構建知識網絡 把握復習核心
——微生物的培養與應用專題復習

四川 鄧純臻 隆 平

構建知識網絡 把握復習核心
——微生物的培養與應用專題復習

四川 鄧純臻 隆 平

統觀近幾年高考理綜生物試題可以發現，“微生物的培養與應用”是選修教材中最為?？嫉囊徊糠謨热?，為什么微生物能夠得到命題人的青睞？為什么命題人頻繁地以微生物為立題背景？這是因為21世紀的微生物學在解決人類面臨的糧食危機、能源短缺、資源耗竭、生態惡化以及人口劇增等五大危機當中具有不可替代的獨特作用［1］，人類期望充分利用微生物的各項優點快速高效地解決當前面臨的問題，為可持續發展做出貢獻。微生物在我們的研究中越來越重要?！拔⑸锏呐囵B與應用”是當前生命科學領域所關注的焦點，對于微生物學相關知識的考查也將成為必然趨勢。雖然多數高考題目的難度不大，也較容易得分，但其考查的切入點多、范圍廣、知識全面，試題背景也總是在新情境中出現，給人一種變化多樣的感覺。如何在高考總復習過程中突破該專題的難點？如何理清各知識要點間的聯系？如何將相關原理靈活運用于實踐中？

我們不妨從構建知識網絡入手，理清知識點間的邏輯關系，明晰幾個核心板塊的原理。

一、知識網絡的構建——能力的提升

“微生物的培養與應用”專題的核心板塊主要有：微生物的基本知識、微生物的培養技術、微生物的分離與計數、微生物的應用以及無菌技術等，每個板塊的內容多而且細。但各部分知識之間具有一定的邏輯關系，我們在總復習過程中可以通過抽絲剝繭、層層剝筍的形式進行有層次而細致的分析，將各部分內容串起來，逐步細化，構建富有邏輯性的專題知識網絡（圖1）。

圖1 “微生物的培養與應用”專題知識網絡

值得我們注意的是，學生能否在自己的大腦中進行網絡的構建才是構建知識網絡的關鍵點。如果是老師將構建好的知識網絡直接呈現給學生，只能說明老師具有了較高的業務水平；如果學生沒有將知識內化到自己的認知體系當中繼而構建出網絡，表明學生還沒有真正理解相關的知識與內容，還不能理清知識之間的邏輯關系，更談不上對知識的運用達到融會貫通，那么網絡的構建對學生就是一種無效的形式，甚至會浪費學習時間、降低學習效率。所以，老師應該注重對學生的引導，讓學生自己動手動腦嘗試構建知識網絡，授人以“漁”。

二、核心板塊的理解——應用的基礎

“微生物的培養與應用”專題復習的核心是思考如何充分利用微生物的培養技術將其“應用”到社會實踐當中，也只有認清了培養技術的本質，才能在實踐中靈活應用，為社會生產服務。下面是在近三年考題中的一些生產實踐問題，生產脂肪酶的微生物可用于生物柴油的生產（2015全國新課標卷Ⅰ）、微生物可以分解植物秸稈中的纖維素（2014全國新課標卷Ⅰ）、細菌的抗生素耐藥試驗（2013全國新課標卷Ⅱ）、嗜熱土壤芽孢桿菌可以產生耐熱纖維素酶（2014天津卷）、土壤中某些微生物也能分解有機農藥苯磺?。?014四川卷）、我們同樣可以從微生物體內分離提取胡蘿卜素等對人類有用的物質（2013山東卷）。

（一）微生物培養的核心——培養條件

1.培養基概念及分析方法

培養基的配制有一定的規律可循，一般來說都要遵循目的明確、營養協調、理化條件適宜以及經濟節約等原則，也就是說培養基的配制是針對所要培養的微生物代謝特點進行確定的。反過來我們可以分析題目所給出的培養基配方確定所培養的微生物的類型及特點。因此對于培養基的分析大體分為兩個步驟：第一步判斷培養基中各類營養要素是否齊全、其種類是什么，第二步再判斷培養基中是否含有特殊的化學物質（非營養物質）。例如：如果配方中沒有有機碳源（某一營養要素），那么可以判定該培養基用于培養篩選自養微生物；如果配方中含有石油（特定種類營養要素），培養基用于培養篩選石油分解菌；如果配方中含有青霉素（非營養且有害物質），可以判斷培養基用于培養篩選霉菌、酵母菌等真核微生物；如果培養基中含有伊紅美藍（化學指示劑），那么該培養基用于鑒別產酸的腸道微生物（如E.coli）；如果配方中含有瓊脂（凝固劑），可以判定是為觀察菌落或分離菌種。

【例1】（2014·全國新課標卷Ⅰ·節選）為從富含纖維素的土壤中分離獲得纖維素分解菌的單菌落，某同學設計了甲、乙兩種培養基（成分見下表）：

注：“＋”表示有，“－”表示無。

據表判斷，培養基甲__________（填“能”或“不能”）用于分離和鑒別纖維素分解菌，原因是____________________；培養基乙__________（填“能”或“不能”）用于分離和鑒別纖維素分解菌，原因是____________________。

【解析】該題考查學生對培養基配方的理解與分析能力，目的在于對各類物質的判定。根據題干信息“分離和鑒別”可知，設計的培養基應同時具備選擇與鑒別的作用，并且是固體培養基。培養基甲：酵母膏提供氮源，淀粉、纖維素兩者均提供碳源，不唯一，另外也不含瓊脂為液體培養基，故不能用于分離和鑒別纖維素分解菌。培養基乙：酵母膏為氮源，配方中以淀粉為碳源卻不含有纖維素，故不能用于分離和鑒別纖維素分解菌。

【答案】不能 液體培養基不能分離單菌落 不能 培養基中沒有纖維素，不會形成CR－纖維素紅色復合物，即使出現單菌落也不能確定其為纖維素分解菌。

2.物理因素的控制

影響微生物生長的外界因素除了營養條件之外，還有許多物理化學因素，如氧氣、溫度、pH、滲透壓和抗生素等，因此在微生物專題的復習過程中應明晰相關易混知識，為構建網絡體系搭建平臺。如：

氧氣：按照微生物與氧的關系，我們可以將微生物分為好氧微生物和厭氧微生物兩大類。高中階段主要了解好氧菌（醋酸菌）、兼性厭氧菌（酵母菌、大腸桿菌）和厭氧菌（乳酸菌）。大腸桿菌是一種需氧或兼性厭氧型微生物，在有氧無氧條件下均能存活，其分裂增殖能力強、發育周期短、結構簡單，是現代生物科學研究中的一種模式生物［2］?！渡锛夹g實踐》18頁詳述了“純化大腸桿菌”的過程，教材上對大腸桿菌的培養采用的是普通的培養皿，容易讓學生誤認為大腸桿菌的代謝類型是異養好氧型細菌。其實好氧菌與厭氧菌的培養皿有很大的不同，教材中選用好氧菌培養皿純化大腸桿菌是考慮到了實驗操作的簡便性與可行性。在該專題的復習過程中應對不同類型的培養皿進行對比分析，讓學生知其然更知其所以然。用于培養厭氧菌需要特殊的培養皿，有的是利用特制的皿蓋創造一個狹窄空間，再加上還原性培養基的配合使用達到厭氧培養的目的，如Brewer皿（圖2），也有的是利用兩種試劑的反應造就無氧環境，如Spray皿或Bray皿［3］。

圖2

溫度：微生物的生命活動是由一系列的生物化學反應組成的，而這些反應受溫度影響又極其明顯，故溫度是微生物生長繁殖的重要影響因素。不同類型微生物對溫度的敏感程度不同，但每種微生物都具有其特定的最適生長溫度（optimum growth temperature）（常簡稱為“最適溫度”），也就是指某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養溫度。必須強調指出，對同一種微生物來說，最適生長溫度并非一切生理過程的最適溫度，也就是說，最適溫度并不等于生長速率最高時的培養溫度，也不等于發酵速率或累積代謝產物最高時的培養溫度，更不等于累積某一代謝產物最高時的培養溫度，例如，Serratiamarcescens（黏質賽氏桿菌）的生長最適溫度為37℃，而其合成靈桿菌素的最適溫度為20～25℃；Aspergillusniger（黑曲霉）生長最適溫度為37℃，而產糖化酶的最適溫度則為32～34℃［4］。因此《生物技術實踐》第2頁寫道：20℃左右最適合酵母菌繁殖，酒精發酵時一般將溫度控制在18～25℃；另外人教版《分子與細胞》第92頁寫道：將實驗裝置放到25～35℃的環境中培養8～10h，該探究實驗僅僅是為了探索酵母菌的呼吸方式是什么，并不要求微生物一定要處于適合生長或是適合發酵的溫度下，達到實驗目的即可。因此，兩本教材在對于酵母菌溫度的描述上是科學的、嚴謹的。

（二）微生物培養的關鍵——無菌技術

無菌技術是微生物培養、動植物組織或細胞培養、食品生產、發酵工業等生物技術中的核心環節，其目的在于抑制有害微生物的生長繁殖。無菌技術的方法大致分為物理滅菌和化學滅菌兩類，而無菌技術考慮的對象則包括操作者、操作環境、操作器具、無菌操作等四個方面。每種消毒滅菌方法都有其相應的特點，因此在選擇時應根據不同對象選取不同的方法。雖然“消毒”與“滅菌”兩者的滅菌程度不同，但我們主要根據滅菌的方式對滅菌方法進行分類，而不是依據其滅菌的程度。

1.物理滅菌方法

物理滅菌的方法很多，可以采用高溫、輻射、微波、激光、過濾等措施進行滅菌。

高溫滅菌：主要利用了高溫的致死作用，即高溫可引起蛋白質、核酸和脂類等重要生物大分子發生降解或改變空間結構，從而變性或破壞。高溫滅菌主要有以下幾種方法（圖3）：

輻射滅菌：主要指紫外線消毒。另外也可以采用60Co－γ射線滅菌，其優點是：穿透力強，可在厚包裝完好條件下滅菌。

2.化學滅菌方法

主要指采用化學藥劑殺滅微生物，化學消毒劑的種類很多，包括重金屬鹽類（如0.05%～0.1%升汞）、醇類（如70%～75%乙醇）、酚類（如3%～5%石炭酸）、醛類（如0.5%～10%甲醛、2%戊二醛）、過氧化物類（如0.2%～0.5%過氧乙酸、3%H2O2）、鹵素及化合物類（如0.2～0.5mg/L氯氣、3%二氯異氰脲酸鈉、2.5%碘酒）、氣體（如600mg/L環氧乙烷）等［7］。

3.方法選取示例

生物實驗室中的不同材料用具等需要選取合適的消毒滅菌方法，既要考慮消毒滅菌效果，又要考慮材料用具的耐受性等因素，如培養基只能采用高壓蒸汽滅菌（濕熱滅菌），不能采用灼燒或者干熱滅菌。高中生物教材中常用的一些消毒滅菌方法如下表（表1）：

表1 常用實驗材料用具的消毒滅菌方法

（三）生物計數方法的理解

選修教材中測定微生物數量的方法有兩種：顯微鏡直接計數法和稀釋涂布平板計數法，兩種方法各有優點與適用范圍?，F對兩種方法進行對比如下（表2）：

表2 顯微鏡直接計數法和稀釋涂布平板計數法的比較

三、小結

“微生物的培養與應用”專題在高考中通常是以“實際應用”為背景，將相關知識糅合到背景中進行考查，考查學生對基礎知識的理解，考查學生在不同的情景中的靈活運用。只要我們理解了“微生物培養的核心是其生長營養需求；無菌技術的核心是根據滅菌對象的材質與耐受性選擇合適方法；兩種微生物計數的原理是根據數量密度進行推算”等核心計數的原理，把握各部分知識間的內在聯系，構建形成知識網絡體系，就能做到真正的融會貫通、并靈活運用。

［1］周德慶.微生物學教程［M］.北京：高等教育出版社，2006，12：369－370.

［2］王瀚.重要的模式生物——大腸桿菌［J］.上海：生物學教學，2008，33（2）：57－58.

［3］［4］周德慶.微生物學教程［M］.北京：高等教育出版社，2006，12：161－167.

［5］沈萍，范秀榮，李廣武主編.微生物學實驗［M］.北京：高等教育出版社，2006，90－95.

（作者單位：四川省攀枝花市第七高級中學校）