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第1讲微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用[考纲要求]1.微生物的分离和培养。2.某种微生物数量的测定。3.培养基对微生物的选择作用。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。[构建网络]考点一微生物的利用1．有关微生物实验的基本方法(1)制备培养基：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。(2)无菌技术：主要指消毒和灭菌。(3)倒平板操作：待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。(4)平板划线法：是通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。(5)稀释涂布平板法：先将菌液进行一系列的梯度稀释后涂布平板，在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而在培养基表面形成单个菌落。如图：2．微生物的分离与培养(1)分离方法：选择培养基。(2)某种微生物的分离①土壤中分解尿素的细菌的分离与计数a．筛选菌株：利用选择培养基筛选菌株。b．计数方法：稀释涂布平板法和显微镜直接计数法。c．过程：土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察。②分解纤维素的微生物的分离a．实验原理即：可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。b．流程：土壤取样→选择培养→梯度稀释→涂布平板→挑选菌落。(3)鉴定方法鉴定分解尿素的细菌含酚红指示剂的尿素为唯一氮源的培养基→细菌→指示剂变红，则该菌能分解尿素鉴定纤维素分解菌[错混诊断]1．在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空白平板先行培养一段时间，这样做的目的是检测培养基上的细菌含量(2014·新课标Ⅱ，39(1)改编)(×)2．某研究小组从有机废水中分离微生物用于废水处理。接种后的培养皿须放在光照培养箱中培养(2013·江苏，18C)(×)3．纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法(2011·新课标，39(2)改编)(√)4．在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌(2011·重庆，2A)(×)5．检测土壤中细菌总数实验操作中，确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数(2009·安徽，6D)(×)6．培养微生物的培养基分装到培养皿后进行灭菌(2013·江苏，18A改编)(×)题组一从微生物的实验室培养进行命题1．(2014·新课标Ⅱ，39)为了调查某河流的水质状况，某研究小组测定了该河流水样中的细菌含量，并进行了细菌分离等工作。回答下列问题：(1)该小组采用稀释涂布平板法检测水样中的细菌含量。在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空白平板先行培养了一段时间，这样做的目的是__________________________________；然后，将1mL水样稀释100倍，在3个平板上用涂布法分别接入0.1mL稀释液；经适当培养后，3个平板上的菌落数分别为39、38和37。据此可得出每升水样中的活菌数为______________。(2)该小组采用平板划线法分离水样中的细菌。操作时，接种环通过________灭菌，在第二次及以后划线时，总是从上一次划线的末端开始划线。这样做的目的是______________________________________。(3)示意图A和B中，________表示的是用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果。(4)该小组将得到的菌株接种到液体培养基中并混匀，一部分进行静置培养，另一部分进行振荡培养。结果发现：振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。分析其原因是：振荡培养能提高培养液中__________的含量，同时可使菌体与培养液充分接触，提高____________的利用率。答案(1)检测培养基平板灭菌是否合格3.8×107(2)灼烧将聚集的菌体逐步稀释以便获得单个菌落(3)B(4)溶解氧营养物质解析(1)为了检测培养基平板灭菌是否合格，可在涂布接种前，随机取灭菌后的空白平板先行培养一段时间。0.1mL稀释液中平均有(39＋38＋37)/3＝38个活菌，则每毫升稀释液中活菌的数目为38/0.1＝380，则稀释前每毫升水样中活菌数目为380×100＝3.8×104，则每升水样中活菌数目为3.8×104×1000＝3.8×107。(2)接种环、接种针等金属用具可直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，以达到迅速彻底灭菌的目的。在第二次及以后的划线时，总是从上一次划线的末端开始划线，其目的是将聚集的菌体逐步稀释以便获得单个菌落。(3)比较图A和图B可以看出：A培养基中细菌的分布呈线性，是用平板划线法接种培养后得到的结果；B培养基中细菌均匀分布，是用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果。(4)振荡培养可以提高培养液中溶解氧的含量，还可以使菌体与培养液充分接触，提高了营养物质的利用率，因此振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。题组二从微生物培养基的组成成分及纯化方法进行命题2．(2014·四川，10)有机农药苯磺隆是一种除草剂，长期使用会污染环境。研究发现，苯磺隆能被土壤中某些微生物降解。分离降解苯磺隆的菌株和探索其降解机制的实验过程如图甲、乙所示。(1)微生物生长繁殖所需的主要营养物质有碳源、水、________________四类，该实验所用的选择培养基只能以苯磺隆作为唯一碳源，其原因是___________________________________。(2)与微生物培养基相比，植物组织培养的培养基常需添加生长素和________________，这些植物激素一般需要事先单独配制成________保存备用。(3)纯化菌株时，通常使用的划线工具是________。划线的某个平板培养后，第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌，第二划线区域所划的第一条线上无菌落，其他划线上有菌落。造成划线无菌落可能的操作失误有__________________________________________________________________________________________________________________。(4)为探究苯磺隆的降解机制，将该菌种的培养液过滤离心，取上清液做图乙所示实验。该实验的假设是________________________________，该实验设计是否合理？为什么？________________________。答案(1)氮源和无机盐只有能利用苯磺隆的微生物能正常生长繁殖(2)细胞分裂素母液(3)接种环①接种环灼烧后未冷却；②划线未从第一区域末端开始(4)目的菌株能分泌降解苯磺隆的蛋白质不合理，缺少空白对照解析(1)微生物生长繁殖需要的主要营养物质包括碳源、氮源、水和无机盐四类。根据题意可知，土壤中某些微生物有降解苯磺隆的能力，该实验的目的是探索其降解机制，因此，需要分离出有降解苯磺隆能力的土壤中的某些微生物，故选择培养时为了排除其他碳源的干扰，培养基中唯一碳源只能是苯磺隆。(2)与微生物培养基相比，植物组织培养的培养基需要添加生长素和细胞分裂素，用于调节植物细胞脱分化和再分化；这些植物激素一般需要事先单独配制成母液保存备用。(3)纯化菌株时，通常使用的划线工具是无菌接种环。划线的平板培养后，发现第一划线区域的划线上不间断地长满了菌，第二划线区域所划的第一条线上无菌落，而其他划线上有菌落。造成此现象的原因可能有两个：一是接种环灼烧后未冷却，菌种接触到高温的接种环而死亡；二是划第二划线区域第一条线时未从第一区域末端开始。(4)根据图乙所示实验中的上清液加入蛋白酶溶液推测，实验目的是探究目的菌株是否能分泌降解苯磺隆的蛋白质，实验设计不合理之处是缺少不加蛋白酶溶液、其他条件同图乙的空白对照。用选择培养基分离微生物的方法(1)在基础培养基中加入抗性物质。举例：①加高浓度食盐分离金黄色葡萄球菌；②加青霉素分离酵母菌和细菌。(2)通过改变培养基的成分。举例：①培养基中缺乏氮源时，可分离自生固氮微生物，非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存。②培养基中若缺乏有机碳源则异养微生物无法生存，而自养微生物可利用空气中的CO2制造有机物生存。(3)利用培养基的特定成分。举例：①当石油是唯一碳源时，可抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，从而分离出能消除石油污染的微生物。②当纤维素为唯一碳源时，分离纤维素分解菌。考点二传统发酵技术的应用果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作果酒果醋腐乳泡菜原理无氧：酿酒C6H12O6――→酶2CO2＋2C2H5OH；有氧：酿醋C2H5OH＋O2――→酶CH3COOH＋H2O蛋白质――→蛋白酶小分子肽＋氨基酸；脂肪――→脂肪酶甘油＋脂肪酸无氧：C6H12O6――→酶2C3H6O3控制O2无氧有氧有氧无氧条件温度18～25℃30～35℃15～18℃常温实验流程图让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制[错混诊断]1．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸(2014·广东，4A)(×)2．酵母菌在无氧条件下利用葡萄汁产生酒精(2014·广东，4B)(√)3．泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸发酵(2014·广东，4C)(√)4．腐乳制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶(2014·广东，4D)(√)5．某研究性学习小组以樱桃番茄为材料进行果酒、果醋发酵实验。先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵(2012·江苏，14B改编)(×)6．在制作果醋时，如果条件适宜，醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸(2012·江苏，21B改编)(√)7．在制作腐乳时，将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量(2012·江苏，21D改编)(×)8．在家庭中用鲜葡萄制作果酒时，让发酵装置接受光照并放在45℃处(2010·北京，1AD改编)(×)题组从果酒、果醋和腐乳制作进行命题1．(2014·江苏，24改编)某同学设计了如图所示的发酵装置，下列有关叙述正确的是(双选)()A．该装置不能阻止空气进入，不可用于果酒发酵B．该装置便于果酒发酵中产生的气体排出C．去除弯管中的水，该装置可满足果醋发酵时底层发酵液中大量醋酸菌的呼吸D．去除弯管中的水后，该装置与巴斯德的鹅颈瓶作用相似答案BD解析A项，该装置中注水的弯曲部分可阻止空气进入，能用于果酒发酵。B项，果酒发酵产生的CO2可溶解在弯管的水中，CO2量多时可进一步通过水排出。C项，醋酸菌是好氧菌，因没有将无菌空气通入发酵液中，故去除弯管中的水后也不能满足底层发酵液中醋酸菌有氧呼吸的需求。D项，去除弯管中的水后，该装置的弯管部分既能排出CO2，也能防止空气中的微生物进入，与巴斯德的鹅颈瓶作用类似。2．下列有关果酒、果醋和腐乳制作的叙述，正确的是()A．参与果酒发酵和果醋发酵的微生物都含有线粒体B．果酒制成后只需将装置转移至温度较高的环境中即可制作果醋C．在腐乳制作过程中必须有能产生蛋白酶的微生物参与D．在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐减少盐量答案C解析参与果酒发酵的酵母菌是真核生物，有线粒体；参与果醋发酵的醋酸菌是原核生物，无线粒体。果酒制成后将装置转移至温度较高的环境中，同时要通入无菌空气，可制作果醋。在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐增加盐量。1.果酒和果醋发酵装置的设计思路(1)酵母菌繁殖需要氧气，醋酸菌是好氧细菌，则果酒制作前期和果醋制作整个过程都需要氧气；酵母菌产生酒精时是厌氧的，则在充气口处应该设置开关。(2)发酵过程中产生CO2，需要设置排气口；为了防止空气中微生物污染，排气口应该连接一个长而弯曲的胶管。(3)为便于取样及监测发酵情况，需要设置出料口。2．制作果酒、果醋、腐乳、泡菜菌种的比较项目酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌生物学分类真核生物原核生物真核生物原核生物代谢类型异养兼性厌氧型异养需氧型异养需氧型异养厌氧型生产应用酿酒、发面酿醋制作腐乳制作酸奶、泡菜氧的需求前期需氧，后期厌氧一直需氧一直需氧厌氧专题突破练1．下列关于微生物培养和利用的叙述，不正确的是()A．利用稀释涂布平板法只能分离微生物不能对微生物进行计数B．接种时连续划线的目的是将聚集的菌种逐步稀释获得单菌落C．以尿素为唯一氮源且含酚红的培养基可选择和鉴别尿素分解菌