2021学年第一节 微生物的培养需要适宜条件学案

第一节　微生物的培养需要适宜条件

一、培养基为目标微生物提供适宜的生长环境

1．微生物和无菌技术

(1)微生物是人们对所有形体微小、肉眼不可见的生物的统称。

(2)无菌技术：在培养某种微生物时，防止其他微生物混入，保持无菌物品及无菌区域不被污染的操作技术称为无菌技术。

2．培养基

人们为满足微生物生长繁殖或积累代谢产物的需求而配制的混合养料。

3．培养基的成分与细胞的化学组成及其在细胞代谢中的作用有关。

(1)水：培养基中含量最高。

(2)无机盐

①影响微生物细胞的吸水能力。

②影响微生物的代谢及生长。

(3)碳源：为微生物生长提供碳元素的物质。

(4)氮源：为微生物生长提供氮元素的物质。

(5)生长因子：由于自身的缺陷，有些微生物对培养基成分有特殊的需求，需要在培养基中有针对性地添加某些特定的维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等有机化合物才能生长，这些化合物统称为生长因子。

(6)微生物生活所需要的能量来源

①异养型微生物：培养基中的有机物。

②自养型微生物：光能或化学反应释放的能量。

4．培养基的理化特性影响微生物的生长。

(1)“细菌喜荤，霉菌喜素”

①细菌培养基中要含有较高的有机氮，因此常用蛋白胨和酵母提取物等来配制。

②霉菌培养基一般用可溶性淀粉加无机物配制，或用添加蔗糖的豆芽汁等配制。

(2)制备培养基时要注意调节培养基的pH

①细菌通常要求在中性偏碱的环境中生长。

②霉菌要求在中性偏酸的环境中生长。

5．根据培养基的物理特征可以把培养基分成液体培养基和固体培养基等。

(1)液体培养基是没有添加凝固剂的培养基，常用于大规模快速繁殖某种微生物。

(2)固体培养基(solid medium)通常是在液体培养基中添加一定量的凝固剂制成的。

①“平板”：将灭菌后未凝固的固体培养基注入培养皿中，冷凝后制成的固体培养基简称为“平板”。常用于微生物的分离、鉴定、活菌计数等。

②“斜面”：将灭菌后未凝固的固体培养基注入试管，将试管斜放在台面上，培养基冷却后在试管中形成了一个斜面，这样的固体培养基简称为“斜面”，常用于菌种保存。

6．根据培养基的化学成分可以把培养基分成合成培养基和天然培养基等。

二、灭菌和无菌操作技术可以排除非目标微生物的干扰

1．保证器具与培养基无菌是获得微生物“纯”培养物的基础。

(1)芽孢：某些种类的细菌会在营养缺乏或代谢产物积累的环境中形成没有繁殖功能的休眠构造，称为芽孢。

对于加热、紫外线照射和化学药物都具有极强的抵抗能力。

(2)消灭器具和培养基中可能存留的各种类型微生物的方式：高压灭菌。

2．使用高压灭菌锅灭菌时所需的温度、压力和时间是根据要消灭的微生物芽孢等结构的耐热性来确定的。

(1)实例

①肉毒梭菌的芽孢：在pH 7.0的100 ℃沸水中要煮5.0～9.5 h才能被杀灭，当温度提高到115 ℃加压灭菌时，时间就能缩短到10～40 min，将温度提高到121 ℃时只需要10 min就能完成。

②保证外科手术器械无菌、安全：要在115 ℃下灭菌30 min或在121 ℃下灭菌10 min，这样才能杀死致病菌破伤风梭菌(Tetani)和产气荚膜梭菌(Perfringens)的芽孢。

(2)在微生物实验中用121 ℃(1 kg/cm2压力)对实验器具和培养基进行15～20 min的灭菌处理是比较安全的。

3．灭菌后，要将高压灭菌锅中的实验用具及培养基及时取出。

(1)培养基

①取出后，放入超净工作台。

②分装最好在超净工作台内的酒精灯火焰旁完成。

③分装时注意事项：不要让培养基黏附在三角瓶口、试管口、培养皿内壁上，以免在培养过程中非目标微生物从瓶口沿器皿内壁上的培养基向内生长而发生污染。

(2)实验器具

①取出后，放入60～80 ℃的烘箱中烘干，除去灭菌时高压蒸汽产生的水分以免金属器械锈蚀。

②在进行分装或接种操作前，将需要使用的、已灭菌的用具从烘箱中取出，放到超净工作台中，然后打开紫外灯和过滤风开关，灭菌30 min。

4．接种过程中，防止其他微生物进入培养基是获得纯培养物的关键环节。

(1)接种：将目标微生物转移到培养基中的过程称为接种。

(2)接种工具：涂布器、接种环等。

①接种环：用接种环接种前，要先将接种环的环部、金属丝、金属丝与柄的连接部、连接部的上端在明火上灼烧，使黏附在其表面的微生物在高温中炭化，待接种环冷却后再接种。

②涂布器：在使用涂布器接种时，应将涂布器浸泡在75%的酒精中。接种前将表面残留着少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上灼烧，冷却后用于涂布。

(3)瓶口或试管口：在接种过程中，打开塞子后和塞上塞子前都要将瓶口或试管口在酒精灯火焰上灼烧灭菌。

(4)接种时要靠近酒精灯的火焰，利用燃烧产生的上升气流减少空气中微生物落入培养基的可能性。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．液体培养基含有水，而固体培养基不含水。 (×)

提示：液体培养基和固体培养基都含有水，它们的区别为是否含有凝固剂。

2．获得纯净微生物培养物的基础是保证器具与培养基无菌。 (√)

3．用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行消毒。 (×)

提示：用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基都要进行灭菌。

4．培养基分装到培养皿后进行灭菌。 (×)

提示：培养基分装到培养皿之前要进行灭菌。

5．“平板”“斜面”都常用于微生物的分离、鉴定、活菌计数等。 (×)

提示：“平板”常用于微生物的分离、鉴定、活菌计数等，而“斜面”则常用于菌种保存。

6．将目标微生物转移到培养基中的过程称为接种。 (√)

　培养基为目标微生物提供适宜的生长环境

1．培养基的成分及功能

2.培养基的种类

1．能够利用无机碳源的微生物的同化作用类型是什么？

提示：能利用无机碳源的微生物的同化作用类型是自养型微生物。

2．牛肉膏蛋白胨培养基是一种常见的细菌培养基，其中牛肉膏、蛋白胨能够提供哪些营养成分？

提示：牛肉膏、蛋白胨能够提供碳源、氮源、维生素(生长因子)和无机盐。

1．(2020·北京西城区高二下期中)下列有关培养基配制的描述，正确的是(　　)

A．液体培养基常用于菌种的分离、计数、鉴定

B．任何培养基都必须含有碳源、氮源、水、无机盐等成分

C．是依据人们的需求，配制出的供微生物生长繁殖的营养基质

D．微生物的生长除受营养因素影响外，还受pH、渗透压等影响

D　[固体培养基常用于菌种的分离、计数、鉴定，A错误；培养基不一定含有碳源、氮源，如培养自养型微生物的培养基不需加碳源，分离自生固氮菌的培养基不需加氮源，B错误；人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质叫培养基，C错误；微生物的生长除受营养因素影响外，还受pH、氧气、渗透压等的影响，D正确。]

2．如表所示为某培养基的配方，下列叙述错误的是(　　)

A．根据物理性质划分，该培养基属于液体培养基

B．根据用途划分，该培养基属于选择培养基

C．根据培养基的配方可知，该培养基培养的微生物的同化作用类型是异养型

D．固体培养基中加入少量水即可形成液体培养基

D　[固体培养基和液体培养基的区别在于是否加入凝固剂(如琼脂)，题表所示的培养基配方中没有琼脂，因此属于液体培养基，A正确、D错误；加入青霉素可分离得到酵母菌和霉菌等，因此该培养基属于选择培养基，B正确；该培养基中的(CH2O)可作为有机碳源，因此其培养的微生物的同化作用类型是异养型，C正确。]

　灭菌和无菌操作技术可以排除非目标微生物的干扰

1．灭菌和无菌操作技术

(1)目的：保证得到的培养物就是所需要的微生物。

(2)获得微生物“纯”培养物的基础：保证器具与培养基无菌。

(3)方法

①除掉各种微生物简便易行的办法：加热。

②消灭器具和培养基中可能存留的各种类型微生物的方法：高压灭菌。

(4)使用高压灭菌锅灭菌

①灭菌时

a．所需的温度、压力和时间是根据要消灭的微生物芽孢等结构的耐热性来确定的。

b．在微生物实验中用121 ℃(1 kg/cm2压力)对实验器具和培养基进行15～20 min的灭菌处理是比较安全的。

②灭菌后：要将实验用具及培养基及时取出。

③对含葡萄糖的培养基：采用适当降低温度、压力(112 ℃，500 g/cm2)以及延长时间(30 min)的高压灭菌方法灭菌。

④在全部培养工作结束后，所有使用过的器皿、废弃物等都必须先经过高压灭菌后再洗涤或倾倒。

(5)接种过程中，防止其他微生物进入培养基是获得纯培养物的关键环节。

①接种所使用的涂布器或接种环等工具均需灭菌后再使用。

②在接种过程中，打开塞子后和塞上塞子前都要将瓶口或试管口在酒精灯火焰上灼烧灭菌。

③接种时要靠近酒精灯的火焰。

④尽量减少各种器皿敞口向上的时间和机会。

2．灭菌、消毒与防腐

3．微生物的实验室培养获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌入侵。下列无菌操作中，错误的是(　　)

A．对实验用的培养基，采用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌

B．接种所使用的涂布器或接种环等工具均需灭菌后再使用

C．对操作者的双手、衣着以及操作空间等，采用紫外线进行消毒

D．对试管口、锥形瓶口等部位，通过火焰灼烧进行灭菌

C　[对实验用的培养基，采用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌，A项正确；接种所使用的涂布器或接种环等工具均需灭菌后再使用，B项正确；对操作者的双手采用酒精进行消毒，C项错误；对试管口、锥形瓶口等部位，通过火焰灼烧进行灭菌，D项正确。]

4．为保证得到的培养物就是所需要的微生物，消灭器具和培养基中可能存留的各种类型微生物需要使用高压灭菌的方式，下列相关叙述错误的是(　　)

A．使用高压灭菌锅灭菌时所需的温度、压力和时间是根据要消灭的微生物芽孢等结构的耐热性来确定的

B．在微生物实验中用121 ℃(1 kg/cm2压力)对实验器具和培养基进行15～20 min的灭菌处理是比较安全的

C．考虑到高压灭菌锅的使用效率，往往将培养基集中在一个较大的容器中放入高压灭菌锅灭菌

D．对含葡萄糖的培养基，采用适当升高温度、压力以及延长时间(30 min)的高压灭菌方法灭菌

D　[由于葡萄糖在115 ℃以上会焦化，故对含葡萄糖的培养基可采用适当降低温度、压力(112 ℃、500 g/cm2压力)以及延长时间(30 min)的高压灭菌方法灭菌。]

问题探究1通过对某种微生物培养基成分的分析培养学生的物质与能量观、适应观等生命观念，认识生物的多样性、独特性；问题探究2通过无菌操作培养学生实验操作、实施实验的科学探究能力。

1．(1)材料1中，该培养基含有微生物生长所需要的营养成分有哪几类？(生命观念)

提示：该培养基含有的营养成分有三类：水、无机盐和氮源。

(2)该培养基可培养什么样的微生物？说明理由。(生命观念)

提示：该培养基培养的是自养型微生物，因为该培养基中不含含碳有机物。

(3)若除去成分①，加入(CH2O)，该培养基可用于培养什么样的微生物？(科学探究)

提示：若除去成分①，加入含碳有机物可用于培养固氮菌。

2．在培养基配制和微生物接种的过程中，确保无杂菌污染被称为无菌操作。材料2的图中符合无菌操作要求的有哪些？(科学探究)

提示：①②③⑤。

[课堂小结]

1．不同培养基的具体配方不同，但一般都含(　　)

A．碳源、磷酸盐和维生素

B．氮源和维生素

C．水、碳源、氮源和无机盐

D．碳元素、氧元素、氢元素、氮元素

C　[培养基中一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还应考虑pH、特殊营养物质及O2等条件。]

2．下列有关培养基的说法，正确的是(　　)

A．液体培养基是指只加了水的培养基

B．固体培养基是指加热凝固了的培养基

C．分离某一特定的微生物时，应选用选择培养基

D．为了保证培养基成分不变，灭菌温度不能超过100 ℃

C　[配制成的液体状态的基质称为液体培养基，不含凝固剂成分，一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，A错误；固体培养基是指在液体培养基中加入了凝固剂的培养基，B错误；分离某一特定的微生物时，应选用选择培养基，C正确；对培养基灭菌常用高压蒸汽灭菌，为达到良好的灭菌效果，一般在压力为100 kPa，温度为121  ℃的条件下，维持15～30 min，D错误。]

3．采用干热灭菌、灼烧灭菌、高压蒸汽灭菌、紫外线照射等几种方法，可分别杀死哪些部位的杂菌(　　)

A．接种环、吸管、培养基、接种室

B．吸管、接种环、培养基、接种箱

C．培养基、吸管、接种环、接种箱

D．培养皿、吸管、培养基、双手

B　[干热灭菌是将灭菌物品放入干热灭菌箱内，在160～170 ℃下加热2～3 h，适用于耐高温且需要保持干燥的物品，如玻璃器皿(吸管、培养皿)和金属用具等；灼烧灭菌是利用酒精灯火焰的充分燃烧层灭菌，如接种针、接种环等；高压蒸汽灭菌用高压蒸汽灭菌锅，一般在压力为100 kPa、温度为121 ℃的条件下，维持15～30 min，主要用于培养基灭菌；紫外线照射适用于物体表面灭菌和空气灭菌，如接种室、接种箱、超净工作台等，使用前用紫外线照射约30 min。]

4．防止杂菌入侵并获得纯净的培养物是研究和应用微生物的前提。下列叙述错误的是(　　)

A．实验室里可以用紫外线或化学药物进行消毒

B．接种环、接种针等金属用具，直接在酒精灯火焰的内焰部位灼烧灭菌

C．在实验室中，切不可吃东西、喝水，离开实验室时一定要洗手，防止被微生物感染

D．使用后的培养基丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境

B　[接种环、接种针等金属用具，直接在酒精灯火焰的充分燃烧层即外焰部位灼烧灭菌，B错误。]

5．下表是某微生物培养基成分，请据此回答下列问题。

(1)上表培养基可培养的微生物类型是________。

(2)若除去成分②，加入(CH2O)，该培养基可用于培养______。

(3)表中营养成分共有________类。

(4)不论何种培养基，在各种成分都溶化后分装前，要进行的是________________。

(5)若上表培养基用于菌种鉴定，应该增加的成分是____________。

[解析]　(1)由题表可知，该培养基中没有碳源，说明培养的微生物是从外界环境中获取碳源的，因此培养的微生物是自养型微生物。

(2)该培养基若加入(CH2O)，培养基中就有了碳源，但除去成分②，培养基中就没有了氮源，该培养基就只能用于培养固氮微生物。

(3)题表中的营养物质有水、无机盐、无机氮源三类，缺乏碳源和特殊营养物质。

(4)微生物生长需要一定的pH，所以培养基装瓶前需要调节pH。

(5)该培养基中无凝固剂，为液体培养基。菌种的纯化和鉴定通常利用固体平板培养基以获得单细胞菌落，因此需要加入凝固剂，如琼脂，将液体培养基转变成固体培养基。

[答案]　(1)自养型微生物　(2)固氮微生物　(3)三　(4)调节pH　(5)凝固剂