课题3　分解纤维素的微生物的分离多媒体教学设计及其点评

课题3 分解纤维素的微生物的分离教学设计

一、课题背景分析

教材首先介绍了纤维素的化学组成以及纤维素在生物圈的广泛分布，由此转入到如何对纤维素进行有效利用的方向。紧接着，教材介绍了产纤维素酶的微生物能够分解纤维素，因此，对纤维素的利用离不开对分解纤维素的微生物的研究。最后，教材强调了本课题的研究主题，即从土壤中分离能够分解纤维素的微生物。

二、教学目标与教学重难点

（一）知识与技能

简述纤维素酶的种类及作用，从土壤中分离出分解纤维素的微生物；掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

（二）过程与方法

分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，弄懂实验操作的原理。

（三）情感、态度与价值观

领悟科学探究的方法，发展科学思维和创新能力

教学重点：从土壤中分离分解纤维素的微生物

教学难点：从土壤中分离分解纤维素的微生物

三、学情分析

学生没有接触过相关的实验，实验理论基础和实操不是很好,在讲解过程需要讲慢讲透,争取让每一个学生都能理解。

四、教学过程

（一）、基础知识梳理

〖学习要求〗简述纤维素酶的种类及作用;掌握从土壤中分离出纤维素的微生物的方法。

【预习指导】在课前时间通过阅读教材、同学交流和讨论,完成下列问题,并初步巩固。

【活动1】阅读教材“课题背景”和“纤维素与纤维素酶”,讨论并回答下列问题: 1.1.纤维素是一种由葡萄糖相连而成的高分子多糖类化合物。

1.2.棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素在纤维素酶的催化作用分解。请完成下列过

程: 1.3.实验分析:课本中的小实验是如何设置对照的? 在一支试管中添加纤维素酶,另一支试管不添加纤维素酶。

1.4.1个酶活力单位(1U)是指在温度为25℃,其它反应条件最适宜情况下,在1min内转化1mmol的底物所需要的酶量。

教学建议：有关纤维素的知识，我们可以联系必修模块《分子与细胞》中多糖的知识并安排学生通过阅读进行自学，学生自学后应该能够说出纤维素的化学组成以及在生物圈中的分布状况。关于纤维素酶的作用，教师可以参照课本的楷体字部分做演示实验。该实验的现象明显，能使学生对纤维素酶的作用留下深刻的印象。如果不做实验，也可以参照课本中图2-12来了解纤维素酶的作用。

【活动2】阅读教材“纤维素分解菌的筛选”,讨论并回答下列问题: 2.1.筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选。

2.2.原理是:刚果红与纤维素形成红色复合物,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,我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

教学建议：教材在介绍刚果红染色法之前，首先用“筛子筛沙”这一形象的比喻来说明筛选微生物的基本思想方法。教师还可以结合本专题课题2介绍选择培养基的有关内容，进一步引导学生深入认识分离微生物的基本思想。刚果红染色法的知识难度并不大，学生通过自学就能够理解。

（二）、实验设计

【活动3】完成实验方案流程图，讨论回答问题：

〖思考1〗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？

液体选择培养基。其目的是使纤维素分解菌增殖，含量增多。

〖思考2〗本实验流程与尿素分解菌的分离实验流程有哪些异同？

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。

【活动4】阅读投影资料一“土壤取样”，回答下列问题：

4.1纤维素分解菌大多分布在富含纤维素的环境中。

4.2为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

生物适应一定环境，环境对生物具有选择作用，只有在纤维素含量丰富的环境中纤维素分解菌的含量才会高于其它普通环境，从而提高获得目的微生物的几率。

4.3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？

人工设置适宜环境，使纤维素分解菌相对聚集。将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。

【活动5】阅读投影资料二“选择培养基”，回答以下三个问题：

5.1纤维素分解菌选择培养基属于液体培养基，原因是没有添加琼脂成分。

5.2培养基选择作用机制是以纤维素粉为唯一碳源，只有纤维素分解菌才能生存。

5.3若设置一个对照实验说明选择培养的作用，应控制的变量是将纤维素粉改为葡萄糖。

【活动6】阅读投影资料三“刚果红染色法”，填表比较两种染色法各自的优缺点：

〖思考3〗为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？

在选择培养条件下，可使能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖，而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的作用。

（三）．结果分析与评价

【活动7】阅读“课题延伸”，回答：

7.1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。

7.2纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的葡萄糖含量进行定量测定。

（四）课堂总结、点评

【活动8】阅读教材

“课题延伸”,回答: 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两种。

2.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产生的葡萄糖含量进行定量测定。

【活动9】观看视频:观看“分解纤维素的微生物的分离”视频。

〖课后学习〗

1.尝试进行分解纤维素的微生物的分离。

2.基础训练册:将基础知识整理到作业本上;完成该节训练题

（五）综合应用

例、淀粉酶可以通过微生物发酵生产，为了提高酶的产最，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。①写出主要实验步骤。②根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预期实验结果。

提示：生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随其生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈。

（六）、参考资料

1.纤维素与纤维素酶

纤维素与淀粉都是由葡萄糖组成的，但组成两者的葡萄糖的连接方式不同，因而使两者的形态完全不同。纤维素是由葡萄糖分子按β-1,4糖苷键连接而成的，淀粉是由葡萄糖分子按α-1,4糖苷键连接而成的。

人类以淀粉为主要能量来源，但完全不能消化纤维素，而反刍动物和大量的微生物则主要以纤维素为能量来源。这是因为，在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。微生物产生的纤维素酶是一种复合酶，包括内切酶（Cx酶）、外切酶（C1酶）和葡萄糖苷酶。内切酶作用于无定型的纤维素区域，使纤维素断裂成片段；外切酶又叫纤维二糖水解酶，它可以作用于纤维素的结晶区或小片段纤维素，从糖链末端开始切掉两个葡萄糖分子，产生纤维二糖；葡萄糖苷酶则将纤维二糖分解成葡萄糖。

2.两种刚果红染色法的比较

刚果红在筛选纤维素分解菌上的应用已经有超过20年的历史，在本课题中我们给出了两种方法。方法一是传统的方法，缺点是操作繁琐，加入刚果红溶液会使菌落之间发生混杂；其优点是这样显示出的颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。方法二的优点是操作简便，不存在菌落混杂问题，缺点是由于纤维素和琼脂、土豆汁中都含有淀粉类物质，可以使能够产生淀粉酶的微生物出现假阳性反应。但这种只产生淀粉酶的微生物产生的透明圈较为模糊，因为培养基中纤维素占主要地位，因此可以与纤维素酶产生的透明圈相区分。方法二的另一缺点是：有些微生物具有降解色素的能力，它们在长时间培养过程中会降解刚果红形成明显的透明圈，与纤维素分解菌不易区分。

五、教后后记

在介绍刚果红染色法之前，首先用“筛子筛沙”这一形象的比喻来说明筛选微生物的基本思想方法。在教学过程中可以结合专题2介绍的选择培养基的内容，进一步引导学生深入认识分离微生物的基本思想。刚果红染色法的知识难度并不大，学生通过自学就能够理解。