資源簡介

第10單元　生物技術與工程
第1課　微生物的培養技術及應用
[復習目標]　1.掌握培養基的成分及其作用，比較平板劃線法和稀釋涂布平板法的異同；掌握無菌技術及微生物的純培養。(科學思維)　2.設計實驗探究微生物培養的條件，利用選擇培養基分離細菌，運用相關技術解決生產中有關微生物的計數。(科學探究)　3.關注有害微生物的控制及宣傳健康生活等。(生命觀念、社會責任)
考點一　微生物的基本培養技術
1．培養基的配制
(1)概念：人們按照微生物對營養物質的不同需求，配制出供其生長繁殖的營養基質，用以培養、分離、鑒定、保存微生物或積累其代謝物。
(2)營養組成：各種培養基一般都含有水、碳源(提供碳元素的物質)、氮源(提供氮元素的物質)和無機鹽等營養物質，此外還需要滿足微生物生長對pH、特殊營養物質以及O2的需求。
(3)配制原則
(4)種類
①按物理狀態可分為液體培養基和固體培養基。
②按功能可分為選擇培養基和鑒別培養基。
[教材深挖]
(選擇性必修3 P10旁欄思考)培養基需要氮源的原因是培養基中的氮元素是微生物合成蛋白質、核酸等物質所必需的。
2．無菌技術
(1)概念：在培養微生物的操作中，所有防止雜菌污染的方法。
(2)目的：獲得純凈的微生物培養物。
(3)常用方法
(4)無菌技術的主要方法及適用對象(連一連)
3．微生物的純培養
(1)概念：由單一個體繁殖所獲得的微生物群體稱為純培養物，獲得純培養物的過程就是純培養。
(2)過程：包括配制培養基、滅菌、接種、分離和培養等步驟。
(3)常用方法：平板劃線法和稀釋涂布平板法。
(4)實例——酵母菌的純培養
[教材深挖]
(選擇性必修3 P12～13探究·實踐)(1)在未接種的培養基表面應該沒有菌落生長，如果有，說明培養基被雜菌污染。
(2)在接種酵母菌的培養基上，如果觀察到了不同形態的菌落，可能是接種的菌種不純或者無菌操作不規范等原因引起的。
[易錯辨析]
1．微生物在瓊脂固體培養基表面或內部生長，可以形成肉眼可見的菌落。(√)
2．在培養霉菌時，一般需要將培養基調至中性或弱堿性。(×)
3．生物消毒法是指利用生物或其代謝物除去環境中的部分微生物的方法。(√)
4．為了避免周圍環境中微生物的污染，接種過程中許多操作都應在超凈工作臺上并在酒精燈火焰附近進行。(√)
5．倒平板過程中，將培養基倒入培養皿并蓋上皿蓋后，立即將培養皿倒置。(×)
6．培養酵母菌時，可將接種后的平板和一個未接種的平板倒置，放入適宜溫度的恒溫培養箱中培養24～48 h。(√)
1．培養物、純培養物、純培養辨析
2．平板劃線操作的注意事項
(1)灼燒接種環，待其冷卻后才能伸入菌液，以免溫度太高殺死菌種。
(2)第二次及其以后的劃線操作總是從上一次劃線末端開始，能使微生物的數目隨著劃線次數的增加而逐漸減少，最終得到由單個細菌繁殖而來的菌落。
(3)劃線時最后一區不要與第一區相連。
(4)劃線用力大小要適當，防止用力過大將培養基劃破。
(5)操作第一步即取菌種之前及每次劃線之前都需要進行火焰灼燒滅菌，劃線操作結束時，仍需灼燒接種環，每次灼燒的目的如表：
時期 第一次操作 每次劃線之前 劃線結束
目的 殺死接種環上原有的微生物 殺死上次劃線后接種環上殘留的菌種，使下次劃線的菌種直接來源于上次劃線的末端，使每次劃線菌種數目減少 殺死接種環上殘存的菌種，避免微生物污染環境和感染操作者
命題點1　圍繞培養基的配制過程考查生命觀念及科學探究
1．(2022·浙江杭州模擬)制備牛肉膏蛋白胨固體培養基的過程中，關于倒平板的描述正確的是(　　)
A．倒平板后無需將培養基進行濕熱滅菌
B．將倒好培養基的培養皿輕放在桌上，不能晃動
C．等待平板冷卻5～10 s，將平板倒過來放置
D．等培養基冷卻至40 ℃左右時，方可進行倒平板
解析：選A。配制培養基倒平板前，需要對培養基進行濕熱滅菌，倒平板后無需將培養基進行濕熱滅菌，A正確；每倒入一個培養皿后立即將培養皿置于水平位置上，并輕輕晃動，使培養基鋪滿底部，待凝固后即形成平面，B錯誤；等待平板冷卻至凝固，將平板倒過來放置使皿蓋在下，皿底在上，C錯誤；培養基冷卻至50 ℃左右時，在酒精燈火焰附近倒平板，防止雜菌污染，D錯誤。
[歸納總結]　微生物對主要營養物質的需求特點
(1)自養型微生物所需的主要營養物質是無機鹽，碳源可來自大氣中的CO2，氮源可由含氮無機鹽提供。
(2)異養型微生物所需的營養物質主要是有機物，即碳源必須由含碳有機物提供，氮源也主要由有機物提供，部分異養型微生物也可以利用無機氮源。
命題點2　圍繞無菌技術考查科學探究
2．(2022·山東淄博一模)下列關于滅菌或消毒的相關敘述正確的是(　　)
A．巴氏消毒法常用于消毒牛奶，可以殺死牛奶中的全部微生物
B．在接種過程中，試管口、瓶口等都可以通過火焰灼燒進行滅菌
C．培養基、接種環、涂布器、外植體可采用濕熱滅菌法進行滅菌
D．可用紫外線照射接種室，以殺死空氣中的所有微生物及芽孢和孢子
解析：選B。巴氏消毒法常用于消毒牛奶，可以殺死牛奶中的絕大多數微生物，但不是全部，A錯誤；培養基采用濕熱滅菌法進行滅菌，涂布器、接種環采用灼燒滅菌法進行滅菌，外植體進行消毒，不能滅菌，C錯誤；可用紫外線照射接種室，以殺死空氣中的所有微生物，不包括芽孢和孢子，D錯誤。
3．(2022·重慶名校聯盟聯考)防止雜菌污染，獲得純凈的培養物，是研究和應用微生物的前提。下列敘述錯誤的是(　　)
A．實驗室里可用紫外線或化學藥物對物體表面或空氣進行消毒
B．實驗室里不可吃東西，離開時一定要洗手以防被微生物感染
C．接種環、接種針等用具應在酒精燈火焰的內焰部位灼燒滅菌
D．使用后的培養基在丟棄前一定要進行滅菌處理，以免污染環境
解析：選C。常用的消毒方法有煮沸消毒法、巴氏消毒法、化學藥物消毒法和紫外線消毒法等，實驗室里可以用紫外線或化學藥物進行消毒，A正確；實驗室中，切記不可吃東西、喝水，離開實驗室時一定要洗手，以防止被微生物感染，B正確；接種環、接種針等金屬用具，應在酒精燈火焰的充分燃燒層即外焰部位灼燒滅菌，C錯誤；使用后的培養基丟棄前一定要進行滅菌處理，以免污染環境，D正確。
命題點3　圍繞平板劃線法的接種過程考查科學探究
4．(2022·山東德州質檢)如圖為微生物的實驗室培養的有關操作，相關敘述錯誤的是(　　)
A．步驟①中，需將接種工具灼燒至變紅，以殺滅雜菌
B．步驟②中，將接種工具冷卻時不宜距酒精燈火焰太遠
C．圖中接種方法的目的是使菌種逐漸稀釋，經培養后獲得純種菌落
D．接種后應將培養皿倒置培養，培養后可以根據結果進行微生物計數
解析：選D。圖示的平板劃線法不能用于微生物的計數，D錯誤。
5．(2022·江蘇泰州質檢)如圖為用固體培養基培養某細菌的結果，對此下列有關敘述正確的是(　　)
A．此結果是利用平板劃線法得到的，劃線的順序是①→③→②
B．圖示顯示的接種方法為稀釋涂布平板法，②處可見單菌落
C．每次劃線前均需灼燒接種環，其目的都是防止雜菌污染
D．培養基中的糖類、瓊脂等含碳物質，可為該細菌提供碳源
解析：選A。根據菌落的生長狀態可知，此結果是利用平板劃線法得到的，劃線的順序是①→③→②，②處可見單菌落，A正確，B錯誤；除第一次劃線外，每次劃線前灼燒接種環的目的都是殺死上次劃線結束后接種環上殘留的菌種，從而保證菌落來自上一次劃線的末端，C錯誤；培養基中的瓊脂是凝固劑，不能為細菌提供碳源，D錯誤。
考點二　微生物的選擇培養和計數
1．微生物的選擇培養
(1)選擇培養基：允許特定種類的微生物生長，同時抑制或阻止其他種類微生物生長的培養基。
(2)稀釋涂布平板法：將菌液進行一系列的梯度稀釋后，將不同稀釋度的菌液分別涂布到瓊脂固體培養基表面，進行培養。
①系列稀釋操作
系列稀釋：移液管需要經過滅菌。操作時，試管口和移液管應離火焰1～2 cm處。操作過程如下：
②涂布平板操作
序號 圖示 操作
1 取0.1 mL菌液，滴加到培養基表面
2 將涂布器浸在盛有酒精的燒杯中
3 將沾有少量酒精的涂布器在火焰上灼燒，待酒精燃盡、涂布器冷卻后，再進行涂布
4 用涂布器將菌液均勻地涂布在培養基表面。涂布時可轉動培養皿，使菌液涂布均勻
③培養：待涂布的菌液被培養基吸收后，將平板倒置，放入30～37 ℃的恒溫培養箱中培養1～2 d。
2．微生物的數量測定
(1)稀釋涂布平板法
①計數原理：當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個單菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統計平板上的菌落數，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。
②計數標準：為了保證結果準確，一般選擇菌落數為30～300的平板進行計數。
③計數方法：通常選用一定稀釋范圍的樣品液進行培養，以保證獲得菌落數為30～300、適于計數的平板。在同一稀釋度下，應至少對3個平板進行重復計數，然后求出平均值。
④當兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落，統計結果一般用菌落數表示。
(2)顯微鏡直接計數法
①計數原理：利用特定的細菌計數板或血細胞計數板，在顯微鏡下觀察、計數，然后再計算一定體積的樣品中微生物的數量。
②優點：是一種常用的、快速直觀的測定微生物數量的方法。
③缺點：統計的結果一般是死菌數和活菌數的總和。
[教材深挖]
(選擇性必修3 P18正文，拓展)為什么測定活菌的數量不能用平板劃線法？
提示：由于在所劃的線中，一般只有最后一次劃線的末端才會形成只由一個細菌形成的菌落，而其他一些菌落往往由兩個細菌或多個細菌繁殖而成，而在計數時一個菌落對應著一個細菌，這樣在劃線所得的平板中，菌落數目遠低于活菌的實際數值，所以不能用平板劃線法測定活菌數量。
3．土壤中分解尿素的細菌的分離與計數
[教材深挖]
(選擇性必修3 P18～19探究·實踐)為什么只有能分解尿素的微生物才能在該培養基上生長？
提示：分解尿素的微生物能合成脲酶，而脲酶可將尿素分解成氨，從而為微生物提供氮源。
[易錯辨析]
1．對細菌進行計數可采用稀釋涂布平板法，而不能用平板劃線法。(√)
2．篩選能分解尿素的細菌所利用的培養基中，尿素是唯一的氮源。(√)
3．分解尿素的細菌在分解尿素時，可以將尿素轉化為氨，使得培養基的酸堿度降低。(×)
4．統計菌落數目時為保證結果準確，一般選擇菌落數目最多的平板進行統計。(×)
1．選擇培養基四種常見制備方法及實例
(1)加入某些特定的物質(前提是培養基具備全部營養成分)
(2)改變培養基的營養成分
(3)利用培養基中的“特定化學成分”進行分離
(4)通過某些“特殊環境”進行分離
2．平板劃線法和稀釋涂布平板法的比較
項目 平板劃線法 稀釋涂布平板法
圖示
過程 用接種環在固體培養基表面連續劃線，將聚集的菌種逐步分散到培養基的表面 將菌液進行一系列的梯度稀釋，然后將不同稀釋度的菌液分別涂布到固體培養基的表面，進行培養
優點 可以觀察菌落特征，對混合菌進行分離 可以計數，可以觀察菌落特征
缺點 不能計數 吸收量較少，較麻煩，平板不干燥效果不好，容易蔓延
相同點 都使用固體培養基，若沒有特殊要求，兩種方法都可以用來分離微生物
3.兩種微生物計數方法的比較
計數方法 間接計數法(稀釋涂布平板法) 直接計數法(顯微計數法)
計算方法 每克樣品中的菌落數＝×MC：某稀釋度下平板上生長的平均菌落數；V：涂布平板時所用的稀釋液的體積(mL)；M：稀釋倍數 每毫升原液所含細菌數：每小格內平均細菌數×400×104×稀釋倍數
缺點 當兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落 統計的結果一般是死菌數與活菌數的總和
結果 比實際值偏小 比實際值偏大
命題點1　圍繞選擇培養基及微生物的篩選考查科學探究
1．(2022·德州二模)溫泉中含有能夠分解淀粉的耐熱古細菌，在固體培養基中，該類細菌分解淀粉會形成透明圈。如圖表示篩選能高效產生淀粉酶的耐熱古細菌的過程，下列分析正確的是(　　)
A．②過程是利用稀釋涂布平板法分離并篩選耐熱古細菌
B．配制Ⅰ號培養基時需要加入瓊脂，需要調節pH＜7
C．為防止雜菌污染需要對Ⅰ、Ⅱ號培養基及培養皿進行干熱滅菌
D．從Ⅰ號培養基中選擇透明圈最小的菌落接種到Ⅱ號培養基
解析：選A。Ⅰ號培養基中的菌落在平板上均勻分布，由此推測②過程是利用稀釋涂布平板法分離并篩選耐熱古細菌，A正確；配制Ⅰ號培養基時需要加入瓊脂，需要調節pH≥7，B錯誤；培養基通常采用濕熱滅菌法滅菌，培養皿為保持干燥可采用干熱滅菌法滅菌，C錯誤；透明圈直徑越大，說明產生淀粉酶的能力越強，故應從Ⅰ號培養基中選擇透明圈最大的菌落接種到Ⅱ號培養基，D錯誤。
2．(2021·山東卷)解脂菌能利用分泌的脂肪酶將脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸會使醇溶青瓊脂平板變為深藍色。將不能直接吸收脂肪的甲、乙兩種菌分別等量接種在醇溶青瓊脂平板上培養。甲菌菌落周圍呈現深藍色，乙菌菌落周圍不變色，下列說法錯誤的是(　　)
A．甲菌屬于解脂菌
B．實驗中所用培養基以脂肪為唯一碳源
C．可將兩種菌分別接種在同一平板的不同區域進行對比
D．該平板可用來比較解脂菌分泌脂肪酶的能力
解析：選B。根據題干信息“甲菌菌落周圍呈現深藍色”，說明甲可以分泌脂肪酶將脂肪分解成甘油和脂肪酸，脂肪酸會使醇溶青瓊脂平板變為深藍色，因此甲菌屬于解脂菌，A正確；乙菌菌落周圍沒有出現深藍色，說明乙菌落不能產生脂肪酶，不能利用脂肪為其供能，但乙菌菌落也可以在培養基上生存，說明該培養基不是以脂肪為唯一碳源，B錯誤；可將兩種菌分別接種在同一平板的不同區域進行對比，更加直觀，C正確；可以利用該平板來比較解脂菌分泌脂肪酶的能力，觀察指標可以是菌落周圍深藍色圈的大小，D正確。
命題點2　圍繞微生物的分離和計數考查科學思維及科學探究
3．如圖為“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”實驗中樣品稀釋示意圖。據圖分析正確的是(　　)
A．3號試管中的菌落稀釋倍數為103倍
B．4號試管中稀釋液進行平板培養得到的菌落平均數可能是5號試管的10倍
C．5號試管的結果表明每克土壤中的菌株數為1.7×107個
D．該實驗方法統計得到的結果往往會比實際活菌數目要高
解析：選B。2號試管中的菌落稀釋倍數為103倍，A錯誤；4號試管的稀釋倍數為105倍，5號試管的稀釋倍數為106倍，因此4號試管中稀釋液進行平板培養得到的菌落平均數可能是5號試管的10倍，B正確；5號試管的稀釋倍數為106倍，每克土壤中的菌株數為(168＋175＋167)÷3÷0.1×106＝1.7×109個，C錯誤；稀釋涂布平板法得到的菌落可能存在兩個或多個細菌細胞長成一個菌落，使該實驗方法統計得到的結果往往會比實際活菌數目要低，D錯誤。
4．(2020·全國卷Ⅰ)某種物質S(一種含有C、H、N的有機物)難以降解，會對環境造成污染，只有某些細菌能降解S。研究人員按照如圖所示流程從淤泥中分離得到能高效降解S的細菌菌株。實驗過程中需要甲、乙兩種培養基，甲的組分為無機鹽、水和S，乙的組分為無機鹽、水、S和Y。
回答下列問題：
(1)實驗時，盛有水或培養基的搖瓶通常采用____________________的方法進行滅菌。乙培養基中的Y物質是________。甲、乙培養基均屬于________培養基。
(2)實驗中初步估測搖瓶M中細菌細胞數為2×107個/mL，若要在每個平板上涂布100 μL稀釋后的菌液，且保證每個平板上長出的菌落數不超過200個，則至少應將搖瓶M中的菌液稀釋________倍。
(3)在步驟⑤的篩選過程中，發現當培養基中的S超過某一濃度時，某菌株對S的降解量反而下降，其原因可能是________________________(答出1點即可)。
(4)若要測定淤泥中能降解S的細菌細胞數，請寫出主要實驗步驟：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(5)上述實驗中，甲、乙兩種培養基所含有的組分雖然不同，但都能為細菌的生長提供4類營養物質，即_________________________。
解析：(1)常用高壓蒸汽滅菌法處理盛有水或培養基的搖瓶，乙為固體培養基，故需要加入Y瓊脂；甲和乙培養基可以用于篩選能降解S的菌株，故均屬于選擇培養基。(2)若要在每個平板上涂布100 μL稀釋后的菌液，且每個平板上長出的菌落數不超過200個，假設稀釋倍數為a，在每個平板上涂布100 μL(0.1 mL)稀釋后的菌液，菌落則有200a÷0.1＝2×107，則稀釋倍數為a＝104。(3)當培養基中的S超過某一濃度后，可能會抑制菌株的生長，從而造成其對S的降解量下降。(4)要測定淤泥中能降解S的細菌的細胞數，可以取淤泥加無菌水制成菌懸液，稀釋涂布到乙培養基上，培養后進行計數。(5)甲、乙培養基均含有水、無機鹽、碳源、氮源。
答案：(1)高壓蒸汽滅菌　瓊脂　選擇　(2)104　(3)S的濃度超過某一值時會抑制菌株的生長　(4)取淤泥加入無菌水中，涂布(或稀釋涂布)到乙培養基上，培養后計數　(5)水、碳源、氮源和無機鹽
[真題演練]
1．(2021·天津卷)下列操作能達到滅菌目的的是(　　)
A．用免洗酒精凝膠擦手
B．制作泡菜前用開水燙洗容器
C．在火焰上灼燒接種環
D．防疫期間用石炭酸噴灑教室
解析：選C。用免洗酒精凝膠擦手屬于消毒，A不符合題意；制作泡菜前用開水燙洗容器屬于消毒過程，B不符合題意；在火焰上灼燒接種環能達到滅菌目的，C符合題意；防疫期間用石炭酸噴灑教室，屬于消毒，D不符合題意。
2．(2021·北京卷)人體皮膚表面存在著多種微生物，某同學擬從中分離出葡萄球菌。下列操作不正確的是(　　)
A．對配制的培養基進行高壓蒸汽滅菌
B．使用無菌棉拭子從皮膚表面取樣
C．用取樣后的棉拭子在固體培養基上涂布
D．觀察菌落的形態和顏色等進行初步判斷
解析：選C。為避免雜菌污染，需對配制的培養基進行高壓蒸汽滅菌，A正確；葡萄球菌需從人體皮膚的微生物中分離，為避免雜菌污染，故需要使用無菌棉拭子從皮膚表面取樣，B正確；不能直接用取樣后的棉拭子在固體培養基上涂布，C錯誤；根據微生物在固體培養基表面形成的菌落的形狀、大小、隆起程度和顏色等特征進行初步判斷，D正確。
3．(多選)(2021·江蘇卷)為提高一株石油降解菌的凈化能力，將菌涂布于石油為唯一碳源的固體培養基上，以致死率為90%的輻照劑量誘變處理，下列敘述不合理的是(　　)
A．將培養基分裝于培養皿中后滅菌，可降低培養基污染的概率
B．涂布用的菌濃度應控制在30～300個/mL
C．需通過預實驗考察輻射時間對存活率的影響，以確定最佳誘變時間
D．挑取培養基上長出的較大單菌落，經純化后進行降解效率分析
解析：選AB。培養基應先滅菌再分裝于培養皿中，A不合理；涂布用的菌濃度應控制在106倍，以避免菌種重疊而不能得到單菌落，B不合理；需通過預實驗考察輻射時間對存活率的影響，再進行正式實驗，以確定最佳誘變時間，C合理；石油降解菌能分解石油獲得碳源，形成菌落，挑取培養基上長出的較大單菌落，純化后進行降解效率分析，以獲得能高效降解石油的菌種，D合理。
4．(2022·全國乙卷)化合物S被廣泛應用于醫藥、食品和化工工業。用菌株C可生產S，S的產量與菌株C培養所利用的碳源關系密切。為此，某小組通過實驗比較不同碳源對菌體生長和S產量的影響，結果見表。
碳源 細胞干重(g/L) S產量(g/L)
葡萄糖 3.12 0.15
淀粉 0.01 0.00
制糖廢液 2.30 0.18
回答下列問題：
(1)通常在實驗室培養微生物時，需要對所用的玻璃器皿進行滅菌，滅菌的方法有____________________(答出2點即可)。
(2)由實驗結果可知，菌株C生長的最適碳源是________；用菌株C生產S的最適碳源是_______。菌株C的生長除需要碳源外，還需要________________(答出2點即可)等營養物質。
(3)由實驗結果可知，碳源為淀粉時菌株C不能生長，其原因是______________。
(4)若以制糖廢液作為碳源，為進一步確定生產S的最適碳源濃度，某同學進行了相關實驗。請簡要寫出實驗思路：________________________________。
(5)利用制糖廢液生產S可以實現廢物利用，其意義是_____________(答出1點即可)。
解析：(1)在實驗室培養微生物時，對玻璃器皿進行滅菌的方法有干熱滅菌和高壓蒸汽滅菌等。(2)由實驗結果可知，以葡萄糖作為碳源時，細胞干重最高，最有利于菌株C生長；而以制糖廢液作為碳源時，S產量最高，此時更有利于生產S。微生物生長所需的營養物質除碳源外，一般還包括水、氮源和無機鹽等。(3)碳源為淀粉時菌株C不能生長，可能是因為菌株C缺乏能分解淀粉的酶，不能分解利用淀粉。(4)若要進一步確定生產S的最適制糖廢液濃度，可分別向一系列含有不同濃度制糖廢液的培養基中接種等量且適量的菌株C，放在相同且適宜的條件下培養，一段時間后檢測培養液中S的含量。(5)利用制糖廢液生產S可以實現廢物利用，減少環境污染。
答案：(1)干熱滅菌和高壓蒸汽滅菌　(2)葡萄糖　制糖廢液　水、氮源、無機鹽　(3)菌株C缺乏能分解淀粉的酶，不能分解利用淀粉　(4)分別向一系列含有不同濃度制糖廢液的培養基中接種等量且適量的菌株C，放在相同且適宜的條件下培養，一段時間后檢測培養液中S的含量　(5)減少環境污染(合理即可)
[長句特訓]
土壤有“微生物的天然培養基”之稱，如圖表示對土壤中某種微生物進行分離和計數而進行的對樣品的稀釋和稀釋液的取樣培養流程示意圖。請據圖回答有關問題：
設問形式1　必備知識及其應用類命題
(1)圖示統計樣品活菌數目的方法叫做______________法，主要包括______________操作和______________操作。
設問形式2　必備知識表述類命題
(2)當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的______________，一般選擇菌落數在__________________的平板進行計數。
設問形式3　必備知識應用類命題
(3)圖中選擇了104、105、106、107倍的稀釋液進行平板培養，最可能是測定土壤中____________的數量，平板需要在____________ ℃溫度下培養______________d。
設問形式4　問題解決類命題
(4)如果懷疑培養基被污染導致統計結果有誤，則需要做對照實驗，方法是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)據圖分析，圖示為稀釋涂布平板法進行活菌計數，這一過程包括梯度稀釋操作和涂布平板操作。(2)當樣品的稀釋度足夠高時，稀釋涂布平板法接種的平板上的單菌落來源于樣品稀釋液中的一個活菌；一般選擇菌落數在30～300的平板進行計數。(3)圖中選擇用104、105、106、107倍的稀釋液進行平板培養，最可能是測定土壤中細菌的數量；還需要在30～37 ℃溫度下、pH調至中性或弱堿性培養1～2 d。(4)如果懷疑培養基被污染導致統計結果有誤，則需要做對照實驗，可將一個培養基在不加土壤溶液的情況下與加入土壤溶液的培養基同時培養。
答案：(1)稀釋涂布平板　梯度稀釋　涂布平板 (2)一個活菌　30～300　 (3)細菌　30～37　1～2　(4)將一個培養基在不加土壤溶液的情況下與加入土壤溶液的培養基同時培養
第1課　微生物的培養技術及應用
[基礎練透]
1．已知某種細菌以CO2為唯一碳源，下列相關敘述正確的是(　　)
A．可推測該細菌的代謝類型為自養需氧型
B．無機鹽是該細菌不可缺少的營養物質
C．培養過程中碳源同時充當該細菌的能源物質
D．培養該細菌的培養基中不需要添加氮源
解析：選B。該細菌以CO2為唯一碳源，可推測該細菌的代謝類型為自養型，但不能確定是不是需氧型，A錯誤；微生物生長一般需要水、碳源、氮源和無機鹽等營養物質，B正確；CO2不能為微生物提供能量，C錯誤；氮源是微生物必需的營養物質，培養該細菌的培養基中需添加氮源，D錯誤。
2．如圖是兩種不同接種方法所得的結果，下列說法正確的是(　　)
A．A、B兩種接種方法使用的接種工具在接種前都要在酒精燈火焰上灼燒，且處理方法完全相同
B．進行接種之前都要對操作者雙手和培養基進行滅菌處理
C．A方法劃線時，是沿方向①②③進行，且在③區域看到有單個菌落，可直接計數
D．A、B所使用的培養基可以相同，且制作時要先滅菌再倒平板
解析：選D。圖A使用的工具是接種環，接種前需在酒精燈火焰的充分燃燒層灼燒滅菌，冷卻后再進行劃線操作，圖B使用的接種工具是涂布器，涂布器的處理方法是將沾有少量酒精的涂布器在酒精燈上引燃，燃盡且冷卻后即可涂布，A錯誤；操作者的雙手應進行酒精消毒處理，B錯誤；平板劃線法不能對細菌計數，C錯誤；A、B所使用的培養基可以相同，且制作時要先滅菌再倒平板，D正確。
3．如表是某培養基的成分，下列相關敘述錯誤的是(　　)
編號 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 定容至100 mL
A．此培養基可用于自養型微生物的培養
B．培養基中若加入氨基酸，則它可充當碳源、氮源
C．若除去①，此培養基可培養硝化細菌
D．此培養基按功能分類屬于選擇培養基
解析：選C。由題表可知，此培養基中不含含碳有機物，自養型微生物可利用空氣中的CO2作碳源，故該培養基適合用來培養自養型微生物，A正確；氨基酸的元素組成主要為C、H、O、N，培養基中若加入氨基酸，則它可充當碳源、氮源，B正確；硝化細菌能進行化能合成作用，但不能固氮，因此若除去①，此培養基不能培養硝化細菌，C錯誤；此培養基缺少碳源，可以篩選出自養型微生物，故此培養基按功能分類屬于選擇培養基，D正確。
4．微生物的接種技術有很多，有關常用的兩種微生物接種方法的敘述不正確的是(　　)
A．只能應用于固體培養基接種
B．都可以用于微生物的計數
C．接種培養后均可獲得單菌落
D．接種用具都需進行嚴格滅菌
解析：選B。平板劃線法和稀釋涂布平板法都只能用于固體培養基接種，A正確；稀釋涂布平板法接種可以形成單菌落，所以常用來進行微生物的計數，平板劃線法常用來篩選分離微生物，B錯誤；兩種接種方法在培養基中都可形成單菌落，C正確；為防止雜菌污染，接種用具需要滅菌后使用，D正確。
5．微信傳言手機屏幕上的細菌比馬桶按鈕上的多。兩個興趣小組分別展開如圖所示的實驗過程。下列分析錯誤的是(　　)
A．通過觀察菌落的形態、大小，可知手機屏幕和馬桶按鈕上都存在多種微生物
B．以上兩組實驗接種方法相同，且都需要用到酒精燈、涂布器等
C．該實驗對照組可以設置為取相同培養基接種等量無菌水進行培養
D．兩組實驗操作結果截然不同，說明其中有一組實驗的操作出現失誤
解析：選D。不同的菌落形態、大小不同，圖示兩個報道中的手機屏幕和馬桶按鈕的實驗結果都有多種形態的菌落，即存在多種微生物，A正確；根據圖示中菌落分布情況分析，該實驗的接種方法為稀釋涂布平板法，該方法用到的工具有酒精燈、移液管、涂布器等，B正確；該實驗的對照組應設置為取相同培養基接種等量無菌水進行培養，C正確；兩報道實驗操作結果截然不同，應是由于手機屏幕的取樣和馬桶的取樣都不相同引起的，D錯誤。
6．土壤中有豐富的微生物，若要利用其中某種微生物，則需要進行菌種的分離和純化，過程如圖。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．若目的是篩選分解尿素[CO(NH2)2]的細菌，則尿素可以作為該菌的氮源和碳源
B．3號試管的稀釋倍數為104，理論上3號試管的活菌數應是4號試管的10倍
C．4號試管的結果表明每克土壤中的活菌數約為1.1×108個
D．該種方法統計的菌落數比活菌的實際數目少
解析：選A。若目的是篩選分解尿素[CO(NH2)2]的細菌，則尿素可以作為該菌的氮源，不能作為碳源，A錯誤；由樣品稀釋示意圖分析可知，3號試管的稀釋倍數為104倍，理論上3號試管的活菌數應是4號試管的10倍，B正確；4號試管進行稀釋涂布平板法計數的結果表明每克土壤中的菌株數為(110＋108＋112)÷3×10×105＝1.1×108個，C正確；稀釋涂布平板法得到的菌落可能存在兩個或多個細菌細胞長成一個菌落的現象，使該實驗方法統計得到的結果往往會比實際活菌數目少，D正確。
7．(多選)化工廠的污水池中含有一種有害且難以降解的有機化合物A，研究人員用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽以及一些微量元素配制的培養基成功篩選到能高效降解化合物A的細菌(目的菌)，實驗的主要步驟如圖所示。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．該培養基中化合物A只可作碳源
B．實驗培養過程中進行振蕩培養，可使目的菌和培養液充分接觸
C．實驗操作過程中，獲得純凈“目的菌”的關鍵是防止外來雜菌污染
D．將固體培養基得到的目的菌重復多次上述實驗的目的是獲得大量菌種
解析：選AD。磷酸鹽、鎂鹽以及一些微量元素中不含有N元素，推測該培養基中有機化合物A可能既作碳源又作氮源，A錯誤；實驗培養過程中進行振蕩培養可以增加培養液中的溶氧量，滿足微生物對氧氣的需求，同時可使目的菌和培養液充分接觸，B正確；篩選微生物的過程中應注意防止外來雜菌污染，C正確；在以化合物A為唯一碳源和氮源的培養基中只有能降解化合物A的微生物才能生長繁殖，不能利用化合物A的微生物因缺乏碳源和氮源，無法生長繁殖，將固體培養基得到的目的菌重復多次上述實驗的目的是對菌種“純化”，D錯誤。
8．下面是有關土壤中分解尿素的細菌分離和計數的實驗過程，請據圖回答相關問題：
(1)為分離出土壤中分解尿素的細菌，應該用__________________的培養基進行分離，并加入__________指示劑進行鑒別。
(2)若取土樣5 g，應加入__________ mL的無菌水配制成稀釋10倍土壤溶液。因土壤中細菌密度很大，需要不斷加以稀釋，配制成如圖所示的不同濃度的土壤溶液，分別吸取0.1 mL的稀釋液涂布到固體培養基上，這種接種方法稱為______________。某同學用該方法接種后，在某個平板上沒有得到菌落，可能的原因是_______________________________________________。
(3)將接種的培養皿放置在37 ℃恒溫培養箱中培養24～48 h，觀察并統計符合要求的菌落數，結果如表，其中____________________倍的稀釋比較合適。
稀釋倍數 103 104 105 106 107
菌落數 >500 367 248 36 18
解析：(1)為分離出土壤中分解尿素的細菌，應該用以尿素為唯一氮源的培養基進行分離，并加入酚紅指示劑進行鑒別。尿素分解產生的NH3使酚紅指示劑表現為紅色。(2)取土樣5 g，制成稀釋10倍土壤溶液，應加入45 mL的無菌水配制。分離細菌并計數，應使用稀釋涂布平板法。用該方法接種后，在某個平板上沒有得到菌落，可能的原因是涂布器灼燒后未冷卻就用于涂布，殺死了菌種。(3)菌落數在30～300之間的平板符合統計要求，據表可知，105和106倍的稀釋比較合適。
答案：(1)以尿素為唯一氮源　酚紅　(2)45　稀釋涂布平板法　涂布器灼燒后未冷卻就用于涂布，殺死了菌種　(3)105和106
[能力提升]
9．(2022·北京西城區二模)為篩選高效抑制蘋果樹腐爛病菌生長的芽孢桿菌，取直徑為3 mm的果樹腐爛病菌菌落轉移至A處，B處接種芽孢桿菌(圖1)。培養若干天，實驗組與對照組的結果如圖2所示。下列抑菌率的計算公式正確的是(　　)
　
圖1　　　　　　　　圖2　　
A．×100%　　　　 B．×100%
C．×100% D．×100%
解析：選B。根據題干信息分析，圖1中應該取直徑為3 mm的果樹腐爛病菌菌落移置于A處，B處接種芽孢桿菌，培養若干天后，測量并計算抑菌率，圖2顯示實驗組果樹腐爛病菌的菌落直徑為d，對照組果樹腐爛病菌的菌落直徑為D，又因為一開始接種的蘋果腐爛病菌的直徑為3 mm，則抑菌率(%)＝×100%。
10．土壤中有些細菌可以降解焦化廠淤泥中的污染物X。如圖是分離、純化和篩選高效降解X的優質菌株的過程。下列敘述中正確的是(　　)
A．甲是土樣經滅菌后用無菌水配置的土壤稀釋液
B．稀釋涂布平板法操作簡單，且單菌落容易形成
C．丙培養一段時間后，計數培養基中的菌落數小于培養前的活菌數
D．經多次稀釋和篩選，形成的一個菌落中所有細胞的遺傳物質相同
解析：選C。土樣不能滅菌，這樣會殺死土樣中的目的菌，A錯誤；平板劃線法與稀釋涂布平板法相比較，平板劃線法操作簡單，B錯誤；丙為分離選擇高效降解X的菌株，不能降解X的菌株不能存活，因此丙培養后，計數培養基中的菌落數小于培養前的活菌數，C正確；菌落往往是由一個細菌繁殖而成的子細胞群體，經多次稀釋和篩選，形成的單菌落中所有細胞的遺傳物質不一定相同，原因是可能發生了變異，故細胞的遺傳物質不一定相同，D錯誤。
11．(多選)為探究某物種的等位基因“CST1”與“cst1E81K”的功能，科研人員將表達CST1和cst1E81K的質粒分別導入到無法吸收葡萄糖的酵母菌(以麥芽糖為碳源)中，經處理后再將其接種在含不同碳源的培養基上，結果如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．上述酵母菌在接種前的處理是對其進行等濃度梯度的稀釋
B．在含葡萄糖類似物的培養基上，導入CST1的酵母菌存活率最高
C．據圖推測，CST1的功能可能是轉運葡萄糖進入細胞
D．導入cst1E81K的酵母菌葡萄糖吸收速率大于導入CST1的酵母菌
解析：選AC。從圖中可以看出，后者稀釋濃度是前者稀釋濃度的5倍，所以是進行等濃度梯度的稀釋，A正確；在含葡萄糖類似物的培養基上，導入CST1的酵母菌菌落顏色最淺，說明存活率最低，B錯誤；導入CST1的酵母菌在葡萄糖類似物的培養基上菌落數目降低，由于葡萄糖類似物被吸收后可以殺死酵母菌，因此可以推測CST1能轉運葡萄糖類似物進入酵母菌，所以其功能可能是轉運葡萄糖進入細胞，C正確；在麥芽糖＋葡萄糖類似物的培養基中，導入cst1E81K的酵母菌菌落數目多，說明其存活率更高，由于葡萄糖類似物被吸收后可以殺死酵母菌，因此可以推測導入cst1E81K的酵母菌葡萄糖吸收速率小于導入CST1的酵母菌，D錯誤。
12．(2022·北京順義區二模)苯乳酸是植物乳桿菌的次生代謝產物，對致病菌有很強的抑制作用，在食品工業中有廣闊的應用前景。為提高苯乳酸的產量，科研人員對其培養基進行優化。
圖1
(1)稱取不同劑量的葡萄糖、蛋白胨等成分，溶化分裝，經__________后，制備成各種培養基備用。將植物乳桿菌接種在固體培養基上培養14 h，挑取__________，分別接種至A、B、C、D四種液體培養基中，每隔2 h取樣一次，用______________________________法測定培養液中乳桿菌的數目，結果如圖1。培養24 h后，測定苯乳酸含量，發現D組苯乳酸含量最高，從而初步確定優化培養基配方。
(2)有研究顯示，酵母菌的代謝產物有利于苯乳酸的產生。用YPD培養基培養酵母菌，分別收集培養20 h和40 h的發酵液，離心過濾除菌，得到無酵母菌的上清液(CFS)。將植物乳桿菌接種至與D組成分相同的培養基中，再分別將CFS按照一定的比例添加到培養基中，24 h后測定苯乳酸含量，結果如圖2。圖2實驗中對照組的處理是________________，綜合上述研究分析有利于苯乳酸產生的最佳培養基配方是____________________________________。
圖2
(3)研究表明CFS中不含苯乳酸，含有苯丙氨酸和α-酮戊二酸。在植物乳桿菌細胞內苯丙氨酸經轉氨作用生成苯丙酮酸，脫下的氨基轉移到受體α-酮戊二酸上，苯丙酮酸被乳酸脫氫酶還原為苯乳酸。進一步研究發現CFS中單獨添加苯丙氨酸或α-酮戊二酸均可提高苯乳酸產量。依據研究結果，分析在培養基中只添加適量苯丙氨酸與同時添加適量苯丙氨酸和α-酮戊二酸相比苯乳酸產量提高的程度是否相同，并解釋原因_______________________________________________。
解析：(1)微生物培養的關鍵是無菌操作，故制備培養基之前需要先滅菌；為保證純培養，需要挑取單菌落分別接種至A、B、C、D四種液體培養基中；微生物計數的方法有顯微鏡直接計數法(活菌、死菌數目均被統計)或稀釋涂布平板法(統計活菌數目)。(2)分析題意可知，本實驗過程中將不同比例的CFS添加到YPD培養基培養酵母菌，實驗設計應遵循對照原則與單一變量原則，故對照組的處理應是不含CFS相應比例的YPD培養基；綜合比較圖1、圖2可知，在葡萄糖27.5 g/L、蛋白胨30 g/L(D組)、發酵40 h的CFS占比15%時乳桿菌數量和苯乳酸含量均最高，故該條件是有利于苯乳酸產生的最佳培養基配方。(3)由于苯丙氨酸是苯乳酸的原料，增加其含量可提高苯乳酸產量；而苯丙氨酸脫下的氨基可被α-酮戊二酸消耗，產生更多的苯丙酮酸和苯乳酸；只增加苯丙氨酸，會因為苯丙氨酸脫下的氨基沒有更多的α-酮戊二酸接受而會使增加的苯丙氨酸向苯丙酮酸的轉換效率降低，故添加α-酮戊二酸和苯丙氨酸時苯乳酸產量提高的程度更高。
答案：(1)滅菌　單菌落　顯微鏡直接計數法或稀釋涂布平板　(2)不含CFS相應比例的YPD培養基　葡萄糖27.5 g/L、蛋白胨30 g/L、發酵40 h的CFS占比15%時　(3)添加α-酮戊二酸和苯丙氨酸時苯乳酸產量提高的程度更高；原因：苯丙氨酸是苯乳酸的原料，增加其含量可提高苯乳酸產量；而苯丙氨酸脫下的氨基可被α-酮戊二酸消耗，產生更多的苯丙酮酸和苯乳酸；只增加苯丙氨酸，會因為苯丙氨酸脫下氨基沒有更多的α-酮戊二酸接受而會使增加的苯丙氨酸向苯丙酮酸的轉換效率降低

展開更多......

收起↑