课题3　分解纤维素的微生物的分离教学设计实例

选修1专题2课题3分解纤维素的微生物的分离教学设计

一、教学目标

1.知识目标：简述纤维素酶的种类及作用。

2.能力目标：从土壤中分离出分解纤维素的微生物。

3.情感目标：讨论分解纤维素微生物的应用价值。

二、教学重点

从土壤中分离出分解纤维素的微生物的原理。

三、教学难点

从土壤中分离出分解纤维素的微生物。

四、教学流程

教学流程

教师活动

从教材课题背景导入，展示课题目标。

学生活动

设计意图

背景材料：

环节一：课程导入

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。 呈现教学目标：

阅读、倾听。

环节二： 讲授新课

情景导入本节目标。

一、基础知识

（一）纤维素与纤维素酶

1．纤维素 阅读教材有关纤维素材料，回答下列问题：

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

阅读、思考、复习纤维素相知回答。

关

阅识，简述纤维素酶的种类及作用。

1

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。 读、回答。

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。

二、实验设计

（一）展示实验流程图，让学生回答〖旁栏思考1〗。

阅读、倾听。

〖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，多年积累的枯枝败叶等等。

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

演练、回答。

理解纤维素分解菌的筛选原理。

能够设计筛选分解纤维素微生物实验方案，进行各2 （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 指导学生阅读教材，讲解原理。

（1）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。

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？

——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。

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。

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10,10,10,10,10,10不同稀释度的溶液。稀释最大倍数到10。

6-1-2-3-4-5-6

阅读、倾听、思考、回答。

6个步骤操作。

3 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。

（2）涂布平板

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。

【方法点拨】刚果红染色法

4

分

让学生阅读教材资料三，分析比较两种刚果红染色法优缺点。

方法一：先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应。

方法二：在倒平板时就加入刚果红。

析、回答。

5.挑选产生透明圈的菌落

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。 三、结果分析与评价

（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。

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。

4

共同回顾本节要点：

环节三：课堂小结1.纤维素酶

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酶葡萄糖苷酶②作用：纤维素――→纤维二糖―――――→葡萄糖

CX酶2.纤维素分解菌的筛选

①原理：

呼应、回答。突出本节重点。

环节四：课堂练习

刚果红纤维素酶→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

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种组分形成的复合酶，其中的葡萄糖苷酶可将______________分解成______________。

(2)为从富含纤维素分解菌的土壤中分离获得纤维素分解菌的单菌落并加以鉴定，某同学设计了甲、乙两种培养基：

培养基甲

培养基乙

酵母膏

无机盐

淀粉

纤维素粉

琼脂

CR溶液

＋

＋

＋

＋

－

＋

＋

－

－

＋

＋

＋

水

＋

＋

演练、回答。突出重点。

注：“＋”表示“有”，“－”表示“无”。

据表判断，培养基甲________(填“能”或“不能”)用于分离纤维素分解菌，原因是__________________________；培养基乙________(填“能”或“不能”)用于鉴定纤维素分解菌，原因是_______________________________________。

【答案】(1)纤维二糖

葡萄糖(2) (3)不能

液体培养基不能分离单菌落

不能

培养基中没有纤维素(不能形成CR－纤维素红色复合物) 【解析】(1)葡萄糖苷酶可将纤维二糖分解成葡萄糖。(2)纤维素分解菌分离和鉴别培养基属于固体培养基，而培养基甲中没有琼脂，是液体培养基，要分离和鉴别纤维素分解菌，

需要以纤维素为唯一碳源的培养基，

培养基乙没有纤维素，不能形成CR－纤维素红色复合物，无法鉴定纤维素分解菌。

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