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微生物的生长
教案
第二节《微生物的营养、代谢和生长》-微生物的生长
教学设计
【教学目标】
知识目标
1、微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用（理解）。
2、测定微生物群体生长的方法（识记）。
3、度、pH和氧等因素对微生物生长的影响（理解）。
能力目标
1.通过细菌生长曲线的学习，提高学生的的图表对比分析能力。
2.通过细菌生长曲线与种群生长曲线的对比，培养学生归纳与演绎的能力。
情感态度与价值观
通过微生物的一般生长规律与种群的生长规律的对比，培养学生正确看待一般问题与特殊问题，个性与共性的关系。【教学重点】
（1）微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用。
（2）温度、pH和氧等因素对微生物生长的影响。【教学难点】
微生物群体生长的规律及其在生产实践中的应用。
教学设计
【导入新课】
前面，我们已经学习了微生物的营养与代谢，知道了微生物需要不断从外界吸收营养物质，通过代谢，获取能量并合成自身的组成物质，以维持自身正常的生命活动。那么，从代谢的角度来看，当同化作用大于异化作用时，微生物将表现出怎样的特征？
学生回答：生长的现象。
那么什么是微生物的生长呢，我们一般是如何来研究微生物的生长的呢？
这就是本节课我们所要学习的内容——微生物的生长。【推进新课】
微生物的生长包括微生物细胞体积的扩大与细胞数目的增多，由于大多数微生物细胞体积较小，个体质量较轻，微生物的个体生长不易观察；同时由于微生物繁殖速度一般较快，因而通常以微生物的群体为单位来研究微生物的生长。
那么，微生物的群体生长会具有怎样的特征呢？群体生长状况是否具有一定的规律？假如有的话，这是怎样一种规律？研究这一规律具有怎样的现实意义呢？接下来我们一起来学习
学习目标一：微生物群体生长规律
教师分析：由于在自然环境下微生物群体生长受到非生物影响、种内关系、种间关系等多种因素的综合影响其群体生长的状况多变而复杂，往往难以描述，因而，从实际工作的角度出发，微生物的群体生长状况的研究一般是置于人工控制的条件下进行的。那么，我们如何来描述 细菌的生长曲线呢？
师生共同总结：从细菌接种到培养基中开始到培养基中的细菌群体死亡的动态变化，可以分为调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个重要时期。
教师强调：微生物的群体生长曲线是种群内个体生长的一个频率统计，反应的是微生物种群概念上的数量变化特征，因而并非是该时期的所有个体均具有相应的特征。
教师设置问题情景，引导学生思考：细菌生长曲线是运用数学模型研究群体生长规律的一种方法。那么，我们一般是按怎样的标准来划分各区段的？具体而言，不同区段究竟蕴涵了怎样的生物学含义呢？
师生互动，教师利用投影，呈示下述表格，使学生明确需要研究的问题。
（1）调整期
细菌刚被接种到培养基上时，对新环境有一个短暂的调整或适应的过程，一般不立即进行分离的情景，同时反映细菌的形态结构等特征，教师对调整期的时间、群体生长速率、细胞的形态结构与生理特征、实践意义等方面的问题总结如下：
①时间：从细菌刚被接种到培养基上开始，到细菌开始进入快速分裂为止。②生长速率：几乎为零，细胞数目几乎不变。③细胞的形态结构：细菌细胞体积增长较快。
④细胞的生理特点：细菌代谢活跃，是合成初级代谢产物量最多的时期；细菌细胞内大量合成细胞分裂所需的酶、ATP及其他细胞成分，为下一阶段的细胞分裂作准备。
⑤影响该阶段长短的相关因素：
Ⅰ菌种：若把对数期的菌种接种到培养基上时，可相对缩短调整期；若把稳定期或其他时期的菌种接种到培养基上时，则调整期相对较长。
Ⅱ培养基：若培养基的理化性质与原先菌种的培养基比较相似，则调整期时间较短；若培养基的理化性质与原先菌种的培养基相差比较大，则调整期时间较长。
（2）对数期
学生分析观察、讨论： ①时间
教师提问：我们一般把哪一个阶段称为细菌群体生长的对数期呢？
学生回答：从细菌开始快速分裂开始，到培养基中细菌的群体数目不再增加，保持动态稳定为止。
②生长速率
教师提问：在细菌群体生长的对数期阶段，群体生长速率具有怎样的特征？ 学生回答：速率最快，细胞数目以几何级数增加；可以用Bn总=Bn×2来描述。③细胞的形态结构 教师提问：那么，大多数细菌的细胞在这一阶段具有怎样的形态结构与生理特征呢？
学生回答：形态特征最为稳定，细菌生理特征比较稳定，代谢旺盛，细菌细胞内各种组分，特别是核糖体数量剧增，此阶段的代谢容易受到周围环境条件的影响。
④影响阶段长短的相关因素
教师提问：影响这一阶段时间长短的相关因素有哪些呢？ 学生主要从以下几方面展开讨论： Ⅰ菌种：该种细菌的遗传特性；
Ⅱ培养基：培养基的各种理化性质（如培养基化学成分与PH、T、氧气）是否适宜； Ⅲ温度：温度通过影响酶活性来影响微生物的新陈代谢速率，从而影响对数期的长短。
⑤造成该阶段特征的主要原因 学生讨论：略。
教师提问：从生态学角度来看，造成细菌群体生长的对数期的主要原因有哪些呢？ 学生讨论：略。
总结：培养基中营养物质充分，空间充裕，种内斗争不剧烈；培养基中的PH、T、氧气等条件适宜，微生物新陈代谢旺盛，能量供应充足，培养基中一些有害的代谢产物尚未开始积累；微生物种群的出生率大于死亡率，种群密度增加。
⑥实践意义
教师讲述：这一阶段在生产实践上具有相当重要的意义，例如控制对数期。那么，为何要在生产过程中根据生产实际需要，控制微生物群体生长的对数期呢？
学生讨论：略。
教师分析：以酵母菌发酵产生酒精而言，如果对数期过长，营养物质量消耗过多，会导致下一个阶段微生物积累的代谢产物减少；如果对数期过短，培养基中的菌体数目比较少，也会导致下一个阶段微生物积累的代谢产物减少。
（3）稳定期
学生通过对信息的观察、分析与讨论，对稳定期的时间、群体生长速率、细胞的形态结构与生理特征等方面的问题总结如下：
①时间：从培养基中细菌的群体数目不再增加，保持动态稳定开始，到培养基中细菌群体数目开始减少为止。②生长速率：分裂速率相对对数期下降，死亡速率上升，细胞数目动态平衡，活细菌数目达到最高峰。
③细胞的形态结构：某些产芽孢细菌在这个时期开始产生芽孢。
细胞的生理特点：细菌细胞内开始大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物。④影响该阶段长短的相关因素：菌种、培养基理化性质、温度等因素。⑤造成原因：
Ⅰ培养基中营养物质在对数期被大量消耗，同时由于培养基中细菌的种群数目达到最你 大，种内斗争剧烈，导致个体死亡率上升，出生率下降。
Ⅱ因为微生物长时间代谢，导致培养基中的PH、T、氧气等理化性质发生改变，微生物新陈代谢速率下降，能量供应不足，细菌细胞生长、分裂速度下降。
Ⅲ培养基中一些有害的代谢产物开始积累，影响微生物生长。⑥实践意义——延长稳定期：
教师提问：为什么延长稳定期可以提高发酵工程的产量呢？生产中该如何来进行合理控制，以延长稳定期呢？
学生小组讨论后，总结：Ⅰ进入稳定期以后，包括抗生素在内的多种次级代谢产物开始大量积累，如果适时补充营养物质，排出有害的代谢产物，则可延长稳定期，提高代谢产物的产量。Ⅱ延长稳定期的方法有很多，其中微生物的连续培养是一种比较常用的办法。
在稳定期后，细菌群体生长将进入什么时期呢？（4）衰亡期
教师提问：什么叫衰亡期？
学生回答：在稳定期之后，随着培养的继续进行，细菌群体的死亡速率大于繁殖速率，培养基中细菌群体的数目开始急剧下降，这一阶段称为衰亡期。
教师提问：该时期的微生物群体、微生物细胞个体有怎样的特点？在生产实践中有何应用价值？
学生总结：
时间：从培养基中细菌的群体数据急剧减少开始，到培养基中细菌种群消亡为止。生长速率：死亡速率超过繁殖速率，导致培养基中细菌群体的活细胞数目不断下降。细胞的形态结构：细胞出现了多种形态，甚至畸形。细胞的生理特点：有些细菌开始解体，释放出代谢产物。影响该阶段长短的相关因素：1菌种：产芽孢的细菌其芽孢比代谢活跃的营养细胞更易于存活。2培养基梨花性质、温度等因素
造成该阶段特征的原因：1.培养基中营养物质进一步被大量消耗，同时由于培养基中细菌的种内斗争进一步加剧，导致个体死亡率急剧上升，出生率急剧下降。
2.因为微生物长时间代谢，导致培养基中的PH、T、氧气等理化性质发生改变，微生物
微生物新陈代谢速率下降，能量供应不足，细菌细胞生长、分裂速度下降 3.随着部分细菌细胞的裂解，培养基中一些有害的代谢产物大量累积，影响微生物生长。
实践意义：延长衰亡期
通过补充营养和能源、中和环境毒性，可以减缓细胞死亡速率，延长细菌群体的存活时间。
学习目标二：微生物群体生长规律的应用
1.酒精生产中，设法缩短调整期，控制对数期，以便在短时间内获得最大的产量。2.医学上，要通过细菌染色来鉴定细菌，通常采用对数期的菌体，因为这一阶段的细菌细胞生理特征最稳定
3.工业上产生酵母，通常在稳定期收集菌体，因为这一时期菌体数目最大。学习目标三：影响微生物生长的环境因素 1．温度：
微生物生长最旺盛时的温度叫最适生长温度。
在最适生长温度范围内，微生物的生长速率随温度的上升而加快；超过最适生长温度后，微生物的生长速率会急剧下降，这是由于细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆的破坏。2．pH：
超过最适pH范围以后，会影响酶的活性、细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收等。多数细菌的最适pH为6.5～7.5，真菌的最适pH为5.0～6.0。3．氧：
环境中氧含量的状况，对不同代谢类型的微生物群体的生长，具有不同的影响。按照微生物对氧含量的要求可分为好氧型微生物、厌氧型微生物和兼性厌氧微生物。【反馈练习】
1．(2004广东生物)将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中，并置于适宜的条件下培养，定期取样统计细菌的数目。如果以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标作图，可以得到细菌的生长曲线。曲线中，细菌数量变化较大的时期为（）A．衰亡期和调整期 B．调整期和稳定期 C．对数期和衰亡期 D．稳定期和对数期
2、（2005北京春理综）将酵母分为a、b、c、d四组，用不同的方式培养，其种群增长曲线如图所示。请据图回答下列问题。
（1）a呈现____型增长，该种群的生长在20h之前处于____期，20h－40h处于_____期。（2）d呈现_______型增长，在100h－200h，d的增长率趋于______________。若在现有条件下继续培养，其种群数量趋于____________。（A增多 B减少）
（3）随着更换培养液的时间间隔的延长，酵母种群的增长率趋于_________，其可能的限制因素是________不足和__________的积累。
【答案】（1）J 调整 对数
（2）S 0（或零）B（或减小）
（3）降低（或减小）营养
有害代谢产物（或有害产物）【板书设计】
第二节 微生物的生长
一、微生物的的群体生长规律
1.调整期 2.对数期 3.稳定期 4.衰亡期
二、微生物群体生长规律的应用
三、影响微生物生长的环境因素
1.温度 2.PH 3.氧
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