课题3　分解纤维素的微生物的分离优质课教案推荐

《分解纤维素的微生物的分离》教学设计

版 本：人教版2003版，高中生物选修I 教 师：吴浩钦

单 位：汕头市潮南区东山中学

授课班级：高二（1）班

一、教学目标：

（一）知识与技能

简述纤维素酶的种类及作用，从土壤中分离出纤维素分解微生物的原理；掌握从土壤中分离某种特定微生物的方法。

（二）过程与方法

分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，掌握实验操作的原理和技术方法；分析、评价实验结果。

（三）情感、态度与价值观

领悟科学探究的方法，分析评价实验结果，发展科学思维和创新能力。

二、学情分析：

本课题作为课题1的应用和课题2的深入，分离某种特定的微生物，难度较大、探索性更强，在高考中考查的可能性也很大。在此之前，学生已经学习过利用选择培养基和鉴别培养基来筛选土壤中分解尿素的细菌，具备对微生物分离知识的相关认知。教材在课题背景中利用学生已经学过的纤维素的化学组成推广到生活中纤维素的广泛分布和应用。而若要充分利用纤维素，就应将其分解，引导学生自然而然地过渡到分解纤维素的微生物及其产生的相关酶。教材紧接介绍了纤维素、纤维素酶以及如何从土壤中分离分解纤维素的微生物，教学中，学生通过小给合作讨论、交流的形式，在教师的层层问题引导入，对课题中实验设计思路的深入学习，特别是注意实验技术的要点，例如分析变量、分析实验结果和进一步延伸探究，最后学生掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

三、教学重点和难点：

（一）教学重点：从土壤中分离分解纤维素的微生物的实验设计

（二）教学难点：实验结果的分析、评价和课题延伸

四、教学过程：

（一）引入新课

教师展示展示燃烧稻田秸杆的图片，介绍雾霾的相关知识背景。雾霾天气是一种大气污染状态，飘浮的颗粒物可直接通过呼吸系统进入支气管，造成呼吸道、脑血管、鼻腔炎等疾病。PM2.5被认为是造成雾霾天气的“元凶”。南方的水稻收割后，许多秸秆丢弃在田野里直1

接燃烧，焚烧大量秸秆与汽车尾气、工业排气、建筑扬尘等，多种污染源可以混合催生雾霾天气。学生讨论：“秸秆”的主要成分是什么，分析焚烧大量秸秆会造成哪些问题，你能够想到哪些无污染降解秸秆的方法吗？以热点问题“雾霾”作为切入点，通过“环境污染”、“能量浪费”、“无污染处理”等问题的思考来激发学生学习的兴趣，引入课题的学习。

（二）学习新课

1．基础知识——纤维素和纤维素酶

学生讨论：纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质，植物每年产生的纤维素超过70亿吨，但却不会在地球上大量的积累，这是为什么？

原因：纤维素能被土壤中的某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。

教师介绍纤维素和纤维素酶的相关基础知识，介绍维素酶的组成、作用特点等，补充已经发现并用于生产纤维素酶的菌种有绿色木霉、变异青霉、黑曲霉和根霉等。

学生根据信息归纳纤维素酶的反应原理图：

2．基础知识——纤维素酶的分解实验

教师展示纤维素酶崩解滤纸实验，介绍酶单位的概念，学生分析实验设计的自变量、无关变量等变量的控制。接着学生讨论：根据你所掌握的微生物培养技术，如果要观察土壤中微生物分解纤维素的效果，应该如何设计简单的实验？简要写出实验方案并预测实验结果。

实验组别

实验组（3组）

对照组（1组）

相同大小的3条卷烟纸+灭菌土样

卷烟纸不消失

实验内容

相同大小的3条卷烟纸+不经灭菌土样

预期结果

卷烟纸消失

2

3．基础知识——土壤中纤维素分解菌的筛选和分离原理

学生讨论：土壤中的微生物分解了卷烟纸，用什么方法可以将这些微生物从土壤中分离出来？有什么方法可以鉴别这些微生物就是纤维素分解菌？请说出实验的设计思路和实验原理。

实验思路：配制“以纤维素为唯一碳源”的选择培养基，并利用刚果红染料来筛选和鉴别土壤中的纤维素分解菌。

（1）筛选方法：刚果红染色法

（2）筛选原理：刚果红（CR）是一种染料，它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。纤维素被分解后无法形成刚果红—纤维素复合物，形成透明圈。

4．实验设计和实验分析

土壤取样

（1）、取样和选择培养

学生讨论：（1）要从卷烟纸消失的土壤原位分离分解纤维素的微生物，首先要做的是取样。卷烟纸消失的土壤中纤维素分解菌数量可能比校园某些角落土壤中的要多，这是为什么？如果实验室的土壤样本数量太少，你会选择到教室外怎样的环境中取样，你选择的理由又是什么呢？（2）如果从校园某些角落的土壤直接取样，可能含有比较少的纤维素分解菌，你将采取什么样的方法增加它们的数量？

教师的问题可以有效引导学生认识到土壤中分解纤维素的微生物可能不像分解尿素的微生物那样多，在设计实验方案和完成实验时，需要从纤维素富集的环境中取样，并且设计含有大量纤维素的液体培养基进行选择培养这一环节来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。明确采用液体培养基可以有效增加微生物的数量的作用。

学生讨论：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？选择培养基是如何进行选择纤维素分解菌的？本实验流程与尿素分解菌的分离实验流程有哪些异同？这个培养基对微生物是否具有选择作用？如果具有，

选择培养基选用液体选择培养基。其目的是使纤维素分解菌增殖，含量增多。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。培养基“以纤维素为唯一的碳源”，只有能分解纤维素的

微生物才可以大量繁殖，起到“浓缩”的作用。

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选择培养

纯化培养

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

（2）、梯度稀释

按照课题1的稀释操作方法，将选择培养后的培养基用无菌水进行等比稀释，稀释最大倍数到106

。

（3）、将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

学生阅读课本的内容，讨论“鉴别纤维素分解菌的培养基”的成分，分析培养基中加入为什么要加土豆汁？学生分析涂布的操作注意事项，稀释涂布平板法时，每个稀释度下需涂布3个平板，设置1组不涂布。明确设置对照组和重复组的重要性。

（4）、挑选产生透明圈的菌落

教师介绍刚果红染料的2种使用方法，列举它们的优缺点。展示实验结果的图片，学生讨论分析实验结果，并且对知识进行延伸分析。

染色法

方法一

方法二

（5）、实验结果分析和课题延伸

教师展示图片引导学生分析、评价实验结果：

操作简便

产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈，

不存在菌落混杂问题

有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈。

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

学生讨论：利用上述菌种高效降解秸秆废弃物，你会从培养基上挑选哪个菌落应用于生产？理由是什么？

答案：选择菌落3，菌落3的透明圈最大，说明该微生物对纤维素的分解能力最强，其所分泌的纤维素酶数量多或活性高。

教师通过图片引导学生对实验结果进一步分析，提出质疑和找出解决问题的方案。例如：1、菌种的进一步分离纯化和保存：由于上图菌落3的菌种有多种，需要挑选透明圈最大的菌落，用平板划线法进一步分离纯化培养，对菌种临时或长期保存。2、菌种的进一步4

鉴定：

假设在配制培养基时就加入刚果红，可能会出现假阳性反应的透明圈，需要用发酵产纤维素酶的实验对菌种的鉴定和纤维素酶的活力的测定，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。葡萄糖的测定可以利用斐林试剂检验，通过砖红色沉淀的颜色深浅程度来定量测定。酶活力的表示方法：单位时间内、单位体积中底物的消耗量或产物的生成量。3、水稻秸杆燃烧会造成能源的浪费和污染，可以利用纤维素分解菌将秸杆进行堆积或粉碎发酵进行酿酒或做成饲料，利用微生物对材料进行无污染降解，实现能量的多级利用和人与环境协调平衡发展。

5．总结——分离微生物的一般方法：

6．练习检测反馈：

练习：某课题组拟从牛瘤胃中分离出纤维素分解菌，实验流程如下：

①从屠宰场获取新鲜瘤胃液，短暂离心后过滤。

②将滤液接种到含有羧甲基纤维素钠和染色剂A的培养基上进行培养。

③将从步骤②获取的目标菌落接种到以滤纸条为唯一碳源的培养基中，摇床悬浮培养5天，观察滤纸的崩解效果。

④取崩解效果最好的几片滤纸，将上面的菌种接种到固体培养基上，观察菌落生长情况。请回答下列问题：

（1）染色剂A为

。步骤②的培养目的是

。

（2）步骤③中，应选择步骤②中

的菌落进行接种，适宜的培养温度应该接近于

。从基质状态上划分，步骤③所使用的培养基是

。

实验流程：①从屠宰场获取新鲜瘤胃液，短暂离心后过滤。

②将滤液接种到含有羧甲基纤维素钠和染色剂A的培养基上进行培养。③将从步骤②获取的目标菌落接种到以滤纸条为唯一碳源的培养基中，摇床悬浮培养5天，观察滤纸的崩解效果。

④取崩解效果最好的几片滤纸，将上面的菌种接种到固体培养基上，观察菌落生长情况。请回答下列问题：

（3）根据步骤④的实验结果，课题组得出牛瘤胃中有多种纤维素分解菌的结论，支持他们结论的实验结果应该是

。

（4）步骤④得到多种纤维素分解菌后，如何进一步分离纯化？请写出简要的实验思路。

答案：（1）刚果红

鉴别纤维素分解菌

（2）透明圈最大

37℃/牛的体温

液体培养基

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（3）出现了多种不同特征（形状、大小、颜色等）的菌落

（4）分别挑取步骤④中不同特征的菌落，用平板划线法（稀释涂布平板法）分别接种到固体培养基上培养，得到单菌落。

五、教学反思：

本节课的教学设计以“实践—探究”的思想激发学生进行思考和行动。课题首先以燃烧秸杆引发雾霾的生态问题引入纤维素的分解菌的降解作用和微生物的筛选分离方法的学习。其次，在基础知识和实验设计的学习时，除了实验的设计之外，教师不断引导学生自己设计实验来验证问题，并且不断渗透实验教学的对照思想、重复原则、严谨实验操作等细节。学生们根据自己所设计的实验和预期的结果寻找微生物的来源，严格的原位分离，选择扩大培养，最后涂布分离和鉴定，分析实验结果。学生与教师共同分析精心设置的一系列问题，将抽象的知识具体化、实践化，化解学习的难度。最后教师利用图片展示实验结果，学生在分析、评价实验结果时，更深层次地思考并发现问题，提出解答问题的方案，延伸了课题的研究。课题进一步研究秸杆的无污染处理，与引入时的问题相呼应，让学生体验到知识在生活上的应用和意义。课题的学习提高学生的科学探究和理性思维能力，对学生的长远发展产生积极影响。

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