1、微生物的培养与应用(30分钟100分)1.(15分)(2019定远模拟)下表是某公司研发的一种培养大肠杆菌的培养基配方,请结合所学知识,回答下列相关问题。成分含量蛋白胨10.0 g乳糖5.0 g蔗糖5.0 gK2HPO42.0 g显色剂(伊红美蓝)0.2 g琼脂12.0 g将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1 000 mL(1)根据用途划分,该培养基属于_培养基,若要分离能分解尿素的细菌,需对培养基作出的最关键的调整是_,若还需鉴定分解尿素的细菌,需做出的调整是_。(2)从培养基的成分上看,大肠杆菌的同化类型为_。该培养基是否能分离筛选出大肠杆菌?为什么?_。(3)在微生物的实验室培养中,获得纯
2、净培养物的关键是_,用紫外线可对空气进行灭菌的原因是_。【解析】(1)该培养基中含有显色剂(伊红美蓝),可用于大肠杆菌的鉴定,应该属于鉴别培养基。若要分离能分解尿素的细菌,则需要保证培养基中以尿素为唯一氮源,即将蛋白胨换成尿素;鉴定分解尿素的细菌,需要使用酚红指示剂。(2)从培养基成分看,大肠杆菌同化类型为异养型,由于培养基中的碳源种类很多,可供多种微生物生存,不能从该培养基分离筛选出大肠杆菌。(3)微生物培养时,关键是防止外来杂菌的感染,紫外线能使蛋白质变性,还能破坏DNA的结构,可用来灭菌。答案:(1)鉴别将蛋白胨换成尿素将伊红美蓝换成酚红(2)异养型不能,原因是培养基中的碳源种类很多,可
3、供多种微生物生存(3)防止外来杂菌的入侵紫外线能使蛋白质变性,还能破坏DNA的结构2.(15分)嗜盐菌常分布在晒盐场、盐湖、腌制品中,某生物兴趣小组对嗜盐菌进行了如下探究和分析,请回答以下问题:(1)获得嗜盐菌的第一步是从合适的环境中采集菌样,然后按一定的方法分离、纯化。培养嗜盐菌的培养基较普通培养基中_含量高。(2)如图是采用不同接种方法接种嗜盐菌后纯化培养的效果图,其中图_方法不适合用于微生物的计数,出现图A结果的原因是在操作时_。在进行计数时,最终选取菌落数在_范围内的平板进行计数,不能选用菌落数过多的平板的原因是_。(3)在实验过程中,无菌操作是非常重要的,对实验过程中使用的玻璃器皿通
4、常使用_法进行灭菌。【解析】(1)由题意可知,嗜盐菌可以生长在高盐的环境中,故与普通培养基相比,培养嗜盐菌的培养基中盐含量较高。(2)获得图A所示效果的接种方法为稀释涂布平板法,获得图B所示效果的接种方法为平板划线法,在微生物计数时应该选用稀释涂布平板法接种。图A中菌落集中在平板的某区域,说明在操作过程中涂布不均匀。在计数时,为了保证结果准确,一般选择菌落数在30300的平板进行计数,若菌落数过多,菌落重叠的概率大,将产生较大误差。(3)对玻璃器皿的灭菌通常使用干热灭菌法。答案:(1)盐(NaCl)(2)B涂布不均匀30300菌落数过多,菌落重叠的概率大,将产生较大误差(合理即可)(3)干热灭
5、菌3.(15分)(2020枣庄模拟)下表为培养某种微生物的培养基配方,请回答有关问题:KH2PO4NaNO3KCl酵母膏纤维素粉水解酪素Na2HPO47H2OMgSO47H2O蒸馏水0.9 g1 g0.5 g0.5 g5 g0.5 g1.2 g0.5 g定容至1 000 mL(1)该培养基只允许分解纤维素的细菌生长,这种培养基称为_培养基。该培养基在接种前应该用_法灭菌。(2)用该培养基接种微生物时,接种操作要在_附近进行,原因是_。(3)要尽快筛选分解纤维素的微生物,可以在此培养基中加入_作为指示剂,其与纤维素可形成_色的复合物。(4)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
6、么?(列举两项)_【解析】 (1)允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基称为选择培养基。培养基常用高压蒸汽灭菌法灭菌。(2)接种操作要在酒精灯火焰附近进行,原因是火焰附近存在着无菌区域。(3)刚果红可以与纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,因此要尽快筛选分解纤维素的微生物,可以在此培养基中加入刚果红作为指示剂。(4)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:稀释倍数不够,菌液的浓度太高;培养过程灭菌不严格,受到其他微生物的污染;划线时,划完第一次没有灭菌即接着划第二次。答案:(1)选择高压蒸汽灭菌(2)(酒精灯)火焰火焰附近存在着无菌区域(3)刚果红红
7、(4)稀释倍数不够,菌液的浓度太高;培养过程灭菌不严格,受到其他微生物的污染;划线时,划完第一次没有灭菌即接着划第二次【方法规律】目的微生物选择的“三种”方法(1)利用平板划线法或稀释涂布平板法接种在固体平板培养基上,根据目的微生物特定的菌落特征挑选目的微生物。(2)利用选择培养基直接筛选目的微生物。(3)利用鉴别培养基鉴别筛选目的微生物。4.(15分)(2020上高模拟)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。下面是有关土壤中分解尿素的细菌分离和计数的实验过程,请回答有关问题。(1)为分离出土壤中分解尿素的细菌,应该用_的培养基进行分离,
8、这种培养基属于_培养基(按功能分类)。可在培养基中加入_指示剂对该类微生物鉴别。(2)若取土样6 g,应加入_mL的无菌水配制成稀释10倍土壤溶液。因土壤中细菌密度很大,需要不断加以稀释,配制成101107不同浓度的土壤溶液。将103107倍的稀释液分别吸取0.2 mL加入到固体培养基上,用涂布器将菌液铺平,每个稀释度下至少涂布3个平板,这种接种方法称为_。将接种的培养皿放置在37 恒温培养箱中培养2448 h,观察并统计菌落数,结果如下表,其中_倍的稀释比较合适,由此计算出每克土壤中的菌落数为_。这种方法测定的菌落数往往比活菌的实际数目_(填“低”或“高”)。稀释倍数103104105106
9、107菌落数(个)1号平板4783672772652号平板4963542612083号平板509332254293(3)若研究尿素分解菌的群体生长规律,可采用平板划线法分离土壤中的尿素分解菌。操作时,接种环通过灼烧灭菌,在第二次及以后划线时,总是从上一次的末端开始划线。这样做的目的是_。将分离纯化后的单个菌落进行液体培养,可采用定期取样的方法进行计数。若以一个大方格(体积为0.1mm3)有25个中方格的计数板为例进行计算,设五个中方格中总菌数为45,菌液稀释倍数为102 ,那么原菌液的菌群密度为_个/mL。【解析】(1)要分离出分解尿素的细菌,应该用以尿素作为唯一氮源的培养基,属于选择培养基。
10、细菌合成的脲酶将尿素分解成氨,会使培养基的碱性增强,pH升高,培养基中加入的酚红指示剂将变红,可以鉴定该类微生物。(2)6 g土样配制成稀释10倍土壤溶液,总体积应为60 mL,因此应加入54 mL的无菌水。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。一般选择菌落数在30300的平板进行计数。稀释105倍的三个平板中平均菌落数为(277+261+254)3=264个,故每克土壤中的菌落数为:2640.2105=1.32108个。这种方法统计的菌落数往往比活菌的实际数目低,因为当两个或多个菌落连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。
11、(3)在第二次及以后划线时,总是从上一次的末端开始划线。这样做的目的是将聚集的菌体逐步稀释以便获得(不连续)单个菌落。五个中方格中总菌数为45,则每个小格中菌数为(45516)个,血细胞计数板一个大方格(体积为0.1mm3)中400个小格,菌液稀释倍数为102 ,那么1mL原菌液的菌群数量为4551640010 000102=2.25108个。答案:(1)以尿素作为唯一氮源选择酚红 (2)54稀释涂布平板法1051.32108低 (3)将聚集的菌体逐步稀释以便获得(不连续)单个菌落2.251081.(20分)(2020太原模拟)反刍动物如牛和山羊,具有特殊的器官瘤胃,瘤胃中生活着多种微生物,研
12、究人员从牛胃中筛选纤维素酶高产菌株,并对其降解纤维素能力进行了研究,请回答:(1)在样品稀释和涂布平板步骤中,下列选项不需要的是_(多选)。A.酒精灯B.培养皿C.显微镜D.无菌水 E.接种环(2)向试管内分装含琼脂的培养基时,若试管口粘附有培养基,需要用酒精棉球擦净的原因是_。(3)刚果红可与_形成红色复合物,研究人员在刚果红培养基平板上,筛选到了几株有透明圈的菌落(见图1)。图中透明圈大小与纤维素酶的_有关。图中降解纤维素能力最强的菌株是_(填图中序号)。(4)纤维素酶高产菌株在-20 长期保存时,菌液中常需加入一定量的_保藏。(5)研究人员用筛选到的纤维素酶高产菌株A和B,在不同温度和p
13、H条件下进行发酵,测得发酵液中酶活性的结果见图2,推测菌株_更适合用于人工瘤胃发酵,理由是_。【解析】(1)稀释需要用无菌水,需在酒精灯火焰旁完成对培养皿中的培养基涂布接种操作,该过程不需要使用显微镜和接种环。(2)若试管口粘附有培养基,需要用酒精棉球擦净,从而避免培养基污染棉塞。(3)刚果红可与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,红色复合物无法形成,出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌,透明圈的大小与纤维素酶的量和活性有关。纤维素酶的量越大,活性越强,分解的纤维素越多,透明圈越大。(4)需要长期保存的菌株,采用甘油管藏的方法。菌液与甘油充分混
14、匀后在-20 的冷冻箱中保存。(5)由于胃部pH较低,发酵过程会产热和产酸,根据题意和图示分析可知菌株B在较高温度和酸性环境下酶的活性更高,所以推测菌株B更适合用于人工瘤胃发酵。答案:(1)CE(2)避免培养基污染棉塞(3)纤维素量与活性菌2(4)甘油(5)B发酵过程会产热和产酸,菌株B在较高温度和酸性环境下酶的活性更高2.(10分)(素养提升科学探究)果蝇肠道中有包括醋酸杆菌在内的多种微生物,对其进行了分离、研究。(1)分离醋酸杆菌:培养基中加入一定浓度甘露醇既可为醋酸杆菌提供_,又能抑制其他肠道微生物的生长,因此可作为_培养基用于分离醋酸杆菌。实验中剥取果蝇肠道并用_(蒸馏水/无菌水/生理
15、盐水)冲洗,将所得液体涂布于已制备的培养基中,分离得到醋酸杆菌。(2)为研究醋酸杆菌对果蝇生长发育的影响,研究者分别使用含肠道微生物(A组)、无菌(B组)、醋酸杆菌(C组)的培养基喂养无菌果蝇,测定蛹形成的平均时间。结果如图。据图可知,醋酸杆菌对果蝇蛹形成具有_作用,酵母粉含量为_时作用最显著。若研究者利用此实验证实醋酸杆菌在肠道微生物中起主要作用,则需补充D组的实验处理及预期结果为_。(3)从细胞结构来看,醋酸杆菌属于_生物,可在细胞的_中将醇类、糖类分解为乙酸。醋酸杆菌可降解纤维素,有助于果蝇消化吸收营养物质,果蝇采食时携带醋酸杆菌,利于其传播,二者形成了_关系。(4)研究表明果蝇大脑分泌
16、的一种蛋白类激素促胸腺激素(PTTH)在果蝇生长发育过程中可促进蛹形成。预测醋酸杆菌可_(填“提前”“延迟”或“不影响”)果蝇PTTH峰值出现的时间。【解析】(1)培养基中加入的甘露醇既能为醋酸杆菌提供碳源,又能抑制其他肠道微生物的生长,因此可用于分离醋酸杆菌;实验中剥取果蝇肠道并用无菌水冲洗,并将所得液体涂布于选择培养基中,分离得到醋酸杆菌。(2)据图可知,无菌(B组)的培养基喂养的果蝇蛹形成的平均时间最长,使用含醋酸杆菌在内的肠道微生物(A组)的培养基喂养的果蝇蛹形成的平均时间居中,只含醋酸杆菌(C组)的培养基喂养的果蝇蛹形成的平均时间最短,说明醋酸杆菌对果蝇蛹形成具有促进作用,在培养基中
17、酵母粉含量为0.25 %时作用最显著,若要进一步利用此实验证实醋酸杆菌在肠道微生物中起主要作用,则需补充D组的实验处理是使用等量的除去醋酸杆菌,但含有其他肠道微生物的培养基喂养无菌果蝇。预测结果是喂养无菌培养基的B组和喂养除去醋酸杆菌但含有其他肠道微生物培养基的D组,果蝇蛹形成时间较长,喂养含有醋酸杆菌在内的多种微生物培养基的A组和只喂养含有醋酸杆菌培养基的C组,果蝇蛹形成时间较短,多数情况下,果蝇蛹形成的平均时间为BDAC。(3)从细胞结构来看,醋酸杆菌属于没有核膜的原核生物,可在细胞的细胞质基质中将醇类、糖类分解为乙酸;醋酸杆菌可降解纤维素,有助于果蝇消化吸收营养物质,果蝇采食时携带醋酸杆
18、菌,利于其传播,二者形成了共同生活一起,相互帮助,彼此有利的互利共生关系。(4)根据促胸腺激素(PTTH)在果蝇生长发育过程中可促进蛹形成的作用,预测醋酸杆菌可提前果蝇PTTH峰值出现的时间,缩短果蝇蛹形成的时间。答案:(1)碳源选择无菌水(2)促进0.25%使用等量除去醋酸杆菌的肠道微生物的培养基喂养无菌果蝇,结果为果蝇蛹形成的平均时间BD,且DA、DC(合理即可)(3)原核细胞质基质互利共生(4)提前3.(10分)分离筛选降解纤维素能力强的微生物对于解决秸秆等废弃物资源的再利用和环境污染问题具有理论和实际意义。研究人员从土壤和腐烂的秸秆中分离筛选出能高效降解纤维素的菌株,并对筛选出的菌株进
19、行了初步研究。(1)对培养基进行灭菌的常用方法是_。为了在培养基表面形成单个菌落,若以接种环为工具,则用_法进行接种。(2)先将样品悬液稀释后涂在放有滤纸条的固体培养基上进行筛选得到初筛菌株。再将初筛菌株接种到以_为唯一碳源的培养基培养25天,加入刚果红溶液后,依据出现的颜色反应进行筛选,观察菌落特征并测量_。同时将初筛菌株制备成的菌液放入加有滤纸条的液体培养基中,恒温振荡培养8天,观察滤纸条的破损情况。结果见表。由表可知,8组菌株中1、3、7号菌株产酶能力较强,原因是_。菌株编号检测指标1号2号3号4号5号6号7号8号DP5.911.736.541.533.231.767.291.34滤纸破
20、损+注:Dp=(D/d)2,其中d表示菌落直径(cm),D表示水解圈直径(cm);“+”为滤纸整齐膨胀并弯曲,“+”为滤纸不定形,“+”为成团糊状,“+”为半清状。(3)为进一步研究1、3、7号菌株对秸秆降解的效果。分别用这三种菌株对秸秆进行处理,并在第5天和第10天对秸秆和秸秆中含有的纤维素、半纤维素以及木质素等组分的降解情况进行了测定。结果见下图。由图分析可知,三种菌株对_的降解最强,与第5天结果相比,第10天秸秆各组分中_的降解率变化最大。整体分析_号菌株的降解效果最好。【解析】(1)对培养基进行灭菌的常用方法是高压蒸汽灭菌;平板划线法中利用的工具是接种环或接种针。(2)分离筛选出能高效
21、降解纤维素的菌株时,培养基应是以纤维素为唯一碳源的培养基;鉴别纤维素分解菌时需要加入刚果红,当形成菌落以后可以根据菌落周围是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌,因此应该观察菌落特征并测量透明圈直径与菌落直径。由表可知,8种菌株中1、3、7号三种菌株透明圈直径与菌落直径的比都较高,且滤纸片破损程度高,表明这些菌株产酶能力较强。(3)分析柱形图可知,三种菌株对半纤维素的降解最强;与第5天结果相比,第10天秸秆各组分中纤维素的降解率变化最大;整体分析,7号菌株的秸秆、纤维素、半纤维素以及木质素的分解量均很高,即降解效果最好。答案:(1)高压蒸汽灭菌法平板划线(2)纤维素透明圈直径与菌落直径此三种菌株透明圈直径与菌落直径的比都较高,且滤纸片破损程度高(3)半纤维素纤维素7
