课题3　分解纤维素的微生物的分离优质公开课教案

第3课时

分解纤维素的微生物的分离

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。

3.讨论分解纤维素的微生物的应用价值。

一、纤维素与纤维素酶

1.纤维素:由C、H、O三种元素组成,是一种多糖。①

棉花

是自然界中纤维素含量最高的天然产物,此外,木材、作物秸秆等也富含纤维素。 2.纤维素酶的作用:纤维素酶是一种②

复合酶

,一般认为它至少包括三种组分,即C1酶、③

CX

酶和④

葡萄糖苷

酶,前两种酶使纤维素分解成⑤

纤维二糖

,第三种酶将纤维二糖分解成⑥

葡萄糖

。

二、纤维素分解菌的筛选

1.筛选方法:⑦

刚果红

染色法。 2.筛选原理:刚果红可以与像纤维素这样的多糖物质形成⑧

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,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⑨

是否产生透明圈

来筛选纤维素分解菌。

三、实验设计

1.土壤取样:采集土样时,应选择富含⑩

纤维素

的环境。

2.选择培养

(1)目的:增加

纤维素分解菌

的浓度,以确保能够从样品中分离到所需要的微生物。 (2)制备选择培养基:参照课本旁栏中的比例配制。

(3)选择培养:称取土样20

g,在无菌条件下加入装有30

mL

培养基的锥形瓶中,将锥形瓶固定在

摇床

上,在一定温度下振荡培养1~2

d,直至培养液变

混浊

。也可重复选择培养。 17(4)梯度稀释:依次将培养液稀释10~10倍。

(5)将样品涂布到鉴别

纤维素分解菌

的培养基上。 (6)刚果红染色法:挑选产生

透明圈

的菌落,一般即为分解纤维素的菌落。

四、结果分析与评价

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。 2.纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等所产生的

葡萄糖

含量进行定量测定。

1.为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌?

2.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?

3.由“选择培养”实验操作过程请你推测纤维素分解菌的异化类型是需氧型还是厌氧型?

知识点一:纤维素分解菌的筛选

1.尝试完成纤维素分解菌的筛选原理图解。

2.列表比较两种刚果红染色法,尝试完成表中内容。

方法

操作

优点

缺点

方

先培养①

,再显示出的颜色反应基本上是法

操作烦琐,加入刚果红溶液会使②

加入刚果红

纤维素分解菌的作用

一

方

法

二

(1)由于在纤维素粉和琼脂、土豆汁中都含有淀粉类物质,③

时加入刚操作简便,不存在④可以使能够产生⑤

的微生物出现透明圈较为模糊的果红

的问题

假阳性反应;(2)有些微生物具有降解色素的能力,长时间培养会降解⑥

而形成明显的透明圈

3.纤维素分解菌有何应用价值?

知识点二:分离土壤中纤维素分解菌实验操作

1.尝试归纳出分离纤维素分解菌的实验流程。

2.下表为筛选过程中涉及的两种培养基一与培养基二,根据表尝试完成以下问题:

培养基一

组分

含量/g

提供的主要营养

纤维素粉

5

碳源、能源

NaNO

1

NaHPO·7HO

1.2

KHPO

0.9

无机盐

MgSO·7HO

0.5

KCl

0.5

酵母膏

0.5

生长因子、碳源、氮源

水解酪素

0.5

氮源、生长因子

将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1000

mL

培养基二

组分

含量

提供的主要营养

CMC-Na

5~10

g

碳源

酵母膏

1

g

碳源、氮源、生长因子

KHPO

0.25

g

无机盐

琼脂

15

g

凝固剂

土豆汁

100

mL

碳源

将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1000

mL

3242244224

(1)培养基一从物理性质上分属于哪种培养基?有何作用?

(2)使用培养基一的目的是什么?作用原理是什么?

(3)选择培养基之所以能选择纤维素分解菌的原因是什么?

(4)培养基二从物理性质上分属于哪种培养基?筛选到纤维素分解菌的原理是什么?

例1 课本中两种刚果红染色法的结果是(

)。

A.均会出现透明圈

B.均不会出现透明圈

C.方法一出现,方法二不出现

D.方法一不出现,方法二出现

例2 生物乙醇是以生物为原料生产的可再生能源。我国利用农作物废弃物(秸秆)生产乙醇,其技术流程为:纤维素酶解→酵母发酵→蒸馏→成品。纤维素酶的成本能否下降,是能否实现乙醇工业化生产的关键因素。纤维素酶可以从能分解纤维素的细菌培养液中提取。某同学设计了如下分离土壤中纤维素分解菌的实验流程。

土壤取样→选择培养→梯度稀释→鉴别培养

结合所学知识回答下列问题。

(1)最好选择怎样的环境采集土样?

。 (2)下面是一种培养基配方:纤维素粉5

g、NaNO3

1

g、Na2HPO4·7H2O

1.2

g、KH2PO4

0.9

g、MgSO4·7H2O

0.5

g、KCl

0.5

g、酵母膏0.5

g、水解酪素0.5

g(蒸馏水定容到1000

mL)。该培养基能够增加样品中纤维素分解菌的浓度,其原理是

。 (3)为了鉴别纤维素分解菌和进一步纯化菌种,可以在鉴别培养基上加入

染液,将筛选获得的菌液稀释后用

的方法接种到鉴别培养基上,然后挑选产生

的菌落作为菌种进行扩大培养。 (4)纤维素分解菌培养液中的纤维素酶产量如何呢?请设计实验进行检测。

。

1.当纤维素被纤维素酶分解后,会在培养基中出现一些透明圈,这些透明圈是(

)。

A.刚果红与纤维素形成的复合物

B.纤维素分解后的葡萄糖

C.由纤维素酶聚集在一起形成的

D.以纤维素分解菌为中心形成的

2.下列有关刚果红染色法的叙述,不正确的是(

)。

．．．A.刚果红可以在细菌菌落形成前倒平板时加入

B.刚果红可以在菌落形成后加入

C.刚果红在菌落形成前倒平板时加入,加入的刚果红不需要灭菌

D.在菌落形成后加入刚果红时,刚果红不需要灭菌

3.在对纤维素分解菌进行选择培养时,用液体培养基的目的是(

)。

A.可获得大量菌体

B.适于纤维素分解菌的生长

C.可以充分利用培养基中的营养物质

D.可获得高纯度的纤维素分解菌

4.下表是某种培养液成分含量表。请据表回答:

编号

①

②

③

④

⑤

⑥

成分

NHHCO

KHPO

CaSO

FeCl

维生素

HO

含量

0.5

g

3.0

g

0.5

g

0.5

g

少许

100

mL

(1)若用于培养微生物,该培养液中有

类营养物质,可培养的微生物的同化作用类型是

。 (2)此培养液若用来培养自生固氮微生物,则应除去的成分是

,应加入的物质是

。 (3)若用该培养液进行植物的无土栽培,则

成功,原因是

。 (4)若用该培养液培养纤维素分解菌,应加入的物质是

。为检测纤维素分解菌的存在与否,还应加入

,将呈

反应。

4324422

参考答案

第3课时

分解纤维素的微生物的分离

知识体系梳理

①棉花

②复合酶

③CX

④葡萄糖苷

⑤纤维二糖

⑥葡萄糖

⑦刚果红

⑧红色复合物

⑨是否产生透明圈

⑩纤维素

透明圈

发酵产纤维素酶

纤维素分解菌

摇床

混浊

纤维素分解菌

葡萄糖

基础学习交流

1.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,因此从这种土样中获得目的微生物的概率要高于普通环境。

2.将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对聚集,实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境。一般应将滤纸埋于深约10

cm左右的腐殖土壤中。

3.由选择培养操作中“将锥形瓶置于摇床上”可推测纤维素分解菌的异化类型为需氧型。

重点难点探究

知识点一:纤维素分解菌的筛选

1.①C1酶、CX酶

②纤维二糖

③葡萄糖苷酶

④红色

⑤红色

⑥透明圈

2.①微生物

②菌落之间发生混杂

③倒平板

④菌落混杂

⑤淀粉酶

⑥刚果红

3.纤维素分解菌分泌的纤维素酶能催化分解纤维素,地球上的植物每年能产生大量的纤维素,如棉花、农作物秸秆等等。利用纤维素分解菌分泌纤维素酶,可以分解农作物秸秆等废弃物以生产酒精;纤维素酶可以用来处理服装面料,洗衣粉中的碱性纤维素酶可以去除棉纺织品表面的浮毛以及表面附着的沉积性顽渍,同时可以使纤维的结构变得蓬松,从而使渗入纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触,达到更好的去污效果。

知识点二:分离土壤中纤维素分解菌实验操作

1.土壤取样→选择培养(此步可省略)→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。

2.(1)该培养基为液体培养基,利用液体选择培养基可增加纤维素分解菌的浓度。

(2)进行选择培养,目的是增加纤维素分解菌的浓度,确保能够从样品中分离到所需要的微生物。

(3)因为培养基中唯一的碳源是“纤维素粉”,唯有能利用纤维素的微生物方可在该培养基上生存,其他微生物将因缺乏碳源而无法生存。

(4)此培养基为固体培养基。在培养基中加入刚果红,若有纤维素分解菌存在,则可形成以纤维素分解菌为中心的透明圈,据此可筛选到纤维素分解菌。

思维拓展应用

例1 A

【解析】两种刚果红染色法都会出现透明圈,但方法一在加入刚果红溶液时会造成菌落混杂,而先加入刚果红的方法则可能出现假阳性现象。

例2 (1)纤维素丰富的土壤环境

(2)培养基中纤维素是主要碳源,有利于纤维素分解菌生长,同时抑制其他微生物生长

(3)刚果红

涂布平板

透明圈

(4)向纤维素分解菌培养液中加入定量纤维素,定时测定葡萄糖产量的变化

【解析】本题考查土壤中纤维素分解菌的分离与鉴定的相关知识。富含纤维素的土壤中,含有以纤维素为碳源的纤维素分解菌,且数量较多;题目中给出的培养基能够为产生纤维素酶的微生物提供碳源,不能分解纤维素的微生物由于缺乏碳源而不能正常生长繁殖,因此该培养基具有选择作用;纤维素量一定时,在一定范围内,纤维素酶产量与分解产生的葡萄糖量成正比。

基础智能检测

1.D 2.C 3.A

全新视角拓展

4.(1)五

自养型

(2)①

不含氮的有机物

(3)不能

必需矿质元素种类不全

(4)纤维素粉

刚果红

红色

【解析】(1)分析该培养基中的营养构成,NH4HCO3可提供碳源和氮源,②③④可提供无机盐,⑤提供生长因子,还有H2O,所以培养液中含有五类营养物质,其中不含有机碳源,可培养的微生物的同化类型为自养型。(2)要选择培养独立生存的固氮微生物,培养基中不应添加氮源,所以应把NH4HCO3除去,而一般的固氮微生物同化类型为异养型,所以培养基中应添加不含氮的有机物。(3)用于植物无土栽培的营养液应为完全营养液,即包含植物生长所必需的所有大量元素及微量元素,而本题培养液中矿质元素不全,如缺乏Mg、Zn、Cu、Mn、Mo、B等,所以不能用于无土栽培。(4)若培养纤维素分解菌,最好加入纤维素粉;检测纤维素分解菌是否存在常用刚果红染色法,所以应在培养基中加入刚果红,形成红色复合物。