【生物】2020届 一轮复习 人教版 微生物的培养与应用 学案

【生物】2020届 一轮复习 人教版 微生物的培养与应用 学案

‎2020届 一轮复习 人教版 微生物的培养与应用 学案 最新考纲 全国卷考情 ‎1.微生物的分离和培养 ‎2.培养基对微生物的选择作用 ‎3.某种微生物数量的测定 ‎4.微生物在其他方面的应用 ‎2018·全国卷Ⅰ(37)、2018·全国卷Ⅱ(37)、‎ ‎2018·全国卷Ⅲ(37)、2017·全国卷Ⅰ(37)、‎ ‎2016·全国卷Ⅰ(39)、2016·全国卷Ⅲ(39)‎ 考点一　微生物的实验室培养 ‎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)种类 ‎①按照物理性质可分为液体培养基、固体培养基、半固体培养基。‎ ‎②按照成分的来源可分为天然培养基和合成培养基。‎ ‎③按照功能用途可分为选择培养基、鉴别培养基等。‎ ‎2.无菌技术 ‎(1)含义：在培养微生物的操作中，所有防止杂菌污染的方法。‎ ‎(2)常用方法 ‎3.大肠杆菌的纯化培养 ‎(1)制备牛肉膏蛋白胨固体培养基 →→→→ ‎(2)纯化大肠杆菌的方法 ‎①纯化培养原理：想方设法在培养基上得到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的菌落，即可获得较纯的菌种。‎ ‎②纯化大肠杆菌的关键步骤：接种。‎ ‎③常用的微生物接种方法有两种 a.平板划线法：是通过接种环在琼脂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。如图所示：‎ b.稀释涂布平板法：是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。‎ ‎(3)菌种的保存方法 ‎①对于频繁使用的菌种，可以采用临时保藏的方法。‎ ‎②对于需要长期保存的菌种，可以采用甘油管藏的方法。‎ 点悟：(1)用稀释涂布平板法统计样品中菌落的数目往往比实际数目“低”。这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。而显微计数法由于不能区分死菌与活菌，故所得数值可能比实际值“偏高”。‎ ‎(2)平板划线法只适用于微生物的提纯，不适用于微生物的计数，并且在最后一次划线的末端处的菌种最纯。‎ ‎　下图中图1为“倒平板”相关操作，图2为微生物接种方法。请思考：‎ ‎(1)请用文字和箭头写出图1中正确的倒平板操作流程。‎ 提示　C→B→A→D ‎(2)图示B为何需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？为何需进行D操作？‎ 提示　B操作是通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。D操作是平板冷凝后，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。‎ ‎(3)图2中E、F依次利用何种方法进行接种？其接种工具依次是什么？其接种后效果图解应如下图中a还是b？‎ 提示　平板划线法　稀释涂布平板法　接种环　涂布器　E—a、F—b ‎　微生物实验室培养及无菌操作技术 ‎1.(2018·全国卷Ⅱ，37)[生物——选修1：生物技术实践]‎ 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。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　　　　。‎ 解析　(1)‎ 在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实验器具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的DNA分子。在利用紫外线照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常采用氯气消毒。(5)采用高压蒸汽灭菌时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。‎ 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 ‎2.(2019·东北师大附中调研)大肠杆菌是遗传学和微生物学中经典的模式生物。科研人员要对大肠杆菌进行研究，首先要纯化大肠杆菌，请结合所学知识，回答下列问题：‎ ‎(1)纯化大肠杆菌首先需要制备　　　　培养基。在大肠杆菌培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑　　　　、温度等条件。‎ ‎(2)可以估算出样品中大肠杆菌密度的接种培养方法是　　　　，估算值一般比实际值偏　　　　(填“大”或“小”)。‎ ‎(3)滤膜法可计数水样中的大肠杆菌。将过滤过待测水样的滤膜紧贴在培养基上，这属于微生物培养中　　　　操作。根据培养基的物理状态来分，该培养基属于　　　　培养基。‎ ‎ (4)如图是大肠杆菌的纯化培养的一种方法，1→2→3→4→5表示操作顺序，培养后可观察到所需菌落的区域是　　　　，接种结束后将培养皿　　　　放入恒温箱中培养。‎ 解析　(1)纯化大肠杆菌首先需要制备牛肉膏蛋白胨固体培养基。大肠杆菌的培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑温度、酸碱度和渗透压等条件。(2)接种大肠杆菌最常用的是平板划线法和稀释 涂布平板法，其中可以估算出样品中大肠杆菌密度的是稀释涂布平板法。由于两个或两个以上细胞聚集在一起，观察到的往往是一个菌落，故估计数值一般偏小。(3)过滤过待测水样的滤膜紧贴在培养基上，是将样品中的大肠杆菌接种到培养基上，固体培养基适于计数。(4)图中5区域就可得到所需要的菌落。接种结束后要将平板倒置放入恒温箱中培养。‎ 答案　(1)牛肉膏蛋白胨固体　渗透压(或酸碱度)‎ ‎(2)稀释涂布平板法　小　(3)接种　固体　(4)5　倒置 ‎1.无菌技术 条件 结果 常用方法 应用范围 消毒 较为温和的物 理或化 学方法 仅杀死物体表面或内部 的部分微 生物 煮沸消毒法 日常用品 巴氏消毒法 不耐高温的液体 化学药剂消毒法 用酒精擦拭双手，用氯气消毒水源 灭菌 强烈理化 因素 杀死物体内外所有的微 生物，包括 芽孢和孢子 灼烧灭菌法 接种工具 干热灭菌法 玻璃器皿、金属用具 高压蒸汽灭菌法 培养基及容器 ‎2.两种纯化细菌的方法的比较 比较项目 平板划线法 稀释涂布平板法 关键操作 接种环在固体平板培养基表面连续划线 ‎①一系列的梯度稀释 ‎②涂布平板法操作 注意事项 每次划线前后均需灼烧接种环 稀释度要足够高，为确保实验成功可以增加稀释度的范围 菌体获取 在具有显著菌落特征的区域的菌落中挑取菌体 从适宜稀释度的平板上的菌落中挑取菌体 优点 可以根据菌落的特点获得某种微生物的单细胞菌落 既可以获得单细胞菌落，又能对微生物进行计数 缺点 不能对微生物计数 操作复杂，需要涂布多个平板 ‎　　　‎ 考点二　微生物的筛选和计数 ‎1.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 ‎(1)原理与流程 ‎(2)统计菌落数目时，培养基表面生长的1个菌落，来源于样品稀释液中1个活菌。为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。‎ ‎(3)从平板上的菌落数推测出每克样品中的菌落数的计算方法是(平均菌落数C÷涂布的稀释液体积V)×稀释倍数M 点悟：利用稀释涂布平板法成功统计菌落数目的关键是恰当的稀释度。‎ ‎(4)实验结果分析与评价 ‎2.分解纤维素的微生物的分离 ‎(1)纤维素酶及纤维素分解菌筛选原理、方法 ‎(2)实验流程 ‎(3)分离纤维素分解菌所用的两种培养基比较 分离纤维素分解菌的实验中先用选择培养基，再用鉴别培养基。‎ ‎①选择培养基为液体培养基，以纤维素作为碳源和能源的微生物可以正常生长，而其他绝大多数微生物不能正常生长。‎ ‎②鉴别培养基含琼脂，为固体培养基，细菌可在培养基上形成肉眼可见的菌落。‎ ‎③刚果红染色法应用于鉴别(选择、鉴别)培养基。‎ ‎3.菌株筛选原理的比较 土壤中分解尿素的细菌 分解纤维素的微生物 ‎①选择培养基的成分：尿素作为唯一的氮源 ‎②鉴定方法：在培养基中加入酚红指示剂，若pH升高，指示剂变红，说明细菌能分解尿素 ‎①选择培养基的成分：纤维素作为唯一的碳源②鉴定方法：刚果红染色法，即刚果红与纤维素形成红色复合物，当纤维素被分解后，培养基出现以纤维素分解菌为中心的透明圈 ‎1.(2018·全国卷Ⅰ，37)[生物——选修1：生物技术实践]‎ 将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制　　　　的生长，加入了链霉素的培养基属于　　　　培养基。‎ ‎(2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除氮源外还有　　　　(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物大分子有　　　　(答出两点即可)。‎ ‎(3)若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是　　　　，该方法能筛选出产生淀粉酶微生物的原理是_____________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(4)甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量，在同一稀释倍数下得到以下结果：‎ 甲同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是110、140和149，取平均值133；乙同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是27、169和176，取平均值124。有人认为这两位同学的结果中，乙同学的结果可信度低，其原因是_______________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ 解析　(1)在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称做选择培养基。若M培养基是用于真菌的筛选，则应加入链霉素以抑制细菌的生长，其属于选择培养基。(2)马铃薯浸出液中含有淀粉、蛋白质、脂质、无机盐、水等多种物质，因此，除氮源外其中还有微生物生长所需要的碳源、无机盐等营养要素。进入细胞的氮源可参与合成蛋白质、核酸(DNA、RNA)等含氮的生物大分子。(3)加入显色剂碘液后，淀粉遇碘变蓝，而淀粉的水解产物则不发生这种反应。若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，土壤中能产生淀粉酶的微生物可将淀粉分解，菌落周围就会出现透明圈，这样，我们就可以通过是否产生透明圈来筛选能产生淀粉酶的微生物了。(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差太远，说明在操作过程中可能出现了错误，结果的重复性太差，不能简单地将3个平板的计数值用来求平均值。‎ 答案　(1)细菌　选择　(2)碳源、无机盐　蛋白质、核酸　(3)‎ 碘液　淀粉遇碘液显蓝色，产生淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈　(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差悬殊，结果的重复性差 ‎2.(2019·山东湖北部分重点中学联考)从土壤中分离尿素分解菌和纤维素分解菌，具有下列类似的操作过程：‎ →→→→ →→→→ ‎(1)在过程④的选择培养基是　　　　培养基，过程⑧的选择培养基是　　　　培养基。(填“固体”或“液体”)。④的具体措施是_________________________；‎ ‎⑧的选择措施是______________________________________________________。‎ ‎(2)在过程③样品梯度稀释后，一般只将稀释度为104～106分别接种到3个平板培养基上。接种的常用方法为　　　　　　　　　，‎ ‎(3)过程⑩采用　　　　　的鉴别方法较简单。周围出现透明圈但不能100%确定为纤维素分解菌的菌落，原因是： ________________________________________。‎ 解析　(1)将微生物接种在固体培养基上培养，才能形成菌落，可见，过程④的选择培养基是固体培养基。进行梯度稀释并接种前要进行过程⑧所示的选择培养，因此过程⑧的选择培养基是液体培养基。④选择培养的目的是筛选尿素分解菌，所以具体的措施是应以尿素为唯一氮源；⑧选择培养的目的是筛选纤维素分解菌，所以⑧的选择措施是以纤维素为唯一碳源。(2)常采用稀释涂布平板法(或平板划线法)法，将稀释度为104～106倍的菌液分别接种到3个平板培养基上。(3)刚果红可与纤维素形成红色复合物，但并不和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖发生颜色反应。当纤维素被纤维素酶水解后，刚果红—纤维素复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。可见，过程⑩采用倒平板时加入刚果红染液的鉴别方法较简单。由于不分解纤维素(或分解刚果红或淀粉)的微生物菌落也可能出现透明圈，所以周围出现透明圈的菌落，不能100%确定为纤维素分解菌。‎ 答案　(1)固体　液体　以尿素为唯一氮源　以纤维素为主要碳源　(2)稀释涂布平板法(或平板划线法) 　(3)倒平板时加入刚果红染液　不分解纤维素(或分解刚果红或淀粉)的微生物菌落也可能出现透明圈 选择培养基与鉴别培养基的比较 种类 制备方法 原理 用途 举例 选择培养基 培养基中加入某些化学物质 依据某些微生物对某些物质或环境条件的嗜好、抗性而设计 从众多微生物中“分离”所需的微生物，淘汰不需要的微生物 加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌 鉴别培养基 培养基中加入某种指示剂或化学药品　‎ 依据微生物产生的某种代谢产物与培养基中的特定试剂或化学药品反应，产生明显的特征变化而设计 ‎“鉴别”不同种类的微生物(注：未淘汰其他微生物)‎ 伊红美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌 澄清易混易错·强化科学思维 ‎[易错易混]‎ 易错点1　“生长因子”是否为所有微生物所必需？其是否在所有培养基中均需加入？‎ 点拨　碳源、氮源、水分、无机盐、生长因子是微生物生长必需的五大营养成分，但大多数培养基中都含碳源、氮源、水分、无机盐四类物质，可能不需额外添加“生长因子(如维生素)”，这是因为许多微生物可自行合成这些生长因子，而对那些合成能力有限或不能合成生长因子的微生物(如乳酸菌)，则需在培养基中添加诸如维生素等生长因子。‎ 易错点2　进行微生物分离或计数时如何设计“三组”(两种对照组与重复组)？其作用是什么？‎ 点拨　(1)两种对照组作用比较 ‎①判断培养基的制备是否合格即“是否有杂菌污染”，需将“未接种”的培养基同时进行培养。(此培养基若无菌落生长则合格)‎ ‎②判断选择培养基“是否具有筛选作用”，需设立牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养，观察两种培养基上菌落数目，进行对比得出结论。(若选择培养基上菌落种类远少于对照组，则其可具“筛选”作用)‎ ‎(2)重复组的设置及作用 为排除“偶然因素”对实验结果的干扰，在每一稀释度下宜设置3个平板作重复组，选择菌落数均在30～300且数目相差不大的三个平板，用“平均值”代入计数公式予以计算菌落数。‎ 易错点3　进行平板划线时，划线前、划线结束及中间各区划线时是否均需灼烧接种环？其目的是否相同？‎ 点拨　平板划线法纯化大肠杆菌时不同阶段均需灼烧接种环但其目的有所差异。‎ ‎①第一次操作：杀死接种环上原有的微生物。‎ ‎②每次划线之前：杀死上次划线后接种环上残留的菌种，使下次划线的菌种直接来源于上次划线的末端。‎ ‎③划线结束后：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。‎ 易错点4　不明确“自养”与“异养”型微生物其培养基成分的显著差异 点拨　(1)自养型微生物所需的主要是营养物质是无机盐，碳源可来自大气中的CO2，氮源可由含氮无机盐提供。‎ ‎(2)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，氮源也主要是由含氮有机物提供，部分异养型微生物也可以利用无机氮源。‎ ‎[规范答题]‎ 甲醛是一种来源广泛的挥发性有机污染物，具有强烈的致癌和致畸作用，利用微生物降解甲醛来治理甲醛污染，具有高效、环保、无二次污染等优点。如图甲为采集活性污泥作为优良菌源，通过筛选分离出能以甲醛为唯一碳源的高效降解菌的实验过程。请分析回答下列问题：‎ ‎(1)上述实验材料中，不需要进行灭菌处理的是　　　　，培养基灭菌的常用方法为　　　　。该实验③过程所用的选择培养基只能以甲醛作为唯一碳源，其原因是_________________________________________________________________。‎ ‎(2)应如何确认添加甲醛的培养基是否起到了筛选作用？ ____________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ ‎(3)由③→④的分离活性污泥中细菌的接种方法(如图乙)为　　　　法，接种时，对接种环应进行　　　　，在第二次及以后划线时，总是从上一次划线的末端开始，这样做的目的是_________________________________________________。‎ ‎ (4)为研究甲醛初始浓度对菌株降解甲醛能力的影响，进行了相应实验。当甲醛的初始浓度小于1 200 mg/L时，菌株可以完全降解甲醛；‎ 当甲醛的初始浓度增高至1 600 mg/L时，48小时后菌株对甲醛的降解能力很弱，甚至失去降解能力，其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。为了使该实验所得结果准确可靠，还应该设置　　　　的对照实验，以排除甲醛自然挥发对实验结果的干扰。‎ ‎(5)纯化菌株时，通常使用的划线工具是　　　　。划线的某个平板培养后，第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌，第二划线区域所划的第一条线上无菌落，其他划线上有菌落。造成划线无菌落可能的操作失误有　　　　　　　　　。‎ 答卷采样 错因分析 答题不规范，记忆不准确。正确答案：高压蒸汽灭菌。‎ 混淆两种对照组用途 正确答案：制备一个接种的牛肉膏蛋白胨培养基同时培养，观察这两种培养基上的菌落数目 概念理解不透，混淆“消毒”与“灭菌”。‎ 正确答案：灼烧灭菌 审题缺陷，解答失误：看到“对照实验”即盲目作答，未看到问题后面的“以排除甲醛自然挥发对实验结果的干扰”。‎ 正确答案：不接种甲醛降解菌 探索高考命题的奥秘(十)‎ ‎[教材原型]‎ ‎1.(人教版选修一P21“内文第三自然段”)实验室中微生物的筛选，人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等)，同时抑制或阻止其他微生物生长。‎ 在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称做选择培养基(selective media)。‎ ‎[转换视角]‎ 转换视角1　‎ ‎1.[2018·全国卷Ⅰ，37(1)]将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。‎ 回答下列问题：‎ M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制　　　　的生长，加入了链霉素的培养基属于　　　　培养基。‎ 答案　细菌　选择 ‎2.(人教版选修一P28“内文第二自然段”)刚果红(Congo Red，简称CR)是一种染料，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不和水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。当纤维素被纤维素酶分解后，刚果红—纤维素的复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。这样，我们就可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。‎ 转换视角2　‎ ‎2.[2018·全国卷Ⅰ，37(3)]若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是　　　　，该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是______________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ 答案　碘液　淀粉遇碘液显蓝色，产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈 转换视角3　‎ ‎3.[2014·全国卷Ⅰ，39(2)(3)](2)在含纤维素的培养基中加入刚果红(CR)时，CR可与纤维素形成　　　　色复合物。用含有CR的该种培养基培养纤维素分解菌时，培养基上会出现以该菌的菌落为中心的　　　　。‎ ‎(3)为从富含纤维素的土壤中分离获得纤维素分解菌的单菌落，某同学设计了甲、乙两种培养基(成分见下表)：‎ 酵母膏 无机盐 淀粉 纤维素粉 琼脂 CR溶液 水 培养 基甲 ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎＋‎ 培养 基乙 ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ 注：“＋”表示有，“－”表示无。‎ 据表判断，培养基甲　　　　(填“能”或“不能”)用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是　　　　　　　　　　；培养基乙　　　　(填“能”或“不能”)用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是___________________________________。‎ 答案　(2)红　透明圈 ‎(3)不能　液体培养基不能用于分离单菌落　不能　培养基中没有纤维素，不会形成CR—纤维素红色复合物，即使出现单菌落也不能确定其为纤维素分解菌