课题2　土壤中分解尿素的细菌的分离与计数优秀公开课教案

课题2 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

忻州一中

李晓红

【教材分析】

《土壤中分解尿素的细菌的分离与计数》是普通高中生物新课标选修一专题二的内容, 本专题课题一介绍的是微生物的实验室培养，学生已经掌握了培养基的制备，无菌技术等基本操作技术，本课题是在了解前一课题知识的基础上，要学生能够运用相关技术解决生产生活中的实际问题，如细菌的分离和计数。教材从尿素在农业上的重要用途切入，介绍了土壤中能分解尿素的细菌，进而说明这种细菌的作用是能够合成分解尿素的酶。联系生产生活实际可以让学生对尿素以及分解尿素的细菌形成一定的感性认识。教材还简要的介绍了尿素的发现过程以及尿素合成的历史，这些都是“科学、技术、社会”教育的丰富素材。最后教材明确的指出本课题的目的，有助于学生准确把握课题的方向。

【教学目标】

1.知识与技能：

（1）利用选择培养基分离细菌。

（2）运用相关技术解决生产生活中有关微生物的计数的问题。

2.过程与方法：

（1）分析研究思路的形成过程，找出共性和差异性。

（2）培养学生在实验设计中如何设计对照的能力。

3.情感、态度与价值观：

（1）了解微生物分离培养技术在生活实际中的应用，体会科学、技术、社会的相互关系。

（2）形成无菌不在的概念，养成讲究卫生的习惯。

【教学重点】

对土样的选取和选择培养基的配制

【教学难点】

对分解尿素细菌的计数

【教学课时】1课时

【问题反馈】

1.为什么分离不同的微生物要用不同的稀释度？如何确定？

2.如何设计A同学的对照试验？

3.如果涂布的几个平板数据相差过大，还要取平均数吗？

4.选择培养基可以选出单一的细菌吗？还是选择出适宜这种条件的一类细菌？

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5.选择培养基与鉴别培养基的区别与联系？

【教学过程】

一．导入新课

指导学生阅读教材中的课题背景，引出课题。

提问：1.尿素的利用？

生：尿素是一种重要的氮肥，农作物不能直接吸收利用，而是首先通过土壤中的细菌将尿素分解为氨和CO2

。

2.

细菌能够利用尿素的原因？

生：因为尿素分解菌能合成脲酶

。

引导学生明确本课题的两个目的：①从土壤中分离出能够分解尿素的细菌。②统计每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌。

二．学习目标及反馈问题展示

1.教师分析学习目标，明确学习的重点。

2.对学生反馈的问题做出适当的评价。

三．师生合作解决问题

（一）研究思路

◆

筛选菌株

多媒体显示耐热细菌筛选实例：

提问：1．科学家能从热泉中把耐热细菌筛选出来是因为什么？

生：热泉的高温条件淘汰了绝大多数微生物

，这样也适用于实验室中微生物的筛选，原理是人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养、温度、PH等），同时抑制或阻止其他微生物生长

。

2．得到了什么启示？

生：寻找目的菌种时要根据它对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。

教师点评：生物适应一定的环境，环境对生物具有选择作用。所以通过配制选择培养基、控制培养条件等选择目的微生物。

3．实验室中微生物的筛选原理？

生：人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等)，同时抑制或阻止其他微生物生长。

4．从物理性质看此培养基属于哪类？在此培养基中碳源、氮源分别是什么？什么样的微生物可以在这样2

的培养基上生长？该培养基对微生物是否具有选择作用？

生：固体培养基（有凝固剂琼脂）。在该培养基配方中，为微生物的生长提供碳源的是葡萄糖，提供氮源的的是尿素，能够以尿素作为氮源的微生物才能在该培养基上生长。该培养基具有选择作用。

总结：选择培养基是添加某物质或改变培养基的成分或改变微生物的培养条件等抑制其它微生物的生长，促进所需微生物生长的培养基就叫做选择培养基。

思维拓展：在培养基中加入某种化学物质可以做到这一点，如加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。这里的加入是在培养的培养成分的基础上加入的。

培养基中的营养成分的改变也可达到分离微生物的目的。如培养基中缺乏氮源时，可以分离固氮微生物，因为非固氮微生物不能在此培养基上生存。当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。如石油是唯一碳源时，可以抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，达到分离能消除石油污染的微生物的目的。改变微生物的培养条件，也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物。

◆

统计菌落数目

5．测定微生物数量的常用方法有哪些？

生：在统计菌落数目时，常用来统计样品中活菌数目的方法是稀释涂布平板法

。除此之外，显微镜直接计数也是测定微生物数量的常用方法。

6．统计样品中活菌数目常用的方法是什么？

生：稀释涂布平板法。

7．稀释涂布平板法的原理是什么？

生：采用稀释涂布平板法统计菌落数目时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中一个活菌

。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。

8．利用稀释涂布平板法成功统计菌落数目的关键是什么？

生：利用稀释涂布平板法成功统计菌落数目的关键是恰当的稀释度。为了保证结果准确，一般选择菌落数在

30～300 的平板进行计数。

9．阅读课本22页，两位同学的实验是否需要改进？如果需要，如何改进？

生：第一位同学需设置重复实验组；第二位同学统计的三个菌落数相差太大，说明操作有误，需重新实验。

10．从平板上的菌落数推测出每克样品中的菌落数的计算方法是？

生：（平均菌落数÷涂布的稀释液体积）×稀释倍数

。

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注意事项：（由学生总结注意事项）

①为了保证结果准确，一般选择菌落数在30—300的平板上进行计数。

②为使结果接近真实值可将同一稀释度加到三个或三个以上的平皿中，经涂布，培养计算出菌落平均数。

③统计的菌落往往比活菌的实际数目低。（为什么？）这是因为当两个或多个细胞在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。因此，统计结果一般用菌落数来表示。

◆设置对照

教师讲授：对照实验是指除了被测试的条件外，其他条件都相同的实验。满足该条件的称为对照组，未满足该条件的称为实验组。设置对照的主要目的是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响，提高实验结果的可信度。

多媒体显示实例：在做分解尿素的细菌的筛选与统计菌落数目的实验时，A同学从对应的106倍稀释的培养基中筛选出大约150个菌落，但是其他同学在同样的稀释度下只选择出大约50个菌落。分析其原因。

生：原因是⑴土样不同，⑵培养基污染或操作失误(或者是混入了其他的含氮物质）

学生活动：分组讨论如何设计对照来说明出上述结果的原因。

方案1：其他同学用A同学的土样进行实验。

结果预测：如果结果与A同学一致，则证明A无误；如果结果不同，则证明A同学存在操作失误或培养基的配制有问题。

方案2：将A同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养，作为空白对照，以证明培养基是否受到污染。

（二）实验设计

学生任务：分组进行实验设计（

实验设计的内容包括实验方案、材料用具、实施步骤和时间安排等）对尿素分解菌进行分离和计数。让学生相互交流自己的实验方案，投影某位学生的设计方案，由学生共同谈论补充总结实验的基本步骤。

实验流程：（1）土壤取样（2）样品稀释（3）取样涂布（4）微生物培养（5）观察并记录结果（6）细菌计数

教师点评：

1．土壤微生物主要分布在距地表3～8cm的近中性土壤中，约70％～80％为细菌。

2．分离不同的微生物采用不同的稀释度，其原因是不同微生物在土壤中含量不同，其目的是保证获得菌落数在30～300之间、适于计数的平板。细菌稀释度为104、105、106，放线菌稀释度为103、104、4

105，真菌稀释度为102、103、104。

3．培养不同微生物往往需要不同培养温度。细菌一般在30～37℃培养1～2d，放线菌一般在25～28℃培养5～7d，霉菌一般在25～28℃的温度下培养3～4d。

4．在菌落计数时，每隔24h统计一次菌落数目。选取菌落数目稳定时的记录作为结果，以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目。

5．菌落的特征包括形状、大小、隆起程度、颜色等方面。

6．在研究未知微生物时务必规范操作，以防被致病微生物感染，实验后一定要洗手。

（三）结果分析与评价

通过对照实验，若培养物有杂菌污染，菌落数偏高；若培养物混入其他氮源，则菌落形态多样，菌落数偏高，难以选择出分解尿素的微生物。

提示：选择每个平板上长有30—300个菌落的稀释倍数计算每克样品的菌数最合适。同一稀释倍数的三个重复的菌落数不能相差悬殊，如相差较大，表示实验不精确。

鉴定原理：在细菌分解尿素的化学反应中，细菌合成的脲酶将尿素分解成了氨

。氨会使培养基的碱性增强，PH升高

。因此，我们可以通过检测培养基

pH变化来判断该化学反应是否发生。

在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂。培养某种细菌后，如果PH升高，指示剂将变红，说明该细菌能够分解尿素

。

【高考链接】

(2017·新课标全国卷Ⅰ)某些土壤细菌可将尿素分解成CO2和NH3，供植物吸收和利用。回答下列问题：

(1)有些细菌能分解尿素，有些细菌则不能，原因是前者能产生脲酶。能分解尿素的细菌不能以尿素的分解产物CO2作为碳源，原因是分解尿素的细菌是异养生物，不能利用CO2来合成有机物。但可用葡萄糖作为碳源，进入细菌体内的葡萄糖的主要作用是为细胞生命活动提供能量，为其他有机物的合成提供原料(答出两点即可)。(2)为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时，应选择尿素(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素＋NH4NO3”)作为氮源，不选择其他两组的原因是其他两组都含有NH4NO3，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用。

(3)用来筛选分解尿素细菌的培养基含有KH2PO4和Na2HPO4，其作用有为细菌生长提供无机营养，作为缓冲剂保持细胞生长过程中pH稳定(答出两点即可)。

(2016·四川卷)图甲是从土壤中筛选产脲酶细菌的过程，图乙是脲酶基因转录的mRNA部分序列。

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(1)图中选择培养基应以尿素为唯一氮源；鉴别培养基还需添加酚红作指示剂，产脲酶细菌在该培养基上生长一段时间后，其菌落周围的指示剂将变成红色。

(2)在5个细菌培养基平板上，均接种稀释倍数为105的土壤样品溶液0.1 mL，培养一段时间后，平板上长出的细菌菌落数分别为13、156、462、178和191。该过程采取的接种方法是稀释涂布平板法，每克土壤样品中的细菌数量为1.75×108个；与血细胞计数板计数法相比，此计数方法测得的细菌数较少。

四．课堂小结

【板书设计】

一．研究思路

筛选菌株

统计菌落数目

设置对照

（二）实验设计

（三）结果分析与评价

【教学反思】

本节课从尿素在农业上的应用为切入点，介绍细菌因为能够合成分解尿素的酶所以能分解尿素。在教学过程中，紧紧联系生产生活实际，使学生对尿素以及分解尿素的细菌形成一定的感性认识。同时整个教学环节都以问题的形式展开教学，很好的发挥了教师为主导，学生为主体的作用。使学生在紧凑的课堂中，可以高效的获取知识，提高了课堂的有效性和高效性。同时，在实验中，指导学生进行分组讨论，既提高了学生的协作探究能力，也巩固了实验设计的对照原则。

土壤中尿素分解菌的分离与计数

人为

条件

有利于目的菌株生长

抑制或阻止其他微生物生长

稀释涂布平板法

显微镜直接计数

分离筛选微生物的原理

微生物计数方法与原理

对照设置与重复设置

实验设计

实验方案

实验操作

结果与分析

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