学年高中生物选修1教学案专题二 课题2 土.docx
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学年高中生物选修1教学案专题二课题2土
课题2
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1.实验室中微生物筛选的原理:
人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等)同时抑制或阻止其他微生物的生长。
2.在微生物学中,将允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基,称做选择培养基。
3.测定微生物数量的常用方法有活菌计数法和显微镜直接计数法。
稀释涂布平板法常用来统计活菌的数目,但统计结果往往比活菌的实际数目低。
4.只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素,因此可用尿素作为唯一氮源的选择培养基分离能分解尿素的细菌。
5.鉴定分解尿素细菌的方法是在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,依据是否变红进行判断。
一、研究思路
1.筛选菌株
(1)实验室中微生物筛选的原理:
人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等),同时抑制或阻止其他微生物的生长。
(2)选择培养基:
在微生物学中,将允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基,称做选择培养基。
2.统计菌落数目
(1)活菌计数法:
常用稀释涂布平板法。
①原理:
当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。
通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌。
②计算公式:
每克样品中的菌株数=(C÷V)×M。
C:
代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数。
V:
代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL)。
M:
代表稀释倍数。
③统计方法:
为了保证结果准确,一般设置3~5个平板,选择菌落数在30~300的平板进行计数,并取其平均值。
(2)显微镜直接计数法:
在显微镜下直接观察和计数微生物的数量。
3.设置对照
(1)对照实验:
指除了被测试的条件外,其他条件都相同的实验。
(2)主要目的:
排除实验组中非测试因素对实验结果的影响,提高实验结果的可信度。
二、实验设计
1.土壤取样
从富含有机质、酸碱度接近中性且潮湿的土壤取样。
先铲去表层土,在距地表约3~8cm的土壤层取样。
2.样品的稀释
(1)稀释原因:
样品的稀释度直接影响平板上生长的菌落数目。
(2)稀释标准:
选用一定稀释范围的样品液进行培养,保证获得菌落数在30~300之间,便于计数。
3.微生物的培养与观察
(1)培养:
不同种类的微生物,往往需要不同的培养温度和培养时间。
(2)观察:
每隔24_h统计一次菌落数目,最后选取菌落数目稳定时的记录作为结果。
三、操作提示
1.无菌操作
(1)取土样的用具在使用前都需要灭菌。
(2)应在酒精灯火焰旁称取土壤,并在酒精灯火焰附近将称好的土样倒入锥形瓶中,塞好棉塞。
(3)在稀释土壤溶液的过程中,每一步都要在酒精灯火焰旁操作。
2.做好标记:
本实验使用的平板和试管比较多。
为避免混淆,最好在使用前就做好标记。
3.制定计划:
对于耗时较长的生物实验,要事先规划时间,以便提高工作效率。
四、菌种鉴定
1.原理:
分解尿素的细菌合成的脲酶将尿素分解为氨,使培养基的碱性增强。
2.方法:
在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种细菌,若指示剂变红,可初步鉴定该种细菌能够分解尿素。
1.在微生物学中,将允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基称做( )
A.鉴别培养基 B.加富培养基
C.选择培养基D.基础培养基
解析:
选C 选择培养基是在培养基中加入特殊营养物质或化学物质,抑制不需要微生物的生长,有利于所需微生物生长的培养基。
2.用稀释涂布平板法来统计样品中活菌的数目。
在某稀释度下一同学做了若干个平板并统计每个平板的菌落数,最接近样品中菌株数真实值的是( )
A.菌落数目最多的平板
B.菌落数目最少的平板
C.菌落数目适中的平板
D.取若干个平板上菌落数目的平均值
解析:
选D 用稀释涂布平板法对样品中活菌数目进行统计,只是一种估测,根据此方法的实验过程可知,在某一稀释度下涂布的平板菌落数具有一定的偶然性,并不是绝对均匀,所以取若干个平板上菌落数目的平均值比较接近样品中菌株数的真实值。
3.用稀释涂布平板法来统计样品中活菌的数目,其结果与实际值相比( )
A.比实际值高B.比实际值低
C.和实际值一致D.比实际值可能高也可能低
解析:
选B 培养基上的一个菌落也可能由相连的两个或多个菌体繁殖而来,并且该方法测得的是活菌的菌落数目,未包括死细菌数,因此统计的活菌数要少于菌体实际值。
4.产生每个标准菌落的细菌的最初数目和培养基分别是( )
A.一个细菌,液体培养基
B.许多细菌,液体培养基
C.一个细菌,固体培养基
D.许多细菌,固体培养基
解析:
选C 在微生物的培养中产生每个标准菌落的细菌的最初数目是一个细菌,使用的培养基为固体培养基。
5.用以尿素为唯一氮源加入酚红指示剂的培养基,培养尿素分解菌后,指示剂将( )
A.变蓝色B.变红色
C.变黑色D.变棕色
解析:
选B 尿素分解菌合成的脲酶将尿素分解成了氨,会使培养基的碱性增强,pH升高,加入酚红指示剂将变红。
1.筛选菌株的原理
(1)原理:
根据不同微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性不同而制备培养基。
(2)方法:
①在培养基中加入某种化学物质。
例如,加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌;加入高浓度的食盐可以得到金黄色葡萄球菌。
②改变培养基中的营养成分。
例如,缺乏氮源时可以分离固氮微生物;石油作为唯一碳源时,可以分离出能消除石油污染的微生物;用含无机碳源的培养基分离自养型微生物。
③改变微生物的培养条件。
例如,将培养基放在高温环境中培养可以得到耐高温的微生物;用普通培养基在无氧条件下分离厌氧型和兼性厌氧型微生物。
[名师点拨] 能在选择培养基上生长的不一定是所需要的目的菌
原则上选择培养基只能允许特定种类的微生物生长,但实际上,微生物的培养是一个非常复杂的问题,有些微生物可以利用其他微生物的代谢产物生长繁殖,因此能在选择培养基上生长的微生物不一定都是所需的微生物,还需进一步的鉴定。
2.统计菌落数目的方法
微生物生长量的测定有计数法、重量法、生理指标法等方法,但是一般使用计数法,计数法可分为直接计数法和间接计数法。
二者的比较如下表所示:
项目
直接计数法
间接计数法
原理
利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下计算一定容积的样品中微生物的数量
当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。
通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌
主要用具
显微镜、细菌计数板
培养基
计数数据
菌体本身
培养基上菌落数
优点
计数方便、操作简单
计数的是活菌
缺点
死菌、活菌都计算在内
操作较复杂,有一定误差
计算公式
每毫升原液含菌数=每小格平均菌体数×400×10000×稀释倍数
每毫升原液含菌数=培养基上平均菌落数×稀释倍数÷涂布液体积
[题组冲关]
1.选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物,通过不含有机物的培养基、缺氮培养基、含尿素(不含其他氮源)的培养基,可从土壤中分离出的微生物依次是( )
A.硝化细菌、放线菌、根瘤菌
B.根瘤菌、青霉菌、固氮菌
C.异养型细菌、放线菌、硝化细菌
D.自养型细菌、固氮菌、分解尿素的细菌
解析:
选D 选择培养基是根据不同微生物的代谢特点,通过改变培养基的成分,以达到选择某种微生物的目的。
不含有机物的培养基可以选择自养型微生物,缺少氮元素的培养基可以培养固氮微生物,含尿素(不含其他氮源)的培养基可以选择能分解尿素的微生物。
2.自然界中的微生物往往是混杂生长的。
人们在研究微生物时一般要将它们分离提纯,然后进行数量的测定。
下面是对大肠杆菌进行数量测定的实验,请回答有关问题:
步骤如下:
①制备稀释倍数为102、103、104、105、106的系列稀释液。
②为了得到更加准确的结果,应选用________________法接种样品。
③适宜温度下培养。
结果分析:
(1)测定大肠杆菌数时,在对应稀释倍数为106的培养基中,得到以下几种统计结果,与事实更加接近的是______________________________________________________。
A.涂布了1个平板,统计的菌落数为230
B.涂布了2个平板,统计的菌落数是215和260,取平均值238
C.涂布了3个平板,统计的菌落数分别是21、212和256,取平均值163
D.涂布了3个平板,统计的菌落数分别是210、240和256,取平均值235
(2)一同学在稀释倍数为106的培养基上测得平板上菌落数的平均值为212,那么每毫升样品中的菌落数约是(涂布平板时所用的稀释液体积为0.2mL)______________________。
(3)用这种方法测定的细菌数量要比实际活菌数量________(填“多”或“少”),因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
若对大肠杆菌进行计数,则需要用稀释涂布平板法接种样品。
(1)应选取多个菌落数相差不大的平板计数,取其平均值。
(2)212÷0.2×106=1.06×109(个)。
(3)因为菌落可能由1个或多个细菌连在一起繁殖而成,所以实际活菌数量要比测得的数量多。
答案:
步骤②:
涂布平板
(1)D
(2)1.06×109个
(3)少 当两个或多个细菌连在一起时,平板上观察到的是一个菌落
1.实验流程
稀释度
104
105
106
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
菌落数/平板
菌数/克土壤
2.实验设计原则
(1)设立重复组:
统计某一稀释度下平板上的菌落数时,要至少涂布3个平板作重复组,以增强实验结果的说服力与准确性。
(2)设立两种对照组:
①判断培养基中是否有杂菌污染,需同时将未接种的选择培养基进行培养。
②判断选择培养基是否具有筛选作用,需同时设立牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养,观察两种培养基上的菌落数目,进行对比得出结论。
3.结果分析与评价
内容
现象
结论
有无杂菌污染
的判断
对照的培养皿中无菌落生长
未被杂菌污染
培养基中菌落数偏高
被杂菌污染
菌落形态多样,菌落数偏高
培养基中混入其他氮源
选择培养基的筛选作用
牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目大于选择培养基上的数目
选择培养基具有筛选作用
样品的稀释操作
得到2个或2个以上菌落数目在30~300的平板
操作成功
重复组的结果
若选取同一种土样,统计结果应接近
[题组冲关]
3.欲从土壤中分离出能分解尿素的细菌,下列实验操作不正确的是( )
A.将土壤用无菌水进行一系列的梯度稀释
B.同一浓度的土壤稀释液应至少涂布三个平板
C.可将未接种的培养基在相同条件下培养作为对照
D.用加入刚果红指示剂的培养基可筛选出分解尿素的细菌
解析:
选D 欲从土壤中分离出能分解尿素的细菌,要将土壤用无菌水进行一系列的梯度稀释,同一浓度的土壤稀释液应至少涂布三个平板,同时要将未接种的培养基在相同条件下培养作为对照,以检查培养基灭菌是否彻底;筛选分解尿素的细菌要用酚红指示剂。
4.下列有关土壤中微生物的分离与计数的说法,不正确的是( )
A.因为土壤中各类微生物的数量不同,所以为获得不同类型的微生物要按不同的稀释倍数进行分离
B.测定土壤中不同微生物的数量,选用的稀释范围不同
C.如果得到了2个或2个以上菌落数目在30~300的平板,则说明稀释操作比较成功,并能够进行菌落的计数
D.牛肉膏蛋白胨培养基的菌落数目明显小于选择培养基的数目,说明选择培养基已筛选出一些细菌菌落
解析:
选D 样品的稀释度直接影响平板上生长的菌落数目。
实际操作中,通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落在30~300之间适于计数的平板。
土壤中不同类型的微生物的数量不同,因此在测定其数量时,选用的稀释范围也不同。
将菌液稀释相同的倍数,在牛肉膏蛋白胨培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的数目,从而说明选择培养基的筛选作用。
[随堂基础巩固]
1.下列关于土壤取样的叙述,错误的是( )
A.土壤取样时,应选取肥沃、湿润的土壤
B.先铲去表层土3cm左右,再取样
C.取样用的小铁铲和信封在使用前不用灭菌
D.应在酒精灯火焰旁称取土壤
解析:
选C 在“分解尿素的细菌的分离与计数”实验中,必须在含微生物丰富的湿润、肥沃土壤中取样,所用小铁铲和信封必须灭菌。
2.测定土壤中细菌的数量一般选104、105和106倍的稀释液进行平板培养,而测定真菌的数量一般选用102、103和104倍稀释液,其原因是( )
A.细菌个体小,真菌个体大
B.细菌易稀释,真菌不易稀释
C.细菌在土壤中的含量比真菌高
D.随机的,没有原因
解析:
选C 细菌在土壤中的含量多于真菌,因此稀释涂布时,细菌的稀释倍数要大于真菌的稀释倍数,这样才能使平板上培养出的菌落清晰易辨。
3.下列属于菌落特征的是( )
①菌落的形状 ②菌落的大小 ③菌落的多少 ④隆起程度 ⑤颜色 ⑥有无
荚膜
A.①②③④ B.①②④⑤
C.②③④⑥D.①②③④⑤⑥
解析:
选B 菌落特征包括菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等。
4.下列能分离出分解尿素的细菌的培养基是( )
A.KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4·7H2O、葡萄糖、尿素、琼脂、水
B.KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4·7H2O、葡萄糖、琼脂、水
C.KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4·7H2O、尿素、琼脂、水
D.KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4·7H2O、牛肉膏、蛋白胨、琼脂、水
解析:
选A 要想分离尿素分解菌,应把尿素作为培养基中的唯一氮源,而B项中无氮源,C项中无碳源,D项中牛肉膏、蛋白胨都可作为氮源。
5.用来判断选择培养基是否起到了选择作用,需要设置的对照是( )
A.未接种的选择培养基
B.未接种的牛肉膏蛋白胨培养基
C.接种了的牛肉膏蛋白胨培养基
D.接种了的选择培养基
解析:
选C 将菌液稀释相同的倍数并接种,牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目应明显多于选择培养基上的菌落数目,因此,应选择接种菌种的牛肉膏蛋白胨培养基作为对照。
对照实验遵循的原则是单一变量原则。
6.某同学对101、102、103倍稀释液计数的平均菌落数分别为2760、295和16,则菌落总数为(所用稀释液体积为0.1mL)( )
A.2.76×104个/mLB.2.95×105个/mL
C.4.6×104个/mLD.3.755×104个/mL
解析:
选B 菌落计数法是计算不同稀释度的平均菌落数。
首先选择平均菌落数在30~300之间的平板,以该平均菌落数与体积之比乘以稀释倍数即为该样品的细菌总数。
若所有稀释倍数的菌落数均不在30~300之间,则应以最接近300或30的平均菌落数进行计算。
7.下面是探究如何从土壤中分离出自生固氮菌与计数的实验,完成下列问题:
实验原理:
农田的表层土壤中,自生固氮菌的含量比较多。
将用表层土壤制成的稀泥浆,接种到无氮培养基上进行培养。
在这种情况下,只有自生固氮菌才能生长繁殖。
用这种方法,可以将自生固氮菌与其他细菌分离。
材料用具:
农田的表层土壤、无氮培养基、牛肉膏蛋白胨培养基、盛有9mL无菌水的试管、无菌吸管、无菌涂布器、无菌培养皿、盛有90mL无菌水的锥形瓶、恒温箱。
(1)方法步骤:
①倒平板:
分别将无氮培养基、牛肉膏蛋白胨培养基倒平板,应在______________操作。
②制备土壤稀释液:
取土样10g加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀。
用无菌吸管吸取上清液1mL,转至盛有9mL的无菌水的试管中,依次稀释到107稀释度。
③涂布:
按照由107~103稀释度的顺序分别吸取0.1mL进行平板涂布,每个稀释度下,无氮培养基应至少涂布____个平板,牛肉膏蛋白胨培养基涂布______个平板。
④培养:
放入恒温箱内,在28~30℃下培养3~4d。
⑤细菌的计数:
当菌落数目稳定时,选取菌落数在______的平板进行计数。
如果测定的平均值为50,则每克样品中的菌株数是________。
(稀释度是105)
(2)预期结果:
相同稀释度下,牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数________(填“多于”或“少于”)无氮培养基上的数目。
原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)在酒精灯火焰旁倒平板,可以避免杂菌的污染。
为了保证实验结果准确,一般设置3~5个平板,选择菌落数在30~300的平板进行计数,并取平均值,则每克样品中的菌株数为(50÷0.1)×105=5×107个。
(2)牛肉膏蛋白胨培养基作为对照,以消除无关变量对实验结果的影响,该培养基适合土壤中几乎所有细菌生存,所以它比无氮培养基上的菌落数
目多。
答案:
(1)①酒精灯火焰旁 ③3 1 ⑤30~300 5×107
(2)多于 无氮培养基上只有土壤中的自生固氮菌能生存繁殖,而牛肉膏蛋白胨培养基上几乎允许土壤中所有菌类生存
[课时跟踪检测]
一、选择题
1.发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种,消灭杂菌、获得纯种的方法不包括( )
A.根据微生物对碳源需要的差别,使用含不同碳源的培养基
B.根据微生物需要的生长因子的种类,在培养基中增减不同种类的生长因子
C.根据微生物遗传组成的差异,在培养基中加入不同比例的核酸
D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同种类的抗生素
解析:
选C 由于不同的微生物对碳源、氮源、无机盐、生长因子的需求不同,可以根据微生物的生长需求来配制特殊的培养基,以获得单一的纯种;也可以根据其对抗生素的敏感性不同,加入不同的抗生素来获得单一的纯种。
2.分离土壤中分解尿素的细菌时,对培养基的要求是( )
①加尿素 ②不加尿素 ③加琼脂 ④不加琼脂 ⑤加葡萄糖 ⑥不加葡萄糖 ⑦加硝酸盐 ⑧不加硝酸盐
A.①③⑤⑦B.②④⑥⑧
C.①③⑤⑧D.①④⑥⑦
解析:
选C 土壤中分解尿素的细菌能够合成脲酶,将尿素分解生成氨,利用尿素中的氮合成自身有机物。
培养基中尿素作为唯一氮源,分解尿素的细菌能生长,其他微生物不能生长;分离微生物要用固体培养基,需要加琼脂;土壤中分解尿素的细菌属于异养微生物,需要加葡萄糖作为碳源。
3.下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述,其中错误的是( )
A.用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基,经高温、高压灭菌后倒平板
B.取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1mL分别涂布于各组平板上
C.将实验组和对照组平板倒置,37℃恒温培养24~48h
D.确定对照组无菌后,选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数
解析:
选D 采用稀释涂布平板法统计菌落数目时,一般选择菌落数在30~300的实验组平板进行计数。
4.下列操作需要在火焰旁进行的是( )
①土壤取样 ②称取土壤 ③稀释土壤溶液 ④涂布平板 ⑤微生物的培养
A.①②③④⑤B.②③④⑤
C.③④⑤D.②③④
解析:
选D 实验操作过程要进行严格的无菌操作,除实验空间必须消毒外,每个操作步骤都必须在无菌区进行。
土壤的称取、溶液的稀释、涂布平板都需要在酒精灯火焰旁的无菌区(或接种箱内的酒精灯火焰旁)完成,以防止杂菌污染。
5.通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物。
在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长;在培养基中加入青霉素可抑制细菌和放线菌的生长;在培养基中加入10%酚可以抑制细菌和霉菌的生长。
利用上述方法不能从混杂的微生物群体中分离出的是( )
A.大肠杆菌B.霉菌
C.放线菌D.固氮细菌
解析:
选A 固氮微生物的生长不需要从培养基上获得氮源,可在缺乏氮源的培养基上正常生长;加入青霉素的培养基上不能生长细菌和放线菌,则可收获霉菌;加入酚的培养基使细菌和霉菌不能正常生长,而放线菌却能利用酚作为原料合成自身产物。
6.在做分离分解尿素的细菌实验时,一同学从对应稀释倍数为106的培养基上筛选出大约150个菌落,而其他同学只筛选出大约50个菌落。
该同学的结果产生的原因可能有( )
①土样不同 ②培养基被污染 ③操作失误 ④没有设置对照
A.①②③B.②③④
C.①③④D.①②④
解析:
选A 实验结果不同,最可能的原因是土样不同,其次是操作失误或培养基被污染,而与是否设置对照没有关系。
7.三个培养皿中分别加入10mL不同的培养基,然后接种相同的大肠杆菌样液。
培养36h后,计算菌落数,结果如下表。
下列相关叙述正确的是( )
培养皿
培养基成分
菌落数
Ⅰ
琼脂、葡萄糖
35
Ⅱ
琼脂、葡萄糖、生长因子
250
Ⅲ
琼脂、生长因子
0
A.该实验采用的是液体培养基
B.该实验采用平板划线法接种
C.Ⅰ和Ⅲ对照,说明大肠杆菌的生长不需要生长因子
D.Ⅱ和Ⅲ对照,说明大肠杆菌的生长需要葡萄糖
解析:
选D 该培养基加入了琼脂,故为固体培养基;对微生物进行计数时宜采用稀释涂布平板法接种,而不是平板划线法接种;Ⅰ与Ⅲ中有葡萄糖、生长因子两种变量,不能得出相应结论;Ⅱ和Ⅲ对照,自变量是有无葡萄糖,说明大肠杆菌的生长需要葡萄糖。
8.苯酚是工业生产排放的有毒污染物质,自然界中存在着降解苯酚的微生物。
某工厂产生的废水中含有苯酚,为了降解废水中的苯酚,研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株,筛选的主要步骤如下图所示,①为土壤样品。
下列相关叙述错误的是( )
A.图中②培养目的菌株的选择培养基中应加入苯酚作为碳源
B.如果要测定②中活细菌数量,常采用稀释涂布平板法
C.若图中④为对照实验,则其中应以苯酚作为唯一的碳源
D.使用平板划线法可以在⑥上获得单菌落
解析:
选C 用苯酚作为选择培养基中的碳源,也是微生物的能源物质,会影响其他微生物生长。
测定培养液中细菌数目常采用稀释涂布平板法。
若④为对照实验,则④中应含除苯酚外的其他碳源,⑤以苯酚作为唯一碳源。
使用稀释涂布平板法或平板划线法都可以在⑥上获得单菌落。
9.关于土壤中细菌的分离,下列正确的操作步骤是( )
①土壤取样 ②称取10g土壤,加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中 ③吸取0.1mL进行平板涂布 ④依次稀释至101、102、103、104、105、106、107倍的稀释液
A.①→②→③→④B.①→③→②→④
C.①→②→④→③D.①→④→②→③
解析:
选C 在分离土壤中某种细菌时,应先选取土样(10g),然后加无菌水获得土壤浸出液,并进行不同倍数稀释,最后将稀释液涂布到培养基表面进行