课题3　分解纤维素的微生物的分离优质课教学设计

专题2 课题3 分解纤维素的微生物的分离

【导学诱思】

1．纤维素是

类物质，

是自然界中纤维素含量最高的天然产物，此外，木材、作物秸秆等也富含纤维素。

2．纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即

、

和

，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成

。正是在这三种酶的协同作用下，纤维素最终被水解成葡萄糖，为微生物的生长提供营养，同样，也可以为人类所利用。

3．在做纤维素酶分解纤维素的实验过程中，如果没有摇床，可以采用何种方法代替？

4．筛选纤维素分解菌可以用

法，这种方法能够通过

直接对微生物进行筛选。

5．在土壤中取样的方法有：①

；②

。

5．刚果红是一种

，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不和水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。

思考：

①怎样利用刚果红的这一特点来筛选纤维素分解菌？

②利用刚果红染色的方法有几种？各自的优缺点是什么？

6．分离分解纤维素的微生物的实验流程图如下：

→

→梯度稀释→

→

。

思考：⑴此流程图与样品的稀释和稀释液的取样培养流程图有何异同？

⑵为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

⑶将滤纸埋在土壤中有什么作用？你认为滤纸应该埋进土壤多深？

【疑难点拨】

1．分离分解纤维素的微生物的实验流程与稀释液的取样培养流程图有何异同？

它们的区别是：稀释液的取样流程图是将土样制成的菌悬液直接涂布在以尿素为唯一氮源的选择性培养基上，直接分离得到菌落。分离分解纤维素的微生物的实验流程通过选择培养，使纤维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选择培养基上。其他步骤基本相同。

2．将滤纸埋在土壤中有什么作用？你认为滤纸应该埋进土壤多深？

将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对聚集，实际上是人工设置纤维素分解菌的生存的适宜环境。一般应将纸埋于深约10cm左右腐殖土壤中。

3．两种刚果红染色法的比较

刚果红在筛选纤维素分解菌上的应用已经有超过20年的历史，在本课题中我们给出了两种方法。方法一是传统的方法，缺点是操作繁琐，加入刚果红溶液会使菌落之间发生混杂；其优点是这样显示出的颜色反应基本上纤维素分解菌的作用。方法二的优点是操作简便，不存在菌落混杂的问题，缺点是由于纤维素和琼脂、土豆汁中都含有淀粉类物质，可以使能够产生淀粉酶的微生物出现假阳性反应。但这种只产生淀粉酶的微生物产生的透明圈较为模糊，因为培养基中纤维素占主要地位，因此可以与纤维素酶产生的透明圈相区分。方法二的另一

缺点是：有些微生物具有降解色素的能力，它们在长时间培养过程中会降解刚果红形成明显的透明圈，与纤维素分解菌不易区分。

4．为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？

在选择培养的条件下，可以使那些能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖，而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的作用。

【典例解析】

例1．有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是

A．发酵中要不断通入空气

B．培养条件不当将不能得到产品

C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡

D．冷却水可使酶活性下降

解析：进行谷氨酸发酵的菌种是异养需氧型微生物，所以要在培养过程中不断通入空气，但是必须通入的是无菌空气，普通空气是不行的，容易造成杂菌污染。搅拌不但使空气成为小气泡以增加培养基中的溶氧量，还能使培养基与菌种充分接触，提高原料的利用率。在培养过程中，由于微生物的代谢产热和机械磨擦生热，会使培养基的温度升高，高到一定程度，就会使酶的结构和核酸的结构遭到破坏，培养会因此而受到影响。降低温度，是保证酶正常活性的条件之一而不会使酶的活性下降。当培养条件不恰当时，不能得到谷氨酸。如pH降低时将得到乙酰谷氨酰胺，溶氧低时将得到乳酸或琥珀酸。

答案：B 例2．温度对发酵过程的影响，不正确的是

A．温度过高，发酵周期缩短，产量降低

B．温度不影响生物合成的途径

C．温度能影响菌种对营养物质的吸收

D．菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同

解析：解答此题需要从以下几方面入手分析：第一，发酵过程需要适宜的温度，如果温度过高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期就会缩短，产量也会降低；第二，温度能影响生物合成的途径，这是因为生物合成过程需要酶，酶的活性与温度高低有关；第三，菌种吸收营养物质一部分是通过主动运输来完成的，需呼吸作用提供能量，这与温度有关；第四，菌体生长和产物合成需体内旺盛的代谢作基础，而用于生长繁殖和代谢产物生成的酶不同，因此所需的最适宜的温度也不一定相同。

答案：B 例3．（2005年北京卷）某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机化合物A，研究人员用化合物A、磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如下图所示。请分析回答问题：

⑴培养基中加入化合物A的目的是筛选

，这种培养基属于

培养基。

⑵“目的菌”生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的

，实验需要振荡培养，由此推测“目的菌”的代谢类型是

。

⑶培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量

的培养液，接入新的培养液中连续培养，使“目的菌”的数量

。

⑷转为固体培养时，常采用

的方法接种，获得单菌落后继续筛选。

⑸若研究“目的菌”的生长规律，将单个菌落进行液体培养，可采用

的方法进行计数，以时间为横坐标，以

为纵坐标，绘制生长曲线。

⑹实验结束时，使用过的培养基应该进行

处理后，才能倒掉。

解析：题干中首先说明了A是有机物，后来在培养基中双增加了磷酸盐、镁盐以及微量元素，通过比较各培养瓶中A的多少，选出“目的菌”，由此还可推断出“目的菌”所需碳源和氮源来自A，是异养型。获得“目的菌”种后，选进行扩大培养，培养过程中及培养结束后注意灭菌。

答案：

⑴目的菌

选择

⑵化合物A

异养需氧型

⑶减少

增加

⑷划线

⑸定期取样“目的菌”数目的对数

⑹灭菌

【课堂演练】

1．下面是弗来明对青霉素的早期研究过程：

发现问题：在培养细菌的器具中发现一种青霉菌，在这种青霉菌的周围有没有其它细菌生存?为什么会产生这种现象? 提出假设：

设计实验：在液体中培养青霉菌后，考察这种液体对细菌增殖的影响。

实验结果：培养液使细菌的增殖停止。

结论：下面几项最适合作为该实验假设的是

A．青霉菌与细菌之间是共生关系 B．青霉菌污染了细菌生存的环境

C．青霉菌产生了对人体有益的物质 D．青霉菌能产生抑制细菌增殖的物质

2．培养流感病毒时，应选用

A．固体培养基 B．含有多种无机盐的培养液 C．活的鸡胚 D．无菌的牛肉汤

3．以下关于微生物对氧的需求的叙述中正确的是

A．产甲烷杆菌属厌氧呼吸，但氧的存在不影响其生存

B．链球菌进行厌氧呼吸，不能接触空气

C．黄色短杆菌在氧气充足时才能产生谷氨酸

D．谷氨酸棒培育杆菌是厌氧呼吸

4．可以使微生物细胞内蛋白质、核酸发生不可逆破坏的环境加素是

A．高温 B.营养成分的变化 C.氧含量 D.温度、pH、氧的共同作用

5．微生物（除病毒外）需要从外界吸收营养物质并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是

A．乳酸菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的

B．微生物生长中不可缺少的一些微量的无机物称为生长因子

C．培养基中的营养物质浓度越高对微生物的增殖越有利

D．生长因子一般是酶或核酸的组成成分，微生物本身合成这些生长因子的能力往往不足

6．下列有关味精生产的一些措施的叙述，正确的是 A．常用的菌种是谷氨酸棒状杆菌和金黄色葡萄球菌 B．培养基是含有五种营养成分的合成培养基 C．在发酵中要控制的只是温度、pH、通气量 D．味精是谷氨酸经Na2CO3中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离而成

7．菌落形成的根本原因是

A．细菌有鞭毛

B．细菌能运动

C．培养基有琼脂

D．子细胞成为群体

8．在接种操作的过程中，不正确的是

A．要将接种环灼烧灭菌

B．取下棉塞后要将试管口灼烧灭菌

C．将接种环伸入试管内，先接触长菌多的部位

D．接种后还要将管口灭菌加塞

9．高压蒸气灭菌的原理是

A．高压使细菌DNA变性

B．高压使细菌蛋白质凝固变性

C．高温烫死细菌

D．高温使细菌DNA变性

10．某种细菌每30分钟分裂一次，开始接种时为3个细胞，在对数生长期培养5个小时后，问此时有多少细胞？

A．15

B．48

C．1024

D．3072 11．（10分）某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌和酵菌混在一起。该同学设计下面的实验，分离得纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。

(1)实验原理：圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养条件下生长繁殖而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖。

(2)材料用具：（略）

(3)主要步骤：

①制备两种培养基，一种是 培养基，另一种是 培养基，将两种培养基各自分成两份，依次标上A、a和B、b。

②分别向A、B培养基中接种混合菌，适宜条件培养了3—4天。

③分别从A、B培养基的菌落中挑取生长良好的菌并分别接种到a、b培养基中，适宜条件下培养3—4天。

(4)请同答：

①将题中的空处填充完整： 培养基和 培养基。

②本实验中，根据上述原理配制的培养基的类型属于 培养基。

③根据所需目的配制上述培养基时除营养要协调外还应注意 。

④实验步骤中第③步的目的是 。

⑤圆褐固氮菌与酵母菌在结构上的主要差异为 。

⑥青霉素抑制圆褐固氮菌的生长繁殖，其作用机理是破坏或抑制其细胞壁的形成。请据此推测不影响酵母菌等真菌生长繁殖的原因是 。

12．(7分)为了研究细菌对青霉素抗药性形成的机理，有人设计了如下实验方案：

步骤1 取培养皿A若干(A1、A2、A3……)，加人普通细菌培养基；取培养皿B若干(B1、B2、B3……)，加入含青霉素的细菌培养基。

步骤2 将适量细菌培养液涂抹在培养皿A1的培养基表面，放在适宜的条件下培养一段时间，培养基的表面会出现一些细菌菌落。

步骤3 用灭菌后的丝绒包上棉花制成的一枚“印章”，在A1上轻轻盖一下，再在B1上轻轻盖一下，这样A1中的细胞就按一定的位置准确的“复制”到了B1之中。将B1培养一段时间后，B1中一定部位出现了少量菌落。

步骤4 根据B1中菌落出现的方位，将A1中对应位置的菌落取出，均匀涂抹在A2表面，培养一段时间后，培养基表面又会出现许多菌落。

反复重复步骤3、4，在B2、B3……中保留下来的菌落越来越多。直到最后，所有“复制”到B中的菌落全都保留下来，都具有对青霉素的抗药性。

(1)普通培养基中的营养要素物质有 。根据培养基的用途，加人青霉素的培养基属于 。实验过程中为了缩短时间，最好在细菌生长的哪一个时期接种? (2)细菌抗药性的产生是细胞出现 的结果。根据现代进化理论，青霉素在细菌抗药性形成过程中起 的作用。实验中所用的细菌的代谢类型属于 。

(3)如果B1中没有菌落保留下来，实验就无法进行下去。若要使实验进行下去，可以采

用的方法有 。

13．（9分）根据实验原理和材料用具，设计实验确定细菌质粒的抗菌素基因所抗的抗菌素的类别。

实验原理：作为运载体的质粒，需有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。有抗性基因的质粒可用做运载体。

材料用具：青霉素、四环素各10万单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、无菌水、恒温箱

方法步骤：

第一步

第二步

第三步

预期：

1—5 DC C AD 6—10 DDCBD 11．(4)①无氮 含青霉素的 ②选择 ③pH要适宜 ④分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌⑤圆褐固氮菌无成形的细胞核 ⑥圆褐固氮菌为原核生物，其细胞壁主要为糖类和蛋白质，而酵母菌则不同

12．(1)碳源、氮源、生长因子、无机盐和水 选择培养基 对数期

(2)基因突变 选择 异养需氧型

(3)用适量紫外线照射一段时间(其它引起基因突变的方法也行) 13．共9分 第一步：取3个含培养基的培养皿，分别编为1、2、3号，用三只注射器分别向3个培养基中注入1毫升无菌水、青霉素液、四环素液，并使之均匀分布在整个培养基表面。

第二步：将接种环在酒精灯上灼烧，并在酒精灯旁取菌种接种于3个培养基

第三步：将接种后的培养基放在37的恒温箱中培养24小时。

预期：1号培养皿中的细菌正常生长，2、3号培养皿的细菌能正常生长的说明有抗性基因。仅在2号存活的说明有青霉素抗性基因，仅在3号存活的说明有四环素抗性基因，在2、3号中都能存活的，说明该质粒上有两种抗性基因。（前两空各2分，后1空3分）