课题3　分解纤维素的微生物的分离教学设计实例

专题2 微生物的培养与应用

课题3 分解纤维素的微生物的分离

一、教材分析

教材位于选修第二章第三节，前面已掌握微生物分离计数的基本操作。本节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问题。说明了微生物能利用纤维素是因为能产生纤维素酶，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，教材点明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。通过对课题中实验设计思路的深入学习，要求学生掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）简述纤维素酶的种类及作用。

（2）说出刚果红染色法及其原理。

（3）掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。

2、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。

3、情感、态度与价值观

通过理解设计、完成实验，培养勇于探究的科学精神。

三、教学重难点

1、重点

简述纤维素酶的组成及作用；说出刚果红染色法及其原理。

2、难点

从土壤中分离出分解纤维素的微生物的方法。

四、教学过程

（一）引入

上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与计数，这节课我们以纤维素分解菌的分离与纯化为例，巩固加深对这方面技术的理解和掌握。纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是含量最丰富的多糖类物质。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。

延伸：草食性动物是怎样消化食物中纤维素的？肠胃中的共生物生物。

草食性动物肠胃中的共生微生物。除自然环境中存在分解纤维素的微生物外，在草食性动物等的消化道内，也共生有分解纤维素的微生物，其原理也是产生纤维素酶而分解纤维素，而人没有分解纤维素的能力。

（二）基础知识

【活动1】阅读教材P27“课题背景”和“纤维素与纤维素酶”，讨论并回答下列问题：

（一）纤维素和纤维素酶

1、棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素是一种由葡萄糖相连而成的高分子多糖类化合物。

2、纤维素酶的组成及作用：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，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。

即

思考1：教材P27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。

注意：

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。

【活动2】阅读教材P28“纤维素分解菌的筛选”，讨论并回答下列问题：

（二）纤维素分解菌的筛选

1、方法：刚果红染色法，该方法可以通过颜色反应直接筛选。

2、原理：刚果红是一种染料，它可以与纤维素这样的多糖形成红色复合物，但不和纤维二糖、葡萄糖发生这种反应。当纤维素被纤维素酶分解后刚果红—纤维素的复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解为中心的透明圈，可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

（三）实验设计

【活动3】阅读教材P28“实验设计”部分，完成实验方案流程图，讨论并回答下列问题：

（一）分离分解纤维素的微生物的实验流程

思考2：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3：本纤维素分解菌选择培养基的选择作用机制是什么？

以纤维素粉为唯一碳源，只有分解纤维素分解菌才能生存。

思考4：为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？

在选择培养的条件下，可以使那些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。

【活动4】阅读教材P28-P29

“资料一

土壤取样”、

“资料二

选择培养基”和

栏旁培养基配方，讨论并回答下列问题：

1、纤维素分解菌大多分布在富含纤维素的环境中。

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。

3、将滤纸埋在土壤中有什么作用？

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。

般将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。

4、纤维素分解菌选择培养基属于液体（液体、固体）培养基。

纤维素分解菌鉴别培养基属于固体（液体、固体）培养基。

5、若设置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5】阅读教材P29 “资料三

刚果红染色法”，填表比较两种染色法的各自的优缺点：

（二）刚果红染色法的比较

染色法

方法1 (后置染色法）

操作方法

优点

缺点

先培养微生物，再加入刚果红进行颜

颜色反应基本上是纤维素

操作繁琐。

分解菌的作用

刚果红会使菌落之间发生混杂。

色反应

在倒平板时就加入刚果红

操作简便，

不存在菌落混杂问题

1.产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈。

2.有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈。

方法2 (前置染色法）

【活动6】观看视频：观看“分解纤维素的微生物的分离”视频。

思考5：对比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。

（三）结果分析与评价

1、培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选出菌落

2、分离的结果是否一致

【活动8】阅读教材P30“课题延伸”，拓展实验

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。

【课堂小结

】

五、板书设计

2.3

土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

一、有关纤维素的基础知识

二、土壤中分解纤维素的细菌的分离

三、实验分析与评价

六、教学反思

本实验为设计性实验，通过让学生设计从环境中分离筛选纤维素酶生产菌的技术路线并予以实验，使学生学习并掌握从环境中分离筛选纤维素酶产生菌的原理和方法，理解选择培养基的原理和应用方法。使学生了解从环境中获得有用菌种的基本实验环节和技术路线方法；培养学生触类旁通，举一反三，从事微生物学科学研究的基本素质能力。