新教材適用2024版高考生物二輪總復(fù)習第1部分核心考點突破專題9生物技術(shù)與工程第1講發(fā)酵工程核心考點二微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用教師用書

核心考點二微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用1.消毒和滅菌的辨析項目條件結(jié)果常用方法應(yīng)用范圍消毒較為溫和的物理、化學或生物等方法僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分微生物(不包括芽孢和孢子)煮沸消毒法日常用品巴氏消毒法不耐高溫的液體(如牛奶)化學藥品消毒法操作者雙手、水源紫外線消毒法接種室、接種箱或超凈工作臺等滅菌強烈的理化方法殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子濕熱滅菌(其中高壓蒸汽滅菌法效果最好)培養(yǎng)基及容器的滅菌干熱滅菌法耐高溫的和需要保持干燥的物品(如玻璃器皿、金屬用具等)灼燒滅菌法接種工具(如涂布器、接種環(huán)、接種針或其他金屬用具)2.兩種純化方法的比較項目平板劃線法稀釋涂布平板法分離結(jié)果關(guān)鍵操作接種環(huán)在固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線①一系列的梯度稀釋；②涂布平板操作接種用具接種環(huán)涂布器優(yōu)點可以觀察菌落特征，對混合菌進行分離可以計數(shù)，可以觀察菌落特征缺點不能計數(shù)操作較麻煩，平板不干燥效果不好，容易蔓延共同點都要用到固體培養(yǎng)基；都需進行無菌操作；都能在培養(yǎng)基表面形成單個的菌落；都可用于觀察菌落特征3.選擇培養(yǎng)基與鑒別培養(yǎng)基的比較項目選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基制備方法培養(yǎng)基中加入或缺少某些化學物質(zhì)培養(yǎng)基中加入某種指示劑或化學藥品原理依據(jù)某些微生物對某些物質(zhì)或環(huán)境條件的嗜好或抗性而設(shè)計產(chǎn)生特定的顏色或其他變化用途從眾多微生物中分離出所需的微生物鑒別不同種類的微生物真題感悟常考題型一微生物培養(yǎng)的基本操作典例1(2023·山東卷)平板接種常用在微生物培養(yǎng)中。下列說法正確的是(D)A．不含氮源的平板不能用于微生物培養(yǎng)B．平板涂布時涂布器使用前必須進行消毒C．接種后未長出菌落的培養(yǎng)基可以直接丟棄D．利用以尿素為唯一氮源的平板能分離出合成脲酶的微生物【解析】不含氮源的平板可用于固氮菌的培養(yǎng)，A錯誤；平板涂布時涂布器使用前必須浸在酒精中，然后在火焰上灼燒滅菌，這種操作屬于滅菌，不屬于消毒，B錯誤；使用后的培養(yǎng)基即使未長出菌落也要在丟棄前進行滅菌處理，不能直接丟棄，以免污染環(huán)境，C錯誤；脲酶可以催化尿素分解，在以尿素為唯一氮源的平板上，能合成脲酶的微生物可以分解尿素獲得氮源而進行生長繁殖，但是不能合成脲酶的微生物因缺乏氮源而無法生長，因此以尿素為唯一氮源的平板能分離出合成脲酶的微生物，D正確。故選D。典例2(2022·湖北卷)滅菌、消毒、無菌操作是生物學實驗中常見的操作。下列敘述正確的是(D)A．動、植物細胞DNA的提取必須在無菌條件下進行B．微生物、動物細胞培養(yǎng)基中需添加一定量的抗生素以防止污染C．為防止蛋白質(zhì)變性，不能用濕熱滅菌法對牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進行滅菌D．可用濕熱滅菌法對實驗中所使用的微量離心管、細胞培養(yǎng)瓶等進行滅菌【解析】動、植物細胞DNA的提取不需要在無菌條件下進行，A錯誤；動物細胞培養(yǎng)基中需添加一定量的抗生素以防止污染，保證無菌環(huán)境，而微生物的培養(yǎng)不能加入抗生素，B錯誤；一般用濕熱滅菌法對牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進行滅菌，以防止雜菌污染，C錯誤；可用濕熱滅菌法對實驗中所使用的微量離心管、細胞培養(yǎng)瓶等進行滅菌，以防止雜菌污染，D正確。故選D。典例3(2021·天津卷)下列操作能達到滅菌目的的是(C)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(huán)D．防疫期間用石炭酸噴灑教室【解析】用免洗酒精凝膠擦手屬于消毒，A錯誤；制作泡菜前用開水燙洗容器屬于消毒過程，B錯誤；在火焰上灼燒接種環(huán)能達到滅菌目的，C正確；防疫期間用石炭酸噴灑教室，屬于消毒，D錯誤。故選C。典例4(2022·全國乙卷)化合物S被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化工工業(yè)、用菌株C可生產(chǎn)S，S的產(chǎn)量與菌株C培養(yǎng)所利用的碳源關(guān)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(chǎn)量的影響，結(jié)果見表。碳源細胞干重(g/L)S產(chǎn)量(g/L)葡萄糖3.120.15淀粉0.010.00制糖廢液2.300.18回答下列問題。(1)通常在實驗室培養(yǎng)微生物時，需要對所需的玻璃器皿進行滅菌，滅菌的方法有高壓蒸汽滅菌、干熱滅菌(答出2點即可)。(2)由實驗結(jié)果可知，菌株C生長的最適碳源是葡萄糖；用菌株C生產(chǎn)S的最適碳源是制糖廢液。菌株C的生長除需要碳源外，還需要氮源、無機鹽、水(答出2點即可)等營養(yǎng)物質(zhì)。(3)由實驗結(jié)果可知，碳源為淀粉時菌株C不能生長，其原因是缺少淀粉酶。(4)若以制糖廢液作為碳源，為進一步確定生產(chǎn)S的最適碳源濃度，某同學進行了相關(guān)實驗。請簡要寫出實驗思路：分別配制一系列不同濃度梯度的以制糖廢液為唯一碳源的培養(yǎng)基，培養(yǎng)菌株C，其他條件相同且適宜，一段時間后，測定并比較不同濃度制糖廢液中的S的產(chǎn)量，S產(chǎn)量最高時對應(yīng)的制糖廢液濃度即為生產(chǎn)S的最適碳源濃度。(5)利用制糖廢液生產(chǎn)S可以實現(xiàn)廢物利用，其意義是減少污染、節(jié)省原料、降低生產(chǎn)成本(答出1點即可)?！窘馕觥?1)通常在實驗室培養(yǎng)微生物時，為防止實驗用的玻璃器皿等物品中原有的微生物污染培養(yǎng)物，需要使用強烈的理化因素殺死物體內(nèi)外一切微生物的細胞、芽孢和孢子，即對所需的玻璃器皿進行滅菌，玻璃器皿常用的滅菌的方法有干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌等。(2)由實驗結(jié)果可知，與以制糖廢液為碳源相比，以葡萄糖為碳源時菌株C的細胞干重最大，說明最適于菌株C生長的碳源是葡萄糖；而以制糖廢液為碳源時，用菌株C生產(chǎn)S的產(chǎn)量高于以葡萄糖為碳源時的產(chǎn)量，說明最適于生產(chǎn)S的碳源是制糖廢液。微生物的生長一般都需要水、碳源、氮源和無機鹽，還需要滿足微生物生長對pH、氧氣以及特殊營養(yǎng)物質(zhì)的要求，故菌株C的生長除需要碳源外，還需要氮源、無機鹽、水等營養(yǎng)物質(zhì)。(3)分析題圖表格可以看出在以淀粉為碳源的培養(yǎng)基中，菌株C不能生長，原因可能是菌株C中缺少分解淀粉的酶，不能利用淀粉。(4)要測定生產(chǎn)S的最適制糖廢液為碳源的濃度，實驗自變量為制糖廢液的濃度，可分別配制一系列不同濃度梯度的以制糖廢液為唯一碳源的培養(yǎng)基，培養(yǎng)菌株C，其他條件相同且適宜，一段時間后，測定并比較不同濃度制糖廢液中的S的產(chǎn)量，S產(chǎn)量最高時對應(yīng)的制糖廢液濃度，即為生產(chǎn)S的最適碳源濃度。(5)利用制糖廢液生產(chǎn)S可以實現(xiàn)廢物利用，既有利于減少污染、節(jié)省原料，又能降低生產(chǎn)成本。歸納提升：識記微生物的培養(yǎng)、分離與計數(shù)?？碱}型二微生物的篩選和鑒別典例5(2023·浙江1月卷)某同學想從泡菜汁中篩選耐高鹽乳酸菌，進行了如下實驗：取泡菜汁樣品，劃線接種于一定NaCl濃度梯度的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)得到了單菌落。下列敘述正確的是(C)A．培養(yǎng)基pH需偏堿性B．泡菜汁需多次稀釋后才能劃線接種C．需在無氧條件下培養(yǎng)D．分離得到的微生物均為乳酸菌【解析】因為乳酸菌經(jīng)過無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，故其生活的環(huán)境是酸性，培養(yǎng)基pH需偏酸性，A錯誤；平板劃線接種時不需要稀釋，B錯誤；乳酸菌是厭氧型微生物，所以需在無氧條件下培養(yǎng)，C正確；參與泡菜發(fā)酵的微生物有乳桿菌、短乳桿菌和明串珠菌等，所以分離得到的微生物除了乳酸菌，還會有其他耐高鹽的微生物，D錯誤。故選C。典例6(2023·廣東卷)研究者擬從堆肥中取樣并篩選能高效降解羽毛、蹄角等廢棄物中角蛋白的嗜熱菌。根據(jù)堆肥溫度變化曲線(如圖)和選擇培養(yǎng)基篩選原理來判斷，下列最可能篩選到目標菌的條件組合是(D)A．a(chǎn)點時取樣、尿素氮源培養(yǎng)基B．b點時取樣、角蛋白氮源培養(yǎng)基C．b點時取樣、蛋白胨氮源培養(yǎng)基D．c點時取樣、角蛋白氮源培養(yǎng)基【解析】研究目的是篩選能高效降解羽毛、蹄角等廢棄物中角蛋白的嗜熱菌，因此既要耐高溫，又要能夠高效降解角蛋白，所以在c點取樣，并且用角蛋白氮源培養(yǎng)基進行選擇培養(yǎng)，所以D正確，A、B、C錯誤。故選D。典例7(2023·新課標卷)根瘤菌與豆科植物之間是互利共生關(guān)系，根瘤菌侵入豆科植物根內(nèi)可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。為了尋找抗逆性強的根瘤菌，某研究小組做了如下實驗：從鹽堿地生長的野生草本豆科植物中分離根瘤菌；選取該植物的莖尖為材料，通過組織培養(yǎng)獲得試管苗(生根試管苗)；在實驗室中探究試管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力?；卮鹣铝袉栴}。(1)從豆科植物的根瘤中分離根瘤菌進行培養(yǎng)，可以獲得純培養(yǎng)物，此實驗中的純培養(yǎng)物是由根瘤菌繁殖形成的單菌落。(2)取豆科植物的莖尖作為外植體，通過植物組織培養(yǎng)可以獲得豆科植物的試管苗。外植體經(jīng)誘導形成試管苗的流程是：外植體eq\o(→,\s\up7(①))愈傷組織eq\o(→,\s\up7(②))試管苗。其中①表示的過程是脫分化，②表示的過程是再分化。由外植體最終獲得完整的植株，這一過程說明植物細胞具有全能性。細胞的全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。(3)研究小組用上述獲得的純培養(yǎng)物和試管苗為材料，研究接種到試管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力，其做法是將生長在培養(yǎng)液中的試管苗分成甲、乙兩組，甲組中滴加根瘤菌菌液，讓試管苗長出根瘤。然后將甲、乙兩組的試管苗分別轉(zhuǎn)入無氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，觀察兩組試管苗的生長狀況，若甲組的生長狀況好于乙組，則說明接種到試管苗上的根瘤菌具有固氮能力。(4)若實驗獲得一種具有良好固氮能力的根瘤菌，可通過發(fā)酵工程獲得大量根瘤菌，用于生產(chǎn)根瘤菌肥。根瘤菌肥是一種微生物肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用微生物肥料的作用是促進植物生長，增加作物產(chǎn)量，能夠減少化肥使用，改良土壤，減少污染，保護生態(tài)環(huán)境(答出2點即可)?！窘馕觥?1)在微生物學中將接種于培養(yǎng)基內(nèi)，在合適條件下形成的含特定種類微生物的群體稱為培養(yǎng)物。由單一個體繁殖所獲得的微生物群體稱為純培養(yǎng)物。對于本實驗來說就是根瘤菌繁殖得到的單菌落。(2)植物組織培養(yǎng)的過程先是脫分化形成愈傷組織，后再分化形成試管苗。細胞全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。(3)控制變量，因為甲組和乙組的區(qū)別是有無固氮菌，所以要保證培養(yǎng)液中沒有氮源，探究的是接種到試管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力，如果甲長得好，說明接種到試管苗上的根瘤菌具有固氮能力。(4)微生物肥料除了能夠促進植物生長，起到肥料的作用之外，能夠減少化肥的使用，改良土壤，保護環(huán)境。典例8(2022·廣東卷)研究深海獨特的生態(tài)環(huán)境對于開發(fā)海洋資源具有重要意義。近期在“科學號”考察船對中國南海科考中，中國科學家采集了某海域1146米深海冷泉附近沉積物樣品，分離、鑒定得到新的微生物菌株并進一步研究了其生物學特性?；卮鹣铝袉栴}：(1)研究者先制備富集培養(yǎng)基，然后采用高壓蒸汽滅菌法滅菌，冷卻后再接入沉積物樣品，28℃厭氧培養(yǎng)一段時間后，獲得了含擬桿菌的混合培養(yǎng)物，為了獲得純種培養(yǎng)物，除了稀釋涂布平板法，還可采用平板劃線法。據(jù)圖分析，擬桿菌新菌株在以纖維素為碳源時生長狀況最好。(2)研究發(fā)現(xiàn)，將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍有很多微生物不能被分離篩選出來，推測其原因可能是某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)。(答一點即可)(3)藻類細胞解體后的難降解多糖物質(zhì)，通常會聚集形成碎屑沉降到深海底部。從生態(tài)系統(tǒng)組成成分的角度考慮，擬桿菌對深海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的作用可能是擬桿菌作為分解者，將沉降到深海底部的難降解多糖物質(zhì)分解為無機物，歸還到無機環(huán)境中，有利于碳循環(huán)的順利進行。(4)深海冷泉環(huán)境特殊，推測此環(huán)境下生存的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能還有耐低溫?！窘馕觥?1)培養(yǎng)基通常采用高壓蒸汽滅菌法進行滅菌?？梢圆捎孟♂屚坎计桨宸ɑ蚱桨鍎澗€法，將單個微生物分散在固體培養(yǎng)基上，經(jīng)過培養(yǎng)得到單菌落，從而獲得純凈培養(yǎng)物。分析圖可知，在以纖維素為碳源的培養(yǎng)基中，細胞數(shù)量最多，可推知擬桿菌新菌株在以纖維素為碳源時生長狀況最好。(2)深海冷泉中可能存在某些微生物，只有利用冷泉中的特有物質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)，故將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍可能有很多微生物不能被分離篩選出來。(3)擬桿菌為異養(yǎng)生物，作為該生態(tài)系統(tǒng)的分解者