课题3　分解纤维素的微生物的分离名师教学视频（文字实录）

普通高中课程标准实验教科书——生物选修1[人教版] 课题3 分解纤维素的微生物的分离----教学设计

★课题目标

（一）知识与技能

简述纤维素酶的种类及作用，从土壤中分离出分解纤维素的微生物；掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术

（二）过程与方法

分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，弄懂实验操作的原理

（三）情感、态度与价值观

领悟科学探究的方法，发展科学思维和创新能力

★课题重点

从土壤中分离分解纤维素的微生物

★课题难点

从土壤中分离分解纤维素的微生物

★教学方法:

启发式教学

★教学工具:

多媒体课件

★教学过程

（一）引入新课

上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与计数，这节课我们以纤维素分解菌的分离与纯化为例，巩固加深对这方面技术的理解和掌握。

（二）进行新课

1．基础知识

活动1：阅读“纤维素与纤维素酶”，回答下列问题：

1．1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。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。

延伸：草食性动物是怎样消化食物中纤维素的？肠胃中的共生物生物。

1．2棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素的分解需要在纤维素酶的催化作用下完成，请完成下列过程：

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C1酶、Cx酶

葡萄糖苷酶

纤维二糖

纤维素

〖思考1〗实验分析：P27的小实验是如何构成对照的？

葡萄糖

在一支试管中添加纤维素酶，另一支试管不添加纤维素酶；尽管醋酸－醋酸钠缓冲液用量不同，但都能维持相同的pH。

〖思考2〗1个酶活力单位是指在温度为 25 ℃，其它反应条件最适宜情况下，在 1 min内转化 1mmol 的底物所需要的酶量。

活动2：阅读“纤维素分解菌的筛选”，回答下列问题：

1．3筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选。

2．4其原理是：刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

2．实验设计[来源:学科网]

活动3：完成实验方案流程图，讨论回答问题：

土壤取样

纯化培养

〖思考3〗实验流程中“选择培养”的培养基类型是什么？该培养的目的是什么？

液体选择培养基。其目的是使纤维素分解菌增殖，含量增多。

〖思考4〗本实验流程与尿素分解菌的分离实验流程有哪些异同？

尿素分解菌的分离实验流程是将土样制成的菌悬液直接涂布在选择培养基上；本课题通过选择培养使细菌增殖后，再涂布在鉴别培养基上。其它操作基本基本共同。[来源:学|科|网Z|X|X|K]选择培养

梯度稀释

涂布到鉴别纤维素分解菌培养基上

微生物培养

挑选产生透明圈的菌落

活动4：阅读资料一“土壤取样”，回答下列问题：

2．1纤维素分解菌大多分布在富含纤维素的环境中。

2．2为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

生物适应一定环境，环境对生物具有选择作用，只有在纤维素含量丰富的环境中纤维素分解菌的含量才会高于其它普通环境，从而提高获得目的微生物的几率。

2．3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？

人工设置适宜环境，使纤维素分解菌相对聚集。将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。

活动5：阅读资料二“选择培养基”，回答以下三个问题：

2．4纤维素分解菌选择培养基属于液体培养基，原因是没有添加琼脂成分。

2．5培养基选择作用机制是以纤维素粉为唯一碳源，只有纤维素分解菌才能生存。

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2．6若设置一个对照实验说明选择培养的作用，应控制的变量是将纤维素粉改为葡萄糖。

活动5：阅读资料三“刚果红染色法”，填表比较两种染色法的各自的优缺点：

方法二

操作简便不存在菌落混杂问题

〖思考5〗为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？

在选择培养条件下，可使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。

3．结果分析与评价

活动6：阅读“课题延伸”，回答：

3．1为了确定分离得到的是纤维素分解菌，还需要进行

发酵产纤维素酶 实验，纤维素酶的发酵方法有 液体 发酵和 固体 发酵。

3．2纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的 葡萄糖 含量进行定量测定。

（三）课堂总结、点评

[来源:学科网ZXXK]染色法

方法一

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

刚果红会使菌落之间发生混杂

产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈，

有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈。

纤维素分解微生物的分离

纤维素酶

筛选原理

实验设计

种类、作用、最适pH、催化活力

刚果红染色

土壤取样

选择培养

涂布培养

纯化培养

前置染色法

后置染色法

富含纤维素土壤

增大分解菌含量

染色鉴别

分离出分解菌

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课后提能训练

一、选择题

1．下列关于纤维素的说法，不正确的是(

) A．纤维素是白色、无味的物质

B．纤维素是不具还原性的物质

C．纤维素可以发生水解反应，水解的最终产物是葡萄糖

D．纤维素可以在人体内水解，转化为葡萄糖经过肠壁吸收进入血液

2．关于纤维素酶的叙述中，错误的是(

) A．纤维素酶只能将纤维素分解为葡萄糖

B．纤维素酶是一种复合酶，至少包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶三种组分

C．纤维素可被纤维素酶水解成葡萄糖，为微生物提供营养物质

D．分解纤维素的细菌、真菌、放线菌，都是通过产生纤维素酶来分解纤维素的

3．下列对刚果红染色法的叙述，不正确的是(

) A．可以先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应

B．可以在倒平板时就加入刚果红

C．既可以先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应，也可以在倒平板时就加入刚果红

D．可以将刚果红与培养基中的其他物质混合后再灭菌倒平板

4．下列有关微生物的培养或纯化的叙述，错误的是(

) A．微生物在培养前要先对培养基进行灭菌处理再接种

B．培养液中溶氧量的变化会影响酵母菌的繁殖和代谢途径

C．分离自养型微生物的方法是用以纤维素作为唯一碳源的培养基进行培养

D．分离纯化微生物的常用方法是平板划线法和稀释涂布平板法

5．分离出的微生物还要进行鉴定，而微生物的鉴定需要鉴别培养基，下列不是鉴别培养基的是(

) A．加入酚红的培养基

B．加入刚果红的培养基

C．加入伊红和美蓝的培养基

D．加入纤维素粉的培养基

6．某实验小组欲从土壤中筛选出能分解淀粉的芽孢杆菌。下列叙述不正确的是(

) A．采样与培养：称量1 g土样置于刚配制的液体培养基中，30 ℃振荡培养

B．接种：为避免培养液中菌体浓度过高，需经过系列稀释后接种

C．选择：所用的固体培养基，作为唯一碳源的是淀粉

D．筛选：将适量的碘液滴加到平板中的菌落周围，出现透明圈则说明此种菌能分解淀粉

7．反刍动物能以富含纤维素的草料为食，是因为它们有特殊的器官——瘤胃，瘤胃中生活着许多微生物，其中有一些微生物能分解纤维素，反刍动物胃内这些分解纤维素的微生物的代谢类型最可能是(

) A．自养需氧型

B．异养厌氧型

C．异养需氧型

D．自养厌氧型

8．利用农作物秸秆等纤维素原料生产的乙醇，经加工可制成燃料乙醇，这种“绿色能源”的开发备受世界关注。农作物秸秆经预处理后，应该选用某种酶进行水解处理，使之转化为发酵所需的葡萄糖。你认为这种酶可从以下哪种微生物中提取(

) A．制作腐乳的毛霉

B．酿制果醋的醋酸菌

C．生长在腐木上的霉菌

D．土壤中分解尿素的微生物

9．在温度条件适宜的热带雨林，纤维素分解菌分解落叶的速度是非常快的。关于微生物的代谢速度与高等动、植物相比快得多的叙述中错误的是(

) A．表面积与体积比很大

B．与外界环境物质交换迅速

C．适宜条件下微生物的繁殖速度非常快

D．微生物体内酶的种类比其他生物多

10．下列关于分离纤维素分解菌的实验操作，错误的是(

)

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A．经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

B．选择培养这一步可省略，但培养出来的纤维素分解菌较少

C．经稀释培养后，用刚果红染色

D．对照组可用等量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上

11．下列说法正确的是(

) A．含碳无机物能作为异养微生物的碳源

B．培养基溶化后，首先要做的是调整pH C．要从多种细菌中分离出某种细菌，培养基要用液体培养基

D．微生物体内能够使纤维素分解成纤维二糖的酶是CX酶和葡萄糖苷酶

12．下列有关分解纤维素微生物的分离的叙述，不正确的是(

) A．纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵

B．对分解纤维素的微生物进行了初步筛选后，无需再进行其他实验

C．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

D．选择培养这一步可省略，但所得到的纤维素分解菌可能较少

二、非选择题

13．植物的秸秆、枝叶等纤维物质是地球上最多的可再生资源，以纤维素类物质生成燃料乙醇的研究越来越受重视。纤维素酶糖化法是目前常用的方法，其操作过程如下图所示：

(1)该方法中，微生物X与微生物Y不同，微生物Y是________，若从土壤中获得微生物X，请写出分离的流程图：_____________________________________________________________________________________________。

为了鉴别微生物X，培养基的成分为CMC-Na、酵母膏、KH2PO4、琼脂、土豆汁等；在该培养基中，CMC-Na__________________________。

(2)若经选择，微生物X为木霉，则其内分解纤维素的酶至少包括______________________三种组分，这三种酶协同作用，将纤维素分解为葡萄糖。

(3)在操作过程中，过程③需________以保证乙醇的产生。

(4)操作发现，糖液浓度过高时，葡萄糖的产生会受到抑制，其原因是_____________________________________________________ ___________________。

14．纤维素酶是一种复合酶，能将纤维素分解为葡萄糖，刚果红能够和纤维素结合形成一种红色的复合物，当纤维素被分解时，红色物质消失，形成透明圈，过程如图甲所示。据此，某实验小组为了研究pH对纤维素分解菌产生的纤维素酶活性的影响，将纤维素分解菌分别接种在pH不同的刚果红—纤维素培养基中，通过观察出现透明圈的最早时间和24 h后透明圈直径的大小来判断纤维素酶活性的高低，实验流程如图乙所示：

纤维素酶刚果红―→红色复合物――→红色消失，形成透明圈

纤维素甲

土壤取样→选择培养→梯度稀释→接种至不同pH的刚果红—纤维素培养基中

乙

根据题意，回答下列问题：

(1)实验流程中，选择培养的目的是________________________。选择培养基中应该加入________作为唯一的碳源，另外还要加入的基本营养物质有____________。

(2)为了说明选择培养基对纤维素分解菌起到了选择的作用，应怎样设置对照实验？

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的作用是

___________________________________ _____________________________________。

(3)根据流程图可知，将纤维素分解菌接种到培养基上所用的方法为________。本实验中该接种方法所用的培养基从物理状态看，属于________培养基。

(4)该实验小组设置了pH分别为6、7、8的三组实验进行观察，得到了如下的实验结果：

pH 6 7 8

通过上述结果可知，该实验的自变量是________，因变量是________________，纤维素分解菌更适合在偏________(填“酸”“碱”或“中”)性环境下生长。

15．人工瘤胃模仿了牛羊等反刍动物的胃，可用来发酵处理秸秆，提高秸秆的营养价值。为了增强发酵效果，研究人员从牛胃中筛选纤维素酶高产菌株，并对其降解纤维素能力进行了研究。请回答下列问题：

(1)在样品稀释和涂布平板步骤中，下列选项不需要的是________(填序号)。

①酒精灯

②培养皿

③显微镜

④无菌水

(2)在涂布平板时，滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多的原因是__________________________。

(3)向试管内分装含琼脂的培养基时，若试管口粘附有培养基，需要用酒精棉球擦净的原因是______________________________。

(4)刚果红可以与纤维素形成红色复合物，但并不与纤维素降解产物纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。研究人员在刚果红培养基平板上，筛选到了几株有透明降解圈的菌落(如图)。

图中降解圈大小与纤维素酶的________有关。图中降解纤维素能力最强的菌株是________(填图中序号)。

(5)研究人员用筛选到的纤维素酶高产菌株J1和J4，在不同温度和pH条件下进行发酵，测得发酵液中酶活性的结果如图所示，推测菌株________更适合用于人工瘤胃发酵，理由是______________________________________。

★教学体会

教材在介绍刚果红染色法之前，首先用“筛子筛沙”这一形象的比喻来说明筛选微生物的基本思想方法。在教学过程中可以结合专题2介绍的选择培养基的内容，进一步引导学生深入认识分离微生物的基本思想。刚果红染色法的知识难度并不大，学生通过自学就能够理解。

★资料袋

两种刚果红染色法的比较[来源:学+科+网Z+X+X+K]出现透明圈的最早时间/h 6 10 24 24 h后透明圈的直径/cm 4.42 3.66 1.33

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。

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