经全国中小学教材审定委员会 2004年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 生物 选修1 生物技术实践 人民教育出版社课程教材研究所编著 生物课程教材研究开发中心 ①人办“,社
目录 走近生物技术 专题1传统发酵技术的应用……………………………………1 课题1果酒和果醋的制作…………… 课题2腐乳的制作……………………………6 课题3制作泡菜并检测亚硝酸盐含量…… 专题2微生物的培养与应用… 课题1微生物的实验室培养 课题2土壤中分解尿素的细菌的分离与计数………21 课题3分解纤维素的微生物的分离… 专题3植物的组织培养技术………………………31 课题1菊花的组织培养……………………………32 课题2月季的花药培养………………………37 专题4酶的研究与应用… 41 课题1果胶酶在果汁生产中的作用 ………42 课題2探讨加酶洗衣粉的洗涤效果…… ……46 课题3酵母细胞的固定化 49
专题5DNA和蛋白质技术… 4,,, 53 课题1DNA的粗提取与鉴定………………54 课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段… 课题3血红蛋白的提取和分离 64 专题6植物有效成分的提取 ……………………………71 课题1植物芳香油的提取…… 课題2胡萝卜素的提取………………………………77 附录1生物学实验室的基本安全规则………… 附录2生物学实验中常用的国际单位 81 附录3常用培养基配方…………………………………83 附录4常用的消毒灭菌操作方法………………………85 附录5常用化学抑菌剂…………………………………86
走近生物技术 翻开《生物技术实践》的课本,你可能立即被其中丰富多彩的活动所 吸引:酿葡萄酒.制作腐乳和泡菜…你会发现传统生物技术与我们的日 常生活是如此贴近:细胞的固定化、PCR技术……你会发现现代生物技术 其实并不神秘。从远古到现代,从传统发酵到分子生物学实验,生物技术 一直与我们的生活息息相关。走近生物技术.体验和运用生物技术,感受 生物技术给人类生活带来的变化,正是学习本模块的目的 《生物技术实践》共有6个专题:传统发酵技术的应用,微生物的培 养与应用、植物的组织培养技术、酶的研究与应用.DNA和蛋白质技术 植物有效成分的提取。各个专题之间相对独立.没有严格的顺序关系。每 个专题下设有2~3个课题.除非特别说明.课题之间也相对独立。在这 门课的学习中,你可以选择完成5-7个课题。 实践是动手和动脑的过程也是解决实际问题的过程。为了帮助你进 行探究与实践.本书提供了一些供你参考的资料和线索同时也为你发挥 自己的聪明才智提供了充分的空间。在各个课题中,“课题背景”阐明了 生物技术与生产生活的联系.“基础知识”介绍了基本方法与原理.“研究 思路”提示你从哪个方面入手来解决问题,“实验设计”提供了实验流程 示意图和参考资料,“操作提示”则从操作层面给出指导性建议 进行每个课题的研究时,你首先需要分析本书提供的资料,理清研究 思路,然后设计实验方案,动手探究。在探究的过程中,你可能会遇到 些困难。有时候,实验的辛苦和结果的不如人意可能会让你感到灰心。但 是,生物技术的掌握需要经过一个不断实践、反思和改进的过程.要对自 己有信心。 从传统发酵到现代大规模生产的发酵工程.从杂交育种到基因工程 我们看到.生物技术拥有巨大的发展空间。虽然现在你只是通过一个个课 题来接触生物技术,但将来你有可能成为生物技术的研究开发人员.发明 或者完善某项生物技术,为祖国的经济建设做出自己的贡献。 千里之行,始于足下”。相信伴随着一个个课题的完成.你收获的不 仅是某些操作技能,还有实践与创新的成功和乐趣!
专题 2 微生物的培养与应用 在缤彩纷呈的生物世界,微生物似乎显得过于微小与沉寂。然而,它们在自然界却作用 非凡 生物学发展的历史表明,诸多革命性地改变人类对生命的认识的事件,都与微生物有着千 丝万缕的联系。例如,自然发生说的破灭,酶的原始概念“酵素”的提出,肺炎双球菌转化实 验证明DNA是遗传物质,青霉素的发现,第一个杂合DNA分子的体外构建…… 在借助显微镜第一次直面微生物之后,一代又一代科学家建立、发展和完善了微生物技 术。课题1将带领我们学习这些技术中最基本最核心的微生物培养技术。在此基础上,我们不 妨也尝试一下本专题中的其他课题。相信在逐步深入的探索中,你能充分体会到动手动脑做科 学的乐趣
课题微生物的实验室培养 课题背景 19世纪中期,关系到法国经济命脉的酿造业曾一度遭受毁灭性的打击。在生产 过栏中,出現了蔚蒟酒变酸、变味的怪事。经过一番研究,法囯科学家巴斯德发现, :导致生产失败的根源在于发酵物中混入了杂菌。由此人们认识到保持培养物鈍净的 重要性 防止杂菌入侵,获得纯净的培养物,是研究和应用微生物的前提。在实验室培 养微生物,一方面需要为培养的微生物提供合适的营养和环境条件,另一方面嚅要 确保无处不在的其他微生物无法混入。在课题1中,我们将通过培养大肠杆菌 ( Escherichia coli)的实验,学习微生物培养的基本技术, 基础知识 e琼脂(agar)是一种从红藻中提 )培养基 取的多糖。琼脂在98℃以上熔 化,在44℃以下凝固,在常规 人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出供其 培养条件下呈现固态。 生长繁殖的营养基质——培养基( culture media)。其中,配 制成的液体状态的基质称为液体培养基,配制成的固体状 态的基质称为固体培养基。在液体培养基中加入凝固剂琼 脂后,制成琼脂固体培养基,它是实验室中最常用的培养 基之一。微生物在固体培养基表面生长,可以形成肉眼可 见的菌落(图2-1) 虽然各种培养基的具体配方不 同,但一般都含有水、碳源(提供 碳元素的物质)、氮源(提供氮元 素的物质)和无机盐。回忆有关 活细胞中元素组成的知识,想 想为什么大多数培养基都含有这四 类物质。下面让我们一起来看一看 某种细菌培养基的营养构成。 图2-1盛有液体培养基的锥形瓶和长有菌落的琼脂固体培养基 14专题2微生物的养与应用
1000mL牛肉膏蛋白胨培养基的营养构成 培养基组分 提供的主要营养 牛肉膏5g 碳源、磷酸盐和维生素 蛋白108 ②牛肉音和蛋白胨来源于动物原 氮源和维生素 ,含有糖,维生素和有机氮等 NaCl 5 无机盐 营养物质。 H1O定容至000mL 氢元素,氧元素 在提供上述几种主要营养物质的基础上,培养基还 需要講足微生物生长对pH,特殊营养物质以及氧气的要 求。例如,培养乳酸杆菌时需要在培养基中添加维生素, 培养霉菌时需将培养基的pH调至酸性,培养细菌时需将6你想知道固体培养基的来历吗? pH调至中性或微碱性,培养厌氧微生物时则需要提供无 请点击www.pep.com.cn/swshh 氧的条件。 (二)无菌技术 获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。无菌 技术围绕着如何避免杂菌的污染展开,主要包括以下几个 方面。 1.对实验操作的空间、操作者的衣着和手,进行清洁 无菌技术除了用来防止实验室的培 和消毒( disinfection)。 养物被其他外来微生物污染外,还 有什么目的? 2.将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器 具进行灭菌( sterilization)。 3.为避免周围环境中微生物的污染,实验操作应在酒 精灯火焰附近进行。 4.实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围 的物品相接触。 消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表 面或内部一部分对人体有害的微生物(不包括芽孢和孢子)。 灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物, 包括芽孢和孢子。下面,我们重点学习消毒和灭菌的方法。 实验室常用的消毒和灭菌方法 消毒方法日常生活中经常用到款沸消毒法。在10C在实验室中,切不可吃东西,喝 水,离开实验室时一定要洗手, 煮沸5~6min可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。 以防止被微生物感染。使用后 对于一些不时高温的液体,如牛奶,则使用巴氏消毒法,在的培养基丢弃首一定要进行灭 70-75℃煮30min或在80℃煮15min.可以杀死牛奶中的 菌处理,以免污染环境 微生物,并且使牛奶的营养成分不被破坏。此外,人们也 常使用化学药剂进行消毒,如用酒精擦拭双手、用气消 毒水源等。 课题1做生物的实验室培养15
灼烧灭菌将薇生物的接种工具,如接种环、接种针 请你判断以下材料或用具是否需要 消毒或灭菌。如果需要,请选择合 或其他金属用具,直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧,可 适的方法 以迅速彻底地灭菌(图2-2)。此外,接种过程中,试管口 培养细菌用的培养基与培养皿。或瓶口等容易被污染的部位,也可以通过火焰灼烧来灭菌 2.玻棒、试管、烧瓶和吸管。 3.实验操作者的双手。 充分倡 烧层 不充分 凡燃烧层 A 图2-2接种环的灼烧灭菌(1.2、3表示先后顺序) 干热灭菌将灭菌物品放入干热灭菌箱(图2-3)内, 在160~170℃加热1~2h可达到灭菌的目的。能耐高温的、 需要保持干燥的物品,如玻璃器皿(吸管、培养皿)和全 属用具等,可以采用这种方法灭菌。干热灭菌的具体操作 图2-3干热灭菌箱 步骤参见附录4。 高压蒸汽灭菌将灭茵物品放置在盛有适量水的高压 蒸汽灭菌锅(图2-4)内。把锅内的水加热煮沸,将其中原 有的冷空气彻底排除后,将锅密闭,继续加热使锅内的气压 逐步上升,温度也随之升到100℃以上。为达到良好的灭菌 效果,一般在压力为100kPa,温度为121℃的条件下,维持 15~30min。高压蒸汽灭菌的具体操作步驟参见附录4 除了以上方法外,实验室里还用紫外线或化学药物进 行消毒。例如,接种室、接种箱或超净工作台在使用前,可 图2-4高压蒸汽灭菌锅 以用紫外线照射30min,以杀死物体表面或空气中的微生 物。在照射前,适量喷洒石碳酸或煤酚皂溶液等消毒液,可 以加强消毒效果。实验室中常用的其他化学消毒剂,参见 附录5。 实验操作 教学用的大肠杆苗,可以到国家 本实验用牛肉膏蛋白陈固体培养基进行大肠杆菌的纯 指定的菌种保藏中心购买。 化培养,可分成制备培养基和纯化大肠杆菌两个阶段进行。 制备牛肉膏蛋白胨固体培养基 1.计算根据牛肉膏蛋白胨培养基配方的比例,计算 配制100mL的培养基时,各种成分的用量。 2.称量准确地称取各种成分。牛肉膏比较黏稠,可 16专鹦2微生物的培养与应用
以用玻棒挑取,放在称量纸上称量。牛肉膏和蛋白胨都容牛肉膏蛋白胨固体培养基配方 易吸潮,称取时动作要迅速,称后要及时盖上瓶盖。 牛肉膏 5.0g 3.溶化将称好的牛肉膏连同称量纸一同放人烧杯, 蛋白陈 10.0g 加入少量的水,加热。当牛肉膏溶化并与称量纸分离后,用 Nacl 5.0g 玻棒取出称量纸。往烧杯中加入称量好的蛋白胨和氯化 琼脂 20.0g 钠,用玻棒搅拌,使其溶解。加入琼脂,加热使其熔化。在 将上述物质溶解后,添加自来水, 定容至1000mL 此过程中,不断用玻棒搅拌,防止琼脂糊底而导致烧杯破 裂。当琼脂完全熔化后,补加自来水至100mL 4.灭菌将配制好的培养基转移到锥形瓶中,加棉 塞,包上牛皮纸,并用皮筋勒紧,再放入高压灭菌锅,在 压力为100kPa、温度为121℃条件下,灭菌15-30min。 将培养皿用几层旧报纸包紧,5~8套培养皿作一包,包好 后放入干热灭菌箱内,在160~170℃下灭菌2h。 5.倒平板待培养基冷却至50℃左右时,在酒精灯 火焰附近倒平板。倒平板的具体操作描述如下。 例平板操作 1.将灭过菌的培养皿放 2.右手拿锥形瓶,使瓶 在火焰旁的桌面上, 口迅速通过火焰。 右手拿装有培养基 的锥形瓶,左手拔 出棉塞 3.用左手的拇指 4.等待平板冷却 和食指将培养皿打 凝固,大约需5 开一条稍大于瓶口 10min。然后,将 的缝隙,右手将锥形 平板倒过来放置, 瓶中的培养基(约10~ 使皿盖在下、皿底在 20mL)倒入培养皿,左手 上 立即盖上培养皿的皿盖。 讨论 1.培养基灭菌后,需要冷却到50℃左右 3.平板冷凝后,为什么要将平板倒置? 时,才能用来倒平板。你用什么办法来估计培养 4.在倒平板的过程中,如果不小心将培养 基的温度? 基溅在皿盖与皿底之间的部位,这个平板还能 2.为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰? 用来培养微生物吗?为什么? 课题1微生物的实验室培养17
(二)纯化大肠杆茵 微生物接种的方法很多,最常用的是平板划线法和稀 ②微生物的接种技术还包括斜面 释涂布平板法。请你选用其中的一种方法,在牛肉膏蛋白 接种、穿剌接种等方法。虽然这 胨固体培养基上纯化大肠杆菌。 些技术的操作方法各不相同, 平板划线法通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划 但是,其核心都是要防止杂菌 的污染,保证培养物的纯度 线的操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。在 数次划线后,可以分离到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见 的子细胞群体,这就是菌落( colony)。 平板划线操作 人 3.将试管口通过 火焰。 1,将接种环放在火焰2,在火焰旁冷却接种环,并打 上灼烧,直到接种环开棉塞 烧红。 4.将已冷却的接种环 8.将平板倒 伸入菌液中,沾取一环 置,放入培养 菌液 箱中培养。 7.灼烧接种环,待其 5.将试管口 冷却后,从第一区城 通过火焰,井 划线的末端开始往 塞上棉塞。 第二区域内划线。重 复以上操作,在三、 四、五区域内划线 6.左手将皿盖打开一条缝隙,右手将沾有菌种 注意不要将最后 的接种环迅速伸入平板内,划三至五条平行 区的划线与第一区 线,盖上皿盖。注意不要划破培养基。 相连。 讨论 1.为什么在操作的第一步以及每次划线之后再进行划线? 前都要灼烧接种环?在划线操作结束时,仍然 3.在作第二次以及其后的划线操作时,为 需要灼烧接种环吗?为什么? 什么总是从上一次划线的末端开始划线? 2.在灼烧接种环之后,为什么要等其冷却 18专题2微生物的培养与应用
