课题3　分解纤维素的微生物的分离优质课教案

《分解纤维素的微生物的分离》教学设计

授课人：重庆市凤鸣山中学

孟玉莲

1教学目标

1.1知识与技能

（1）说出纤维素酶催化纤维素分解的原理；

（2）说出使用刚果红染料筛选纤维素分解菌的原理，列举几种常见的鉴别培养基；

（3）掌握分离分解纤维素的微生物的实验技能。

1.2过程与方法

（1）通过模拟实验操作，掌握实验室无菌操作的方法；

（2）通过模拟实验操作，掌握稀释涂布平板法；

（3）通过实践活动，掌握土壤取样，选择培养和鉴别培养的方法。

1.3情感态度价值观

（1）通过实践活动，课堂模拟实验等科学体验，获得生物科研的真实职业体验。

（2）通过了解科学研究的漫长过程，认识到科研成果的宝贵；

（3）通过体验活动，体会科技工作者需要耐心，细心的优良品质，严谨，求实的科研精神；

（4）通过燃料乙醇等介绍，意识到科技能改变我们的生活，形成不断探索的科学精神。

2学情分析

本课位于人教版选修一《生物技术实践》专题二微生物的培养与应用的最后一课，关于微生物培养，无菌操作，选择培养的基础知识在前两个课题中已经介绍，本课通过从土壤中分离能分解纤维素的微生物对前两课涉及的微生物技术进行了复习式的综合应用，同时介绍了鉴别培养的新知识新方法。

如果只讲授法教学，同学们只是记住了课本知识，而对技术本身并无直观经验。据2015年修订的《普通高中生物学课程标准》，明确生物学核心素养包含四个层次内容，即生命观念，理性思维，科学探究，社会责任。本课内容除前两层次内容外，对科学探究和社会责任均可设计好的渗透。本课涉及的知识是生物学研究的实验基础技术，对同学们更深入了解生物学研究非常有帮助，若通过这一节课进行课上及课下的模拟实验操作，对同学们来说也是难得的职业体验，而体验本身更可以反哺知识体系的建构，技术类的课程教学应给同学们更多直接动手操作的机会。本节课位于专题二最后，同学们微生物技术的基础知识储备充分，可以安排课上模拟实验的课程设计环节。

3重点难点 3.1教学重点

（1）纤维素分解菌的选择培养

（2）纤维素分解菌的筛选方法

3.2教学难点

刚果红染色法鉴别纤维素分解菌

4课程准备

提前一周组织年级生物兴趣小组的同学进行土壤取样，配制培养基，准备无菌设备等前期准备，再用高压蒸汽灭菌的选择培养基对土壤样品选择培养两轮。让同学们自行设计实验

组，对照组后，对土壤菌液稀释涂布平板操作，接种在鉴别培养基上，培养两天后，用于课程。

5教学过程

5.1课程导入

大家了解我国汽油有哪些编号吗？大家见过这样（E93）的汽油编号吗？带E编号的汽油有什么特别吗？带E汽油是指乙醇汽油，E10即含10%的燃料乙醇的汽油。现在在我国的东三省，江苏，河南等地都只售卖乙醇汽油。同学们觉得这样的汽油有什么优势呢？没错，它能减少尾气污染，对环境有利。现在美国甚至有大量掺混85%乙醇的汽车上路。

那么这大量需求的燃料乙醇是怎么获得呢？现在通常用含大量糖类的玉米或甘蔗发酵制得，即以粮换醇的道路，但这却把燃料乙醇推向与人争粮，与粮争地的尴尬境地，一度备受指责。我国人口众多，粮食问题更为突出，同学们有什么解决办法吗？科学家们与大家想的一样，将目光投向了纤维素，作为地球上含量最丰富的多糖，纤维素乙醇是世界公认的燃料乙醇发展发向。

5.2知识梳理——基础知识

用纤维素酶分解纤维素是制作纤维素乙醇的第一步，我们先来认识一下它们吧。这是纤维素的结构式，纤维素基本单位葡萄糖，不溶于水，它容易获得吗？（S:容易获得）在现在被直接燃烧处理的秸秆中就能获得大量纤维素，因为它是构成植物细胞壁的主要成分。

纤维素酶和RNA聚合酶类似，也是多种酶的复合体，它有哪些组分？（S:C1酶，Cx酶和葡萄糖苷酶）

如何催化反应？（S:前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成葡萄糖）

同学们能用化学反应流程图的方式来表示这个过程吗？请大家在教材上进行整理。

（S:）

活动1：演示实验——土壤的神奇分解能力

纤维素的存在很广泛，被大量焚烧处理的秸秆就含量丰富，那么怎样获得纤维素酶呢？老师给大家变个魔术，取两支相同的试管编号甲，乙，各加一张相同滤纸条，甲试管加入5ml蒸馏水，乙号试管加入5ml神秘液体，24小时后，咦，乙试管的滤纸条神秘消失了！这个神秘液体是什么呢？哦，颜色暴露了它的身体，正是土壤浸出液。滤纸条的主要成分是纤维素，土壤中的某些微生物能够产生纤维素酶，从而让土壤获得超强的分解能力。今天我们就试试对这些土壤中的纤维素分解菌分离培养。

活动2：学生实验——刚果红染色

培养土壤微生物大家会吗，可怎样慧眼识珠，将能分解纤维素的维生物给辨别出来呢？老师给大家介绍一种染料，刚果红,英文缩写CR。大家看看它有什么作用呢？

（S回答：与淀粉，纤维素等多糖物质形成红色复合物，但并不和纤维二糖或葡萄糖发生这样的反应）

同学们的桌上已经接种土壤微生物的培养基，培养基的成分里有大量纤维素，试剂瓶中有配好的刚果红，大家先染色。CR染色需要10分钟左右，大家估计染色后会出现什么结果？（S:培养基其它地方红色，有纤维素分解菌生长的地方纤维素被分解，不能染色，出现透明圈）为什么为出现透明圈？出现透明圈说明什么？因此我们就可将是否出现透明圈作为鉴别纤维素分解菌的依据之一了。

而像这样含有某种特定化合物或试剂，能与某种微生物的某代谢产物发生某类明显特征性反应的培养基即叫鉴别培养基，通过在鉴别培养基上培养微生物，可根据这一特征性反应

可以将某种微生物与其他种微生物区别开来。同学们还知道些鉴别培养基呢？（S:如前一节出现的鉴别大肠杆菌用的伊红-美蓝培养基，和鉴别尿素分解菌的加入酚红指示剂的斜面培养基）

5.3纤维素分解菌的选择培养

土壤微生物种类繁多，能分解纤维素的少之又少，全部来培养后来一一鉴别是不可完成的任务，有没有什么方法能提前将纤维素分解菌富集起来再鉴别呢？（S:选择培养）对选择培养，我们班级生物兴趣小组的同学利用课余时间开展了纤维素分解菌选择培养的研究活动，让他们来给我们分享一下培养的成果吧！

同学成果报告（5 min）

一．

前期准备

土壤取样（土样选择）

培养基配制

无菌操作

二．

实验过程

三．

收获与感悟

选择培养的流程同学们清楚了吗？请大家思考两个小问题：

1：选择培养使用的是液体培养基还是固体培养基？

(S:纤维素分解菌的选择培养目的是富集培养，选用液体培养基更利于目标菌体的快速繁殖，大量富集。) 2. 请设计一个实验，说明选择培养的作用？

（S: 用肉汤培养基设计对照）

5.4 纤维素分解菌的鉴别培养

环节一：自主学习

通过富集培养，我们获得了浓度较高的纤维素分解菌，下一步实验流程是什么呢？（S:梯度稀释，涂布平板）接下来请同学们完成以下学习任务（4 min）：

1.阅读教材P28—P29实验设计部分，熟记实验流程及操作

2.将刚果红倒至废液缸，用4滴管NaCl溶液漂洗10 min 好，同学们记住实验流程了吗？S: 实验流程是：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（师生互动，黑板演示）

环节二：观看演示实验视频

前两个步骤生物兴趣小组的同学们给大家做了汇报，接下来的操作应该如何进行呢？请仔细观看演示视频。

（播放老师演示实验视频）

环节三：学生模拟实验

同学们看明白了吗，步骤记清楚了吗，接下来大家将模拟实验倒平板-梯度稀释-涂布平板操作。开始实验前，老师要提醒大家注意：

1.

操作请务必戴手套

2.

酒精灯，涂布器等玻璃器皿小心取放

3.

酒精灯使用小心火焰烫伤

4.

移液器吸取液体后，务必枪头朝下

（分小组合作，模拟超净工作台中实验流程）

环节四：鉴别培养结果展示

细菌的培养需要24小时，大家一定迫切的想知道最终结果，这是兴趣小组同学的培养结果，先来看看他们无菌操作得怎样，在空白对照的培养基表面没有生长任何细菌，完美！随着稀释度增加，长出的菌落变少，稀释操作-完美！与对照组相比在鉴别培养基表面长出

较少菌落，起到一定选择培养效果，完美！

环节五：刚果红染色实验结果反馈

但是这些菌落都是纤维素分解菌吗？（S:不一定）怎么鉴别菌的类别呢？（刚果红染色）染色的结果就在同学们的手中，经过漫长的选择培养，鉴别培养，染色漂洗实验的成败就在此一举，同学们将用刚果红染色的平板取出倒掉nacl,你能看到透明圈吗？将结果标在黑板上（S,展示台展示）

还有很多没有观察到实验现象，可能是培养时间过短，纤维素酶产生量过低，或活性不足，没能产生明显的透明圈所致。如果延长培养时间可能观察到透明圈。但我们使用的染色方法即使在超净工作台中观察，也不能在染色后继续培养了，因为用液体染色漂洗时可能已经将不同菌落混杂在一起，菌种已经不纯。并且这种方法染色操作繁琐，同学们有没有其它染色方法能解决这个问题？（S：在培养细菌前即加刚果红）

这两个平板是我按方法二先染色，后接种细菌得到，刚接种时，培养基全被染成红色，随纤维素分解菌落的生长，纤维素酶不断被产生出，分解培养基中的纤维素，菌落附近的红色复合体也逐渐消失，变回透明状态。不需要后续溶液处理，当然不存在菌落混杂的问题。但这种染色方法也存在一些问题，纤维素被分解会出现透明圈，但若是有微生物的能力是分解红色复合体，颜色直接消失，也会出现明显的透明圈。甚至刚果红的鉴别并不只针对纤维素，同样作为多糖的淀粉也能与刚果红产生红色复合物，因此能分解淀粉的细菌菌落也能形成模糊透明圈。

环节六：课题延伸

我将在课后对这两个平板继续培养，我们还有机会挑选出纤维素分解菌。如果挑选得到纤维素分解菌，我们如何利用它们来生产燃料乙醇呢？（S:发酵产纤维素酶的实验，测定纤维素酶）通过液体或固体发酵，我们培养得到大量菌体，利用它们发酵产生的纤维素酶就能分解纤维素，生产燃料乙醇啦！

（4）结课

原来看起来高大上的科学研究离我们如此近，只要我们找到恰当的选择培养和鉴别的方法，就能从不起眼的土壤中发现到宝。科学家的寻宝之旅还在进行，他们从垃圾场的土壤中得到能分解塑料的菌种，从被废弃的矿山上发掘能吸附重金属的细菌，在满是油污的泥泞中找出分解石油的细菌，他们寻宝不断，同学们有没有看得热血沸腾？那么请加入我们的生物兴趣小组，只要有好点子，也许下一个震惊世界的发现者就是你！

6板书设计

分解纤维素的微生物的分离

一、基础知识

1.

纤维素

2.

纤维素酶

3.

筛选方法：

刚果红染色法

二、实验流程

土壤取样

选择培养

梯度稀释

将样品涂布到鉴别培养基上

挑选产生透明圈的菌落