课题3　分解纤维素的微生物的分离PPT及专用教学设计内容

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

本课题是在学习了课题1和课题2之后的深入，教材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和应用，由此转入到如何对纤维素进行有效利用的问题。若要充分利用纤维素，则应将其分解成小分子物质，需要纤维素酶起作用，而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、教学三维教学目标

1、知识与技能

（1）简述纤维素酶的种类和作用。

（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

通过自主设计、完成实验，培养勇于探究的科学精神；

领悟科学研究方法，发展科学思维和创新能力。

三、教学重难点

1．重点

从土壤中分离出分解纤维素的方法；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、教学准备

多媒体课件、板书

五、教学过程

【导入】

上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与技术，这节课我们继续以纤维素分解菌的分离与纯化为例进行微生物培养与分离的深入学习，巩固加深这方面技术的理解和掌握。纤维素是一种由葡萄糖单体聚合成的生物大分子，是含量最丰富的多糖物质。纤维素能被土壤中的某些微生物分解利用，是由于它们能产生纤维素酶。

【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。

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。

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。

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。

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

3．实验分析：P27的小实验是如何设置对照的？

试管

滤纸条

缓冲液

pH＝纤维素酶

1 mL / 条件

结果

1

1 cm×6 cm

10 mL 2

1 cm×6 cm

11 mL 结论

纤维素酶能分解纤维素

将两支试管固定在

50 mL 的锥形完全分解

基本无变化

在一支试管中添加纤维素酶，另一支试管不添加纤维素酶。

【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、纤维素分解菌筛选方法的原理:刚果红是一种染料，它可以与纤维素形成红色复合物，但并不和纤维二糖、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。这样我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

【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

1、土壤取样

学生阅读课本找出选择纤维素丰富的环境，依赖于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。

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？人工设置适宜环境，使纤维素分解菌相对聚集。

滤纸应该埋进土壤多深？一般将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。

2、选择培养

引导学生阅读课本P29侧旁栏，分析讨论选择培养基的配方，回答下列问题：

培养基组分

含量

纤维素粉

5 g NaNO3 1 g Na2HPO4·7H2O

1.2 g KH2PO4 0.9 g MgSO4·7H2O

0.5 g KCl 0.5 g 酵母膏

0.5 g 水解酪素

0.5 g 将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到

1 000 mL

思考问题：

1）.培养基是液体还是固体？目的是什么？

提供的主要营养

碳源

氮源、无机盐

生长因子、碳源、氮源

氮源、生长因子

学生回答：属于液体培养基；目的是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）.该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？

学生回答：有选择作用，纤维素作为唯一的碳源。

3）设计一个对照实验，说明选择培养基的作用？培养学生的动手实验能力

学生回答：对照实验以葡萄糖作为碳源，所有的微生物都能利用，其他操作完全相同。

4）为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？

教师讲解：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

按照课题1的稀释操作方法，将选择培养后的培养液进行等比稀释101~107倍，之后，将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上。

4、将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

1）制备培养基：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

琼脂

15 g 凝固剂

土豆汁

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 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。

2）倒平板操作。

3）涂布平板：将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1ml涂布在培养基上，30℃倒置培养，菌落周围会出现明显的透明圈。

5、挑选产生透明圈的菌落

参照课本刚果红染色法，挑选产生透明圈的菌落，一般即为分解纤维素的菌落

【活动4】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

操作方法

优点

缺点

先培养微生物，再

颜色反应基本上是纤维素

操作繁琐。

方法1 加入刚果红进行颜分解菌的作用

(后置染色法）

色反应

在倒平板时就加入

操作简便，

方法2 (前置染色法）

显的透明圈。

（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

①取样：适于纤维素分解菌繁殖的富含纤维素的环境中会有较多的纤维素分解菌。

②选择培养基是否筛选出菌落：在实验组培养基上，如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能(因为形成透明圈的菌

落与其他微生物菌落可能出现混杂现象，而且产生透明圈的菌落可能是产生淀粉酶的微生物，也可能是降解刚果红的菌种)获得了纤维素的微生物。

③分离结果的一致性：由于在土壤中细菌的数量远远高于真菌和放线菌，因此最容易分离得到的是细菌。但由于取土样的环境不同，还可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。

备注：培养基中出现透明圈一定是纤维素分解菌的作用吗？

提示：不一定。刚果红与多糖类化合物产生红色复合物，若多糖为淀粉，产生淀粉酶的微生物也可使培养基产生透明圈。

【活动5】阅读教材P30“课题延伸”，回答：

（四）课题延伸

刚果红

不存在菌落混杂问题

2.有些微生物能降解色素，形成明糊透明圈。

1.产生淀粉酶的微生物也产生模刚果红会使菌落之间发生混杂。

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。

共同回顾本节要点：

【活动5】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C――→纤维二糖―――――→葡萄糖

X酶2.纤维素分解菌的筛选

①原理：

刚果红→红色复合物纤维素酶――→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

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。

七、板书设计：