探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化

07-27

一、考點搜索

l 考試說明要求：探究培養液中酵母種群數量的動態變化（c級）

①探究培養液中酵母菌種群數量的變化，建構種群增長的數學模型

②解釋種群數量的波動類型及其原因，指出影響種群數量變動的因素

③正確使用顯微鏡、血球計數板等實驗器材解決實驗問題

④明確探究實驗的一般步驟並能恰當評價和完善實驗方案

二、基礎回扣

1．酵母菌

酵母菌是一種既能進行出芽生殖又能進行有性生殖的單細胞真核生物。由於酵母菌的生長周期短，增殖速度快，是研究種群數量的增長規律以及種群內部和外部因素對種群個體數量影響的良好實驗材料。

我們還可以用酵母菌作為實驗材料研究。

【答案】酵母菌呼吸作用方式

2．種群數量的變化

種群數量的變化包括增長、波動、穩定、等，而「J」型曲線與「S」型曲線都只研究了種群數量的情況。在實際環境中，種群的增長一般都是「S」型曲線，該曲線有一個K值，即。「S」型曲線的形成原因是。

3．血球計數板

血球計數板是一種專門用於計算較大單細胞微生物的一種儀器，它的規格有兩種，一種叫16×25型，另一種叫25×16型。以16×25型為例，在血球計數板的中央有兩個平面台，每個平面台各有一個含9個大格的方格網，中央大格叫。將其放大，可見它含

16中格，每一個大方格的面積為1mm2，蓋上蓋玻片後，載玻片和蓋玻片之間的高度為0.1mm，所以計數室的容積為0.1mm3。（已知1mL=1cm3=1000mm3）計數時，一般取個中格計數。遇壓線細菌，一般只計。

下面以一個大方格有25個中方格的計數板為例進行計算：設5個中方格中總菌數為A，菌液稀釋倍數為B，那麼，一個大方格中（即0.1mm3中的總菌數）的總菌數A/5×(25×B)；故1mL菌液中的總菌數為A/5×(25×10×1000×B)=50000AB(個)。

【答案】大方格 5 相鄰兩邊及其頂角的酵母菌

三、自主建構

某生物興趣小組開展探究實驗，課題是：「培養液中酵母菌種群數量與時間的變化關係」。

實驗原理：

①酵母菌屬兼性厭氧型微生物，有氧時產生CO2和H2O，無氧時產生CO2和酒精；

②用液體培養基培養酵母菌，種群的增長受到培養液的成分、空間、PH、溫度等因素的影響；

③在理想的環境中，酵母菌增長呈「J」型增長，在有限環境中，酵母菌增長呈「S」型增長。

實驗步驟：

①取培養液10mL加入到試管中，先通過顯微鏡觀察估算出10mL培養液中酵母菌的初始數量(N0)。(注意：從試管中吸取培養液進行記數之前，將試管振蕩幾次)

②每天定時觀察記錄數值，對於壓在小方格界線上的酵母菌應取_______________記數。 ③以__________為橫坐標，

④酵母菌的數量為縱坐標，畫出酵母菌的_____________________________________。

結果分析：酵母菌在培養液中開始呈__________增長，經過一段時間的增長後，數量趨於穩定，呈___________增長。

(1)請將上述實驗原理和實驗步驟補充完整。

(2)從試管中吸取培養液進行記數之前，為什麼要將試管振蕩幾次？

(3)本實驗需要設計對照實驗嗎？為什麼？

(4)請你設計表格處理實驗數據：

(5)在計數前，還應有哪些步驟？需注意些什麼？

(6)針對「培養液中酵母菌種群數量的動態變化」，你還能提出哪些問題？試寫出實驗設計的主要步驟。

【注意事項】

①用顯微鏡計數時，對於壓在小方格界線上的酵母菌，應至計數相鄰兩邊及其頂角的；

②吸取培養液計數前要將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養液中的酵母菌均勻分布，減少誤差；

③結果的記錄要用記錄表；

④每天取樣計數的時間要固定。

【拓展】封閉環境中的種群數量變化模型

在封閉環境中，由於沒有外源物質和能量的補充，種群的數量變化與「S」型曲線相比多了一個衰亡期。在恆定容積的液體培養基中培養酵母菌，「恆定容積」的含義就是「物質資源有限、生存空間有限」，所以在培養一段時間後必然會由於物質的消耗、空間的限制，種群數量減少。

【鞏固練習】

1．利用計數板可在顯微鏡下對微生物細胞進行直接計數。計數板是一個特製的可在顯微鏡下觀察的玻片，樣品就滴在計數室內。計數室由25×16＝400個小室組成，容納液體的總體積為0．1mL。現將lmL酵母菌樣品加99mL無菌水稀釋，用無菌吸管吸取少許使其自行滲入計數室，蓋上蓋玻片並用濾紙吸去多餘菌液。

現觀察到圖中所示a、b、c、d、e 5個大格80個小室內共有酵母菌440個，則上述ImL酵母菌樣品中約有菌體__________個。為獲得較為準確的數值，減少誤差，你認為可採取的做法是______________________________________________。

【解析】因為每個小格的菌體數=440/80=5.5，體積是0.1mm3/400，所以單位體積酵母細胞=每小格平均菌體數4×106×稀釋倍數=5.5×4×106×10=2.2×108個。可採用重複實驗求平均值的方法獲得較為準確的數值以減少誤差。（說明：mm3指立方毫米；106、108分別指10的6次方和8次方）

2.探究在有限的養分中和不同的溫度下酵母菌種群數量的動態變化。

材料用具：酵母菌母液、蒸餾水、無菌水、酵母膏、蛋白腖、葡萄糖、1mol/L硫酸溶液、燒杯、試管、滴管、量杯、漏斗、1mL刻度吸管、標籤、玻璃棒、酒精燈、pH試紙、天平、計數板、恆溫箱、顯微鏡、高壓蒸汽滅菌鍋等。

（一）探究思路：

（1）設計對照實驗。為了探究培養液中酵母菌種數量的動態變化，某同學按下表完成了有關實驗。

（2）實驗操作：

配製培養基→ →接種→ →計數→分析數據，得出結論。

（二）問題探討：

①請寫出該同學研究的課題名稱：。

②用顯微鏡定期測酵母菌數日，結果僅A管中第3天開始個體數目迅速增加，第5天開始A管中個體數目達到最大，實驗至第6天結束。請將A、B、C三組預期結果的走勢圖繪製在坐標系中。

③培養的酵母菌種增長曲線是否呈「S」型？為什麼？

④酵母菌增殖方式即可以是出芽方式又可以是有絲分裂。在酵母菌有絲分裂全過程中其基因是否都在表達？；有絲分裂過程需要的蛋白質有很多種類，這些蛋白質是在的直接指導下合成的。

【解析】本題存在兩個自變數不同的養分和不同的溫度。設計實驗時可分別設計：1.要探究養分不同的影響，實驗組不提供養分，對照組提供養分，其他條件（包括溫度）相同且適宜；2.要探究不同溫度影響，實驗組溫度不適宜，對照組適宜，其他條件相同且適宜。然後合併起來看，對照組養分重組、溫度適宜，實驗組要兩組，因此至少需要三組。A、B組對照探究溫度的影響，A、C組對照探究養分的影響。

【答案】（一）（2）滅菌培養

（二） ①溫度和營養物質以對酵母菌生長的影響 ② 見圖 ③否，最後階段應該是衰亡期 ④否mRNA