课题3　分解纤维素的微生物的分离教学设计(第二课时)

教学目标：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，讨论这类微生物的应用价值

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

教学过程：

一、纤维素分解菌的筛选

基础梳理：

1.纤维素与纤维素酶

(1)纤维素：下图所示为纤维素的结构式。

①基本组成单位：葡萄糖。

②分布：主要分布在植物根、茎、叶等器官的细胞壁。

(2)纤维素酶

①组成：是一种复合酶，至少包括三种酶，即C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶。

C1酶和CX酶葡萄糖苷酶②作用：纤维素―――――――→纤维二糖―――――――→葡萄糖

2.纤维素分解菌的筛选

(1)方法：刚果红染色法。

①方法一：先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应。

②方法二：在倒平板时就加入刚果红。

(2)原理

纤维素＋刚果红→红色复合物

↓纤维素酶

纤维二糖和葡萄糖，不能和刚果红形成红色复合物

↓

以纤维素分解菌为中心的透明圈

互动探究

1.纤维素酶

(1)纤维素酶是如何将纤维素分解的？

答案

纤维素酶中的C1酶、CX酶使纤维素分解为纤维二糖，葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成

葡萄糖。

(2)如何设计实验证明纤维素酶能分解纤维素？

答案

设计对照实验。取两支试管，分别加入等量的滤纸条和缓冲液，在一支试管中加入纤维素酶，另一支试管中加入等量蒸馏水，振荡反应一段时间后，可观察到加入纤维素酶的试管中滤纸条被水解，而加入蒸馏水的试管中滤纸条没有变化。

2.纤维素分解菌的获得

(1)为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

答案

筛选目的菌株应该到有利于目的菌株生长的环境中寻找。

(2)为什么将滤纸埋在土壤中可以提取到目的菌？

答案

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。

3.分析教材P29“纤维素分解菌的选择培养基配方”，回答下列问题：

(1)此配方是液体培养基还是固体培养基？为什么选择此类培养基？

答案

此配方是液体培养基，因为配方中无凝固剂。液体培养基与微生物的接触更充分，微生物更容易从培养基中获得营养物质，因此可以快速增加微生物的浓度。

(2)这个选择培养基对微生物是否具有选择作用？怎样设计对照实验证明你的观点？

答案

有选择作用。本配方中富含纤维素，更适合能够分解纤维素的微生物大量繁殖。对照实验可以用牛肉膏蛋白胨培养基培养微生物。若选择培养基上微生物数量明显少于牛肉膏蛋白胨培养基上微生物的数量，则说明培养基起到了选择作用。

活学活用

.分析下表培养基的配方，请回答下面的问题：

纤维素分解菌的选择培养基

组分

纤维素粉

NaNO3

Na2HPO4·7H2O KH2PO4

MgSO4·7H2O KCl 酵母膏

水解酪素

将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到1 000 mL。

(1)此培养基配方中为微生物提供碳源的主要是__________、氮源是________________。

含量

5 g 1 g 1.2 g 0.9 g 0.5 g 0.5 g 0.5 g 0.5 g

(2)此配方为__________培养基(根据物理状态)配方。

(3)此培养基选择出的微生物主要是____________________________________________。

问题导析

(1)该培养基中纤维素是主要的碳源，所以可以用于筛选纤维素分解菌。

(2)由于该培养基中没有加入琼脂，所以为液体培养基。液体培养基中微生物与营养成分的接触更充分，可以提高微生物的代谢效率。

答案

(1)纤维素粉

NaNO3、酵母膏、水解酪素

(2)液体

(3)纤维素分解菌

一题多变

(1)从土壤中分离纤维素分解菌时，哪种情况下可以省略选择培养？

答案

当土壤中纤维素分解菌的浓度很高时，可以省略选择培养这一步骤。

(2)本题中的培养基配方中的酵母膏可以为微生物提供什么成分？

答案

可以提供碳源、氮源和生长因子。

(3)该培养基中纤维素是否为唯一的碳源？

答案

不是，纤维素是主要的碳源，另外，酵母膏和水解酪素也可以提供少量的碳源。

二、尝试从土壤中分离出分解纤维素的微生物

基础梳理

1.实验流程

土壤取样：选择富含纤维素的环境

↓

选择培养：用富含纤维素的选择培养基扩大培养

↓

梯度稀释：依次稀释101～106倍

↓

涂布平板：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.实验操作注意事项

(1)土壤取样时要选择富含纤维素的环境。

(2)选择培养的方法：用富含纤维素的选择培养基。

目的：增加纤维素分解菌的浓度。

(3)梯度稀释的目的：能获得单个菌落。

(4)涂布平板时要选择鉴别纤维素分解菌的培养基。

(5)挑选产生透明圈的菌落。

3.菌种的进一步鉴定

(1)鉴定原理：为确定透明圈内的菌落是纤维素分解菌，需要进行发酵产纤维素酶的实验。

(2)发酵方法：有液体发酵和固体发酵两种。

(3)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后所产生的葡萄糖进行定量的测定。

互动探究

1.鉴别纤维素分解菌的培养基

(1)鉴别纤维素分解菌时需在培养基中添加什么物质？

答案

刚果红染色剂。

(2)鉴别培养基和选择培养基在目的和物理性质方面的区别是什么？

答案

①鉴别培养基是在培养基中加入某些特定的作用底物和指示剂，观察微生物生长过程中分解底物所释放的不同产物，通过指示剂的反应不同来鉴别微生物；选择培养基是在培养基中加入某些物质，以促进目的菌的生长繁殖，同时抑制其他杂菌的生长繁殖。

②选择培养的培养基中没有加入琼脂，所以属于液体培养基，而鉴别培养基一般为固体培养基。

2.鉴别方法——刚果红染色法

从显色结果上看，教材P29资料中两种刚果红染色法中哪种染色法更容易区分纤维素分解菌和其他杂菌？

答案

方法一更容易区分纤维素分解菌和其他杂菌。即先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应，所显示的颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。方法二中有些微生物具有降解色素的能力，它们在生长过程中会降解刚果红，也会使培养基上形成透明圈，与纤维素分解菌不易区分。

3.透明圈的形成

(1)对分离的纤维素分解菌作进一步的鉴定的原因是什么？

答案

产生透明圈的菌落可能是能产生纤维素酶的微生物，也可能是能降解刚果红的菌种，所以需要进一步鉴定。

(2)简要概述筛选纤维素分解菌时透明圈是如何形成的。

答案

纤维素分解菌分解纤维素产生的纤维二糖和葡萄糖，不能与刚果红形成红色复合物，而出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。

(3)向含有分解尿素的细菌的培养基中加入酚红指示剂，会出现类似的圈吗？

答案

分解尿素的细菌能够将尿素分解成氨，加入酚红指示剂后会变红，也会形成以尿素分解菌为中心的红色的圈。

活学活用

.研究人员成功地从土壤中筛选到能产生纤维素酶的微生物，请就如何从土壤中获得纤维素分解菌回答以下问题：

(1)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_____酶。

(2)为获得纯净的菌株，常采用平板划线法进行接种，此过程所用的接种工具是________，操作时采用________灭菌的方法。

(3)刚果红可以与纤维素等多糖形成红色复合物，但并不与____________和________发生这种反应。常用的刚果红染色法有两种：第一种是先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应；第二种是在________时就加入刚果红。

(4)如果观察到产生__________的菌落，说明可能获得了纤维素分解菌。为了确定是纤维素分解菌，还需要进行______________的实验。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后所产生的________进行定量的测定。

答案

(1)葡萄糖苷

(2)接种环

灼烧

(3)纤维二糖

葡萄糖

倒平板

(4)透明圈

发酵产纤维素酶

葡萄糖