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2. 培养基的配制

微生物发酵工程及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 按微生物生长需求,人工配制的含有碳源、氮源、水、无机盐及生长因子等营养物质的营养基质。

从哪来 建立在“1. 碳的存在形式、1. 氮的存在形式”之上。理解微生物需要利用特定形式的碳(如葡萄糖)和氮(如铵盐、硝酸盐)来合成自身物质,是配制培养基中碳源和氮源选择的直接理论依据。

为什么 微生物是异养或自养生物,其生长繁殖必须从外界获取能量和物质原料。 1. 物质基础:细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素组成。根据前置知识,微生物不能凭空产生碳和氮,必须摄入含碳化合物(碳源)和含氮化合物(氮源)。 2. 环境模拟:自然界中微生物生活在各种环境中,实验室通过配制培养基,人为创造出一个含有其所需全部营养、且理化性质(pH、渗透压)适宜的环境,使其能进行正常的代谢和分裂。 3. 选择性:通过调整培养基成分(如加入特定抑制剂或唯一碳源),可以筛选出特定种类的微生物,这是微生物分离纯化的基础。

类比法:把微生物比作“挑食的孩子”** * **适合学生
形象思维强、对抽象化学式感到困难的学生。 * 内容: * 培养基就像“特制营养餐”。 * 碳源是“主食”(米饭、面包),提供能量和骨架(对应前置知识中的碳形式)。 * 氮源是“蛋白质/蔬菜”,用于构建肌肉和头发(对应前置知识中的氮形式)。 * 水是“饮料”,所有反应都在水里进行。 * 无机盐是“维生素/矿物质”,虽然吃得少,但缺了会生病(如缺铁贫血)。 * 生长因子是“特殊补品”,有些孩子自己合成不了维生素B,必须额外补充。 * pH和渗透压是“餐厅的温度和湿度”,太热太冷或太咸太淡,孩子都吃不下去。
逻辑推导法:从元素守恒到配方设计** * **适合学生
逻辑严密、擅长理科思维、喜欢探究原理的学生。 * 内容: 1. 起点:微生物细胞干重中,C占50%左右,N占10-15%左右(引用前置知识:碳、氮的存在形式)。 2. 推论:要长1克菌体,至少需要摄入0.5克碳元素和0.1克氮元素。 3. 选择: * 碳源选什么?葡萄糖(C6H12O6)纯度高、易利用,是首选。 * 氮源选什么?NH4Cl或KNO3,提供离子态氮,易被吸收。 4. 平衡:除了C、N,还需要P(ATP、DNA)、S(氨基酸)、K(酶激活剂)等。 5. 结论:培养基配方 = 碳源 + 氮源 + 水 + 无机盐 + (生长因子)。这是一个基于化学计量和生物代谢需求的系统工程。
工程思维法:像设计火箭燃料一样设计培养基** * **适合学生
对实验操作感兴趣、喜欢动手、具有工程或应用背景倾向的学生。 * 内容: * 目标:让微生物这个“引擎”高效运转。 * 燃料(碳源):必须纯净、燃烧效率高(易代谢)。葡萄糖是标准燃料。 * 氧化剂/结构材料(氮源):构建机体结构。 * 冷却剂/介质(水):溶剂。 * 添加剂(无机盐/生长因子):防止引擎过热、提高燃烧效率。 * 关键参数: * pH:就像引擎的工作温度,不同微生物(细菌、真菌、放线菌)有最佳工作区间(细菌7-7.5,真菌5-6)。 * 灭菌:就像清除引擎里的杂质,必须高温高压(121℃, 15min)杀死所有杂菌,否则“引擎”会被其他微生物抢走燃料。 * 操作细节:先调pH,再灭菌,最后倒平板(防止冷凝水破坏菌落)。
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练一道
基础题
某同学配制牛肉膏蛋白胨固体培养基,步骤如下:计算→称量→溶化→调pH→灭菌→倒平板。请问: 1. 为什么要在灭菌前调pH,而不是灭菌后? 2. 如果灭菌后倒平板时,培养基温度过高(>60℃)或过低(<45℃),分别会出现什么后果?
变式
为了从土壤中分离出能分解尿素的细菌,在配制培养基时,除了提供碳源(如葡萄糖)和水、无机盐外,唯一的氮源应该是什么?为什么?
试试手自己判
检测题
某实验室要培养酵母菌(真菌),配制培养基时,除了葡萄糖、水、无机盐外,还需要特别注意调节pH值。请问: 1. 酵母菌适宜生长的pH范围大约是多少? 2. 如果将pH调至7.5(中性偏碱),对酵母菌的生长会有什么影响?为什么?
看答案和判分标准
答案:1. 5.0-6.0(或偏酸性)。 2. 生长受到抑制,甚至死亡。因为酵母菌是真菌,其体内酶的最适pH偏酸性,中性或碱性环境会降低酶活性,影响代谢和生长。
判对标准:
答出“偏酸性”或“5-6”范围得2分。
* 答出“抑制生长”或“死亡”得1分。
* 解释中提到“酶活性”或“真菌特性”得2分。
* 总分5分,全对得满分。
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