,在提供几种基本营养条件的基础上,还需满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。 (2)链霉素是抗生素,对大肠杆菌具有选择作用。在伊红美蓝培养基上,大肠杆菌菌落颜色为黑色。由题图可知,1 号培养基接种的方法为稀释涂布平板法。(3) 培养基 2 和培养基 3 上相同的菌落,是具有相同性状
16、的大肠杆菌形成的,将培养基 2 中一个相应菌落接种到含链霉素的培养基上,若出现较多的菌落,则说明该抗性基因突变发生在该菌接触链霉素之前。(4)抗链霉素性状是大肠杆菌基因突变后获得的性状,3 号培养皿中的菌落比 1 号、2 号中的菌落少很多,这说明基因突变具有低频性的特点。答案:(1)pH 氧气 (2)选择 黑色 稀释涂布平板法(3)含链霉素 前 (4) 低频性选择培养基的制作方法(1)在培养基全部营养成分具备的前提下,加入物质:依据某些微生物对某些物质的抗性,在培养基中加入该物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所需要的微生物生长,如培养基中加入高浓度食盐时可抑制多种细菌的生长,但不影响金黄色
17、葡萄球菌的生长,从而可将该菌分离出来;而在培养基中加入青霉素时可抑制细菌、放线菌的生长,从而分离得到酵母菌和霉菌。(2)通过改变培养基的营养成分达到分离微生物的目的:培养基中缺乏氮源时,可分离自生固氮微生物,非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存;培养基中若缺乏有机碳源则异养微生物无法生存,而自养微生物可利用空气中的 CO2 制造有机物生存。(3)利用培养基的特定化学成分分离特定微生物:如当石油是唯一碳源时,可抑制不能利用石油的微生物生长,使能够利用石油的微生物生长,从而分离出能消除石油污染的微生物。(4)通过某些特殊环境分离微生物:如在高盐环境中可分离耐盐菌,其他菌在盐浓度高时易失水而不能生存
18、;在高温环境中可分离得到耐高温的微生物,其他微生物在高温环境中因酶失活而无法生存。 考向 2 微生物的分离与计数2(2019四川眉山一中高三月考) 水污染是全球性的环境问题,微生物降解是水污染治理的有效手段之一。聚乙烯醇(PVA)是存在于化工污水中的一种难以降解的大分子有机物,PVA 分解菌能产生 PVA 酶分解 PVA,PVA 与碘作用时能产生蓝绿色复合物,当 PVA 被分解时蓝绿色复合物消失,形成白色透明斑,请回答下列问题:(1)要从土壤中筛选出能高效分解 PVA 的细菌,应采用以_作为唯一碳源的选择培养基,实验中还应设置对照组。将菌液稀释相同的倍数,对照组培养基上生长的菌落数目应明显_(
19、 填“多于”或“少于”) 选择培养基上的数目,从而说明选择培养基具有筛选作用。(2)要测定土壤稀释液中微生物的数目,可在显微镜下用_ 计数板直接计数。若将 100 mL 含有 PVA 分解菌的土壤样品溶液稀释 104 倍后,取 0.1 mL 稀释液均匀涂布在选择培养基表面,测得菌落数的平均值为 160 个,空白对照组平板上未出现菌落,则 100 mL 原菌液中有 PVA 分解菌_个,该方法的测量值与实际值相比一般会_(填“偏大”“偏小”或“相等”) 。(3)要鉴定分离出的细菌是否为 PVA 分解菌,培养 PVA 分解菌的培养基中除了加入必需的营养物质外还需要加入_用于鉴别 PVA 分解菌。要比
20、较不同菌株降解 PVA 能力的大小,用含相同 PVA 浓度的上述培养基来培养不同菌株,一定时间后,通过测定_来确定不同菌株降解 PVA 能力的大小。解析:(1)要从土壤中筛选出能高效分解 PVA 的细菌,应采用以聚乙烯醇(PVA) 作为唯一碳源的选择培养基,目的是淘汰不能分解聚乙烯醇(PVA) 的细菌。实验中设置的对照组培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的数目,因为对照组没有淘汰不能分解聚乙烯醇(PVA)的细菌。(2)在显微镜下计数微生物细胞的数量可直接用血细胞计数板计数。根据题意,100 mL 原菌液中有 PVA 分解菌的数目为 1600.11041001.610 9。由于该方法得
21、到的菌落可能是两个或者多个细菌共同产生的一个菌落,导致统计的菌落数较实际菌落数偏少,所以该方法的测量值与实际值相比一般会偏小。(3)根据题干中鉴定 PVA分解菌的原理“PVA 与碘作用时能产生蓝绿色复合物,当 PVA 被分解时蓝绿色复合物消失,形成白色透明斑”可知,要鉴定分离出的细菌是否为 PVA 分解菌,培养 PVA 分解菌的培养基中除了加入必需的营养物质外还需要加入碘液用于鉴别 PVA 分解菌。要比较不同菌株降解 PVA 能力的大小,用含相同 PVA 浓度的上述培养基来培养不同菌株,一定时间后,通过测定白色透明斑的大小(或直径) 来确定不同菌株降解 PVA 能力的大小。答案:(1)聚乙烯醇
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