簡析高中教材中生物培養技術

高中生物課本所涉及的生物培養技術涵蓋范圍是非常廣范的，其中常見的有：微生物培養技術、無土栽培技術、植物組織培養技術、動物細胞培養技術等。由于這些技術常與生物科學研究的熱點相聯系，如：克隆、釀酒、無毒植株、花卉快速繁殖、皮膚移植等。因此，這部分內容也就成為近幾年高考出題的熱點。考題中具體以信息材料題為主，方式多以簡答題形式出現。由于各種培養技術在培養基的制作、培養方法、培養條件等方面有明顯差別，易造成學生在多層面上出現失誤。這就要求教師在高考復習中應比較各類生物培養技術的相關內容，弄清實質，突破解題的誤點。現將有關內容進行類化以習題案例的形式總結如下。

1 微生物培養技術

微生物培養技術是根據微生物的營養需要而選擇多種原料配制成培養基來培養微生物的一種技術。

1．1 培養對象

細菌、真菌(霉菌、酵母菌、大型食用真菌)等微生物。

1．2 培養基

①種類：根據用途分為鑒別培養基和選擇培養基；根據物理性質分為固體培養基、液體培養基及半固體培養基；根據化學成分可分為天然培養基和合成培養基；另外，病毒需要用活體培養基(雞胚)。

②營養組成：碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽五大類物質。

③配制過程：稱量；溶化；調pH；培養基分裝；加棉塞；包扎。

1．3 技術要求

①滅菌：是指殺死一定環境中所有微生物的細胞、芽孢、孢子。實驗室最常用的是高壓蒸氣滅菌法。 ②接種：無菌條件下，用蛇形畫線法或稀釋點接法進行接種。

③培養：接種后放入恒溫箱內，在25℃條件下培養。

1．4 技術應用

①用于工業生產微生物產品。

②也可用于醫學、環保、科學等方面的研究。

【例1】 表1是一種培養基的配方，請回答：

(1)此培養基的營養要素有______類，其中蛋白胨能提供的是________________________________。

(2)各成分重量確定的原則是_____________。

(3)在各種成分溶化后分裝前，需進行的是______________________________________。

(4)該培養基依據物理性質劃分屬于_______培養基，能培養的細菌代謝的類型是______________。

(5)如果鑒別自來水中的大腸桿菌是否超標，需加入_____________，觀察它的_________特征。

(6)此培養基能否用于培養產生人的生長激素的工程菌?__________。原因是_____________。

(7)若有幾種雜菌混合在一起，可采取什么方法將它們分離?_____________-。若細菌中混雜有酵母菌，要將酵母菌分離出來，可采用____________。

解析：微生物的營養要素有五類，蛋白胨即可提供碳源，又可作為氮源，同時還可以為微生物的生長提供生長因子；配制培養基的配方中由于有瓊脂因而屬于固體培養基；若培養大腸桿菌，可加入伊紅一美藍，根據其菌落呈現的顏色來進行鑒定是否含有大腸桿菌；因為固體培養基只是用于實驗室研究，不能用于工業生產；酵母菌屬于真菌對青霉素不敏感，而細菌和放線菌對抗生素敏感；

答案：(1)五 碳源、氮源、生長因子 (2)根據所培養微生物的營養需要 (3)調pH (4)固體異養型 (5)伊紅－美藍 菌落 (6)不能 液體培養基常用于工業生產 (7)如劃線法或稀釋后點接法等培養基中加入青霉素

2 無土培養技術

無土培養技術是指不用土壤而是用營養液(含有植物所需的各種必需礦質元素)和其他設備栽培植物的方法。其中，溶液培養(簡稱水培)在農業生產上稱為無土栽培法。

2．1 培養對象

植物。

2．2 培養基

有水和各種植物必需的礦質元素2大類營養。配置培養基無需滅菌處理。

2．3 技術要求

①采用溫室方式進行無土栽培植物；②通常要在培養液中通入空氣，目的是為了增加氧氣，促進根細胞的呼吸作用，有利于礦質元素的吸收；③另外要定時測量培養液中礦質元素消耗的離子的濃度，以便及時補充消耗的礦質元素；④定期向培養液中加水，以補充水培植物對水的消耗；⑤在溫室中無土栽培植物，可以根據光合作用的原理，在光照強時適當增加二氧化碳濃度，在夜晚沒有光照時可通過降低溫度，來減少有機物的消耗。

2．4 培養過程

種子→植物幼苗→成熟的植物體。

2．5 技術應用

①這一技術在植物營養研究，尤其在礦質元素的生理功能和化學肥料應用的研究方面有重要的應用價值；②溶液培養法可以有效地控制提供給植物的礦質元素的種類和數量，使植物快速生長以此來快速大量生產蔬菜；③實驗法(水培法)來證明和確定植物生長所需要的必需元素和非必需元素。

【例2】表2是用于無土栽培的一種培養液的配方，請回答下列問題。

(1)用此培養液培育某高等植物時，往往要給培養液中通入空氣，這一措施的目的是用于促進______，以利于對礦質元素的吸收，要使該植物生長良好，根據光合作用所必需的條件，除了適宜的溫度外，還需要_____和_____。

(1)植物在吸收營養液中的礦質離子時，主要通過____________方式進行的，經過一段時間后，檢測到培養液中存在的Ca²⁺較多，而NO₃一較少，這一現象與細胞膜_____________的有關，產生這種現象的原因是_____________。

(3)若移去該培養液中的MgSO₄，將直接影響植物體內____________的合成。

(4)該配方中屬于植物所需的大量礦質元素是________，微量元素是_________。

解析：光合作用是綠色植物重要的生命活動，培養植物體就是要提高光合速率，使其大量制造有機物，而影響光合作用的因素有光照、二氧化碳濃度、溫度、礦質元素、水分等。呼吸作用為礦質元素的吸收提供能量，該培養液中通入空氣，就是為促進根細胞的有氧呼吸，利于礦質元素吸收。為保證光合作用所必需的條件，除了上述條件及適宜的溫度外還需要充足的光照和二氧化碳。細胞膜吸收礦質元素離子是通過主動運輸的方式進行的，對離子的選擇吸收是由遺傳性所決定的(載體的數量)，即由細胞膜上的載體的種類和數量決定，而載體種類和數量體現在細胞膜的選擇透過性上；由于Mg²⁺是葉綠素的結構成分，除去MgSO₄將影響植物體內的合成葉綠素。

答案：(1)根的呼吸作用 光照 二氧化碳(2)主動運輸 選擇透過性 細胞膜上運載各種離子的載體的數量是不相同的 (3)葉綠素 (4)N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Cl

3 植物組織培養技術

植物組織培養技術是利用植物細胞的全能性，在無菌條件下，把花粉或植物體的器官或組織片段切下，接種在適當的人工培養基上進行離體培養，這些器官或組織的細胞就會經過脫分化和再分化的過程，逐漸產生出植物的各種組織和器官，進而發育成一棵完整的植株。

3．1 培養對象

離體的植物細胞、組織或器官。

3．2 培養基

人工合成的培養基中含有植物生長和發育所需的全部營養成分，包括礦質元素(分為大量元素和微量元素)、蔗糖、維生素、植物激素、有機添加劑，同時加入瓊脂使培養基呈固態。

3．3 技術要求

培養過程必須注意對無菌、光、溫度等條件的控制。

3．4 培養過程

3．5 影響因素

材料的選擇、培養基中激素種類及比例及培養條件pH、溫度、光照等。

3．6 技術應用

①快速繁育植物幼苗(花卉、果樹、蔬菜等幼苗)；②生產無病毒植株；③也可用于人工種子培育及大規模生產藥物、食品添加劑、香料、色素、殺蟲劑等。

【例3】 圖1表示水稻的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程。已知該水稻是二倍體(24條染色體)，基因型為AaBb。

(1)要促進花粉細胞分裂生長，培養基中應有________和________兩類植物激素。

(2)愈傷組織是花粉細胞不斷分裂后形成的不規則的細胞團，愈傷組織形成中，必須從培養基中獲得__________以及小分子有機物等營養物質，新陳代謝類型是_________。

(3)愈傷組織分化是指愈傷組織形成芽和根，再由芽發育成莖和葉，這一過程必須給予光照，其原因是___________利用光能制造有機物，供試管苗生長發育。

(4)試管苗的細胞核中含有___________條脫氧核苷酸長鏈。

(5)培育成的試管苗，可能出現的基因型有______________。

解析：對花粉進行植物組織培養可獲得單倍體植株，是植物的育種方式之一，在單倍體幼苗長出前，由于不能進行光合作用，其代謝類型是異養需氧型。這個過程不僅需要有機物，還需要水、礦質元素、生長素、細胞分裂素等物質。這里的生長激素和細胞分裂素是刺激植物細胞分裂和分化的。又因體細胞是24條染色體，花粉中是12條染色體，即試管苗的細胞核中含有24條脫氧核苷酸，基因型為AaBb，通過減數分裂可產生AB、Ab、aB、ab四種配子，所以培養出的試管苗有四種基因型。

答案：(1)細胞分裂素 生長素 (2)水、礦質元素異養需氧型 (3)愈傷組織中的葉綠體 (4)24(5)AB、Ab、aB、ab

4 動物細胞培養技術

動物細胞培養技術是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和繁殖。

4．1 培養對象

動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織。

4．2 培養基

含葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清等。

4．3 技術要求

選擇材料必須是動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織(細胞的全能性較高)；要不斷用胰蛋白酶處理分裝進行傳代培養；保持在無菌、無毒的條件下進行培養。

4．4 培養過程

4．5 技術應用

①生產有重要價值的生物制品，如：病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等；②可以檢測有毒物質；③用于生理、病理、藥理等醫學研究。

【例4】如圖2所示是動物細胞培養的基本過程示意圖，請據圖回答：

(1)容器A中放置的是動物器官或組織，它一般來自________

(2)容器A中的動物器官或組織首選要進行的處理是_____________，然后用_______酶處理，這是為了使細胞分散開來。這樣做的目的是_________________。

(3)培養首先在B瓶中進行，瓶中的培養基成分有__________等，在此瓶中培養一段時間后，有許多細胞衰老死亡。這時若培養到第_______代，此時的培養稱為_________________。

(4)為了把B瓶中的細胞分裝到C瓶中，用一_____處理，然后配置成___________，再分裝。

(5)在C瓶中正常培養了一段時間后，發現細胞全部死亡，原因是__________________。

解析：動物細胞培養不同于植物組織培養，從原理到培養基乃至產品都是不同的。動物細胞培養使用的材料是幼齡動物的器官、組織或動物胚胎，經剪碎后胰蛋白酶處理，制成細胞懸浮液；所用的培養基中應加入葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清等物質；培養過程要經歷原代培養和傳代培養，最后培養成細胞株或細胞系。細胞株到細胞系細胞要經歷癌變的過程。

答案：(1)幼齡動物的器官、組織或動物胚胎(2)剪碎胰蛋白 使每一個細胞與培養液接觸(3)葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清 10原代培養 (4)胰蛋白酶細胞懸浮液 (5)細胞沒有發生癌變

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