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1、专题专题 2 2 微生物的培养与应用微生物的培养与应用【高考目标定位】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、利用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用【考纲知识梳理】一、微生物的实验室培养1、培养基（1）培养基的分类：按物理性质分：培养基可分为液体培养基和固体培养基。配置成液体状态的基质，一般用于生产。在液体培养基中加入凝固剂琼脂后，制成琼脂固体培养基。微生物在固体培养基表面生长，可以形成肉眼可见的菌落。根据菌落的特征可以判断是哪一种菌。按用途分为：选择培养基和鉴别培养基（2）培养基的组成要素各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐四种营
2、养物质。满足微生物生长还需要适宜的 pH、氧气的要求（根据微生物的需求提供有氧或无氧环境） 、特殊营养物质等。2、无菌技术（1）消毒与灭菌的区别消毒指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物（不包括芽孢和孢子） 。消毒方法常用煮沸消毒法，还有化学药剂（如酒精、氯气、石炭酸等）消毒、红外线消毒。灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌。（2）获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵，要注意以下几个方面：对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基
3、等器具进行灭菌。为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品相接触。3、纯化大肠杆菌以及菌种的保藏（1）制作牛肉膏蛋白胨固体培养基方法步骤：计算、称量、溶化、灭菌、倒平板。（2）纯化大肠杆菌原理：在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞，使其长成单个的菌落，这个菌落就是一个细胞繁殖而来的子细胞群体。方法：平板划线法、稀释涂布平板法。（3）菌种的保藏短期保存：将菌种接种到试管的固体斜面培养基上 4保存，菌种易被污染或产生变异。长期保存：20甘油管在冷冻箱中保藏。二、壤中分解尿素的细菌的分离与计数1、分离的原理（1）土壤中的细菌之所以
4、能够分解尿素，是因为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催化作用。（2）实验室中微生物的筛选应用的原理：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。2、统计菌落数目的方法：稀释涂布平板法和显微镜直接计数。3、细菌分离与计数的实验流程土壤取样样品稀释取样涂布微生物培养观察并记录结果细菌计数三、分解纤维素的微生物的分离1、纤维素酶纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即 C1 酶、CX 酶和葡萄糖苷酶，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。纤维素最终被水解成葡萄糖，为微生物的生长提供营养。
5、2、纤维素分解菌的筛选方法及原理（1）方法：刚果红染色法。能够通过颜色反应直接对微生物进行筛选。（2）原理：刚果红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。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。3、土壤中纤维素分解菌的筛选土壤取样选择培养（此步是否需要，应根据样品中目的菌株数量的多少来确定）梯度稀释将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上挑选产生透明圈的菌落j【要点名师精解】一、培养基的用途分类培养基种类特点用途选择培养基培养基中加入
6、某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长培养、分离出特定微生物（如培养酵母菌和霉菌，可在培养基中加入青霉素；用尿素为唯一氮源的培养基用于分离分解尿素的细菌）鉴别培养基根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品鉴别不同种类的微生物，如可用伊红美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌（若有，菌落成黑色）【例 1】通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物。在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入 10酚可以抑制细菌和霉菌。利用上述方法能从混杂的微生物群体中分别分离出 （多选）A大肠杆
7、菌 B霉菌 C放线菌 D固氮细菌【解析】此题考察选择培养的有关知识，缺乏氮源的培养基可以选择出固氮细菌；在培养基中加入青霉素，可以选择出霉菌；在培养基基中加入 10%的酚可以选择出放线菌。而无特殊的选择出大肠杆菌的培养基。 【答案】B、C、D二、培养基的营养成分微生物的营养物质：水、无机盐、碳源、氮源及特殊营养物质五类。碳源：能为微生物的代谢提供碳元素的物质。如 CO2、NaHCO3等无机碳源；糖类、蛋白质、脂肪等有机碳源。异养微生物只能利用有机碳源。单质碳不能作为碳源。氮源：能为微生物的代谢提供氮元素的物质。如 N2、NH3、NO3-、NH4+、蛋白质、氨基酸等。只有固氮微生物才能利用 N2
8、。水：在生物体内含量很高，在低等生物体内含量更高。无机盐：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素。特殊营养物质：生长必不可少的微量有机物。如维生素、氨基酸、碱基等。【例 2】下列可以作为自养微生物氮源的是A N2、尿素 B牛肉膏、蛋白胨C尿素、酵母粉 D铵盐、硝酸盐【解析】自养自养微生物需要吸收的是界无机物，包括无机碳源和无机氮源。虽然 N2可以被固氮菌直接利用，合成有机物，但是固氮微生物不属于自养型微生物。所以答案是 D【答案】D【感悟高考真题】（20102010全国全国 1 1 高考）高考）34.（12 分）下列是与微生物培养有关的问题，请回答：（1）某细菌固体培养基的组成成
9、分是 KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4、葡萄糖、尿素、琼脂和蒸馏水，其中凝固剂是，碳源是，氮源是。已知只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，故该培养基属于培养基。按照化学成分分类，该培养基属于培养基。从同化作用类型上看，用该培养基培养的细菌属于。（2）将少量细菌接种到一定体积的液体培养基中，适宜条件下培养，定时取样测定菌体数目，以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标，可得到细菌的曲线。该曲线中以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是。实验室中，为了获得形态和生理特征一致的菌体，一般应在期取材；在生产中，常搜集培养至期的细菌用于次级代谢产物的提取。【解析】本题主要考查学生的理解能力，考查
10、微生物的营养。第（1）小题，该培养基中，琼脂为凝固剂，葡萄糖为碳源，尿素为氮源；由于只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，可以用来选择出能够合成脲酶的细菌，在功能上称为选择培养基；由于其化学成分明确，故又称为合成培养基；由于该培养基中存在着有机碳源葡萄糖，故可推测从同化作用类型上看，用该培养基培养的细菌属于异养型。第（2）小题，在恒定容积的液体培养基上培养微生物，定期取样，然后以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标，所得的曲线称为微生物的群体生长曲线，之所以以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是菌体数目往往非常大，且变化率也很高，直接以菌体数目为纵坐标不利于作图。实验室中，为了获得形态和生理
11、特征一致的菌体，一般应在对数期取材；在生产中，常搜集培养至稳定期的细菌用于次级代谢产物的提取。【答案】 （1）琼脂 葡萄糖 尿素 选择 合成 异养型（2）群体生长 菌体数目往往非常大，且变化率也很高，以菌体数目的对数为纵坐标有利于作图 对数 稳定（20102010全国全国高考）高考）34.（12 分）某种细菌体内某氨基酸X的生物合成途径如图：这种细菌的野生型能在基本培养基（满足野生型细菌生长的简单培养基）上生长，而由该种细菌野生型得到的两种突变型（甲、乙）都不能在基本培养基上生长；在基本培养基上若添加中间产物，则甲、乙都能生长；若添加中间产物，则乙能生长而甲不能生长。在基本培养基上添加少量的X
12、，甲能积累中间产物 1, 而乙不能积累。请回答：（1）根据上述资料可推论：甲中酶 的功能丧失；乙中酶 的功能丧失，甲和乙中酶 的功能都正常。由野生型产生甲、乙这两种突变型的原因是野生型的 （同一、不同）菌体中的不同 发生了突变，从而导致不同酶的功能丧失。如果想在基本培养基上添加少量的X来生产中间产物 1，则应选用（野生型、甲、乙） 。（2）将甲、乙混合接种于基本培养基上能长出少量菌落，再将这些菌落单个挑出分别接种在基本培养基上都不能生长。上述混合培养时乙首先形成菌落，其原因是 。（3）在发酵过程中，菌体中X含量过高时，其合成速率下降。若要保持其合成速率，可采取的措施是改变菌体细胞膜的 ，使X排
13、出菌体外。【解析】【答案】 （1）b a c 不同 基因甲（每空 1 分，共 2 分）（2）甲产生的中间产物 1 供给乙，使乙能够合成 X，保证自身生长产生菌落（其他合理答案也给分）（3）通透性（20102010安徽高考）安徽高考）3大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成 -半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用。将大肠杆菌培养在含葡萄糖和乳糖的培养基中，测定其细胞总数及细胞内-半乳糖苷酶的活性变化（如图） 。据图分析，下列叙述合理的是A050min，细胞内无-半乳糖苷酶基因B50100min，细胞内无分解葡萄糖的酶C培养基中葡萄糖和乳糖同时存在时，-半乳糖苷酶基因开始表达D培养基中
14、葡萄糖缺乏时，-半乳糖苷酶基因开始表达【解析】本题考查有关微生物相关知识，作为微生物的代谢调节有酶的合成和酶的活性调节两种，本题考点是酶的合成调节，在有葡萄糖存在时，大肠杆菌直接利用现有的葡萄糖，当没有葡萄糖时才合成分解乳糖的半乳糖苷酶，才利用乳糖作为能源物质，所以 D 选项正确。【答案】D（20102010江苏高考）江苏高考）19 根据下列相关实验操作预期结果合理的是A实验 8实验 C实验 D实验【解析】本题考查了考生对教材实验的理解能力和分析能力。实验（1）中结果应是 0.3%溶液中质壁分离明显，实验（2）中毛霉应在 20环境中生长最好，实验（4）中，如果此时2，4-D 浓度低于最适浓度，则浓度再低的话促进生根效果则较差了，所以预期最合理的应是实验（3）即 C 项正确。【答案】C（20092009上海生物）上海生物）存在于盐湖和热泉中的两类细菌都具有的特征是A. 在极端环境下进行遗传物
