高中生物之探究酵母菌數量的動態變化

牟虹霖(山東省棲霞市第一中學，山東煙臺265300)

高中生物之探究酵母菌數量的動態變化

牟虹霖(山東省棲霞市第一中學，山東煙臺265300)

闡述了生物學中種群數量變化的基本理論，指出利用酵母菌做種群數量變化探究實驗的優勢并討論了本次實驗的意義。簡要介紹實驗設計與前期準備，對主要實驗步驟做了重點論述。對實驗所收集的數據進行建模分析，討論酵母菌數量變化的不同階段及其成因，驗證相關理論，并進一步探討了其應用價值。

高中生物；酵母菌；數量變化

1 理論指導

1.1 種群數量變化

種群數量是反映種群特征的一個重要變量，受到內部因素和外部因素的共同影響，長期來看種群數量呈現增長——穩定——消亡的規律。大自然中生命的演化多種多樣，實驗室里也可以通過人工培育來探究種群數量動態變化的規律，酵母菌便是最常用的實驗對象之一。

酵母菌作為人類最早利用的微生物，繁殖簡單，易于培育。在理想的培育條件下酵母菌數量應當呈指數形式上漲，稱之為“J”型曲線，但由于培養環境中資源有限，加之代謝廢物的不斷堆積，酵母菌的實際數量在經過指數上升后會趨于穩定，隨著環境的進一步惡化，最終消亡，稱之為“S”型曲線。通過便于實際操作的實驗以及合適的數學模型的建立，便可以分析“種群數量變化”這一重要課題。

1.2 實驗與數據的意義

完成酵母菌數量的動態變化研究這一實驗，并非只是簡單的驗證課本上已有的理論，更重要的是學習實驗設計與操作、數據采集與處理的方法，比如對照實驗的設計、抽樣檢測的方法、數學模型的運用，以鍛煉學生基本的科研素養。

2 實驗操作

2.1 實驗設計與前期準備

為完成酵母菌數量動態變化的探究工作，實驗的基本內容包括制備培養基、培養酵母菌、定時給酵母菌計數這三大部分。考慮到成本與便利性，培養基選用自制的馬鈴薯培養液，而酵母菌中則選用常見的高活性干酵母，在普通超市便可買到。實驗中分標準組1（馬鈴薯培養液，30℃）、溫度對照組2（馬鈴薯培養液，6℃）、培養基對照組3（無菌水，30℃），連續觀察10天，分別研究溫度與營養環境對酵母菌繁殖的影響，實驗所需的器材在一般的生物實驗室均有配備。

2.2 主要實驗步驟

（1）制備培養基

準備培養基的原料為葡萄糖、馬鈴薯、水，其質量配比為1: 10:50。將馬鈴薯去皮切成小塊，放在水中熬煮半小時，并用玻璃棒攪拌使之均勻；接著將其過濾，在濾液中加適量葡萄糖，再補齊水量，即可初步制備培養基。為了保證后續培養與計數的精度，避免其他菌類的干擾，培養基需要滅菌。這里將培養基分裝到試管中后，用滅菌鍋通過高壓蒸汽進行滅菌，這一步同時也制備了培養基對照組3的無菌水。

（2）培養酵母菌

培養酵母菌首先要接種，接種時依然要保證滅菌，因此接種時在操作位置附近需要點燃酒精燈創造無菌環境，吸取酵母菌母液的吸管也要做滅菌處理。將酵母菌母液接種到馬鈴薯培養液里后，將標準組1的試管放入30℃恒溫箱培養，將溫度對照組2放入4℃恒溫箱培養，再取無菌水接種酵母菌母液作為培養基對照組3，放入30℃恒溫箱培養。

（3）統計計數

實驗觀察共計10天，每天下午一點取樣，使用血球計數板進行計數，整個計數過程中同樣要遵循無菌原則。為保證精度，取樣前要搖勻試管，用1mL刻度吸管將酵母菌培養液移入干凈試管中,再用滴管吸取1滴培養液滴在位于血球計數板網格上的蓋玻片的邊緣,等待培養液完全滲入，再在顯微鏡下進行計數。

2.3 注意事項

（1）滅菌鍋的使用

滅菌鍋使用時內部是高溫高壓的環境，尤其需要注意安全。試管應塞好棉塞并用牛皮紙包裹捆扎，滅菌時試管口朝上放入滅菌鍋，分三次加壓，分別為48kPa，48kPa，98kPa，前兩次加壓后都需要放氣至壓力表示數為0才能再次加壓，最后一次加壓并保持一段時間后切斷電源，等待鍋內壓力自然下降為0才能打開排氣閥，絕對不能直接排氣降壓，否則鍋內液體會劇烈沸騰，嚴重時導致容器爆裂。

（2）無菌原則的貫徹

如果計數時有其他菌類干擾，勢必影響統計的準確性，因此整個實驗過程需要時刻遵循無菌操作原則，所有容器需要做滅菌處理，接種時依靠酒精燈提供無菌環境。

（3）計數方法

計數時采用抽樣檢測的方法，取樣后在血球計數板上先統計特定小方格（共100小格）中的酵母菌數量，再計算總的分布密度，其公式為：4

酵母菌數量/mL=100格中所數總數×400×10×稀釋倍數/ 100

實際計數時，可能發現所取樣液中酵母菌密度過高，難于統計，則需重新取樣并進行稀釋，所以上述公式中需要乘以稀釋倍數。

3 數據處理與分析

3.1 結果討論

根據實驗數據所做出的曲線圖如圖1所示：

圖1

標準組1是典型的“S”型曲線，酵母菌種群經歷了增長——穩定——消亡的過程；在溫度對照組2中，低溫環境對酵母菌的繁殖有一定的抑制作用，因此酵母菌數量增長緩慢，同時代謝廢物也相對較少，因此其消亡的速度也相應減緩；在培養基對照組3中，由于培養液是無菌水，幾乎沒有任何養分，在缺乏外部供給的情況下，酵母菌很快就全部消亡。

3.2 應用探究

從實驗結果可以看出，溫度和外部營養環境對酵母菌的生存繁殖有明顯影響，事實上，菌種本身性質以及環境中的酸堿度和溶氧量等因素也會影響酵母菌的繁殖。在實際應用中，選對酵母菌種和控制好外部環境至關重要，比如釀酒時特殊酒曲的使用以及窖藏環境的搭建，只有這樣才能釀造舉世聞名的美酒。

4 結語

種群數量變化是一個較為寬泛的生物學課題，通過實驗探究給定條件下的酵母菌種群數量的變化規律，可以驗證相關理論并對一些現象做出解釋，進而探究其實用價值。作為一名有志于科研的高中生，以理論為基礎，逐步提高自身實驗操作和數據處理的能力，并從中挖掘應用價值，對往后的科研工作大有裨益。

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[3] 趙奐.“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”實驗研究[J].生物學通報,2011,(05):53-56.