生物高三二轮复习系列专题八 第1讲 微生物的培养与利用.docx

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生物高三二轮复习系列专题八第1讲微生物的培养与利用

第1讲　微生物的培养与利用

[考纲要求]　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.利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用。

5.运用发酵加工食品的基本方法。

6.测定食品加工中可能产生的有害物质。

1．培养基营养成分的分析方法

（1）虽然各种培养基的具体配方不同，但一般都含有水、碳源、氮源和无机盐。

（2）在微生物所需要的化合物中需要量最大的是碳源，新陈代谢同化作用类型的划分也是以是否能合成含碳有机物为依据，能合成含碳有机物的是自养型，反之则为异养型。

（3）对异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物既是碳源又是氮源。

2．微生物的培养和纯化

（1）为了确定培养基的灭菌是否合格，微生物学实验一般会设置空白对照：

随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间，观察培养基上是否有菌落生成。

（2）观察菌落需用固体培养基，因此培养基要添加琼脂。

（3）倒平板的温度一般在50℃左右较为适宜，温度过高会烫手，温度过低培养基又会凝固。

（4）平板需倒置，这样既可减少培养基表面的水分挥发，又可防止皿盖上的水珠落入培养基，造成培养基污染。

（5）平板划线法只适用于微生物的提纯，不适合进行计数，并且在最后一次划线的末端处的菌种最纯。

（6）利用稀释涂布平板法的计算公式估算水样中的活菌数：

（C÷V）×M，其中C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。

（7）菌种可采用甘油管藏法长期保存。

3．利用微生物加工食品的误区

（1）误认为泡菜制作过程中乳酸和亚硝酸盐的含量都是先增加后减少。

实际上，泡菜制作过程中乳酸的含量是先增加后保持稳定。

（2）误认为果酒、果醋制作过程中都需要无氧条件。

果醋制作过程中，利用醋酸菌的有氧呼吸，因此需要有氧条件。

1．可以用血细胞计数板直接统计自来水中的大肠杆菌数（　　）

2．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，再开启锅盖（　　）

3．腐乳制作中，控制发酵温度的主要目的是调味（　　）

4．腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用（　　）

5．果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸（　　）

6．果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关（　　）

7．通常使用液体培养基分离获得细菌单菌落（　　）

8．在制作果酒的实验中，将葡萄汁装满整个发酵装置（　　）

9．泡菜制作的过程中，乳酸菌能在缺氧条件下产生乳酸（　　）

答案　1.×　2.×　3.×　4.√　5.√　6.√　7.×　8.×　9.√

1．吃腐乳时，你会发现腐乳外部有一层致密的“皮”。

这层“皮”是前期发酵时在豆腐表面上生长的菌丝（匍匐菌丝），它能形成腐乳的“体”，使腐乳成形。

2．无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还能有效避免操作者自身被微生物感染。

3．在平板划线操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环的目的：

操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端。

考点一　微生物的培养、分离与计数

1．无菌操作技术

（1）常用的3种消毒方法——煮沸消毒法、巴氏消毒法及化学药剂消毒法。

（2）常用的3种灭菌方法

①灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具；

②干热灭菌——主要针对玻璃器皿（吸管、培养皿）和金属用具等；

③高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。

2．平板划线法、稀释涂布平板法及显微镜直接计数法的区别

（1）平板划线法适用于微生物的纯化，但不能用于微生物的计数。

（2）稀释涂布平板法常用于活菌计数，而显微镜直接计数法不能区分菌体的死活。

（3）用稀释涂布平板法进行计数时，为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300间的平板进行计数。

3．选择培养基及鉴别培养基的使用方法

（1）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。

选择培养基中无凝固剂，为液体培养基，以纤维素作为碳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；利用液体培养基能使营养成分充分利用，以增加纤维素分解菌的浓度。

（2）鉴别培养基含琼脂，为固体培养基，可在培养基上形成肉眼可见的菌落。

刚果红染色法就是应用的此类培养基。

4．微生物计数的“两”种方法

（1）直接计数法：

显微镜直接计数法。

（2）间接计数法：

稀释涂布平板法（活菌计数法），统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。

考向一　微生物的分离和培养技术

1．（2019·全国Ⅲ，37）回答下列与细菌培养相关的问题。

（1）在细菌培养时，培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是________（填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”）。

通常，制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH，其原因是_________________________。

硝化细菌在没有碳源的培养基上________（填“能够”或“不能”）生长，原因是__________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（2）用平板培养细菌时一般需要将平板________（填“倒置”或“正置”）。

（3）单个细菌在平板上会形成菌落，研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物，原因是_____________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（4）有些使用后的培养基在丢弃前需要经过________处理，这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。

答案　

（1）蛋白胨　不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同　能够　硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源　

（2）倒置　（3）在一定的培养条件下，不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征　（4）灭菌

解析　

（1）细菌培养时常用牛肉膏蛋白胨培养基，牛肉膏能提供碳源、氮源、磷酸盐、维生素，蛋白胨能提供碳源、氮源、维生素，而葡萄糖不能提供氮源，NaNO3不能为微生物提供碳源。

不同细菌生长繁殖所需要的最适pH是不同的，应该根据培养细菌的不同来调节培养基的pH。

硝化细菌是化能自养型细菌，可以空气中的CO2为碳源，因此在没有碳源的培养基上能够生长。

（2）在平板培养基上培养细菌时，一般需将平板倒置，这样可以防止皿盖上的水珠落入培养基。

（3）不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征，不同种细菌在一定培养条件下表现出各自稳定的菌落特征，可以作为菌种鉴定的重要依据。

（4）使用后的培养基在丢弃前需进行灭菌处理，以免污染环境。

2．（2019·泉州市3月质检）研究人员从大熊猫粪便中分离纤维素分解菌的实验流程如下图。

请据图回答下列问题：

（1）进行步骤①的目的是__________________________________________________________；

液体培养基A应含有纤维素粉，其作用是_____________________________________________

_____________________________________________________________________（答出两点）。

（2）步骤②的操作是______________________________________________________________，

以让纤维素分解菌被_____________________________________________________________。

（3）鉴定纤维素分解菌时，培养基用______________染色。

根据__________________________，

评定菌株的产酶能力。

答案　

（1）增加纤维素分解菌的浓度　提供碳源、对纤维素分解菌有筛选作用　

（2）梯度稀释（或“系列倍数稀释”）　分散成单个细胞　（3）刚果红　菌落产生的透明圈直径大小

解析　

（1）题图中步骤①是将大熊猫粪便接种到液体培养基中进行培养，是为了增加纤维素分解菌的浓度；纤维素分解菌需要碳源，故要加入纤维素，另外只以纤维素为碳源可以作为筛选纤维素分解菌的指标。

（2）题图中步骤②是对纤维素分解菌进行梯度稀释处理，是为了让纤维素分解菌分散成单个细胞。

（3）可以采用刚果红染色法来鉴定纤维素分解菌，培养基需要用刚果红染色。

刚果红会与纤维素形成红色复合物，若纤维素被分解，则在菌落周围会形成透明圈，故可以根据菌落产生的透明圈直径大小，评定菌株的产酶能力。

考向二　运用培养基进行微生物的筛选和纯化

3．（2019·全国Ⅰ，37）已知一种有机物X（仅含有C、H两种元素）不易降解，会造成环境污染。

某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌（目标菌）。

Ⅰ号培养基：

在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X（5g/L）。

Ⅱ号培养基：

氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（15g/L）。

Ⅲ号培养基：

氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（45g/L）。

回答下列问题：

（1）在Ⅰ号培养基中，为微生物提供氮源的是__________________。

Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是________。

（2）若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会__________________，其原因是_____________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（3）Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基，若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数，接种时，应采用的方法是__________________。

（4）假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌，且该菌能将X代谢为丙酮酸，则在有氧条件下，丙酮酸可为该菌的生长提供________和__________________。

答案　

（1）牛肉膏、蛋白胨　X　

（2）下降　不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖（3）稀释涂布平板法　（4）能量　合成其他物质的原料

解析　

（1）牛肉膏蛋白胨培养基中，牛肉膏、蛋白胨为微生物生长提供了氮源，而Ⅱ号、Ⅲ号培养基中除X外的其他物质均不含碳，所以能为微生物提供碳源的有机物是X。

（2）因为Ⅱ号培养基中碳源只有X，属于选择培养基，只有能降解X的细菌才能增殖，而不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖。

（3）要对菌落进行计数，应采用稀释涂布平板法进行接种。

（4）在有氧条件下，丙酮酸参与细菌的有氧呼吸，可以为该菌的生长提供能量和合成其他物质的原料。

4．（2019·福州质检）研究表明，香菇含有多种有效药用成分，其提取物有抗菌、抗肿瘤等多种功能。

为研究香菇中的酚类物质对不同菌种的抑菌活性，科研人员进行了如下实验：

（1）根据香菇中酚类物质具有____________的特点，可采用萃取法提取。

（2）制备大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌的菌液。

（3）用____________法将3种菌液分别接种在固体培养基上，使其均匀生长。

（4）将浸透____________的无菌圆纸片分别贴在各个平板上。

（5）将完成步骤（4）的平板置于恒温培养箱中进行培养，不同平板的培养温度不一定相同，原因是______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（6）测量抑菌圈直径，结果如下：

项目

抑菌圈直径（mm）

大肠杆菌

金黄色葡萄球菌

黑曲霉菌

香菇酚类物质

7.79

8.93

0

实验结果说明香菇酚类物质对______________没有明显的抑制作用，通过抑菌圈直径可以判断香菇酚类物质的抑菌活性高低的原理是____________________________________________

_______________________________________________________________________________。

为使实验更具说服力，应如何设计对照组？

___________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案　

（1）易溶于有机溶剂　（3）稀释涂布平板　（4）香菇酚类物质　（5）不同微生物的最适生长温度可能不同（6）黑曲霉菌　香菇酚类物质在平板上扩散使周围的微生物生长受到抑制，抑菌能力越强，抑菌圈直径越大　同时将用无菌水浸泡的相同大小的无菌圆纸片分别贴于接种了3种菌液的培养基上

解析　

（1）根据香菇酚类物质易溶于有机溶剂的特点，可采用萃取法提取。

（3）微生物常见的接种方法包括平板划线法和稀释涂布平板法。

用稀释涂布平板法将3种菌液分别接种在固体培养基上，使其均匀生长。

（4）将浸透香菇酚类物质的无菌圆纸片分别贴在各个平板上。

（5）将贴有浸透香菇酚类物质的无菌圆纸片的各个平板置于恒温培养箱中进行培养，由于不同微生物的最适生长温度可能不同，因此不同平板的培养温度不一定相同。

（6）从实验数据看出，黑曲霉菌的抑菌圈直径为0，说明香菇酚类物质对黑曲霉菌没有明显的抑制作用。

通过抑菌圈直径可以判断香菇酚类物质抑菌活性高低的原理是香菇酚类物质在平板上扩散使周围的微生物生长受到抑制，抑菌能力越强，抑菌圈直径越大。

为使实验更具说服力，应设计对照组，即同时将用无菌水浸泡的相同大小的无菌圆纸片分别贴于接种了3种菌液的培养基上。

考向三　微生物的计数

5．（2019·广东汕头质检）某生物兴趣小组的同学计划调查某快餐店的冰块中大肠杆菌的含量。

具体实验步骤如下：

第一步：

配制培养基（成分：

蛋白胨、氯化钠、乳糖、水、X和Y）。

第二步：

制作无菌平板。

第三步：

设置空白对照组和实验组，对照组接种①，实验组接种②。

第四步：

将各组平板置于37℃恒温箱中培养一段时间，统计各组平板上菌落的平均数。

回答下列问题：

（1）培养基中的乳糖可以为大肠杆菌提供____________________________________________。

为了方便大肠杆菌的鉴定，需要在培养基中添加成分X________________，在该培养基表面，大肠杆菌的菌落呈现________________（填颜色）。

为了完成步骤二，该培养基中的成分Y通常是________________。

（2）完善步骤三

①是___________________________________________________________________________；

②是___________________________________________________________________________。

（3）在纯化大肠杆菌前，将灭菌后的空平板先培养一段时间，目的是________________。

划线的某个平板培养后，第—划线区域的划线长满了菌落，第二划线区域却无菌落产生，可能的原因是__________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（4）该小组将得到的菌株接种到液体培养基中并混匀，一部分进行静置培养，另一部分进行振荡培养。

结果发现：

振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。

分析其原因是振荡培养能提高培养液中________________的含量和________________的利用率。

答案　

（1）碳源　伊红美蓝　黑色　琼脂　

（2）适量无菌水　取自该快餐店的等量冰块水　

（3）检测培养基平板灭菌是否合格　接种环灼烧后未冷却便进行划线（或划线未从第一区域末端开始）　（4）氧气　营养物质

解析　

（1）乳糖是糖类物质，不含氮元素，所以培养基中的乳糖可为大肠杆菌提供碳源。

鉴定大肠杆菌时，在培养基中添加的成分X是伊红美蓝，大肠杆菌的菌落呈现黑色。

制作无菌平板是制作固体培养基，所以该培养基中还应加入琼脂，即成分Y是琼脂。

（2）本实验的目的是调查某快餐店的冰块中大肠杆菌的含量，故实验中对照组应接种适量无菌水，实验组应接种取自该快餐店的等量冰块水。

（3）为了检测培养基平板灭菌是否合格，常在纯化大肠杆菌前，将灭菌后的空平板先培养一段时间，若平板上有菌落生长，说明灭菌不合格。

接种环在平板内的每一次划线前，都要先灼烧灭菌，待冷却后划线，而且要从上一次划线末端而非空白处划线，若不冷却会烫死上次划线末端的菌株，使以后的划线处没有菌落生长，若从空白处划线也是不会有菌落生长。

所以划线的某个平板培养后，第一划线区域的划线长满了菌落，第二划线区域却无菌落产生，可能的原因是接种环灼烧后未冷却便进行划线（或划线未从第一区域末端开始）。

（4）振荡培养可增加溶液中氧气的含量以及增强菌体与营养物质的接触，提高营养物质的利用率，从而使振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。

6．手机上的细菌真的比马桶还多吗？

就此问题，甲、乙两位同学进行了下列实验（如图）。

请回答下列相关问题：

（1）该实验需制备培养基，培养基中一般都含有水、碳源、______________________。

（2）据图，两位同学均采用______________法接种，该方法需要__________（多选）。

A．接种环B．酒精灯C．移液管D．涂布器

E．无菌水

（3）通过观察菌落的__________，可知手机屏幕和马桶按钮上都存在多种微生物。

两位同学的实验操作均正确且完全一致，但实验结果却截然不同，你认为原因是______________________

_______________________________________________________________________________。

（4）按图操作取样面积，实验员测定某手机屏幕的细菌数量，将10mL菌悬液进行梯度稀释，分别取0.1mL稀释倍数为102的样品液接种到三个培养基上，培养一段时间后，统计菌落数分别为48、50、52，则该手机屏幕的细菌数为______个/cm2。

该实验对照组该如何设置？

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案　

（1）氮源和无机盐　

（2）稀释涂布平板　BCDE　（3）形态、大小　手机的取样和马桶的取样都不相同　（4）2×104　取培养基涂布0.1mL无菌水进行培养

解析　

（1）微生物培养基的成分一般包括水、碳源、氮源和无机盐。

（2）根据题图分析，该实验的接种方法为稀释涂布平板法，选项中该方法用到的工具有酒精灯、移液管、涂布器、无菌水。

（3）不同的菌落形态、大小不同，图示两位同学调查的手机屏幕和马桶按钮上都有多种形态的菌落，即存在多种微生物。

两位同学实验操作均正确且完全一致，但实验结果截然不同，可能是因为手机的取样和马桶的取样都不相同。

（4）根据提供的数据进行计算，某手机屏幕的细菌数＝（48＋50＋52）÷3×102÷0.1×10÷（5×5）＝2×104（个/cm2）。

考点二　微生物的利用

1．理清“4”种传统发酵食品的技术

食品

菌种

呼吸类型

原理

温度

果酒

酵母菌

兼性厌氧

有氧呼吸大量繁殖，无氧呼吸产生酒精

18～25℃

果醋

醋酸菌

有氧

糖（酒精）→醋酸

30～35℃

腐乳

毛霉等

有氧

蛋白酶、脂肪酶水解蛋白质、脂肪

15～18℃

泡菜

乳酸菌

无氧

无氧呼吸产生乳酸

－

2.控制杂菌的“四大措施”

（1）通过发酵条件控制杂菌

①无氧发酵时的无氧环境可以抑制好氧菌。

②乳酸菌发酵、酒精发酵形成的酸性环境抑制杂菌繁殖。

（2）利用盐控制杂菌：

如腐乳的制作。

（3）利用酒精控制杂菌：

如果酒、腐乳的制作。

（4）利用香辛料控制杂菌：

如腐乳、泡菜的制作。

3．乳酸菌数量、乳酸含量、亚硝酸盐含量随发酵时间变化的曲线

考向　利用微生物进行发酵生产食品

7．（2017·全国Ⅱ，37）豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。

为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h内定期取样观测发酵效果。

回答下列问题：

（1）该实验的自变量是____________、____________。

（2）如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是_______________。

（3）如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是________________________

_______________________________________________________________________________。

（4）从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为_________________，脂肪转变为______________________。

答案　

（1）菌种　发酵时间　

（2）好氧菌　（3）延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间　（4）氨基酸和肽　脂肪酸和甘油

解析　

（1）由题意可知该实验的自变量是菌种和发酵时间。

（2）如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是好氧菌。

（3）如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间。

（4）从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定