课题3　分解纤维素的微生物的分离新颖的课程导入教案

选修

1（生物技术实践）·专题

2（微生物的培养与应用）

课题

3 分解纤维素的微生物的分离

【课题目标】

【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。

（1）简述纤维素酶的种类及作用；

（2）从土壤中分离出分解纤维素的微

生物，讨论这类微生物的应用价值。

【实验原理】

1.纤维素

由葡萄糖脱水缩合而成的高分子化合物，是地球含量最丰富的多糖类物质。植物根、茎、叶等器官都含有大量纤维素，棉花是自然

界纤维素含量最高的天然产物。商品纤维素可由天然纤维素制得，如水溶性羧甲基纤维素（CMC-Na），水不溶性微晶纤维素。

2.纤维素酶

纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分：

名

称

作

用

C1 酶、CX 酶

分解纤维素为纤维二糖

分解纤维二糖为葡萄糖

葡萄糖苷酶

植物每年产生的纤维素能被土壤中的某些微生物分解利用，是因为它们能产生纤维素酶。

3.纤维素分解菌的筛选

（1）方法：刚果红染色法，通过颜色反应直接对微生物进行筛选。

（2）原理：

①刚果红是一种染料，可与纤维素等多糖物质形成红色复合物，但不和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖发生反应；

②在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物；

③当纤维素被纤维素酶分解后，刚果红-纤维素复合物无法形成，培养基中出现以纤维素分解菌为中心的透明圈；

④可通过是否产生透明圈筛选纤维素分解菌。

生物选修

1（生物技术实践）校本教材（第

23

页）

【实验设计】

土壤取样

选择培养 梯度稀释 鉴别培养 挑选菌落

【实验操作】

操作步骤

相关说明

（1）选择富含纤维素的环境：例如，树林中多年落叶形成的腐殖土，纤维素分解菌的含

量相对提高。

土壤取样

（2）人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境：将富含纤维素物质如滤纸埋在土壤中，使

纤维素分解菌相对聚集，埋纸深约

10cm，30d

左右，从腐烂滤纸上筛选纤维素分解菌。

（1）选择培养目的

增加纤维素分解菌浓度，确保能从样品中分离到所需微生物。

（2）选择培养原理

培养基中以纤维素为碳源，能产生纤维素酶、水解纤维素的微生物能大量繁殖；不能以纤维素为碳源的微生物生长受抑制；经多次选择培养，可大大提高培养液中纤维素分解菌的比例。

（3）选择培养操作

将土样加入装有

30mL

选择培养基的锥形瓶中，一定温度下振荡培养

1～2d，至培养液混

浊；吸取

5mL

培养液转移至另一新鲜选择培养基中，培养至培养液混浊。

（4）选择培养基

选择培养

成

分

用

量

作

用

纤维素粉

NaNO3 Na2HPO4·7H2O KH2PO4 MgSO4·7H2O KCl 酵母膏

水解酪素

水

5g 1g 1.2g 0.9g

碳源

氮源、无机盐

无机盐

0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 溶解后定容至

1000mL

生长因子、碳源、氮源

氮源、生长因子

水

用

1mL

无菌吸管从富集培养液中吸取

1mL

注入盛有

9mL

无菌水的试管，吹吸三次，使其

梯度稀释

充分混匀，以此类推制成

10、10、10、10、10、10

倍的稀释液。

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1（生物技术实践）校本教材（第

24

页）

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【实验操作】

操作步骤

相关说明

将稀释后的样品涂布在鉴别纤维素分解菌的培养基上。

（1）刚果红染色法

方

法 方法

1 方法

2

操

作 先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应。 在倒平板时就加入刚果红。

优

点 颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。 简便，不存在菌落混杂问题。

产生淀粉酶的微生物也产生模

缺

点 操作繁琐，刚果红会使菌落之间发生混杂。

糊透明圈；有些微生物降解色

素，也能形成透明圈。

鉴别培养

（2）鉴别培养基

成

分

用

量

作

用

CMC-Na 酵母膏

KH2PO4 土豆汁

琼脂

水

5～10g

碳源

碳源、氮源、生长因子

无机盐

碳源、生长因子

凝固剂

水

1g 0.25g 100mL

15g 溶解后定容至

1000mL

选择产生明显的透明圈的菌落，挑取并接种到纤维素分解菌选择培养基上进行纯培养。

挑选菌落

说明：分解纤维素的微生物有很多，包括真菌、细菌和放线菌。

【结果分析与评价】

（1）设置对照，若对照的培养基在培养过程中无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）本课题对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选，这只是分离纯化的第一步。

（3）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，纤维素酶的测定方法一般是对纤维素酶分解滤纸等纤维

素后所产生的葡萄糖进行定量的测定。

（4）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 1 mmol 的底物所需要的酶量。

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1（生物技术实践）校本教材（第

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页）

思考：本实验流程与尿素分解菌的分离实验流程有哪些异同？

课题

2

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。本课题通过选择培养，使纤维

素分解菌得到增殖，再将菌液涂布在鉴别培养基上。其他步骤基本一致。

思考：为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对提高，因此从这种土样中获得目的微生物的几

率要高于普通环境。

思考：选择培养基与鉴别培养基的区别是什么？

种

类

选择培养基

鉴别培养基

加入某种试剂或化学药品

制备方法

培养基中加入或减少某种化学成分

根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素

理

的抗性而设计的培养基。

依据微生物产生的某种代谢产物与培养

基中特定试剂或化学药品反应，产生明显的

特征变化而设计。

原

用

途

使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，提高该菌的筛选率

鉴别和区分菌落相似的微生物

伊红和美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌

实

例

以尿素为唯一氮源分离得到产脲酶菌