课题3　分解纤维素的微生物的分离教学实录与评析

课题3 分解纤维素的微生物的分离

【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

【教学方法】启发式教学

【教学工具】多媒体课件

【教学过程】

教学流程

环节一：课程导入

教师活动

从教材课题背景导入，展示课题目标。

学生

设计活动

意图

阅读

情景倾听

导入本节目标

背景材料：

棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物，其纤维素的质量分数可达92%～95%，亚麻、木材、作物秸秆等也富含纤维素。许多商品纤维素都是由天然纤维素制得的。用分解纤维素的微生物处理后，纤维素可分解成糖。它不仅可以供给人们能量，还可以用于酿酒、酿醋等食品加工业，成为葡萄糖的替代品。 在土壤中有许多能利用和分解纤维素来作为能源的微生物，因为它们含有纤维素酶。 课题目标：

1.能简述纤维素酶的种类及作用

2.能从土壤中分离出分解纤维素的微生物，了解这类微生物的应用

3.能掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术

环节一、基础知识

（一）纤维素与纤维素酶

1．纤维素 阅读思考复习纤维回答

素相

关知识，简述纤维素酶的种类及作用

二：讲阅读教材有关纤维素材料，回答下列问题：

授新课

含________三种元素，是一种多糖。纤维素的基本组成单位是________，人体内没有________，所以人体不能直接以纤维素为能源

物质，但土壤中有分解纤维素的微生物，最终把纤维素分解成________

释放到无机环境。

C、H、O 葡萄糖 纤维素酶 葡萄糖 2.纤维素酶

（1）指导学生阅读教材相关纤维素酶材料，讲解纤维素水解相关知识。

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。

（2）纤维素酶活性的测定实验

课堂演示纤维素水解滤纸实验：右边的试管中加入了纤维素酶，而左边的没有加入。

（二）纤维素分解菌的筛选

1.方法：刚果红染色法，通过颜色反应筛选。

2.原理

阅读

指导学生阅读教材，讲解原理。

倾听

理解纤维素分解菌的筛选原刚果红可以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。

【典型例题】 植物秸秆中的纤维素可被某些微生物分解。回答下列相关问题：

(1)分解秸秆中纤维素的微生物能分泌纤维素酶，该酶是由3种组分形演练成的复合酶，其中的葡萄糖苷酶可将______________分解成回答

理。

______________。

能够设计筛选分解纤维(2)在含纤维素的培养基中加入刚果红(CR)染料时，CR可与纤维素形

成________色复合物。用含有CR的该种培养基培养纤维素分解菌时，

培养基上会出现以该菌的菌落为中心的________。

答案

(1)纤维二糖

葡萄糖 (2)红

透明圈

阅读

〖旁栏思考1〗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。其它操作基本相同。

（二）让学生阅读教材相关资料，讨论回答问题，纠正点拨后讲解实验设计步骤和注意事项。

1.土壤取样

〖旁栏思考2〗

取样的环境是怎样的，作出这种选择的理由是什么？

选择纤维素丰富的环境，如树林中多年落叶形成的腐殖土，多年积累倾听思考二、实验设计

（一）展示实验流程图，让学生回答〖旁栏思考1〗。

回答

素微

生物实验方案，进行各个步骤操

的枯枝败叶等等。

作。

生物与环境的互相依存关系，在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的

含量相对提高，因此从这种土壤中获得目的微生物的几率要高于普通

环境。

〖旁栏思考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。

2.选择培养

（1）目的

阅读倾听思考回答

讲解目的：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

让学生分析选择培养基配方，回答问题。

纤维素分解菌的选择培养基

纤维素粉 5g NaNO3 1g Na2HPO4·7H2O 0.5g KH2PO4 0.9g MgSO4·7H2O 0.5g KCl 0.5g 酵母膏 0.5g 水解酪素 0.5g 将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1000ml a.旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基？为什么？

液体培养基，配方中无凝固剂琼脂。

b.这个培养基对微生物是否具有选择作用？如果有，是如何进行选择

的？

分析有选择作用，碳源是纤维素，能分解纤维素的微生物可以大量繁殖。

回答

c.你能否设计一个对照实验，说明选择培养基的作用。

用牛肉膏蛋白胨培养基与之对照。

（3）具体操作

将土样加入装有30ml选择培养基的锥形瓶中，将锥形瓶固定在摇床

上，在一定温度下震荡培养1～2天，直至培养液变浑浊。也可重复选

择培养。

〖旁栏思考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。

3.梯度稀释

引导学生回忆系列稀释操作相关知识，加以讲解。

分析比较用移液管从富集培养土壤液(选择培养后的培养基)中吸取1ml加入盛回答

有9ml无菌水的试管中充分混匀。然后换枪头从此试管中吸取1ml加

入另一盛有9ml无菌水的试管中，混合均匀，以此类推制成

10-1,10-2,10-3,10-4,10-5,10-6不同稀释度的溶液。稀释最大倍数到106。

4.将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

（1）制备鉴别培养基

展示鉴别培养基成分，引导学生关注刚果红成分。

鉴别纤维素分解菌的培养基

CMC-Na 5-10g 酵母膏 1g KH2PO4 0.25g 琼脂 15g 土豆汁 100ml 将上述物质溶解后,用

蒸馏水定容到1000ml

阅读

回忆

倾听

旁栏思考：阅读资料三“刚果红染色法”，填表比较两种染色法

的各自的优缺点：

染色法

优点

缺点

方法一

颜色反应基本上是

纤维素分解菌的作用

操作简便

不存在菌落混杂问题

操作繁琐

刚果红会使菌落之间发生混杂

产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈，

有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈。

阅读分析方法二

（2）涂布平板

46

回答

讲解操作过程：将稀释度为10～10的菌悬液各取0.1ml涂布在培养基上，30℃倒置培养。

5.挑选产生透明圈的菌落

讲解操作过程：挑取产生明显的透明圈的菌落，一般即为分解纤维素的菌落。 接种到纤维素分解菌的选择培养基上，在30℃－37℃培养，可获得纯培养。 【典型例题】 某些农作物秸秆富含纤维素，纤维素经过水解可以形成葡萄糖，葡萄糖再经过发酵可以生产酒精。如图是利用农作物秸秆生产酒精的大致流程，请回答下列问题：

(1)农作物秸秆含有丰富的纤维素，纤维素可以经过纤维素分解菌分解

成葡萄糖。人们常常从土壤中分离纤维素分解菌。筛选纤维素分解菌

常用的方法是__________________。其实验流程是：土壤取样→选择演练培养→________→将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上→挑选回答

产生__________的菌落。

【答案】刚果红染色法

梯度稀释

透明圈

三、结果分析与评价

以两个例子让学生进行分析和评价。

（一）培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选出菌落

设置对照，若对照的培养基在培养过程中无菌落生长则说明培养基制

作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维

素的微生物。

（二）分离的结果是否一致

由于在土壤中的细菌远远高于真菌和放线菌的数量，因此最容易分离

得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同，也可能得到真菌和放线分析菌等不同结果。 四、课题延伸

指导学生阅读教材，关注课题延伸。

回答

为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行发酵产纤维素酶的实验，

纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵。

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。

环节共同回顾本节要点：

呼应突出三：课1.纤维素酶

堂小结

①组成：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。

C1酶②作用：纤维素―→纤维二糖葡萄糖

C―X酶2.纤维素分解菌的筛选

①原理：

回答

本节重点。

刚果红→红色复合物红色消失，出现透明圈

纤维素

②筛选方法：刚果红染色法，即通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

③培养基：以纤维素为唯一碳源的选择培养基。

④实验流程

土壤取样→选择培养→梯度稀释→涂布平板→挑选产生透明圈的菌落

【板书设计】

纤维素酶

种类、作用、最适pH、催化活力

纤

维前置染色法

素筛选原理

刚果红染色

后置染色法

分

解实验设计

土壤取样

富含纤维素土壤

微

生增大分解菌含量

选择培养

物

涂布培养

染色鉴别

的

分纯化培养

分离出分解菌

离

【巩固练习】

1．下面是弗来明对青霉素的早期研究过程：

发现问题：在培养细菌的器具中发现一种青霉菌，在这种青霉菌的周围有没有其它细菌生存?为什么会产生这种现象? 提出假设：

设计实验：在液体中培养青霉菌后，考察这种液体对细菌增殖的影响。

实验结果：培养液使细菌的增殖停止。

结论：下面几项最适合作为该实验假设的是

A．青霉菌与细菌之间是共生关系

B．青霉菌污染了细菌生存的环境

C．青霉菌产生了对人体有益的物质

D．青霉菌能产生抑制细菌增殖的物质

2．培养流感病毒时，应选用

A．固体培养基

B．含有多种无机盐的培养液

C．活的鸡胚

D．无菌的牛肉汤

3．以下关于微生物对氧的需求的叙述中正确的是

A．产甲烷杆菌属厌氧呼吸，但氧的存在不影响其生存

B．链球菌进行厌氧呼吸，不能接触空气

C．黄色短杆菌在氧气充足时才能产生谷氨酸

D．谷氨酸棒培育杆菌是厌氧呼吸

4．可以使微生物细胞内蛋白质、核酸发生不可逆破坏的环境加素是

A．高温

B.营养成分的变化

C.氧含量

D.温度、pH、氧的共同作用

5．微生物（除病毒外）需要从外界吸收营养物质并通过代谢来维持正常的

生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是

A．乳酸菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的

B．微生物生长中不可缺少的一些微量的无机物称为生长因子

C．培养基中的营养物质浓度越高对微生物的增殖越有利

D．生长因子一般是酶或核酸的组成成分，微生物本身合成这些生长因子的能力往往不足

6．下列有关味精生产的一些措施的叙述，正确的是

A．常用的菌种是谷氨酸棒状杆菌和金黄色葡萄球菌

B．培养基是含有五种营养成分的合成培养基

C．在发酵中要控制的只是温度、pH、通气量

D．味精是谷氨酸经Na2CO3中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离而成

7．菌落形成的根本原因是

A．细菌有鞭毛

B．细菌能运动

C．培养基有琼脂

D．子细胞成为群体

8．在接种操作的过程中，不正确的是

A．要将接种环灼烧灭菌

B．取下棉塞后要将试管口灼烧灭菌

C．将接种环伸入试管内，先接触长菌多的部

D．接种后还要将管口灭菌加塞

9．高压蒸气灭菌的原理是

A．高压使细菌DNA变性

B．高压使细菌蛋白质凝固变性

C．高温烫死细菌

D．高温使细菌DNA变性

10．某种细菌每30分钟分裂一次，开始接种时为3个细胞，在对数生长期培养5个小时后，问此时有多少细胞？A．15

B．48

C．1024

D．3072 答案：1—5

DCCAD

6—10

DDCB 【教学反思】

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路。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。

资料——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，不存在菌落混杂的问题，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。