课题3　分解纤维素的微生物的分离优质课教案整理

盈江县第一高级中学

2020届高二

(下)生物

教学设计

主备教师：李艳

课题3 分解纤维素的微生物的分离（第一课时）

●课标要求

探讨微生物的利用。观察并分离土壤中能分解纤维素的微生物，观察该微生物能否分解其他物质，讨论这类微生物的应用价值。

课标解读

1.简述纤维素酶的种类及作用。

2.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。

●教学地位

本课题在学习前面两个课题的基础上，增加了富集培养及鉴别纤维素分解菌这两个步骤，对于前两个课题学习的无菌操作技术、选择培养技术都有应用，因此学习本课题除了复习前面两个课题的相关内容外，还需重点学习鉴别培养基等知识。

●教法指导

1.有关纤维素的内容，可联系必修模块中学习的多糖的知识，该部分内容较简单，可安排学生自学，然后教师利用图解的方式，给出Cx酶、C1酶和葡萄糖苷酶的不同功能，帮助学生记忆。

2.对于富集培养，其原理和上一课题中的选择培养类似，教师可将两个课中的选择培养对比，进一步引导学生深入认识分离微生物的基本思想。刚果红染色法的原理比较简单，学生通过自学就能够理解。对于两种不同的染色方法，教师应引导学生分析各自的优、缺点，进行比较。

●教学流程设计

一、课前预习

学生阅读课本P27—30页后完成个人独学的基础知识填空。

【设计意图】让学生自主预习教材，在完成基础知识填空的过程中初步形成本节知识框架同时通过预习发现问题。

二、课堂回顾

让学生回忆必修1关于细胞壁的成分纤维素和多糖的相关知识，通过介绍纤维素，探讨如何分离土壤中能够分解纤维素的微生物。 情景导课:利用课题背景进行导入，在全球能源紧缺的情况下，利用纤维素生产酒精具有广阔的应用前景，而且纤维素是地球上含量最为丰富的多糖，将其水解为葡萄糖之后，便可发酵生产酒精。纤维素转化为葡萄糖离不开纤维素酶，获得能产生纤维素酶的微生物就能将纤维素转化为葡萄糖。

【设计意图】利用已有知识进行迁移。

三、展示目标

1.通过阅读纤维素与纤维素酶相关资料，结合教材内容，能够简述纤维素酶的种类及作用。

2.通过认识从土壤中分离出分解纤维素的微生物，能够说出这类微生物的应用。

【设计意图】让学生明确本课时的学习目标，明确学习的方向从而有目标的进行学习。

【师生活动】①学生读学习目标

②教师解读学习目标，分析考向，提出学习要求及注意事项。

四、个人独学(预习时的知识) 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(外切酶)、CX酶(内切酶)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。

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教学设计

主备教师：李艳

2.

阅读实验“纤维素酶分解纤维素的实验”完成下表：

滤纸条

缓冲液 pH纤维素酶

条件

结果

＝4.8 (70～80U/mL) 1 1 cm×6 cm 10 mL 1 mL 将两支试管固定在 50 mL 的完全分解

锥形瓶中，在

摇床上以 140 2 1 cm×6 cm 11 mL / r/min 的转速振荡反应 1 h 基本无变化

结论

纤维素酶能分解纤维素

讨论：乙试管的滤纸条为什么会消失？实验是如何设置对照的？

提示：不溶于水的纤维被纤维素酶水解为可溶水的葡萄糖了。

本实验的自变量是纤维素酶的有无，自变量的操纵方法是：在一支试管中添加适量（1mL）的纤维素酶溶液，在另一支试管不添加纤维素酶，但需加入等量的缓冲液，不能加入蒸馏水，否则会影响溶液的pH。

3.

纤维素分解菌的筛选

(1)纤维素分解菌的筛选方法：

刚果红染色法

，该方法通过颜色反应直接筛选。

(2)原理是：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_,可以通过_是否产生透明圈

来筛选纤维素分解菌。

(3)培养基：

①纤维素分解菌的选择培养基或称为

富集培养基，从物理性质看是

液体培养基

。

②鉴别纤维素分解菌的鉴别

培养基从物理性质看是

固体培养基。

教师或学生展示学习预习部分的答案。

【设计意图】让学生结合学习目标对教材进行有目的阅读；训练学生从实验现象得出结论和作出推测的能力；同时训练学生的推理能力和批判性思维能力，进一步体会对照实验的思维。

【师生活动】教师说明要求，学生自主学习。

五、小组互学

1、小组交流个人独学过程中存在的问题；若小组内不能解决课请教老师或其他小组。

2、交流过程中要求回归教材、研究教材，互动学习。

教师引导学生进行小组交流，各小组完成学案的科学探究1中的问题并通过小组交流解决存在的问题；同时完成其中的例题与变式。

1.纤维素被称为人体的“第七营养素”，人体自身能否产生分解纤维素的纤维素酶？食草动物是怎样消化食物中纤维素的？

纤维素酶是如何将纤维素分解的？

2.在含有纤维素的培养皿中加入刚果红会出现怎样的现象？再加入纤维素分解菌呢？

3.阅读课本29页资料三，比较两种刚果红染色法的优点与不足。

4.培养基中出现透明圈一定是纤维素分解菌的作用吗？

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主备教师：李艳

【设计意图】培养学生互助学习交流通过小组互学让学生解决课堂讲义P21—22的科学探究一和二。

【师生活动】教师巡视指导，学生讨论交流。

六、小组汇报

小组代表展示、汇报学习成果及存在的问题，同时进行小组间的交流。

七、教师精讲

教师针对小组汇报的情况进行补充、拓展。

【设计意图】突出本课时的重点，理清学生的学习思路，总结方法，解决学生的疑惑，拓展知识及解题方法，讲请知识间的联系，找出解题规律。

【师生活动】教师系统解决学生可能存在的问题，学生认真听讲并记笔记。

【精讲1】纤维素与纤维素酶

1.纤维素

(1)组成：纤维素由 C、H、O 三种元素组成，单体是葡萄糖，分子通式为(C6H10O5)n，是地球上含量最丰富的多糖类物质。

(2)分布：棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物，此外，木材、亚麻、作物秸秆等也富含纤维素。

(3)种类：除天然纤维素外，还有水溶性的羧甲基纤维素钠、不溶于水的微晶纤维素等。

(4)性质：纤维素为白色、无气味的纤维状结构物质，不溶于水，也不溶于一般有机溶剂。与淀粉一样，纤维素不具有

还原性，但其水解产物葡萄糖具有还原性。

(5)用途：纤维素可用于造纸、纺织、制造炸药等；食物中的膳食纤维具有刺激胃肠蠕动、促进消化液分泌的功能，被

称为第七营养素。

2.纤维素酶：

(1)组分：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。

(2)作用：

葡萄糖苷酶

C1 酶、Cx 酶

纤维素

纤维二糖

葡萄糖

(3)实验验证纤维素酶的作用：

滤纸条

缓冲液 pH纤维素酶

条件

结果

＝4.8 (70～80U/mL) 1 1 cm×6 cm 10 mL 1 mL 将两支试管固定在 50 mL 的完全分解

锥形瓶中，在

摇床上以 140 2 1 cm×6 cm 11 mL / r/min 的转速振荡反应 1 h 基本无变化

结论

纤维素酶能分解纤维素

备注：除自然环境中存在分解纤维素的微生物外，在草食动物牛、马、羊等的消化道内，也共生有分解纤维素的微生物，其可产生纤维素酶分解纤维素，而人体没有分解纤维素的能力。

【思考1】.纤维素被称为人体的“第七营养素”，人体自身能否产生分解纤维素的纤维素酶？纤维素酶是如何将纤维素分解的？

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提示

人体自身不能够产生纤维素酶。纤维素酶分解纤维素的原理是：纤维素C1酶、――→Cx酶纤维二糖葡萄糖苷酶――→葡萄糖。

【精讲2】纤维素分解菌的筛选

1.筛选原理：

即：刚果红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。在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。当纤维素被纤维素酶分解后，刚果

红——纤维素的红色复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，因此，可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

2.培养基

(1)纤维素分解菌的选择培养基或称为富集培养基(液体培养基)，该培养基中富含的碳源为纤维素粉，而不是以纤维素为

唯一碳源的培养基，所以在培养过程中除得到大量的纤维素分解菌外，也有其他微生物的存在，但只有以纤维素为碳源

的微生物才能大量繁殖，因此纤维素分解菌占优势地位；该选择培养基的目的是：利用这种培养基可以增加纤维素分解

菌的浓度，以确保能从样品中分离到所需要的微生物。

培养基基组分

含量

提供的主要营养

纤维素粉

5 g 碳源

NaNO3 1 g 氮源、无机盐

Na2HPO4·7H2O 1.2 g

KH2PO4 0.9 g

MgSO4·7H2O 0.5 g 无机盐

KCl 0.5 g 酵母膏

0.5 g 生长因子、碳源、氮源

水解酪素

0.5 g 氮源、生长因子

将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到 1 000 mL

(2)鉴别纤维素分解菌的鉴别培养基(固体培养基)，在该培养基中加入刚果红溶

液，在该培养基上生长的纤维素分解菌分泌纤维素酶，因此菌落周围会形成透明圈。

培养基组分

含量

提供的主要营养

CMC－Na 5～10 g 碳源

酵母膏

1 g 碳源、氮源、生长因子

KH2PO4 0.25 g 无机盐

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主备教师：李艳

琼脂

土豆汁

15 g 凝固剂

100 mL 碳源、生长因子

将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到 1 000 mL

3.筛选方法：刚果红染色法（两种刚果红染色法的比较）

方法

方法一：先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应

培养基长出菌落→覆盖CR溶液配制CR溶液→灭菌→按照1 mL 10～15 min――→倒去CR溶液→加入过程

CR/200 mL培养基的比例混匀→倒15 minNaCl溶液――→倒掉NaCl溶液→平板→培养→出现透明圈

出现透明圈

优点

显示出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

①由于琼脂、土豆汁中均含有淀粉类物质，可能使产生淀粉酶的微生缺点

操作繁琐，加入刚果红会使菌落之物也形成透明圈，即假阳性反应；间发生混杂

②有些微生物具有降解色素的能力，它们会降解刚果红形成透明圈，与纤维素分解菌不易区分

说明：方法一中加入NaCl溶液的作用：洗去未和纤维素结合的刚果红染液，留下大大小小的透明圈(透明圈较大说明纤维素分解菌分解纤维素能力较强)。

【思考2】在含有纤维素的培养皿中加入刚果红会出现怎样的现象？再加入纤维素分解菌呢？

提示

刚果红可以与纤维素反应生成红色复合物，再加入纤维素分解菌后，纤维素可以被分解成葡萄糖，所以会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。

【例题1】纤维素分解菌的筛选原理是(

) A.刚果红可以与纤维素形成红色复合物

B.刚果红可以与纤维二糖和葡萄糖形成红色复合物

C.刚果红可以与纤维素酶形成红色复合物

D.刚果红可以与纤维素分解菌结合形成红色复合物

解析

刚果红是一种染料，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不和纤维素水解后产生的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应，刚果红也不与纤维素酶或者与纤维素分解菌结合形成红色复合物。

答案

A 【変式1】下列有关刚果红染色法的叙述，不正确的是(

)

A.刚果红可以在细菌菌落形成前倒平板时加入

B.刚果红可以在菌落形成后加入

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方法二：在倒平板时就加入刚果红

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C.刚果红在菌落形成前倒平板时加入，加入的刚果红不需要灭菌

D.在菌落形成后加入刚果红时，刚果红不需要灭菌

解析

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，所以可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。刚果红可以在细菌菌落形成前倒平板时加入，也可以在菌落形成后加入。若在细菌菌落形成前倒平板时加入刚果红，则所加刚果红要进行灭菌，以防杂菌的侵入，影响纤维素分解菌菌落的形成；若在菌落形成后加入刚果红，则不需要灭菌。

答案

C 八、当堂检测

1.在纤维素酶的作用下，纤维素可以水解成葡萄糖(

) 2.纤维素分解菌只能在含有纤维素的环境中生存(

) 3.土壤中纤维素分解菌的筛选流程中的“选择培养”是必不可少的(

) 4.刚果红可以与纤维素形成透明复合物，所以可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌(

) 5.在筛选能分解纤维素的细菌的实验中，选择培养的目的是增大样品中目的菌株的浓度(

) 6.纤维素分解菌的选择培养基上生长的微生物只有分解纤维素的微生物(

) 答案

1.√

2.×

3.×

4.×

5.√

6.×

九、课堂小结

十、课后作业

观看视频写出实验流程：并讨论完成课本相关的旁栏思考题（第二课时）。

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