什么是微生物培养技术？

【专家解说】：“微生物的利用”包括“进行微生物的分离和培养”、“测定某种微生物的数量”、“研究培养基对微生物的选择作用”和“尝试利用微生物进行发酵来生产特定的产物”四项具体内容标准，按照相关内容标准的要求，结合人教版教材所对应的实验课题，本文将谈谈对本专题的教学组织。 1 习得微生物培养的基础知识和基本技能 本专题涉及三个实验课题，它们的关系及学习要求如下图所示。在下图中，课题1涉及微生物培养的基础知识和基本的操作技能，是其他两个课题的基础，课题2和课题3涉及特定的微生物的分离、计数和鉴定，难度较大，课题2强调选择性培养基的配制和作用，课题3是在选择性培养基的基础上，又相应地增加了鉴别性培养基的知识及其应用。 1.1 配制微生物培养基 配制培养基的基础知识是培养、观察和研究微生物的基础。教学时，可以先展示有菌落生长的培养基平板，给学生以视觉刺激，让他们体会到要观察和研究微生物，必须创设一定的条件让微生物大量快速地繁殖起来，只有形成具有一定特征的菌落，才能更好地研究微生物。进而向学生提供几种微生物培养基的配方，让学生通过比较分析各种配养基配方，明确微生物培养基的基本成分包括：碳源、氮源、无机盐和水，有些微生物还需要某些特殊的生长因子。然后，依次阐明固体、半固体和液体培养基的用途和配制方法，并结合下面的流程图概述培养基配制的操作步骤： 组织学生配制微生物培养基时，要向他们讲清下列注意事项：（1）溶化琼脂时要控制火力的大小并不断搅拌，以免培养基溢出或烧焦；（2）加热过程中部分水分蒸发，待琼脂完全溶化后应补加蒸馏水，以保持溶液的浓度；（3）分装至试管时培养基的高度不要超过试管高度的1/5；（4）一般是培养基先灭菌再倒平板，也可先倒平板,课间再灭菌；（5）冷却后的平板要倒置，以确保拿放方便，同时避免水分蒸发，以利微生物生长。 1.2 无菌技术操作无菌技术是培养、分离和纯化微生物的重要技术手段，也是植物组织培养的关键性操作。教学时，要先让学生正确区分消毒和灭菌这两个概念，并充分认识无菌操作的重要性；然后，在教师的组织和指导下进行规范、熟练地操作，以便顺利完成微生物的培养、分离和纯化等实验。下表是消毒和灭菌的一些常用方法及使用范围。 定义 常用方法 微生物培养和组培的应用 消毒 使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分菌体,但不伤及活组织 煮沸 玻璃仪器 紫外线 实验室、操作台、衣物等 酒精溶液 手、外植体等 次氯酸钠溶液等 外植体 灭菌 使用强烈的理化因素杀死物体内外所有菌体、芽孢和孢子 高压蒸汽 培养基、玻璃仪器、棉塞、牛皮纸等 灼烧 接种环、涂布器等 干热 玻璃仪器 1.2.1 接种的方法及作用 微生物接种方法有两种，一是划线接种，即用接种环划线将菌体沾在斜面培养基或平板培养基上。微生物的生长和繁殖迅速，一段时间后，就会在培养基表面形成长满菌落的细线。划线法的作用是纯化微生物，通过划线将微生物单个地分离，并最终形成标准的菌落；二是涂布接种，即用涂布器将稀释菌液均匀地涂布在平板上。一个菌体在培养基平板上形成一个菌落，通过统计菌落数可以计算样品中的菌体数目。 1.2.2 规范实验操作 接种过程的无菌操作是微生物实验的关键环节，右图为划线接种的操作示意图，下表列出划线接种的基本步骤和说明。教学中，要求学生认真领会无菌接种的技术原理，反复练习操步骤作。通过练习达到熟练程度，并培养严谨认真的科学精神和一丝不苟的实验态度。 序列 操作步骤 分析说明 1 将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环烧红 将接种环灭菌，避免污染菌种 2 在火焰旁冷却接种环，拔除盛有菌液的试管棉塞 避免杂菌污染菌种 3 将试管口通过火焰 灼烧灭菌，防止试管口菌体污染培养基 4 将已冷却的接种环伸入菌液中，沾取菌液 冷却接种环可避免杀死菌种 5 将试管口通过火焰，并塞上棉塞 避免试管口杂菌污染菌种 6 左手将皿盖打开一条缝隙，右手将沾有菌种的接种环迅速伸入平板内，划三至五条平行线，盖上皿盖。注意不要划破培养基 初步接种。划破培养基不利于后续的继续划线，长出的菌落不标准 7 灼烧接种环，冷却后从第一区划线的末端向第二区划线。重复以上操作，在第三、四、五区划线。注意不要将最后一区的划线与第一区相连 从上个区域的末端向下个区域划线,可逐步分离出单个菌体，从而实现微生物的纯化 8 将平板倒置，放入培养箱中培养 倒置平板防止水分蒸发，也方便拿放 1.3 稀释菌液的意义和操作方法 在单位体积的菌体培养液内，含有的微生物个体数目很多。要对微生物进行分离和计数必须将菌液稀释，只有在稀释度足够高的菌液里，聚集的微生物才能分散成单个细胞。一般将菌液稀释到10-3～10-7时，接种后可能在培养基平板上形成30～300个左右的菌落，统计的菌落数也比较准确可信。 用移液管和无菌水稀释微生物菌液是一件要求较高的操作技术，学生需要经过多次练习才能做到尽量地减少误差。 以土壤为样品进行稀释操作的注意事项是：（1）初次称量的土壤样品，稀释后的菌液浓度较大，移液时极容易堵塞移液管或吸入较多的土壤颗粒，应静置一段时间后再移液，或者用低速离心机离心1分钟后进行移液；（2）当稀释倍数大时，在稀释前一定要震荡试管，充分混合菌液，保证移液操作的准确性；（3）每次移液前一定要注意用无菌水（或蒸馏水）清洗移液管并用气球吹干，以保证移走菌液的浓度与试管中的一致。 2.实验设计能力的训练 2.1 选择性培养基的实验设计 根据功能的不同，培养基分为选择性 培养基和鉴别性培养基，在“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”的实验中，先让学生通过分析和判断下面的三个培养基配方，真正理解选择性培养基的含义。然后，启发学生设计一组用于分离尿素细菌的探究实验，帮助学生理解选择性培养基的特性及作用。 组别 培养基类型 是否涂布接种 目的 实验组 以尿素为唯一氮源的培养基 是 分离尿素细菌 对照组 牛肉膏、蛋白胨培养基 是 判断该培养基有无选择性 2.2 鉴别性培养基的实验设计 在“分解纤维素的微生物的分离”实验中，要鉴别筛选出来的微生物是不是分解纤维素的微生物，就必须用鉴别性培养基。刚果红与纤维素等多糖类物质反应形成红色复合物，添加刚果红的培养基呈红色，接种的微生物若能够分解纤维素，就会在其菌落的周围形成透明圈。值得注意的，培养基的琼脂中含有淀粉类物质，产生淀粉酶的微生物在培养基上也会形成透明圈；也有些微生物具有降解刚果红的能力，培养时间过长，也会在菌落周围出现透明圈。与分解纤维素形成的透明圈相比，这两种透明圈小而模糊，因此，本实验最好先用选择性培养基筛选分解纤维素的微生物，再配制鉴别性培养基进行“分解纤维素的微生物的分离”的实验。 3 教学实施的前期准备 3.1提前准备好实验仪器、设备和药品 为方便大家提前做好准备，现以人教版教材为例，将本专题所需要的仪器、设备和药品列表如下： 课题名称 实验仪器和设备 实验试剂或药品 说明 微生物的实验室培养 培养皿、试管、锥形瓶、量筒、酒精灯、电子天秤、高压蒸汽灭菌锅、移液管、接种环、涂布器、恒温箱、干热灭菌箱、小铁铲等 牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、盐酸、氢氧化钠、琼脂等 干热灭菌箱能够迅速地将洗干净的培养皿和试管烘干，小铁铲用于铲土 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 除配制牛肉膏蛋白胨培养基所需物质外，增加KH2PO4 、NaHPO4、MgSO4·7H2O、葡萄糖、尿素、酚红等 分解纤维素的微生物的分离 除配制牛肉膏蛋白胨培养基所需物质外，增加纤维素、NaNO3、Na2HPO4·7H2O、KH2PO4、KCl、酵母膏、水解酪素、CMC-Na(羧甲基纤维素钠)、土豆汁、刚果红等 3.2 做好课时安排及计划 以下为本专题的三个课题的课题数及其说明。 课题名称 课时数 说明 微生物的实验室培养 4 配养基的基本知识及配制方法1；配制培养基及倒平板1；纯化大肠杆菌和涂布接种1，观察分析1 分离土壤中分解尿素的细菌 3 基本原理及实验设计1；样品稀释及涂布接种1；对菌落进行统计及实验的分析与讨论1；在第二和第三课时之间需要间隔2天时间 分解纤维素的微生物的分离 3 基本原理及实验设计1；样品稀释及涂布接种1；对菌落进行统计及实验的分析与讨论1；在第二和第三课时之间需要间隔2天时间 3.3 安排好教学班的实验顺序 微生物实验涉及较多的实验仪器，而且实验时需要课内和课外相结合，如实验室培养需要学生在课堂上完成两项重要的操作步骤，一是配制培养基并倒平板；二是接种操作。平板灭菌工作由于需要较长的时间，因此只能由教师在课间完成。为保证每位学生都能亲手操作，保证各个教学班能在有限时间内完成实验任务，教师可采取如下的教学流程和教学安排。 3.4 做好课后的观察与记录 配制培养基和接种操作可以在课堂上完成，但接种后的平板放入培养箱中需要培养2～3天，这期间可安排生物科代表或部分小组长进行定期观察，并做好计录，以便及时让其他学生观察到自己的实验成果。特别需要说明的是，如果学生不能及时观察，培养的时间过长，很多菌落就会联成一片，计数时就无法做到准确有效。 4.实验中需要注意的安全操作 微生物本身就是危险生物，实验操作中又涉及到消毒、灭菌和接种等基本环节，因此要对学生进行安全教育，确保学生的安全和实验的顺利进行。一是操作安全，接种时要注意避免手被酒精灯火焰灼伤，接种后要及时提配学生洗手，以防止被微生物感染；二是环境安全，使用后的培养基丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境。