课题3　分解纤维素的微生物的分离教学设计一等奖

分解纤维素的微生物的分离

【教材分析】

本课题在学习前面两个课题的基础上，增加了富集培养及鉴别纤维素分解菌这两个步骤，对于前两个课题学习的无菌操作技术、选择培养技术都有应用，因此学习本课题除了复习前面两个课题的相关内容外，还需重点学习鉴别培养基等知识。

【教学目标】

1．能简述纤维素酶的种类及作用，

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．能掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

【教法指导】

1．有关纤维素的内容，可联系必修模块中学习的多糖的知识，该部分内容较简单，可安排学生自学，然后教师利用图解的方式，给出Cx酶、C1酶和葡萄糖苷酶的不同功能，帮助学生记忆。

2．对于富集培养，其原理和上一课题中的选择培养类似，教师可将两个课题中的选择培养对比，进一步引导学生深入认识分离微生物的基本思想。刚果红染色法的原理比较简单，学生通过自学就能够理解。对于两种不同的染色方法，教师应引导学生分析各自的优、缺点，进行比较。

【教学建议】

利用课题背景进行导入，在全球能源紧缺的情况下，利用纤维素生产酒精具有广阔的应用前景，而且纤维素是地球上含量最为丰富的多糖，将其水解为葡萄糖之后，便可发酵生产酒精。纤维素转化为葡萄糖离不开纤维素酶，获得能产生纤维素酶的微生物就能将纤维素转化为葡萄糖。

【教学过程】

一、基础知识

1.纤维素：

(1)组成：纤维素由 C、H、O 三种元素组成，单体是葡萄糖，分子通式为(C6H10O5)n，是地球上含量最丰富的多糖类物

质。

(2)分布：棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物，此外，木材、亚麻、作物秸秆等也富含纤维素。

(3)种类：除天然纤维素外，还有水溶性的羧甲基纤维素钠、不溶于水的微晶纤维素等

(4)性质：纤维素为白色、无气味的纤维状结构物质，不溶于水，也不溶于一般有机溶剂。与淀粉一样，纤维素不具有

还原性，但其水解产物葡萄糖具有还原性。 (5)用途：纤- 1 -

维素可用于造纸、纺织、制造炸药等；食物中的膳食纤维具有刺激胃肠蠕动、促进消化液分泌的功能，被

称为第七营养素。

2.纤维素酶：

(1)组分：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。

(2)鉴别纤维素分解菌的鉴别培养基(固体培养基)，在该培养基中加入刚果红溶液，在该培养基上生长的纤维素分解菌分

泌纤维素酶，因此菌落周围会形成透明圈。

3.筛选方法：刚果红(CR)染色法

二、纤维素分解菌的筛选

1.筛选原理：

刚果红可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不和水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。在含

有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。当纤维素被纤维素酶分解后，刚果

红——纤维素的红色复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，因此，可以通过是否产生透

明圈来筛选纤维素分解菌。

2.培养基

(1)纤维素分解菌的选择培养基或称为富集培养基(液体培养基)，该培养基中富含的碳源为纤维素粉，而不是以纤维素为

唯一碳源的培养基，所以在培养过程中除得到大量的纤维素分解菌外，也有其他微生物的存在，但只有以纤维素为碳源

的微生物才能大量繁殖，因此纤维素分解菌占优势地位；该选择培养基的目的是：利用这种培养基可以增加纤维素分解

菌的浓度，以确保能从样品中分离到所需要的微生物。

3.筛选流程：

(1)实验流程：

土壤取样→选择培养(这一步可以省略)→梯度稀释→涂布培养→挑选菌落 (2)具体操作；

①土壤取样：选择富含纤维素的环境，用无菌的小铁铲铲去表层土，迅速铲取土壤装入无菌信封，密封。(备注：采集

土样时，选择纤维素丰富的环境，如树林中多年落叶形成的腐殖土，多年积累的枯枝败叶等。还可以将富含纤维素的物

质，如滤纸等，埋在土壤中，经过 30d 左右，再从已腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌)

②选择培养(或富集培养或扩大培养)

③梯度稀释； ④涂布培养；

⑤挑选菌落：通过刚果红染色法，挑选产生透明圈的菌落。

5.结果分析与评价：

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①取样：适于纤维素分解菌繁殖的富含纤维素的环境中会有较多的纤维素分解菌。

②选择培养基是否筛选出菌落：在实验组培养基上，如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能(因为形成透明圈的菌

落与其他微生物菌落可能出现混杂现象，而且产生透明圈的菌落可能是产生淀粉酶的微生物，也可能是降解刚果红的菌种)获得了纤维素的微生物。

③分离结果的一致性：由于在土壤中细菌的数量远远高于真菌和放线菌，因此最容易分离得到的是细菌。但由于取土样

的环境不同，还可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。

5.纤维素分解菌的进一步鉴定：

对通过刚果红染色法分离得到的纤维素分解菌需进行进一步发酵产纤维素酶的实验来鉴定，其原因是形成的菌落可能与其他菌落混杂，产生透明圈的菌落可能是产生淀粉酶的微生物形成的，还可能是降解刚果红的菌种形成的，因此需进一步鉴定。 (1)鉴定原理：

通过微生物发酵，看能否产生纤维素酶。发酵的方法分为固体发酵和液体发酵。若发酵产物中有纤维素酶，则菌种是纤维素分解菌。

(2)纤维素酶的鉴定方法：

6.思考与讨论

思考 1：草食性动物是怎样消化食物中的纤维素的？

提示：反刍动物的瘤胃中生活着大量的可以分解纤维素的微生物。微生物能够产生纤维素酶，最终将纤维素分解成葡萄

糖。

思考 2：培养基中出现透明圈一定是纤维素分解菌的作用吗？

提示：不一定。刚果红与多糖类化合物产生红色复合物，若多糖为淀粉，产生淀粉酶的微生物也可使培养基产生透明圈。 思考 3：为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

提示：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较高，因此从这种环境中获

得目的微生物的概率要高于普通环境。

思考 4：在纤维素分解菌的筛选过程中涉及到的生物技术有哪些？

提示：主要用到培养基的配制、无菌操作技术、稀释涂布平板法、选择培养基的作用和土壤取样等。

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