探究太空環(huán)境對酵母菌出芽生殖影響的試驗(yàn)方法

白易明

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(yǎng)基中生存、繁殖，生殖方式為出芽生殖，且顯微鏡下可觀。本實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)箱中進(jìn)行，采用培養(yǎng)皿瓶裝無菌固體麥芽汁培養(yǎng)基對食用酵母進(jìn)行培養(yǎng)，分為地面組和太空組兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用350μw/cm2的紫外線照射培養(yǎng)皿殺死酵母菌細(xì)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(huán)境對酵母菌出芽生殖的影響。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵性步驟經(jīng)地面預(yù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有可行性。

關(guān)鍵詞 酵母菌；出芽生殖；太空環(huán)境

中圖分類號(hào)Q

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）155-0058-02

1 問題提出

在地球表面，酵母菌的出芽牛殖是微生物無性繁殖的重要組成，出芽生殖可能會(huì)受到地球引力等因素的影響。在太空環(huán)境下，酵母菌的出芽生殖是否受影響，出芽生殖的發(fā)生、芽體與母體的大小關(guān)系又有何變化尚不可知，本實(shí)驗(yàn)將對太空環(huán)境下酵母菌出芽生殖進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性

1）據(jù)可查文獻(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)為國內(nèi)外首次對太空環(huán)境下酵母菌出芽生殖進(jìn)行探究；2）行全程無液體操作，適合在太空環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；3）本實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行了創(chuàng)新，減少了太空操作，儀需寧航員進(jìn)行開關(guān)的開啟和關(guān)閉；4）本實(shí)驗(yàn)在地面實(shí)驗(yàn)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(xué)性的情況下使太空組實(shí)驗(yàn)裝置質(zhì)量、體積最小化。

1.2 實(shí)驗(yàn)意義

1）探究出太空環(huán)境對酵母菌出芽生殖的影響，增加對酵母菌出芽牛殖的認(rèn)識(shí)；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(yè)中酵母菌產(chǎn)物的制備提供參考；5）為大學(xué)《微生物學(xué)》及高中牛物教材補(bǔ)充有關(guān)內(nèi)容提供素材。

2 作出假設(shè)

對此實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，有以下假設(shè)。

2.1 酵母菌的出芽生殖會(huì)受到太空環(huán)境的影響

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

2.2 酵母菌的出芽生殖不會(huì)受到太空環(huán)境的影響

酵母菌可以進(jìn)行出芽生殖，芽體與母體的人小關(guān)系與地面無明顯差別。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 材料用具

小型實(shí)驗(yàn)箱；蓄電池；培養(yǎng)皿；照明裝置及紫外線滅菌裝置；亞甲基藍(lán)染液；光學(xué)顯微鏡；血球計(jì)數(shù)板；食用酵母菌菌株及無菌固體麥芽汁培養(yǎng)基；恒溫箱。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在裝有照明裝置的實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)固定4個(gè)相同培養(yǎng)皿，內(nèi)部放有接種有食用酵母菌的無菌固體麥芽汁培養(yǎng)基。

4 方法步驟

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段

4.1.1 裝置準(zhǔn)備

測定電池容量，設(shè)定照明及紫外線滅菌裝置安裝角度、培養(yǎng)皿所放位置、保險(xiǎn)裝置并估算實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間。

4.1.2 材料準(zhǔn)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(diào)整糖液濃度為10°巴林，煮沸后用紗布過濾，調(diào)pH為6.O，加入2%左右的瓊脂配置標(biāo)準(zhǔn)無菌固體麥芽汁培養(yǎng)基^[3]，并將其分為八份，分別置于A、B、C、D、E、F、G、H八個(gè)相同培養(yǎng)皿中，用透氧薄膜對培養(yǎng)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(gè)培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基上，進(jìn)行培養(yǎng)；3）將A、B、C、D、E、F、G、H八個(gè)培養(yǎng)皿放入適宜的條件下保存?zhèn)溆茫ūM量保證保存時(shí)間較短）；4）在實(shí)驗(yàn)裝置封閉前將A、B、C、D四個(gè)培養(yǎng)皿按預(yù)定位置放入地面組實(shí)驗(yàn)箱；E、F、G、日四個(gè)培養(yǎng)皿按預(yù)定位置放入太空組實(shí)驗(yàn)箱，將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)箱開肩照明裝置；5）將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)箱放入同一恒溫箱備用，將恒溫箱溫度濕度設(shè)置為航天器實(shí)驗(yàn)艙預(yù)設(shè)溫度、濕度，待航天器實(shí)驗(yàn)艙封閉前將太空組實(shí)驗(yàn)箱轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)艙指定位置。

4.2 地面實(shí)驗(yàn)

地面組實(shí)驗(yàn)全程在恒溫箱內(nèi)進(jìn)行，調(diào)節(jié)地面組設(shè)備，直至接種8天后開肩紫外線滅菌裝置15min。

4.3 太空實(shí)驗(yàn)

到達(dá)太空環(huán)境后，儀需要宇航員在接種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(guān)閉，太空實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

備注：太空組地面組應(yīng)保證同時(shí)開肩紫外線滅菌裝置以同時(shí)終止實(shí)驗(yàn)。

4.4 地面觀察

在太空組實(shí)驗(yàn)裝置返同地球后，取出A、B、C、D、E、F、G、H培養(yǎng)皿，進(jìn)行如下操作：

1）對A、B、E、F四培養(yǎng)川皿中酵母菌進(jìn)行取樣，用無菌接種環(huán)取少量酵母菌于載玻片上，用亞甲基藍(lán)染液進(jìn)行染色，使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察比較并記錄數(shù)據(jù)；2）對C、D、E、F四培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基加熱至100℃進(jìn)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(jìn)行稀釋，并將樣品加入至血細(xì)胞計(jì)數(shù)板中進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，按照稀釋比例計(jì)算出培養(yǎng)基中酵母菌總數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。

4.5 注意事項(xiàng)

1）需在酵母菌接種后盡快完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且時(shí)間越短越有利于保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性；2）盡量保證劃線接種時(shí)酵母菌分布合理，避免群體效應(yīng)引發(fā)的實(shí)驗(yàn)誤差；3）在太空實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，立即同時(shí)結(jié)束地面實(shí)驗(yàn)，保證酵母菌生理狀態(tài)近似相同。

5 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方案操作，實(shí)驗(yàn)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牛殖，酵母菌數(shù)量，芽體與母體大小關(guān)系，并對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象進(jìn)行備注。

6 分析結(jié)果，得出結(jié)論

1）確定何種假設(shè)正確；

2）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否可靠；

3）進(jìn)行誤差分析。

7 預(yù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)操作參照人學(xué)課本方案進(jìn)行，科學(xué)可行。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的紫外線滅菌過程為本實(shí)驗(yàn)確保變量唯一的關(guān)鍵性步驟，在預(yù)實(shí)驗(yàn)階段，對這一過程進(jìn)行可行性驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，將菌液接種到直徑為lOcm的無菌平皿上，將平皿放置在350μm/cm2的紫外光下進(jìn)行照射處理，lOmin時(shí)酵母菌殺滅率達(dá)到98%，15min后，未檢出存活酵母菌，證明酵母菌對紫外線敏感，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的滅菌操作可行。^[4]

參考文獻(xiàn)

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