高考生物一轮复习 第9单元 生物技术实践 第32讲 微生物的应用与传统发酵技术课件.ppt

第32讲微生物的应用与传统发酵技术 突破1微生物的培养和应用 突破2传统发酵技术 总纲目录 一 微生物的实验室培养1 培养基 1 概念 人们按照微生物对 营养物质的不同需求 配制出供其 生长繁殖的营养基质 2 营养构成 一般都含有水 碳源 氮源和无机盐 此外还要满足微生物生长对ph 特殊营养物质以及 氧气的要求 3 种类 按照物理性质可分为 液体培养基 固体培养基和半固体培养基 2 无菌技术 a b f b c d e a 3 大肠杆菌的纯化培养 1 制备牛肉膏蛋白胨固体培养基配制步骤 计算 称量 溶化 灭菌 倒平板 2 纯化大肠杆菌纯化大肠杆菌 其关键的步骤是 接种 纯化培养方法 平板划线法和稀释涂布平板法 纯化培养原理 在培养基上得到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的菌落 即可获得较纯的菌种 1 分离原理土壤中细菌之所以能分解尿素 是由于它们能合成脲酶 这种物质在尿素分解成无机物的过程中起催化作用 以尿素为唯一氮源的培养基能促进分解尿素的细菌的生长和繁殖 并抑制或阻止其他微生物的生长 从而将目的菌分离出来 二 土壤中分解尿素的细菌的分离和计数 2 统计菌落数目统计样品中的活菌数目一般用稀释涂布平板法 3 实验流程土壤取样 制备培养基 样品的稀释 微生物的培养与观察 细菌的计数 1 纤维素酶 1 组成 纤维素酶是一种复合酶 它包括c1酶 cx酶和葡萄糖苷酶 2 作用 三 分解纤维素的微生物的分离 2 菌种筛选 1 方法 刚果红染色法 2 原理纤维素分解菌 红色复合物红色消失 出现透明圈即使用以纤维素为唯一碳源的选择培养基 根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌 3 筛选流程土壤取样 富含纤维素的环境 选择培养 用选择培养基培养 以增加纤维素分解菌的数量 梯度稀释 涂布平板 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 产生纤维素酶的菌落周围出现透明圈 1 制作原理与条件 四 果酒和果醋的制作 2 果酒 果醋的制作流程挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 醋酸发酵 果酒果醋五 腐乳制作 1 原理 1 菌种 需多种微生物协同作用 其中起主要作用的是毛霉 2 菌种的作用特点蛋白质氨基酸 小分子肽脂肪甘油 脂肪酸 2 实验流程让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 六 制作泡菜并检测亚硝酸盐含量 1 泡菜的制作原理 1 菌种 泡菜的制作离不开乳酸菌 在无氧条件下 乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸 2 腌制条件 控制腌制的时间 温度和食盐的用量 防止杂菌污染 严格密封 2 泡菜的制作流程 3 测定亚硝酸盐含量的原理和操作流程 1 亚硝酸盐与人体健康的关系a 当人摄入总量较多时 可引起中毒或死亡 b 在一定条件下亚硝酸盐可转化为致癌物 亚硝胺 2 亚硝酸盐含量的测定原理 n 对氨基苯磺酸反应物 反应物 n 1 萘基乙二胺盐酸盐 玫瑰红色染料 将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较 可以大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量 操作流程 配制溶液 制备标准显色液 制备样品处理液 比色 1 倒平板时 应将打开的皿盖放到一边 以免培养基溅到皿盖上 3 为了防止污染 接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落 2 培养基中一般都含有水 碳源 氮源和无机盐四种成分 4 在配制培养基时 除满足营养需求外 还应考虑ph 氧气及对特殊营养物质的需求 5 研究和应用微生物的前提是防止杂菌入侵 获得纯净的培养物 6 对用于微生物培养的器皿 接种用具和培养基等要进行灭菌 而对实验操作空间 操作者的衣着等要进行消毒 8 用稀释涂布平板法培养计数 应选择有30 300菌落数的平板 7 筛选微生物时要根据微生物对生存环境的要求 到相应的环境中去寻找 如筛选分解尿素的细菌要用尿素作为唯一氮源 9 透明圈是刚果红与纤维素形成的复合物 可根据是否出现透明圈来判断有无纤维素分解菌 10 筛选纤维素分解菌常用刚果红染色法 根据颜色反应进行直接筛选 11 变酸的酒的表面的菌膜是酵母菌大量繁殖形成的 12 将腐乳坯堆积起来会导致堆内温度升高 影响毛霉生长 13 探究酵母菌的呼吸方式 可用溴麝香草酚蓝检测产生的酒精 突破1微生物的培养和应用 1 微生物的分离与培养 1 微生物的营养 2 培养基的类型及其应用 3 消毒与灭菌的区别 4 纯化微生物的接种方法 5 平板划线操作的注意事项 操作第一步即取菌种之前及每次划线之前都需要进行火焰灼烧灭菌 划线操作结束时 仍需灼烧接种环 每次灼烧目的如下表 灼烧接种环 待其冷却后才能伸入菌液 以免温度太高杀死菌种 第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始 从而使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少 最终得到由单个细菌繁殖而来的菌落 划线时最后一区不要与第一区相连 划线用力大小要适当 防止用力过大将培养基划破 2 微生物的分离和计数 1 选择培养基的选择方法 在培养基中加入某种化学物质 例如 加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌 加入高浓度的食盐可以分离出金黄色葡萄球菌 注意 这里的加入是在主要营养成分完整的基础上加入 改变培养基中的营养成分 例如 缺乏氮源时可分离出固氮微生物 石油作为唯一碳源时可分离出能消除石油污染的微生物 改变微生物的培养条件 例如 将培养基置于高温环境中培养 可得到耐高温的微生物 2 筛选分解尿素的细菌与分解纤维素的微生物的比较 3 统计菌落数目的方法 显微镜直接计数法a 原理 利用特定细菌计数板或血球计数板 在显微镜下计算一定容积样品中的微生物数量 b 方法 用计数板计数 c 缺点 不能区分死菌与活菌 间接计数法 活菌计数法 a 原理 当样品的稀释度足够高时 培养基表面生长的一个菌落来源于样品稀释液中的一个活菌 通过统计平板上的菌落数 就能推测出样品中大约含有多少活菌 b 操作 设置重复组 增强实验的说服力与准确性 为了保证结果准确 一般选择菌落数在30 300的平板进行计数 c 计算公式 每克样品中的菌株数 c v m 其中c代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数 v代表涂布平板时所用的稀释液的体积 ml m代表稀释倍数 考向1以基础判断或实例分析的形式 考查培养基的制备与无菌操作1 在检测食品中大肠杆菌是否超标的实验中 下列操作错误的是 a 待检测食品需要经过灭菌操作后取样检测b 配制好的培养基经高压蒸汽灭菌后倒平板c 用稀释涂布法接种测定大肠杆菌的活菌数d 接种后将培养皿倒置并在适宜温度下培养 a 答案a待检测食品不需要经过灭菌操作 可直接取样检测 a项错误 为了避免杂菌污染而造成的对检测结果的干扰 配制好的培养基要经高压蒸汽灭菌后再倒平板 b项正确 可用稀释涂布法接种测定大肠杆菌的活菌数 c项正确 接种后将培养皿倒置并在适宜温度下培养 d项正确 2 2016课标全国 空气中的微生物在重力等作用下 可以一定程度地沉降 某研究小组欲用平板收集教室空气中的微生物 以了解教室内不同高度空气中微生物的分布情况 实验步骤如下 配制培养基 成分 牛肉膏 蛋白胨 nacl x h2o 制作无菌平板 设置空白对照组和若干实验组 进行相关操作 将各组平板置于37 恒温箱中培养一段时间 统计各组平板上菌落的平均数 回答下列问题 1 该培养基中微生物所需的氮来源于 若要完成步骤 该培养基中的成分x通常是 2 步骤 中 实验组的操作是 3 若在某次调查中 某一实验组平板上菌落平均数为36个 平板 而空白对照组的一个平板上出现了6个菌落 这种结果说明在此次调查中出现了现象 若将30 即36 6 个 平板作为本组菌落数的平均值 该做法 填 正确 或 不正确 答案 1 牛肉膏 蛋白胨琼脂 2 将各实验组平板分别放置在教室不同高度的位置上 开盖暴露一段时间 3 污染不正确解析 1 培养基中的牛肉膏和蛋白胨可为培养基中的微生物提供氮源 制备固体培养基需加入琼脂 2 该实验的目的是了解教室内不同高度空气中微生物的分布情况 所以需在教室不同高度的位置分别用平板收集微生物即开盖暴露一段时间 3 该实验中空白对照组不应出现菌落 若空白对照组出现了菌落 则说明此次调查中出现了污染现象 实验组的污染情况不能确定 故不能用实验组与空白对照组菌落数的差值作为实验结果 而应重新进行实验 3 2017课标全国 某些土壤细菌可将尿素分解成co2和nh3 供植物吸收和利用 回答下列问题 1 有些细菌能分解尿素 有些细菌则不能 原因是前者能产生 能分解尿素的细菌不能以尿素的分解产物co2作为碳源 原因是 但可用葡萄糖作为碳源 进入细菌体内的葡萄糖的主要作用是 答出两点即可 考向2以基础判断或实例分析的形式 考查微生物的分离 鉴定与计数 2 为了筛选可分解尿素的细菌 在配制培养基时 应选择 填 尿素 nh4no3 或 尿素 nh4no3 作为氮源 不选择其他两组的原因是 3 用来筛选分解尿素细菌的培养基含有kh2po4和na2hpo4 其作用有 答出两点即可 4 苯酚及其衍生物广泛存在于工业废水中 对环境有严重危害 小明同学准备依据下图操作步骤 从处理废水的活性污泥中分离筛选酚降解高效菌株 请回答下列问题 1 酚降解菌富集培养基含有蛋白胨 k2hpo4 mgso4 苯酚和水 其中可作为碳源的有 2 将采集到的样品接种培养 苯酚用量应随转接次数增加而逐渐 以达到富集酚降解菌的目的 若如图平板中菌落过于密集 应进 一步 以便于菌落计数与分离 制备平板培养基时除了需要水 营养物质外 还必须添加 3 如图为连续划线法示意图 在图中 填图中序号 区域更易获得单菌落 4 采用比色测定法 使用苯酚显色剂 检测降解后的废水中苯酚残留量 先制作系列浓度梯度并进行显色反应 下表中1 5号比色管的苯酚浓度应分别为 如果废水为50mg l苯酚溶液 降解后约有21 的苯酚残留 则需将残留液稀释 填序号 5 10 20 倍后 再进行比色 答案 1 蛋白胨 苯酚 2 增加稀释涂布凝固剂 3 4 0 0 2 0 4 0 6 0 8 解析本题考查微生物分离的相关知识 1 酚降解菌培养基中的蛋白胨和苯酚为酚降解菌生长提供碳源 2 转接的目的之一是富集降解苯酚能力强的酚降解菌 随转接次数增多 培养基中的苯酚含量应逐渐增加 若平板中菌落过于密集 则需进一步稀释 降低菌体密度后再涂布培养 以便于菌落分离与计数 制备平板培养基时 需添加琼脂等凝固剂 3 连续划线时 在划线的末端菌体密度最低 即在划线的末端最易获得单菌落 4 1号比色管应为空白对照组 由6号比色管中苯酚浓度知 1 5号比色管苯酚浓度应为0 2mg l 0 4mg l 0 6mg l 0 8mg l 废水为50mg l苯酚溶液 降解后残留的苯酚浓度约为50 21 10 5 mg l 则需对残留液进行20倍稀释后 10 5 20 0 525 mg l 才可以进行比色 突破2传统发酵技术 1 果酒和果醋发酵装置的设计思路 1 因酵母菌的繁殖需要空气 醋酸菌是好氧菌 所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需要氧气 因酵母菌产生酒精是在无氧条件下进行的 应控制充入氧的量 故应在充气口设置开关 2 由于在发酵过程中都产生co2 因此又需设排气口 为防止空气中微生物的污染 排气口应连接一个长而弯曲的胶管 3 因要对发酵的情况进行及时监测 故应设置出料口便于取料 4 果酒和果醋的发酵装置及各个部件的作用 2 影响腐乳品质的因素 1 盐a 浓度过低 不足以抑制微生物生长 豆腐易腐败变质 b 浓度过高 会影响腐乳口味 2 酒的含量 一般控制在12 左右 3 香辛料 具调味 杀菌作用 4 温度 15 18 3 泡菜制作的注意事项 1 材料的选择及用量 蔬菜应新鲜 若放置时间过长 蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐 清水和盐的质量比为4 1 盐水要煮沸后冷却待用 盐水煮沸有两大作用 一是除去水中的氧气 二是杀灭盐水中的其他细菌 2 防止杂菌污染 每次取样用具要洗净 取样后要迅速封口 3 氧气需求 泡菜坛要选择透气性差的容器 以创造无氧环境 有利于乳酸菌发酵 防止蔬菜腐烂 坛盖边沿的水槽中要注满水 以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境 并注意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水 4 温度 发酵过程控制在室温即可 最好在26 36 温度过高 则易滋生杂菌 温度过低 则发酵时间延长 考向1以实例分析的形式 考查果酒 果醋的制作1 如图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图 下列相关叙述正确的是 多选 a 改变通入气体种类 可以研究呼吸作用类型对发酵的影响b 果酒发酵中期通入氮气 酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸c 果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关d 气体入口与气体出口可以交换使用 答案abc本题主要考查果酒和果醋制作的相关知识 果酒和果醋发酵所利用的菌种分别是酵母菌 醋酸菌 其中酵母菌属于兼性厌氧菌 而醋酸菌为需氧菌 因此改变通入气体种类 可研究呼吸作用类型对发酵的影响 a正确 果酒发酵中期通入氮气后 酵母菌可从有氧呼吸转变为无氧呼吸 b正确 醋酸菌的最适生长温度为30 35 温度过低会抑制酶活性 从而抑制果醋的发酵周期 c正确 图中的气体入口与气体出口不可以交换使用 因为与气体入口相连的导管需要插入发酵瓶的底部 d错误 2 2016课标全国 苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的 回答下列问题 1 酵母菌的呼吸代谢途径如图所示 图中过程 和 是苹果醋生产的第一阶段 在酵母菌细胞的中进行 其产物乙醇与试剂反应呈现灰绿色 这一反应可用于乙醇的检验 过程 在酵母菌细胞的中进行 与无氧条件相比 在有氧条件下 酵母菌的增殖速度 2 第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程 根据醋酸杆菌的呼吸作用类型 该过程需要在条件下才能完成 3 在生产过程中 第一阶段和第二阶段的发酵温度不同 第一阶段的温度 填 低于 或 高于 第二阶段的 4 醋酸杆菌属于核生物 其细胞结构中 填 含有 或 不含有 线粒体 答案 1 细胞质基质重铬酸钾线粒体快 2 有氧 3 低于 4 原不含有解析 1 图中过程 和 表示酵母菌无氧呼吸的第一 二阶段 发生场所是细胞质基质 乙醇可在酸性条件下与重铬酸钾试剂发生颜色反应 过程 表示有氧呼吸的第二 三阶段 发生在线粒体中 与无氧呼吸相比 有氧呼吸过程释放的能量多 所以在有氧条件下酵母菌的繁殖速度较快 2 醋酸杆菌是好氧菌 所以乙醇转变为醋酸的过程需要在有氧条件下才能完成 3 酵母菌和醋酸杆菌的最适生长温度分别是20 和30 35 4 醋酸杆菌属于细菌 是原核生物 原核细胞中不含有线粒体 考向2以实例分析的形式 考查腐乳的制作3 下列关于 腐乳的制作 实验 叙述正确的是 a 控制发酵温度的主要目的是腐乳调味b 腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用c 毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉d 成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生 b 答案b本题考查腐乳制作的相关知识 控制发酵温度的主要目的是使毛霉等微生物正常生长增殖 a错误 腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐和调味作用 b正确 毛霉等微生物可分泌蛋白酶和脂肪酶 催化豆腐中的蛋白质水解为小分子肽和氨基酸 催化脂肪水解为脂肪酸和甘油 c错误 成品腐乳表面的粘性物质主要由毛霉产生 d错误 4 腐乳是我国民间传统发酵食品 味道鲜美 营养丰富 风味独特 易于消化 请回答有关问题 1 在腐乳的制作中 起主要作用的生物是 它与乳酸菌在结构上的主要区别是 2 腐乳含有丰富的氨基酸 甘油 脂肪酸等小分子物质 与此有关的物质变化有 参与这些物质变化的酶有 3 腐乳的制作过程中需加盐腌制 那么用盐腌制的目的是 要控制盐的用量 因为 4 在腐乳的制作中 卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的 卤汤中酒的含量应控制在12 左右的原因是 答案 1 毛霉毛霉有成形的细胞核 2 蛋白质 多肽 氨基酸 脂肪 甘油 脂肪酸蛋白酶 脂肪酶 3 盐能抑制微生物的生长 避免豆腐块腐败变质 加盐可以析出豆腐的水分 使豆腐块变硬 在后期制作过程中不会过早酥烂盐的浓度过低 不足以抑制微生物生长 可能导致豆腐腐败变质 盐的浓度过高 会影响腐乳的口味 4 酒精含量过高 腐乳成熟的时间将会延长 酒精含量过低 不足以抑制微生物生长 可能导致豆腐腐败解析 1 多种微生物参与了腐乳的制作 如青霉 酵母 曲霉 毛霉等 其中起主要作用的是毛霉 毛霉为真核生物 乳酸菌为原核生物 原核生物细胞无核膜包被的细胞核 真核生物细胞有成形的细胞核 2 毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸 脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸 在多种微生物的协同作用下 豆腐变成腐乳 3 腐乳的制作过程中加盐的目的有 抑制微生物的生长 避免豆腐块腐败变质 析出豆腐的水分 使豆腐块变硬 在后期制作过程中不会过早酥烂 盐的浓度过低 不足以抑制微生物生长 可能导致豆腐腐败变质 盐的浓度过高 会影响腐乳的口味 故要控制盐的用量 4 卤汤中酒的含量应控制在12 左右 酒精含量过高 腐乳成熟的时间将会延长 酒精含量过低 不足以抑制微生物生长 可能导致豆腐腐败 考向3以实例分析的形式 考查泡菜的腌制和亚硝酸盐含量的测定5 泡菜是我国的传统食品之一 但制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在危害 某兴趣小组准备参加 科技创新大赛 查阅资料得到图 1 制作泡菜时 泡菜坛一般用水密封 目的是 乳酸菌发酵第一阶段的产物有 2 据图 与第3天相比 第8天后的泡菜更适于食用 因为后者 ph呈下降趋势 原因是 3 该小组得到一株 优选 乳酸菌 亚硝酸盐还原酶活力比普通乳酸菌高5倍 拟参照资料的实验方案和食盐浓度 4 10 探究与普通乳酸菌相比用 优选 乳酸菌制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低 并确定其最适条件 请你设计一个实验结果记录表 并推测实验结论 答案 1 创造无氧环境丙酮酸 h atp 2 亚硝酸盐含量已接近最低水平乳酸积累 3 结果记录表亚硝酸盐含量 单位 mg kg 推测实验结论 用 优选 乳酸菌制作泡菜 亚硝酸盐含量更低 最适条件是亚硝酸盐含量最低时的食盐浓度和发酵时间解析 1 由于乳酸菌是厌氧细菌 制作泡菜时 泡菜坛一般用水密封 目的是隔绝空气 创造无氧环境 乳酸菌发酵第一阶段的产物是丙酮酸 h 和atp 2 析图可知 第8天后的泡菜中亚硝酸盐含量比第3天低 更适于食用 制作泡菜过程中 由于乳酸的积累 ph呈下降趋势 3 该实验的目的是比较 优选 乳酸菌和普通乳酸菌在制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低 并确定最适条件 故表格的设计要体现不同时间不同食盐浓度下两种乳酸菌的亚硝酸盐含量的差异 实验结论应是用 优选 乳酸菌制作的泡菜中亚硝酸盐含量更低 并确定用 优选 乳酸菌制泡菜的最适食盐浓度和发酵时间 6 农村中泡菜的制作方法是 新鲜的蔬菜经过整理 清洁后 放入彻底清洗并用白酒擦拭过的泡菜坛中 然后向坛中加入盐水 香料及一些 陈泡菜水 密封后置于阴凉处 最适环境温度为28 30 有时制作的泡菜会 咸而