复习与测试优秀教案板书设计

专题2

“微生物的培养与应用”复习教学设计

申定健

四川省绵竹市南轩中学

【考纲要求】注重实验与探究能力考查，知识点要求对应考纲II级

【考点分析】人教版高中生物学选修教材《生物技术实践》专题2“微生物的培养与应用”的知识考点有微生物的分离和培养、培养基对微生物的选择作用、某种微生物数量的测定、利用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用等4个方面内容，这些内容与必修教材相关内容存在一定关联性。

【教材分析】微生物与人类的生产生活实际关系极为密切。当前微生物技术已经在医疗、环保、工农业生产等许多领域得到了广泛的应用，形成了大规模的发酵工程，为人类创造出了巨大的财富。本专题在必修课及传统发酵技术应用的知识基础上，进一步全面深入学习微生物培养的基础知识和基本操作技术，增进学生对微生物的了解。本专题的主干内容包括：微生物的培养、特定种类微生物数量的测定、培养基对微生物的选择作用、利用微生物发酵来生产特定的产物。同时也是高考选修部分热点命题内容。此外，本专题菌种选择和纯化培养是对“专题1 传统发酵技术的应用”的延伸和拓展，同时对后续专题提供微生物技术基础，具有承上启下的重要作用。

【学情分析及教学策略】在高三专题复习及训练教学中，围绕“微生物的培养与应用”这一主题，将其下3个课题的知识点联系与整合，系统整理零散知识点，可以让学生抓住重点，强化理解及学习能力，提升问题分析与解决能力。在“微生物的培养与应用”专题复习及训练教学中，以微生物的“基础知识→实验思路→筛选分离→实践应用”为主线，运用思维导图方式开展专题复习，让学生将所学知识联系起来，形成一个有利于记忆的思维导图，较好地培养学生的逻辑思维能力，并提高复习效率。

【教学方式】运用电子白板、课件及课前练习和整理思维导图或知识系统图，采用学生展示和学生说题的方式进行专题复习。

【课时安排】1课时

【教学内容】

1．导入

“专题2 微生物的培养与应用”选修专题的考纲要求为“注重实验与探究能力考查”，知识点对应考纲要求为II级，为历年高考热点和重点考查内容。从知识层面来看，该专题仍然注重基本概念、基本原理、基本方法、实验操作和过程等基础知识的考查；从能力素养来看，该专题依然注重四项基本能力（理解能力、信息获取能力、实验探究能力和综合运用能力）考查，特别突出实验探究能力素养的考查，如实验数据或现象的原因解释和实验步骤设计的完善等考查角度。今天，微生物专题的复习和训练，采用思维导图或知识系统图的展示和学生说题方式进行。

2．专题思维导图或知识系统图课堂展示与讲解

2.1

课前准备

学生课前依据教材《生物技术实践》专题2 内容总结专题思维导图或知识系统图，课前临时抽取学生代表进行展示。同时课前完成2018年全国I、II、III卷第37题真题训练。

2.2

学生展示

学生自主总结的思维导图或知识系统图，详见附图1～3。

课堂活动：学生结合总结图进行讲解说明，师生一同聆听后，先由其自行予以补充说明，然后由其他学生依据自己总结内容对展示图进行补充或修正。

教师提问：对自己总结的思维导图或知识系统图还有什么补充的吗？学生采用发散性思维方式根据自己的理解作出相应补充和说明。

2.3 学生互助补充完善

其他学生在聆听学习展示同学的讲解说明后，依据自己所整理的思维导图或知识系统图进行相应补充，集思广益，完善总结。

学生采用发散思维方式补充内容如下：

（1）微生物新陈代谢类型的不同，培养基中碳源的类型有所差异，如自养生物提供的无机碳源（CO2），异养生物为有机碳；

（2）培养基的类型举例——附录3（教材P83～84）：牛肉膏蛋白胨培养基、营养琼脂培养基——培养细菌；麦芽汁琼脂培养基——培养酵母菌；马铃薯琼脂培养基——培养真菌；查氏培养基——培养霉菌；MY培养基——霉菌和酵母菌的传代保藏；伊红美蓝培养基——大肠杆菌鉴别培养基（黑色略带金属光泽）；MS培养基——植物组织培养。

（3）紫外线是灭菌还是消毒？教材16页为“实验室还用紫外线或化学药物进行消毒”，85页附录4“紫外线灭菌的操作方法——紫外线只适用于表面灭菌和空气灭菌”，故既可以是消毒，也可以局部灭菌。紫外线消毒或灭菌前，还可以用石碳酸或煤酚皂等消毒液以增强消毒效果。

（4）无菌技术的作用有两个方面：①防止外来杂菌入侵，避免杂菌污染；②防止污染环境，避免操作者自身被感染。

（5）消毒或灭菌的原理：理化因素破坏了微生物细胞内的蛋白质和核酸，从影响其生命活动。

（6）接种工具：接种环——平板划线法，涂布器——稀释涂布平板法。

（7）目的微生物的寻找思路：根据目的菌对生存环境的要求，到相应环境中去寻找；筛选分离思路：人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养、温度、pH等），同时阻止或抑制其他微生物生长。

（8）实验中设置对照目的意义：排除非测试因素对实验结果的影响，提高实验结果的可信度。对照设置的5种类型：空白对照、条件对照、相互对照、自身对照和标准对照。

（9）土壤为微生物的大本营，是天然的培养基，土壤中微生物的三大类群：细菌（单细胞原核）、放线菌（多细胞原核）和真菌（单细胞和多细胞均有）。样品稀释的标准：细菌104～106，放线菌103～105，真菌102～104。

（10）菌落特征：菌落性状、大小、隆起程度和颜色。

（11）水体中的菌体数量计数：滤膜法，鉴别大肠杆菌的培养基——伊红美蓝培养基。

（12）发酵产纤维素酶实验：发酵方法包括固体和液体发酵。等等。

2.4 教师点评及精讲

待全班学生无补充后，对展示学生进行点评，并对重点知识进行强调和补充完善。

教师补充完善内容：

课题1 微生物的实验室培养

（1）培养基的类型划分及功能用途说明：①按物理性质划分：固体、液体、半固体培养基，划分依据是凝固剂琼脂的加入量的多少，一般而言，琼脂用量大于或等于10g/L为固体，3.5g/L为半固体，不加凝固剂为液体；②按功能用途划分：完全培养基、选择培养基和鉴别培养基；③按照化学成分及含量是否已知：天然培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）和合成培养基（MS培养基）。一般而言，实验筛选、纯化和鉴别在平板固体培养基上进行；工业发酵用液体培养基；半固体培养基可用于观察微生物细胞活动。

（2）消毒和灭菌的对象：涉及芽孢和孢子杀灭，为灭菌；不涉及为消毒。芽孢一般是细菌为度过不良环境条件时存在的繁殖体，孢子是真菌产生的繁殖体，如毛霉的直立菌丝末端有孢子囊，可以产生和释放毛霉孢子。

（3）培养基的配制因涉及定容调pH值，在溶化后分装前进行。

教师提问补充：倒平板时，培养基的温度是多少？为何平板冷凝后要倒置？平板划线中，每次划线前和结束后都要进行灼烧灭菌的原因？

学生思考：冷却至50℃，平板倒置是为了防止皿盖上冷凝的水珠落入平板污染培养基。平板划线中，每次划线结束时都要进行灼烧灭菌是因为首次灼烧杀灭接种环上的微生物，划线期间灼烧杀灭接种环残留的菌种，确保每次划线的菌种均来自上次划线的末端；划线结束后灼烧杀灭接种环上的菌种，避免污染环境和感染操作者自身。

课题2 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

（1）稀释涂布平板法计数所选的平板菌落数在30～300个之间的原因是确保统计的科学性和准确性，大于300个不便于平板计数，小于30个误差太大，甚至是操作错误。

（2）实验数据解释和计数评价：①教材P22的第二位同学的计数为21、212、256，求其平均值163作为实验统计结果，合理吗？为什么？有何改进？

学生思考回答：不合理，该同学计数21的平板与其它两个平板的计数相差悬殊，且不符合30～300的计数范围，其实验的重复性较差。在该稀释度再重复涂布2个及以上平板，再进行平板计数。

②教材P23的A同学培养菌落数与其他同学相差较大的原因分析。学生回答：两种解决方案，一是由其他同学用与A同学一样的土样进行实验，看结果是否一致；二是将A同学的空白培养基直接培养，看是否长出菌落。

（3）实验对照设置及目的分析：整体上，设置对照的目的是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响。具体细节，对照设置应用以下三个问题：①怎样证明选择培养基的选择作用？②怎样证明培养基灭菌是合格的或没有被污染？③怎样证明操作是规范的？

学生思考并回答，用条件对照证明（完全培养基与选择培养基对照）选择作用；用空白对照证明培养基灭菌合格（直接培养未接种的空白培养基）和操作规范（接种无菌水并培养）。

课题3 分解纤维素的微生物的分离

（1）对比分析纤维素酶和果胶酶异同点。学生回答：纤维素酶是一种复合酶，包含C1、CX和葡萄糖苷酶，果胶酶是能够分解果胶一类酶的统称，包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。

（2）用刚果红染色法鉴别，以菌落周围出现透明圈鉴别目的菌——纤维素分解菌。纤维素降解能力大小判断，以同等大小菌落产生的透明圈大小，和同等大小的透明圈比较菌落大小，一般而言，菌落越小，透明圈越大的降解能力越大。

（3）发酵产纤维素酶实验：①目的：确定纤维素分解菌；②发酵方法：液体和固体发酵；③纤维素酶活力测定：单位时间内分解纤维素产生葡萄糖的量进行表示。

3．学生说题——真题训练反馈

【真题1】(2018·高考全国卷Ⅰ)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。

回答下列问题：

(1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制________的生长，加入了链霉素的培养基属于________培养基。

(2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除氮源外还有____________(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物大分子有________(答出两点即可)。

(3)若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是________，该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是_____________________________________________。

(4)甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量，在同一稀释倍数下得到以下结果：

甲同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是110、140和149，取平均值133；

乙同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是27、169和176，取平均值124。

有人认为这两位同学的结果中，乙同学的结果可信度低，其原因是______________________________。

解析：(1)在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称做选择培养基。若M培养基是用于真菌的筛选，则应加入链霉素以抑制细菌的生长，其属于选择培养基。(2)马铃薯浸出液中含有淀粉、蛋白质、脂质、无机盐、水等多种物质，因此，除氮源外其中还有微生物生长所需要的碳源、无机盐等营养要素。进入细胞的氮源可参与合成蛋白质、核酸(DNA、RNA)等含氮的生物大分子。(3)加入显色剂碘液后，淀粉遇碘变蓝，而淀粉的水解产物则不发生这种反应。若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，土壤中能产生淀粉酶的微生物可将淀粉分解，菌落周围就会出现透明圈，这样，我们就可以通过是否产生透明圈来筛选能产淀粉酶的微生物了。(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差太大，说明在操作过程中可能出现了错误，结果的重复性太差，不能简单地将3个平板的计数值用来求平均值。

答案：(1)细菌

选择

(2)碳源、无机盐

蛋白质、核酸

(3)碘液

淀粉遇碘液显蓝色，产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈

(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差悬殊，结果的重复性差

【真题2】(2018·高考全国卷Ⅱ)在生产、生活和科研实践中，经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。回答下列问题：

(1)在实验室中，玻璃和金属材质的实验器具________(填“可以”或“不可以”)放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。

(2)牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能________，在照射前，适量喷洒________，可强化消毒效果。

(4)水厂供应的自来水通常是经过__________(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。

(5)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度，最可能的原因是_________________________________________________。

解析：(1)在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实验器具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的DNA分子。在利用紫外线照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常采用氯气消毒。(5)采用高压蒸汽灭菌时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。

答案：(1)可以

(2)在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少

(3)破坏DNA结构

消毒液

(4)氯气

(5)未将锅内冷空气排尽

【真题3】(2018·高考全国卷Ⅲ)回答下列与酵母菌有关的问题：

(1)分离培养酵母菌通常使用________(填“牛肉膏蛋白胨”“MS”或“麦芽汁琼脂”)培养基，该培养基应采用______灭菌法灭菌。若将酵母菌划线接种在平板上，培养一段时间后可观察到菌落，菌落的含义是__________________________________________。

(2)酵母菌液体培养时，若通入氧气，可促进________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)；若进行厌氧培养，可促进________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)。

(3)制作面包时，为使面包松软通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松软的原因是____________________________________________。

解析：(1)酵母菌为异养型生物，通常使用麦芽汁琼脂培养基培养；培养基常用高压蒸汽灭菌法灭菌；由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体称为菌落。(2)酵母菌为兼性厌氧型生物，有氧条件利于其繁殖，无氧条件下其进行酒精发酵。(3)酵母菌分解葡萄糖可产生二氧化碳，使面包松软多孔。

答案：(1)麦芽汁琼脂

高压蒸汽

由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体

(2)菌体快速增殖

乙醇产生

(3)酵母菌分解葡萄糖会产生CO2，CO2使面包松软

【设计意图】学生课前练习真题后，学生在课堂说题，以展示其解题思路和思维方式，同时将做题暴露的问题一同展现，让学生自行分析思考及互助解决问题，培养学生语言表达能力，训练学生解题思维能力和技巧。

4.课堂总结——思维导图完整呈现

详见附图4。

5.课后练习巩固

完成“专题2 微生物的培养与应用专项训练试题”。

【课后反思】

本专题教学中，就实验内容而言，是落实和发展学生“科学探究”素养的良好载体，要求学生具备将知识应用于生产生活实践的能力，形成微生物培养和应用的知识系统的重要性不言而喻；作为复习训练课，将零散、琐碎的知识进行归纳，对教材不同课题内容进行有机整合，体现了专题知识的综合性；通过问题预设，结合学生练习和合理引导的设计，充分发挥了学生的主体性，使学生在掌握学科基础知识和基本方法的同时，获得了思维品质的提升。此外，并合理利用现代信息技术有效地组织生物学课堂教学，将交互式电子白板和课件有机结合起来，为学生创设了一个轻松愉快的学习环境，从而充分调动学生学习的积极性，提高课堂教学的效率。

附图1

附图2

附图3

附4：专题思维导图