课题3　分解纤维素的微生物的分离教学评价实录

《分解纤维素的微生物的分离》教学设计

湖北省荆门市龙泉中学 生物教师 文勇

一、教材分析

本课题作为课题1的应用和课题2的深入，分离某种特定的微生物，难度较大、探索性更强，在高考中考查的可能性也很大。教材在课题背景中利用学生已经学过的纤维素的化学组成推广到生活中纤维素的广泛分布和应用。而若要充分利用纤维素，就应将其分解，引导学生自然而然地过渡到分解纤维素的微生物及其产生的相关酶。之后，教材紧接介绍了纤维素、纤维素酶以及如何从土壤中分离分解纤维素的微生物，通过对课题中实验设计思路的深入学习，要求学生掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）能简单叙述纤维素酶的种类和作用。

（2）能从土壤中分离出分解纤维素的微生物，了解这类微生物的应用。

（3）掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

2、过程与方法

分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，掌握实验操作的原理。

3、情感、态度与价值观

（1）通过自主设计、完成实验，培养勇于探究的科学精神。

（2）通过了解土壤中能分解纤维素的微生物在保护环境中的作用，增强社会责任感。

三、教学重难点

1．重点

从土壤中分离分解纤维素的微生物。

2．难点

从土壤中分离分解纤维素的微生物。

四、教学准备

多媒体课件。

五、课时安排

1课时。

六、教学过程

【课程导入】

以一则新闻--《纤维素乙醇的生产》来导入，石油等化石燃料并不是取之不尽，用之不竭；开发新能源是当前的热点话题。有没有一种能够再生的材料来代替化石燃料呢？答案是肯定的，纤维素就是其中的一种。

为什么纤维素有希望来代替化石燃料？

地球上的植物每年产生的纤维素在70亿吨以上；

人和动物难以将纤维素分解利用，但是一些微生物能够产生纤维素酶将纤维素分解为葡萄糖再被利用。

我们怎样获得这种的关键性的酶呢？

这节课就让我们一起来学习《分解纤维素的微生物的分离》。

【基础知识】

（一）纤维素和纤维素酶

1、棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。

2、纤维素酶的组成及作用：纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶，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葡萄糖。

（二）纤维素分解菌的筛选

1、方法：刚果红染色法

2、纤维素分解菌筛选方法的原理:刚果红是一种染料，它可以与纤维素形成红色复合物，但并不和纤维二糖、葡萄糖发生这种反应。当纤维素被纤维素酶分解后刚果红—纤维素的复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解为中心的透明圈。这样我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

【实验设计】

（一）分离分解纤维素的微生物的实验流程

土壤取样→选择培养→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落

1、土壤取样

选择纤维素丰富的环境，依赖于生物与环境的互相依存关系，在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的含量相对提高，因此从这种土壤中获得目的微生物的几率要高于普通环境。

2、选择培养

（1）目的：增加纤维素分解菌的浓度，以确保能够从样品中分离到所需要的微生物

（2）操作：将土样加入装有30ml选择培养基的锥形瓶中，将锥形瓶固定在摇床上，在一定温度下震荡培养1～2天，直至培养液变浑浊。也可重复选择培养。

3、梯度稀释

按照课题1的稀释操作方法，将选择培养后的培养液进行等比稀释101~107倍，之后，将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上。

4、将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

（1）制备培养基：参照旁栏中的比例。

（2）倒平板操作。

（3）涂布平板：将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1ml涂布在培养基上，30℃倒置培养，菌落周围会出现明显的透明圈。

5、挑选产生透明圈的菌落

参照课本刚果红染色法，挑选产生透明圈的菌落，一般即为分解纤维素的菌落

（二）刚果红染色法

方法一：先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应

方法二：在倒平板时就加入刚果红

方法一

缺点是操作烦琐，加入刚果红溶液会使菌落之间发生混杂；

优点是这样显示出的颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。

方法二

优点是操作简便，不存在菌落混杂问题；

缺点一是由于培养基中还含有淀粉类物质，可以使能产生淀粉酶的微生物出现假阳性反应；缺点二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。

（三）土壤中纤维素分解菌的分离实验的具体操作步骤

1、土样采集

土样采集的方法与本专题课题2类似。土样的采集要选择富含纤维素的环境，这是因为在纤维素含量丰富的环境，通常会聚集较多的分解纤维素的微生物。如果找不到合适的环境，可以将滤纸埋在土壤中，过一个月左右也会有能分解纤维素的微生物生长。

2、选择培养

选择培养需要的仪器有：250 mL锥形瓶、无菌称量瓶、药匙、1 mL和10 mL的移液管、天平、摇床、温度计等。

培养基的制备参照课本旁栏中的比例配制。在250 mL锥形瓶中装入30 mL培养基，用8层纱布做成瓶塞，将瓶口塞紧，再在瓶塞外包裹两层包装纸（或报纸），用线绳扎紧，在121 ℃下高压蒸汽灭菌20 min。

选择培养的操作：称取土样20 g，在无菌条件下加入装有30 mL培养基的摇瓶中。将摇瓶置于摇床上，在30 ℃下振荡培养1～2 d，至培养基变混浊。此时可以吸取0.1 mL培养液进行梯度稀释和涂布平板，也可以按课本中所述，重复选择培养的步骤一次，然后再进行梯度稀释和涂布平板。

3、刚果红染色法分离纤维素分解菌

这一步所需要的仪器有：无菌培养皿、涂布器、1 mL移液管，装有9mL无菌水的20 mL大试管，温箱等。

培养基的制备参照课本旁栏中的比例配制。在500 mL三角瓶中装入200 mL培养基，在121 ℃下高压蒸汽灭菌20 min。

倒平板操作：将灭菌后的固体培养基熔化，按无菌操作的要求，在无菌的培养皿中倒入15～20 mL培养基，凝固后待用。

制备菌悬液：按照本专题课题1的稀释操作方法，将选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大倍数至106。

涂布平板：将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1 mL，滴加在平板培养基上，用涂布器将菌液涂布均匀，在30 ℃倒置培养，至菌落长出。每个稀释度下需涂布3个平板，并注意设置对照。刚果红染色的具体操作步骤参照课本［资料三］。

（四）课题成果评价

1、培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选出菌落：对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明培养基制作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。

2、分离的结果是否一致：由于在土壤中细菌的数量远远高于真菌和放线菌的数量，因此最容易分离得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同，学生也可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。

七、课堂小结

纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶，

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葡萄糖。纤维素分解菌的筛选方法是刚果红染色法，它有两种方法，一是先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应；二是在倒平板时就加入刚果红

。

八、课后作业

1．下列关于配制培养基的叙述，正确的是(

) A．配制固体培养基必须加入琼脂

B．pH调至6.5～7.5的培养基可培养放线菌

C．培养自生固氮菌的培养基中不需添加氮源

D．发酵工程一般用半固体培养基或液体培养基

2．某同学用牛肉膏蛋白胨固体培养基进行大肠杆菌纯化培养，下列说法错误的是(

) A．蛋白胨可为大肠杆菌的生长提供氮源和维生素等营养

B．牛肉膏蛋白胨培养基需经高压蒸汽灭菌后调节pH C．倒平板操作中，待平板冷却凝固后将平板倒过来放置

D．大肠杆菌纯化培养可以采用平板划线法或稀释涂布平板法

3．微生物培养是微生物工程中的基础技术，下列相关叙述正确的是(

) A．病毒和细菌的培养基成分相同

B．平板划线法中的“线”是连续的、不分区域的

C．微生物培养基中并不是都必须添加碳源或氮源

D．在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养皿进行消毒

4．稀释涂布平板法是微生物培养中的一种常用的接种方法。下列相关叙述错误的是(

) A．操作中需要将菌液进行一系列的浓度梯度稀释

B．需将不同稀释度的菌液分别涂布到固体培养基表面

C．不同浓度的菌液均可在培养基表面形成单个的菌落

D．对培养基和涂布器等均需进行严格灭菌处理

5．某学者欲研究被石油污染过的土壤中细菌的数量，并从中筛选出能分解石油的细菌。下列操作错误的是(

) A．利用平板划线法对细菌进行计数

B．用以石油为唯一碳源的培养基筛选

C．采用稀释涂布平板法分离菌种

D．称取和稀释土壤样品时应在酒精灯火焰旁

6．下表为某培养基的配方，有关叙述正确的是(

) 成分

蛋白胨

葡萄糖

K2HPO4

伊红

美蓝

蒸馏水

含量

10 g 10 g 2 g 0.4 g 0.065 g 1 000 mL A.从物理性质看该培养基属于液体培养基，从用途看该

培养基属于选择培养基

B．培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖，属于氮源的

物质是蛋白胨

C．该培养基缺少提供生长因子的物质

D．该培养基调节合适的pH后就可以用于接种菌种

7．下列关于微生物培养和利用的叙述，不正确的是(

) ．A．利用稀释涂布平板法既能分离微生物也能对微生物进行计数

B．接种时连续划线的目的是将聚集的菌种逐步分散获得单个菌落

C．以尿素为唯一氮源且含酚红的培养基可选择和鉴别尿素分解菌

D．选择培养基作用的原理是显现某微生物的特征，以区别于其他微生物

8．下列有关分解纤维素的微生物分离的叙述，不正确的是(

) ．A．在加入刚果红的培养基中，当纤维素被纤维素分解菌释放的纤维素酶分解后会出现透明圈

B．在用刚果红染色时只能先培养微生物再加入刚果红，不能在倒平板时加入

C．纤维素酶的发酵方法有液体发酵法和固体发酵法

D．纤维素酶的测定方法，一般是对所产生的葡萄糖进行定量的测定

9．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

10．农田土壤的表层，自生固氮菌的含量比较多，将用表层土制成的稀泥浆，接种到特制的培养基上培养，可将自生固氮菌与其他细菌分开，对培养基的要求是(

) ①加抗生素

②不加抗生素

③加氮素

④不加氮素

⑤加葡萄糖

⑥不加葡萄糖

⑦37 ℃恒温箱培养

⑧28～30 ℃温度下培养

A．①③⑤⑦

C．②④⑤⑧

九、教学反思

这节内容实验思路清晰，从基础知识导入到提取微生物的实验方法，学生在借鉴尿素分解菌的分离以及微生物接种培养的过程中，掌握速度很快，难度不大，但关键仍在于进B．②④⑥⑧

D．①④⑥⑦

一步的应用和提升，组件拓展到熟练掌握提取土壤中的特定微生物的实验设计方法。