高考生物一轮复习 第十单元 微生物的利用 第37讲微生物的利用学案.docx

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高考生物一轮复习第十单元微生物的利用第37讲微生物的利用学案

第37讲　微生物的利用

[考纲要求]　1.微生物的实验室培养。

2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。

3.果酒及果醋的制作。

考点一　微生物的实验室培养

1．培养基的分析

（1）据物理状态的不同，培养基只有液体培养基和固体培养基两种类型（　×　）

（2）培养基中一般都含有水、碳源、氮源和无机盐四种成分（　√　）

（3）在配制培养基时，除满足营养需求外，还应考虑pH、O2及特殊营养物质的需求

（　√　）

2．无菌技术（连一连）

3．纯化大肠杆菌

（1）制备固体培养基的流程

→

→

→

→

（2）纯化大肠杆菌的方法

常用的微生物接种方法有平板划线法和稀

释涂布平板法。

①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。

②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。

易错警示　

（1）自养微生物与异养微生物所需的营养物质不同：

①自养微生物所需的碳源、氮源来自含碳、含氮的无机物，而异养微生物需要的碳源、氮源来自含碳、含氮的有机物，因此可根据培养基中营养物质判断微生物的代谢类型。

②含氮无机物不但能给自养微生物提供氮源，也能作为能源物质，提供能量，如NH3既作为硝化细菌的氮源也作为能源。

（2）配制牛肉膏蛋白胨固体培养基的注意事项：

①倒平板的适宜温度是50℃左右，温度过高会烫手，过低培养基又会凝固。

②平板需倒置，这样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。

（3）平板划线操作的注意事项：

①第一次划线及每次划线之前都需要灼烧接种环。

②灼烧接种环，待其冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种。

③划线时最后一区不要与第一区相连。

④划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。

1．下列无菌操作中，错误的是（　　）

A．无菌操作的目的是防止杂菌污染B．用酒精擦拭双手的方法对操作者进行消毒

C．实验操作过程应在酒精灯火焰附近进行

D．玻璃器皿（吸管、培养皿）可用酒精擦拭

答案　D

解析　对操作者应用较温和的方法进行消毒。

实验操作过程应在酒精灯火焰附近进行，防止瓶口的微生物污染培养基。

对无菌操作用到的玻璃器皿要用干热灭菌的方法彻底消灭其中的微生物，用酒精擦拭不能达到目的。

2．下列是用于从土壤中分离纯化土壤细菌的培养基配方。

请回答：

试剂

牛肉膏

蛋白胨

NaCl

琼脂

水

用量

5g

10g

5g

20g

1000mL

（1）培养基的类型有很多，但培养基中一般都含有水、碳源、____________和无机盐。

上述培养基配方中能充当碳源的成分是__________________________。

培养基配制完成以后，一般还要调节pH，并对培养基进行__________处理。

该培养基从物理性质上分类属于____________。

（2）分离纯化微生物最常使用的接种方法是____________和____________________。

（3）假设培养结束后，发现培养基上菌落连成一片，可能的原因是什么？

（列举两项）

________________________________________________________________________

_______________________________________

_________________________________。

答案　

（1）氮源　牛肉膏和蛋白胨　灭菌　固体培养基　

（2）平板划线法　稀释涂布平板法　（3）稀释倍数不够，菌液的浓度太高；划线时，划完第一次没有灭菌即接着划第二次；培养过程中灭菌不严格，受到了其他微生物的污染（任选两个）

解析　培养基中都应含有水、无机盐、碳源和氮源。

配制培养基时加入了琼脂，因此该培养基属于固体培养基。

培养基配制完成后要调pH和灭菌。

牛肉膏、蛋白胨中含碳元素，可作为有机碳源。

分离纯化微生物一般用平板划线法和稀释涂布平板法。

平板划线法中每次划线前都要将接种环灼烧灭菌，以杀死上次划线时接种环上残留的菌种；采用稀释涂布平板法时稀释度要足够高，否则会使微生物不能分散成单个细胞。

1．微生物和动植物营养要素的比较

项目

碳源

氮源

能源

无机盐、水

动物

糖类、脂肪等

蛋白质或其降解物

同碳源

都需要，种类及功能基本相同

微生物

异养型

糖类、脂肪、醇、有机酸等

蛋白质或其降解物、铵盐、硝酸盐、N2等

同碳源

自养型

CO2、碳酸盐等

NH3、铵盐、硝酸盐等

氧化无机物或利用光能

绿色植物

铵盐、硝酸盐

光能

2．消毒和灭菌比较

比较项目

理化因素的作用强度

消灭微生

物的数量

芽孢和孢子

能否被消灭

消毒

较为温和

部分生活状态的微生物

不能

灭菌

强烈

全部微生物

能

3.两种纯化细菌的方法的比较

项目

优点

缺点

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

稀释涂

布平板法

可以计数，可以观察菌落特征

吸收量较小，较麻烦，平板不干燥效果不好，容易蔓延

4．培养基的营养构成

（1）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）不同培养基要满足不同微生物对pH、特殊营养物质及氧气的需求。

考点二　土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

1．完善土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

（1）分离原理：

土壤中细菌之所以能分解尿素，是由于它们体内能合成脲酶，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涂布平板法。

（3）实验流程：

土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察→细菌的计数。

2．判断正误

（1）只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素（　√　）

（2）筛选分解尿素的细菌应以尿素作为培养基中的唯一氮源（　√　）

（3）统计样品中的活菌一般用平板划线法（　×　）

（4）在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，

若指示剂变蓝，则说明筛选到分解尿素的细菌（　×　）

易错警示　

（1）在同一稀释度下，至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值，并根据平板所对应的稀释度计算出样品中细菌的数目。

如果某个平板的菌落数与其他差别甚远，说明该平板操作过程中出现失误，应舍弃。

（2）统计的菌落往往比活菌的实际数目低。

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。

因此，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。

3．自然界中的微生物往往是混杂生长的。

人们在研究微生物时一般要将它们分离提纯，然后进行数量的测定。

下面是对大肠杆菌进行数量测定的实验，请回答有关问题。

实验步骤：

（1）制备稀释倍数为102、103、104、105、106的系列稀释液。

（2）为了得到更加准确的结果，你选用____________法接种样品。

（3）适宜温度下培养。

结果分析：

（1）测定大肠杆菌数时，在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下几种统计结果，正确可信的是________________，其理由是______________________________________

_______________________________________

_________________________________。

A．一个平板

，统计的菌落数是230

B．两个平板，统计的菌落数是220和260，取平均值240

C．三个平板，统计的菌落数分别是210、50和520，取平均值260

D．四个平板，统计的菌落数分别是210、300、240和250，取平均值250

（2）一同学在稀释倍数为105的培养基中测得平板上菌落数的平均值为234，那么每毫升样品中的菌落数是__________（涂布平板时所用稀释液的体积为0.1mL）。

（3）用这种方法测定的大肠杆菌密度，实际活菌数量要比测得的数量____________，因为________________________________________________________________________

______________________。

答案　实验步骤：

（2）稀释涂布平板

结果分析：

（1）D　在设计实验时，一定要涂布至少三个平板作为重复组，才能增强实验的说服力与准确性；在分析实验结果时，要考虑所设置的重复组的结果是否合理

（2）2.34×108　（3）多　当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落

解析　实验步骤：

为了得到更加准确的结果，应用稀释涂布平板法接种样品。

结果分析：

（1）选取多个菌落数相差不大的平板计数，取其平均值。

（2）234÷0.1×105＝2.34×108。

（3）因为菌落可能由两个或多个细菌连在一起生长而成，所以实际活菌数量要比测得的数量多。

1．筛选菌株的原理

微生物的选择培养：

在选择培养基的配方中，把尿素作为培养基中的唯一氮源

，原则上只有能够利用尿素的微生物才能够生长。

2．统计菌落数目的方法

（1）显微镜直接计数法

①原理：

利用特定细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积的样品中微生物数量。

②方法：

用计数板计算。

③缺点：

不能区分死菌与活菌。

（2）间接计数法（活菌计数法）

①原理：

当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源

于样品稀释液中的一个活菌。

通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。

②操作：

a.设置重复组，增强实验的说服力与准确性。

b．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计算公式：

每克样品中的菌株数＝（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。

3．鉴定分解尿素的细菌

（1）原理：

CO（NH2）2＋H2O

CO2＋2NH3；由于NH3的产生，培养基碱性增强，pH升高，因此可通过检测pH的变化来判断该化学反应是否发生。

（2）方法：

以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，培养某种细菌，若指示剂变红，则pH升高，说明该种细菌能分解尿素。

4．对照原则的运用

（1）判断培养基中是否有杂菌污染，需将未接种的培养基同时进行培养。

（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。

考点三　果酒和果醋的制作

1．完善制作原理和发酵条件

果酒制作

果醋制作

制作原理

菌种

酵母菌

醋酸菌

反应

有氧条件下，大量繁殖：

C6H12O6＋6O2＋6H2O―→

6CO2＋12H2O

无氧条件下，酒精发酵：

C6H12O6―→2C2H5OH＋2CO2

氧气、糖源充足时：

C6H12O6＋2O2―→2CH3COOH＋2CO2＋2H2O缺少糖源、氧气充足时：

C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O

发酵条件

最适发酵温度

18～25_℃

30～35_℃

空气

前期：

需氧；后期：

不需氧

需要充足的氧气

时间

10～12d

7～8d

2．完善制作流程

3．判断正误

（1）在果酒自然发酵中，需人工添加酵母菌种（　×　）

（2）红葡萄酒中的红色是红葡萄皮中的色素进入发酵液产生的（　√　）

（3）变酸的酒的表面的菌膜是酵母菌大量繁殖形成的（　×　）

（4）在葡萄酒制作中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先除枝梗再冲洗（　×　）

易错警示　果酒和果醋制作中的几点注意事项

（1）酿酒和酿醋所利用的微生物不同：

前者为酵母菌——真核生物；后者为醋酸菌——原核生物。

二者本质区别是有无以核膜为界限的细胞核。

（2）制作果酒使用的葡萄应先冲洗，再除去枝梗，不能反过来，以免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。

对于果酒的自然发酵，冲洗不要反复进行，以免使酵母菌数量减少，发酵周期加长，产生的果酒中酒精含量下降。

（3）酵母菌进行有氧呼吸时，产生能量多，可大量繁殖；进行无氧呼吸时，产生能量少，仅能满足自身代谢，基本不繁殖；所以利用酵母菌进行工业生产时先进行通气再密封。

（4）防止发酵液被污染

榨汁机要清洗干净并晾干，发酵瓶

要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒；装入葡萄汁后要封闭充气口。

（5）发酵后酒精的检验及对照原则

①检验

→3mol/L的H2SO43滴→振荡混匀→重铬酸钾溶液3滴→振荡试管→观察

→3mol/L的H2SO43滴→振荡混匀→重铬酸钾溶液3滴→振荡试管→观察

②对照

两种对照方式都必须遵循单一变量原则：

前者是标准对照，后者是自身对照。

4．下列关于果酒和果醋制作的叙述，正确的是（　　）

A．在制作果酒和果醋实验中，一直保持厌氧环境

B．温度对酵母菌酒精发酵的影响很大，而对醋酸菌的发酵影响不大

C．当氧气、糖源充足时，醋酸菌能将果汁中的糖发酵为醋酸

D．由于酵母菌的繁殖能力很强，不需对所用装置进行消毒处理

答案　C

解析　酒精发酵用酵母菌，温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。

20℃左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵时

一般将温度控制在18～25℃。

同样，醋酸发酵用醋酸菌，应将温度严格控制在30～35℃。

发酵过程应注意防止杂菌污染，需要对所用装置进行消毒处理。

5．（2010·江苏卷，7）下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是

（　　）

A．过程①和②都只能发生在无氧条件下

B．过程①和③都发生在酵母细胞的线粒体中

C．过程③和④都需要氧气的参与

D．过程①～④所需的最适温度基本相同

答案　C

解析　酵母菌是兼性厌氧型微生物，有氧条件下进行有氧呼吸，无氧条件下进行无氧呼吸；醋酸菌是好氧细菌，在糖源缺乏时可将乙醇氧化为醋酸。

由图可见，①过程是葡萄糖在细胞质基质里分解为丙酮酸，在有氧或无氧条件下都能进行；②过程是在无氧条件下，酵母菌将丙酮酸氧化分解为乙醇和水；③过程是在有氧条件下，酵母菌线粒体里完成有氧呼吸的第二、三阶段，需要氧气和水的参与；④过程是在氧气充足、糖源缺乏的条件下，醋酸菌将乙醇氧化为醋酸。

酵母菌发酵的最适温度为18～25℃，醋酸菌发酵的最适温度为30～35℃。

1．果酒和果醋的制作步骤的比较

制果酒

制果醋

相同过程

①选材和材料处理：

选择新鲜的葡萄，先用清水冲洗葡萄1～2遍除去污物后，再去枝梗

②制作发酵液，防止杂菌污染

③发酵：

将葡萄汁注入发酵瓶，注意液体量不要超过发酵瓶总体积的2/3

不同过程

①一般将温度控制在18～25℃，时间控制在10～12d左右。

发酵旺盛期的CO2产量非常大，要及时排气，防止发酵瓶爆裂

②检测指标：

7～10d以后，可以开始进行取样检验工作。

例如，可以嗅味和品尝、用重铬酸钾检验酒精含量，进行酵母菌的镜检、测定pH等工作

①将温度严格控制在30～35℃，并注意适时通过充气口充气

②检测指标：

果醋的制作是否成功可以通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后的pH进一步鉴定。

还可以在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步鉴定

2．装置图解读

（1）各部位的作用

①充气口：

在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。

②排气口：

排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管：

加水后防止空气中微生物的污染。

③出料口：

是用来取样的。

（2）该装置的使用方法

使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋

时，应将充气口连接气泵，输入氧气。

1．（2012·北京卷，5）高中生物学实验中，在接种时不进行严格无菌操作对实验结果影响最大的一项是（　　）

A．将少许干酵母加入到新鲜的葡萄汁中

B．将毛霉菌液接种在切成小块的鲜豆腐上

C．将转基因植物叶片接种

到无菌培养基上

D．将土壤浸出液涂布在无菌的选择培养基上

答案　C

解析　在酿制葡萄酒的过程中，如果灭菌不彻底会影响葡萄酒的品质，但影响不大；在制作腐乳的过程中，发酵过程有多种微生物的参与，所以该过程不进行严格的无菌操作对结果影响不大；在植物组织培养过程中，如果灭菌不彻底，杂菌产生的物质会影响外植体的生长，甚至杀死外植体，导致培养失败，对结果影响最大；土壤浸出液本身就含有大量的杂菌，另外在选择培养基上只能生存我们所要筛选的细菌，所以无菌操作不严格，对结果影响也不会太大。

2．（2009·安徽卷，6）下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述，其中错误的是

（　　）

A．用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板

B．取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1mL，分别涂布于各组平板上

C．将实验组和对照组平板倒置，37℃恒温培养24～48小时

D．确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数

答案　D

解析　采用稀释涂布平板法统计菌落数目时，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。

3．（2010·广东卷，25）小李尝试制作果酒，他将葡萄汁放入已灭菌的发酵装置中进行实验（见右图），恰当的做法是（多选）（　　）

A．加入适量的酵母菌

B．一直打开阀b通气

C．一直关紧阀a，偶尔打开阀b几秒钟

D．把发酵装置放到4℃冰箱中进行实验

答案　AC

解析　酵母菌在无氧环境中可以利用葡萄糖进行发酵，产生酒精，果酒的制作即应用了此原理。

4℃的环境不利于酵母菌进行发酵。

4．（2011·新课标全国卷，39）有些细菌可分解原油，从而消除由原油泄漏造成的土壤污染。

某同学欲从受原油污染的土壤中筛选出能高效降解原油的菌株。

回答问题：

（1）在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以________为唯一碳源的固体培养基上。

从功能上讲，该培养基属于________培养基。

（2）纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有两种，即____________和____________。

（3）为了筛选出高效菌株，可比较单菌落周围分解圈的大小，分解圈大说明该菌株的降解能力______________________________________

__________。

（4）通常情况下，在微生物培养过程中，实验室常用的灭菌方法有灼烧灭菌、________和____________。

无菌技术要求实验操作应在酒精灯________附近进行，以避免周围环境中微生物的污染。

答案　

（1）原油　选择　

（2）平板划线法　稀释涂布平板法（3）强　（4）干热灭菌　高压蒸汽灭菌　火焰

解析　

（1）可以将所需要的微生物从混杂的微生物群中分离出来的培养基为选择培养基。

欲筛选出能降解原油的菌株，则培养基中应只含有原油而无其他碳源，这样不能降解原油的细菌在此培养基上不能生存，能降解原油的细菌才能在只含原油这一碳源的培养基上生存。

（2）分离纯化菌种时，接种的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，其目的都是使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单菌落，以便于纯化菌种。

（3）降解原油能力越强的菌株，在菌落周围形成的分解圈越大。

（4）实验室常用的灭菌方法有灼烧灭菌（如接种环）、干热灭菌（如培养皿）和高压蒸汽灭菌（如培养基）等。

无菌技术要求整个实验操作都要在酒精灯火焰附近进行，以避免周围微生物的污染。

5．（2009

·宁夏卷，40）

（1）在大肠杆菌培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑________、____________和渗透压等条件。

由于该细菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、____________、________________等优点，因此常作为遗传学研究的实验材料。

（2）在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养器皿进行________（消毒、灭菌）；操作者的双手需要进行清洗和____________；静止空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质变性，还能___________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________。

（3）若用稀释涂布平板法计数大肠杆菌活菌的个数，要想使所得估计值更接近实际值，除应严格操作、多次重复外，还应保证待测样品稀释的______________。

（4）通常，对获得的纯菌种还可以依据菌落的形状、大小等菌落特征对细菌进行初步的________________。

（5）培养大肠杆菌时，在接种前需要检测培养基是否被污染。

对于固体培养基应采用的检测方法是_____________________________________________________________。

（6）若用大肠杆菌进行实验，使用过的培养基及其培养物必须经过____________处理后才能丢弃，以防止培养物的扩散。

答案　

（1）温度　酸碱度　易培养　生活周期短　

（2）灭菌　消毒　损伤DNA的结构　（3）比例合适　（4）鉴别（或分类）　（5）将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间，观察培养基上是否有菌落产生　（6）灭菌

解析　

（1）影响微生物培养的因素除了营养条件外，外界条件主要包括温度、酸碱度和渗透压等。

由于大肠杆菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、易培养、生活周期短等优点，所以常作为遗传学研究的实验材料。

（2）对培养基和培养器皿要进行灭菌，对操作者的双手需要进行清洗和用酒精消毒，静止空气中的细菌在用紫外线照射后能够使蛋白质变性，并损伤DNA结构，使细菌死亡。

（3）样品的稀释度直接影响平板上生长的菌落的数目，实际操作中，通常选用一定稀释范围的样品液进行培养，以保证获得的菌落数在30～300之间。

（4）菌落的特征是判断微生物种类的重要依据，对获得的纯菌种可以依据菌落的特征对细菌进行初步的鉴别。

（5）要判断固体培养基是否被污染，可将未接种的培养基在适宜的温度下培养一段时间，若发现有菌落说明培养基已被污染。

（6）进行微生物培养时，使用过的培养基及培养物必须经灭菌后才能丢弃，防止培养的微生物扩散到环境中，造成危害。

1．制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的下列操作中，不正确的是（　　）

A．操作流程是计算、称量、溶化、灭菌和倒平板

B．将称好的牛肉膏连同称量纸一同倒入烧杯中再加水、去纸

C．灭菌后向牛肉膏蛋白胨溶液中加2%琼脂，并使其溶解

D．将培养基冷却到约50℃时，在酒精灯火焰附近倒平板

答案　C

解析　琼脂加入到牛肉膏蛋白胨溶液中，溶化后再灭菌。

2．平板划线法和稀释涂布平板法是接种微生物的两种常用方法，下列描述正确的是

（　　）

A．都要将菌液进行一系列的梯度稀释

B．平板划线法是将不同稀释度的菌液通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作

C．稀释涂布平板法是将不同稀释度的菌液倒入液体培养基进行培养

D．都会在培养基表面形成单个菌落

答案　D

解析　平板划线法不需要进行梯