探究太空環境對酵母菌出芽生殖影響的試驗方法

白易明石家莊市第二中學，河北石家莊　050000

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探究太空環境對酵母菌出芽生殖影響的試驗方法

白易明
石家莊市第二中學，河北石家莊050000

摘要在地球表面適宜條件下，食用酵母可在無菌固體麥芽汁培養基中生存、繁殖，生殖方式為出芽生殖，且顯微鏡下可觀。本實驗在試驗箱中進行，采用培養皿瓶裝無菌固體麥芽汁培養基對食用酵母進行培養，分為地面組和太空組兩組實驗進行，在實驗結束后，利用350μW/cm2的紫外線照射培養皿殺死酵母菌細胞，待航天器返回地面后，將太空組同地面組對照研究，探究太空環境對酵母菌出芽生殖的影響。實驗關鍵性步驟經地面預實驗驗證，具有可行性。

關鍵詞酵母菌；出芽生殖；太空環境

1　問題提出

在地球表面，酵母菌的出芽生殖是微生物無性繁殖的重要組成，出芽生殖可能會受到地球引力等因素的影響。在太空環境下，酵母菌的出芽生殖是否受影響，出芽生殖的發生、芽體與母體的大小關系又有何變化尚不可知，本實驗將對太空環境下酵母菌出芽生殖進行探究實驗。

1.1實驗創新性

1）據可查文獻，本實驗為國內外首次對太空環境下酵母菌出芽生殖進行探究；2）行全程無液體操作，適合在太空環境下進行實驗；3）本實驗對實驗操作進行了創新，減少了太空操作，僅需宇航員進行開關的開啟和關閉；4）本實驗在地面實驗中利用恒溫箱保證地面組與太空組溫度、濕度條件相同，避免了在太空組使用恒溫箱，在保證科學性的情況下使太空組實驗裝置質量、體積最小化。

1.2實驗意義

1）探究出太空環境對酵母菌出芽生殖的影響，增加對酵母菌出芽生殖的認識；2）對宇航員太空食品的多樣化具有參考意義；3）為珍貴酵母菌種的保存與繁殖提供參考；4）為工業中酵母菌產物的制備提供參考；5）為大學《微生物學》及高中生物教材補充有關內容提供素材。

2　作出假設

對此實驗的進行，有以下假設。

2.1酵母菌的出芽生殖會受到太空環境的影響

在此情況下有5種可能：1）酵母菌可以進行出芽生殖，芽體與母體的大小關系與地面有明顯差別，且繁殖速度更快；2）酵母菌可以進行出芽生殖，芽體與母體的大小關系與地面有明顯差別，且繁殖速度更慢；3）酵母菌可以進行出芽生殖，芽體與母體的大小關系與地面無明顯差別，但繁殖速度更快；4）可以進行出芽生殖，芽體與母體的大小關系與地面無明顯差別，但繁殖速度更慢；5）酵母菌不可以進行出芽生殖。

2.2酵母菌的出芽生殖不會受到太空環境的影響

酵母菌可以進行出芽生殖，芽體與母體的大小關系與地面無明顯差別。

3實驗設計

3.1材料用具

小型實驗箱；蓄電池；培養皿；照明裝置及紫外線滅菌裝置；亞甲基藍染液；光學顯微鏡；血球計數板；食用酵母菌菌株及無菌固體麥芽汁培養基；恒溫箱。

3.2實驗裝置

實驗在裝有照明裝置的實驗箱中進行，實驗箱內固定4個相同培養皿，內部放有接種有食用酵母菌的無菌固體麥芽汁培養基。

4　方法步驟

4.1實驗準備階段

4.1.1裝置準備

測定電池容量，設定照明及紫外線滅菌裝置安裝角度、培養皿所放位置、保險裝置并估算實驗所需時間。

4.1.2材料準備

1）用麥芽粉與4倍水混勻，在58℃～65℃條件下保溫3h～4h至完全糖化，調整糖液濃度為10°巴林，煮沸后用紗布過濾，調pH為6.0，加入2%左右的瓊脂配置標準無菌固體麥芽汁培養基[3]，并將其分為八份，分別置于A、B、C、D、E、F、G、H八個相同培養皿中,用透氧薄膜對培養皿封口；2）采集同一菌株的食用酵母菌，將其均分為八組，分別接種于A、B、C、D、E、F、G、H八個培養皿中的培養基上，進行培養；3）將A、B、C、D、E、F、G、H八個培養皿放入適宜的條件下保存備用（盡量保證保存時間較短）；4）在實驗裝置封閉前將A、B、C、D四個培養皿按預定位置放入地面組實驗箱； E、F、G、H四個培養皿按預定位置放入太空組實驗箱，將兩個實驗箱開啟照明裝置；5）將兩個實驗箱放入同一恒溫箱備用，將恒溫箱溫度濕度設置為航天器實驗艙預設溫度、濕度，待航天器實驗艙封閉前將太空組實驗箱轉移至實驗艙指定位置。

4.2地面實驗

地面組實驗全程在恒溫箱內進行，調節地面組設備，直至接種8天后開啟紫外線滅菌裝置15min。

4.3太空實驗

到達太空環境后，僅需要宇航員在接種8天后開啟紫外線滅菌裝置，以殺死酵母菌，照射15分鐘后關閉，太空實驗結束。

備注：太空組地面組應保證同時開啟紫外線滅菌裝置以同時終止實驗。

4.4地面觀察

在太空組實驗裝置返回地球后，取出A、B、C、D、E、F、G、H培養皿，進行如下操作：

1）對A、B、E、F四培養皿中酵母菌進行取樣，用無菌接種環取少量酵母菌于載玻片上，用亞甲基藍染液進行染色，使用光學顯微鏡進行觀察比較并記錄數據；2）對C、D、E、F四培養皿中的培養基加熱至100℃進行融化，通過趁熱適度離心以便將菌液與瓊脂分離，洗滌后，再次離心，之后對菌液進行稀釋，并將樣品加入至血細胞計數板中進行計數操作，按照稀釋比例計算出培養基中酵母菌總數并記錄數據。

4.5注意事項

1）需在酵母菌接種后盡快完成實驗準備階段進行實驗，且時間越短越有利于保證實驗準確性；2）盡量保證劃線接種時酵母菌分布合理，避免群體效應引發的實驗誤差；3）在太空實驗結束后，立即同時結束地面實驗，保證酵母菌生理狀態近似相同。

5　進行實驗

按照實驗方案操作，實驗完成后，分別記錄A、B、C、D、E、F、G、H組酵母菌是否可以出芽生殖，酵母菌數量，芽體與母體大小關系，并對實驗中出現的異常現象進行備注。

6　分析結果，得出結論

1）確定何種假設正確；

2）分析實驗結果是否可靠；

3）進行誤差分析。

7　預實驗驗證

本實驗培養操作參照大學課本方案進行，科學可行。實驗結束后的紫外線滅菌過程為本實驗確保變量唯一的關鍵性步驟，在預實驗階段，對這一過程進行可行性驗證。實驗證明，在實驗室環境下，將菌液接種到直徑為10cm的無菌平皿上，將平皿放置在350μW/cm2的紫外光下進行照射處理，10min時酵母菌殺滅率達到98%，15min后，未檢出存活酵母菌，證明酵母菌對紫外線敏感，實驗結束后的滅菌操作可行。[4]

參考文獻

[1]吳艷.觀察酵母出芽生殖的簡易方法[J].生物學通報，1986 （11）.

[2]周宗旭.快速觀察酵母菌出芽繁殖[J].生物學教學，1998 （3）.

[3]沈萍，陳向東.微生物學（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]劉振林，韓承平，魏麗莉.紫外線對真菌的殺滅作用[J].中國消毒學雜志，1990（2）:95-97.

作者簡介：白易明，曾獲國家專利及中國科協青少年科技中心獎項，并曾獲省級優秀學生榮譽，具有較強的創新能力，向生物及科技創新領域發展

中圖分類號Q

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）155-0058-02