课题3　分解纤维素的微生物的分离优质课教案内容

《分解纤维素的微生物的分离》教学设计

一．教学导入

上一节探讨学习了尿素分解菌的分离，这节课我们以纤维素分解菌分离与纯化为例，巩固加深这方面技术的理解和掌握。

二．目标引领

1、简述纤维素酶的种类及作用（重点）

2、掌握从土壤中分离出分解纤维素的微生物的实验方法（重难点）

三．学生自主学习

阅读课题背景及教材P27：

1.棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物，其纤维素的质量分数可达92%～95%，亚麻、木材、作物秸秆等也富含纤维素。

2. 用分解纤维素的微生物处理后，纤维素可分解成糖。它不仅可以供给人们能量，还可以用于酿酒、酿醋等食品加工业，成为葡萄糖的替代品。 3.在土壤中有许多能利用和分解纤维素来作为能源的微生物，因为它们含有纤维素酶。

回答下列问题：

1、说出纤维素的化学组成和分布

2、人、兔、牛、蘑菇谁能利用纤维素？为什么？

3、纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质，植物每年产生的纤维素超过70亿吨，但却不会在地

球上大量的积累，为什么？

4、纤维素酶的组成如何？有什么作用？怎样验证它的作用？1U表示的含义是什么？

5、研究分解纤维素的微生物有什么意义（应用价值）？

四．教学过程

（一）纤维素和纤维素酶

1、说出纤维素的化学组成和分布

（1）纤维素的化学组成

纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是含量最丰富的多糖类物质。

（2）纤维素的分布

植物的根、茎、叶等器官都含有大量的纤维素。其中棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。

2、人、兔、牛、蘑菇谁能利用纤维素？为什么？

答：兔、牛、蘑菇。因为人不能合成纤维素酶

3、纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质，植物每年产生的纤维素超过70亿吨，但却不会在地球上大量的积累，为什么？

答：地球上富含许多纤维素酶，可以分解掉大量的纤维素

3、纤维素酶的组成如何？有什么作用？(重点）

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

纤维素

C1酶、Cx酶

纤维二糖

葡萄糖苷酶

葡萄糖

思考：如何验证纤维素酶的作用？

纤维素酶作用的验证实验：

①取二支20mL的试管

②各加入一张滤纸条

③各加入pH4.8，物质量为0.1mol/L的醋酸－醋酸钠缓冲液11ml和10ml ④在乙试管中加入1mL纤维素酶

⑤两支试管固定在锥形瓶中，放在140r/min的摇床上振荡1h ⑥结果：乙试管的滤纸条消失

讨论：乙试管的滤纸条为什么会消失？甲试管的作用是什么？

〖思考〗实验分析：P27的小实验是如何构成对照的？

在一支试管中添加纤维素酶，

另一支试管不添加纤维素酶；但需加入等量的缓冲液，不能加入蒸馏水，否则会影响溶液的pH。

注意：1U表示1个酶活力单位，是指在温度为25℃，其他条件，如PH等，均为最适的情况下，在1min内转化1mmol底物所需的酶量。

5、食物中的纤维素有什么作用？

答：食物中的膳食纤维可刺激胃肠蠕动和分泌消化液，有助于食物的消化和排泄。

6、研究分解纤维素的微生物有什么意义（应用价值）？

A 能够利用秸秆等废弃物生产酒精。

B 用纤维素酶处理服装面料等。

（二）、纤维素分解菌的筛选

〖思考〗如何筛选纤维素分解菌？依据什么原理？

1、筛选纤维素分解菌的方法是______________。该方法可以通过________反应直接筛选。

2、其原理是：刚果红可以与纤维素形成____________，当纤维素被_________分解后，红色复合物无法形成，出现以_____________为中心的________，我们可以通过____________来筛选纤维素分解菌。

〖思考〗刚果红染色法方法：

方法一：先____________，再加入刚果红进行颜色反应。

方法二：在____________时就加入刚果红。

〖旁栏思考题〗：

这两种方法各有哪些优点与不足？

方法一：培养后加刚果红

优点：颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。

缺点：操作繁琐，刚果红会使菌落间发生混杂。

方法二：培养前加刚果红

优点：操作简便，不存在菌落间混杂。

缺点1：产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈（可能选到淀粉菌）；

缺点2：有些微生物在培养时能降解色素，形成明显的透明圈（可能选到降解色素菌）。

练一练：

1、下列关于纤维素酶的说法，错误的是

A、纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种

B、纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖

C、纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁

D、葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖

2、利用刚果红法可以筛选出纤维素分解菌，下列说法错误的是

A、刚果红能与纤维素形成红色复合物 B、刚果红能与纤维二糖形成红色复合物 C、刚果红不能与葡萄糖形成红色复合物

D、若培养基上产生了透明圈，则说明已筛选出了纤维素分解菌

（三）、实验设计

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：

①分布环境

富含纤维素的环境中

②原因：为什么在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

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。

③实例：树林中多年落叶形成的腐殖土，多年积累的枯枝败叶等。

④讨论:如果找不到合适的环境，可以将滤纸埋在土壤中，将滤纸埋在土壤中有什么作用？你认为滤纸应该埋在土壤中多深？

答：将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对集中，实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境。一般应将滤纸埋于深约10cm左右的土壤中。

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所需要的微生物。

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。

纤维素分解菌的选择培养基配方

1）该配方中每种成分提供什么营养？

（2）

从物理性质看该培养基属于什么培养基？

（3）用该培养基筛选出来的都是纤维素分解菌吗？

说明：分析“纤维素分解菌的选择培养基配方”可知，该配方中的酵母膏也能够提供少量的碳源，因此其他微生物也能在该培养基中生长繁殖。只不过，由于酵母膏的含量极少，因此，只有以纤维素为碳源的微生物才能大量繁殖。

（2）操作：

称取土样20 g，在无菌条件下加入装有30 mL培养液的摇瓶中。将摇瓶置于摇床上，在30 ℃下振荡培养1～2 d，至培养液变混浊。吸取一定的培养液（约5 mL），转移至另一瓶新鲜的选择培养液中，以同样的方法培养到培养液变浑浊。

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基进行等比稀释101～107倍。

4.涂布,鉴别纤维素分解菌

(1) 纤维素分解菌的鉴别培养基配方

思考：a. CMC-Na是什么？

b. 该配方中每种成分提供什么营养？

c. 从物理性质看该培养基属于什么培养基？

D.

能否鉴定出纤维素分解菌？

⑶涂布平板：将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1ml涂布到平板培养基上，30℃倒置培养，至菌落长出。

5、纯化培养: 挑取产生明显透明圈的菌落，并接种到纤维素分解菌的选择培养基上，在300C－370C培养，可获得纯化培养。

四、结果分析与评价

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。

本课题对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选。但是，这只是分离纯化的第一步。为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行发酵产纤维素酶的实验。

一般是通过发酵后，对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的葡萄糖进行定量的测定。

纤维素酶的发酵方法有固体发酵和液体发酵两种。

1、固体发酵：

指微生物在没有或几乎没有游离水的固态的培养基上发酵的过程。

例：农村的堆肥、青饲料和做酒曲。

2、液体发酵：

在液态基质中微生物的发酵过程。现代微生物工业多为液体发酵，因适用面广，可精确调控、效率高、可机械化和自动化。

五. 随堂训练

1、在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌，符合下列哪一生物学观点？（ ）

A、生物结构与功能相适应的观点 B、生物结构与功能整体性观点

C、生物与环境相适应的观点 D、生物发展进化的观点

2、从土壤中分离获得某种微生物的步骤是（ ）

①土壤取样 ②梯度稀释 ③选择培养 ④菌悬液涂布平板 ⑤挑选出单个菌落

A、

①②③④⑤ B、①③②④⑤

C、

①②④③⑤ D、①④②③⑤

3、有关选择培养正确的叙述是（ ）

A、可以增加纤维素分解菌的浓度

B、可以减少纤维素分解菌的浓度

C、所用培养基是固体培养基

D、所用培养基是平板培养基

4.【生物

选修1：生物技术实践（15分）

有些细菌可分解原油，从而消除由原油泄漏造成的土壤污染。某同学欲从污染的土壤中筛选出高效降解原油的菌株。回答问题：

⑴在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以_____________ 为唯一碳源的固体培养基上，从功能上讲，该培养基属于_____________ 培养基。

⑵纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有两种，即 _____________和 _____________。

⑶为了筛选出高效菌株，可比较单菌落周围分解圈的大小，分解圈大说明该菌株的降解能力__________。

⑷通常情况下，在微生物培养过程中实验室常用的灭菌方法有__________、 和__________。无菌技术要求试验操作应在酒精灯__________附近进行，以避免周围环境中微生物的污染。

六．课堂总结