《发酵工程的培养基》示范课教学设计【高中生物苏教版选修3新课标】

第一节发酵工程的培养基
◆教学目标
1．分析发酵工程中基础培养基中的碳源、氮源、无机盐及其作用。

2．掌握培养基的分类，区分选择培养基、鉴别培养基和加富培养基。

3．尝试配制马铃薯葡萄糖琼脂培养基。

◆教学重难点
【教学重点】
1．培养基的类型及其作用。

2．培养基的配制。

【教学难点】
培养基的配制。

◆教学过程
【新课引入】
展示：一片面包放置在温暖环境下，几天后会长出许多细菌和霉菌，这片面包就成了培养细菌和霉菌的培养基。

面包中不仅含有大量的淀粉，还含有一定量的蛋白质和脂肪。

当然，发酵工程中的培养基绝不像面包那么简单。

发酵工程中的培养基究竟是什么呢？应该含有哪些营养物质？
培养基应该含有生物生长发育所需的各类营养物质。

【新知讲解】
一、培养基的类型和基础培养基
【学生活动】
阅读课本第6页的内容，思考以下问题：
1．什么是培养基？
2．培养基有哪些类型？
3．天然培养基和合成培养基分别有什么用途？
4．固体培养基、半固体培养基和液体培养基的区别是什么？
【教师活动】
针对学生对上述问题的回答情况，为学生一一解答。

1．培养基
培养基主要是指为人工培养微生物等而制备的，适合微生物等生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质。

2．培养基的类型
（1）天然培养基和合成培养基
拓展1 牛肉膏蛋白胨
牛肉膏又称牛肉浸膏，是采用新鲜牛肉经过剔除脂肪、消化、过滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色的膏状物。

有牛肉自然香味，易溶于水，水溶液呈淡黄色。

蛋白胨是将肉、酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥形成的淡黄色粉剂，具有特殊的肉香。

蛋白质经酸、碱或蛋白酶分解后也可形成蛋白胨。

拓展2 牛肉膏蛋白胨培养基
牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用广泛的普通细菌基础培养基。

由于这种培养基中含有一般细菌生长繁殖所需要的最基本的营养物质，所以可供微生物生长繁殖之用。

在该培养基中，牛肉膏是主要的碳源，蛋白胨是主要的氮源。

（添加知识卡片【生物世界】葡萄糖铵盐培养基）
（2）固体培养基、半固体培养基和液体培养基
拓展3 琼脂
加入培养基中的凝固剂，一般不能被微生物利用，只起到凝固作用。

琼脂是一种从红藻中提取的多糖，在98℃以上熔化，在44℃以下凝固，在常规培养条件下呈现固态。

其优点是透明度高。

拓展4 菌落
分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是菌落。

3．基础培养基
为大多数微生物提供基本需求的培养基就是基础培养基，其成分一般包括水、碳源、氮源和无机盐等最基本的物质。

【教师活动】
引导学生思考：培养基中碳源、氮源和无机盐的主要来源及作用是什么？
拓展5 所有微生物的培养基中都要加入碳源、氮源吗？
①自养微生物能利用无机碳源（比如空气中的CO2），培养基中不用加碳源；
例如，硝化细菌和蓝细菌。

硝化细菌利用氧化环境中的氨时所释放的化学能，将二氧化碳最终转化为储存能量的有机物，进行化能合成作用。

②固氮微生物可利用N2作为氮源，培养基中不用加入氮源。

③对于异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物（尿素除外）既可能是碳源，又可能是氮源和能源。

拓展6 其他条件
在提供主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对pH、氧气以及特殊营养物质的要求。

比如，培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；培养霉菌时，需要将
培养基的pH调至酸性；培养细菌时，需将pH调制中性或碱性；培养厌氧微生物时，则需提供无氧的条件。

特殊营养物质又称作生长因子，是一类调节微生物正常生长代谢所必需的，不能用碳源、氮源自行合成的有机物。

二、特殊培养基
【学生活动】
阅读课本第7~8页特殊培养基的内容，思考：
1．特殊培养基有哪些类型？
2．选择培养基和鉴别培养基的区别是什么？
【教师活动】
以上述两个问题为主线进行讲解特殊培养基。

1．选择培养基
概念：选择培养基是一种能将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的特殊培养基。

（1）依据某些微生物的特殊营养需求设计出来的
➢利用以纤维素为唯一碳源的选择培养基，可以分离出能分解纤维素的微生物；
➢利用缺乏氮源的培养基，能分离出固氮微生物。

（2）在培养基中加入某种化学物质，这些化学物质虽然没有营养作用，但可抑制或杀死其他微生物。

➢在选择培养基中添加数滴质量分数为10%的酚溶液可以抑制细菌和霉菌的生长，培养基上仅有放线菌生长；
➢在培养基中添加亚硫酸铋，可以选择培养出伤寒沙门氏菌；
➢在培养基中添加青霉素、四环素等，通过抑制某些细菌或放线菌的生长，可以选择培养出酵母菌或霉菌等真菌。

2．鉴别培养基
鉴别培养基是用于快速分类鉴定不同类型微生物的特殊培养基，也可用于分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。

➢在添加可溶性淀粉的培养基中，若菌落周围形成淀粉水解圈，则有可能产生淀粉酶的菌株；
➢添加了溴甲酚紫的培养基颜色由紫色转为黄色，说明有产酸微生物；
➢伊红—亚甲蓝培养基（出现紫色）可用于检测大肠杆菌。

【教师活动】
引导学生思考：选择培养基与鉴别培养基有什么区别？
3．加富培养基
加富培养基也称营养培养基，即在培养基中加入有利于某些微生物生长和繁殖所需的特殊物质，如血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液。

加富培养基一般用于培养营养要求比较苛刻的异养微生物。

例如：培养百日咳博德氏菌需要含有血液成分的加富培养基。

【教师活动】
引导学生思考：加富培养基与选择培养基有什么区别？
从某种意义上来说，加富培养基类似于选择培养基。

【学生活动】
请你查阅资料，了解培养细菌的典型培养基配方，设计培养土壤中分解尿素的细菌的选择培养基。

【方案】
绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。

利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。

三、配制马铃薯葡萄糖琼脂培养基
【学生活动】
由学生代表来朗读本实验的实验原理、目的要求和材料用具。

（一）实验目的
学会配制培养基，如培养酵母菌的培养基。

（二）实验原理
酵母菌生长繁殖需要的营养物质有水、碳源、氮源和无机盐等。

马铃薯葡萄糖琼脂培养基具有酵母菌生长所需的碳元素、氮元素和其他营养物质。

（三）实验器材和试剂
烧杯、玻棒、试管、培养皿、铁架台、高压蒸汽灭菌锅、酒精灯、pH试纸；蒸馏水、马铃薯块茎、葡萄糖、琼脂等。

（四）方法步骤
（备注：由于该实验时间较长，马铃薯液的制备可以在实验进行前由教师完成，分装、包扎和灭菌根据实际情况可在课下完成，课堂上学生可进行称量、配制和调节pH。

）
1．配制培养基
称取去皮的马铃薯200 g，切成小块，加水1000 mL，加热煮沸至马铃薯软烂，用纱布过滤。

向滤液中加入20 g葡糖糖、15~20 g琼脂，用蒸馏水定容至1000 mL。

2．调节pH
测试并调节培养基的酸碱度时，先用玻璃棒蘸取液态培养基，接触pH试纸测试其pH，
再根据实际情况用物质的量浓度为1 mol/L的HCl溶液将培养基pH调至5.5。

3．分装
待培养基冷却到50℃左右时，将培养基分装到洁净的试管或培养皿中。

分装时注意不要污染试管口，随后立即用棉花塞或试管盖盖紧试管口。

若制作斜面培养基，倒入试管中的培养基高度约为试管高度的1/5。

灭菌后，使管内培养基自然倾斜，凝固后即成斜面培养基。

4．包扎
在试管壁或培养皿底部上注明培养基的名称、组别、配制日期等信息。

以3～5支培养基斜面试管或3～5个培养基平板为一个单位，用牛皮纸包扎起来。

5．灭菌
采用高压蒸汽灭菌锅灭菌，压力设定为100 kPa，温度为121℃，灭菌20 min。

【学生活动】
根据实验操作流程进行培养基的配制、调节pH、分装、包扎和灭菌。

在此过程中注意不被烫伤，正确和规范操作电子天平和进行灭菌。

【教师活动】
学生操作完成后，引导学生思考以下问题：
（1）为什么培养基冷却至50℃左右时才开始倒平板？（琼脂是一种多糖，在98℃以上熔化，在44℃以下凝固，而高于50℃会烫手）
（2）在倒平板时，不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？（不能，空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生，造成杂菌污染）
（3）配制培养基时先灭菌还是先调节pH值？（先调pH）
【课堂小结】
学生尝试以思维导图的方式总结本节课内容。

【课堂检测】
1．（多选）下列关于培养基的叙述，错误的是（AB ）
A．天然培养基的优点是化学成分及含量明确，实验的可重复性好
B．合成培养基由动植物组织或微生物细胞以及它们的提取物或粗消化物配制而成
C．根据培养微生物的种类和培养目的的不同，配制培养基时还应加人维生素等特殊的营养物质
D．加富培养基一般用于培养营养要求比较苛刻的异养微生物
2．含氨苄青霉素的培养基在基因工程中有很重要的应用。

该培养基能杀死一切不抗氨苄青霉素的细菌，只有对氨苄青霉素具有抗性的细菌才能在该培养基上正常生长繁殖。

由其作用可知，该培养基是一种（ D ）
A．固体培养基B．合成培养基
C．天然培养基D．选择培养基
3．不同培养基的具体配方不同，但一般都含（ C ）
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
4．下列关于配制马铃薯葡萄糖琼脂培养基的叙述，错误的是（D）A．马铃薯可为酵母菌生长同时提供碳源、氮源等营养物质
B．配制时，需要精确称量试剂时可使用电子天平
C．待培养基冷却到50℃时开始分装试管
D．应该先进行灭菌再进行分装。