课题3　分解纤维素的微生物的分离教学设计(第一课时)

2.3 分解纤维素的微生物的分离 ●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。纤维素酶的作用，教师可通过演示实验，让学生体会纤维素酶的作用，这样可以给学生留下深刻的印象。

2．对于富集培养，其原理和上一课题中的选择培养类似，教师可将两个课题中的选择培养对比，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。

●新课导入建议

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。

●教学流程设计

学生课前预习：阅读教材P27－30，填写【课前自主导学】，完成“思考交流1、2”。了解本课题的基础知识。步骤1：情景导课：以【新课导入建议】引出课题。通过学生阅读、提问进行基础知识部分的教学。步骤2：通过【课堂互

动探究】探究1，并联系课题1，明确纤维素的用途、分布，纤维素酶的组成及功能，并能设计验证纤维素酶功能的实验。完成例1。步骤3：教师利用【课堂互动探究】探究2介绍鉴别培养基，并将鉴别培养基与选择培养基进行比较。辨析刚果红染色的两种方法的优、缺点，完成例2。错误!

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。

1.纤维素

(1)元素组成：C、H、O三种元素。

(2)组成单体：葡萄糖。

重

点

难

点

从土壤中分离分解纤维素的微生物。(重难点) (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。

2．纤维素酶

(1)组成：纤维素酶是一种复合酶，包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶三种组分。

(2)作用

C1酶、Cx酶葡萄糖苷酶纤维素――→纤维二糖――→葡萄糖

思考交流

1．草食性动物是怎样消化食物中的纤维素的？

【提示】

反刍动物的瘤胃中生活着大量的可以分解纤维素的微生物。微生物能够产生纤维素酶，最终将纤维素分解成葡萄糖。

1.方法

刚果红染色法，常用的方法有两种：一种是先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应；另一种是在倒平板时就加入刚果红。

2．原理

纤维素分解菌的筛选

培养基中会出现以纤维素酶刚果红―→红色复合物――→纤维素分解菌为中

纤维素心的透明圈，据此筛选

土壤取样：选择纤维素丰富的环境

实验设计

选择培养：通过选择培养来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菌株

梯度稀释：目的是使菌体分离

涂布培养：将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

挑选菌株：挑选产生透明圈的菌落

思考交流

2．在纤维素分解菌的筛选过程中涉及到的生物技术有哪些？

【提示】

主要用到培养基的配制、无菌操作技术、稀释涂布平板法、选择培养基的作用和土壤取样等。

课题延伸

1.为确定透明圈内的菌落是否是纤维素分解菌，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后所产生的葡萄糖进行定量的测定。

正误判断

1．纤维素酶至少包括三种组分，是一种复合酶。(√) 2．先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应，不存在菌落混杂问题。(×) 【提示】

会使菌落间混杂。

3．增大目的菌株浓度时可采用固液选择培养基。(×) 【提示】

应使用液体培养基。

4．选择纤维素分解菌的培养基与鉴别纤维素分解菌的培养基配方相同，只

是后者需用刚果红染色。(×) 【提示】

两种培养基配方不同

【问题导思】

①纤维素有哪些用途？在自然界的分布如何？

②纤维素酶的组成及功能如何？

③如何验证纤维素酶的作用？

1．纤维素

(1)组成：纤维素是由葡萄糖分子构成的大分子物质，只由C、H、O三种元素构成。其分子结构如图所示：

纤维素及纤维素酶

纤维素分子的结构

(2)含量：地球上含量最丰富的多糖类物质。

(3)分布：棉花是自然界中纤维素含量最多的天然产物，此外，木材、作物秸秆等也富含纤维素。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分之一。

(4)用途：纤维素可以用于造纸、纺织、炸药制造等工业；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，有助于食物的消化和排便，被称为第七营养素。

(5)商品纤维素：羧甲基纤维素钠(CMC－Na)、微晶纤维素等均是由天然纤维素制得的。其中CMC－Na可溶于水。

2．纤维素酶

(1)组成：纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种组分：C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。

(2)作用：C1酶、Cx酶使纤维素分解成纤维二糖，葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成葡萄糖，从而使纤维素能为微生物的生长提供营养，同样，也可以为人类所

利用。

3．验证纤维素酶的作用

实验验证纤维素酶作用

实验组

10 mL pH＝4.8的缓冲液＋1 mL纤维素酶――→滤纸条固定、摇床振荡被分解

对照组

10 mL pH＝4.8的缓冲液――→滤纸条不被分解

固定、摇床振荡结论

动物和人的细胞都不能合成纤维素酶，因此都不能直接利用纤维素，兔、牛等草食性动物之所以能长期吃草是因为其肠道内有分解纤维素的微生物，这些微生物将纤维素分解之后，草食性动物再吸收。

本

课

知

识

小

结

1 cm×6 cm滤纸条

纤维素酶能分解纤维素

1 cm×6 cm滤纸条

网

络

构

建

1．下列关于纤维素酶的说法，错误的是(

) A．纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种组分

B．纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖

C．纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁

D．葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖

【解析】

葡萄糖苷酶是纤维素酶的组分之一，它只能将纤维二糖分解为葡萄糖。

【答案】

D 2．纤维素、纤维素酶和控制纤维素酶合成的物质，它们的基本组成单位依次是(

) A．葡萄糖、葡萄糖和氨基酸

B．葡萄糖、氨基酸和核苷酸

C．氨基酸、氨基酸和核苷酸

D．淀粉、蛋白质和核酸

【解析】

纤维素是多糖，其基本组成单位是葡萄糖；纤维素酶是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸；控制酶合成的物质是DNA，其基本组成单位是核苷酸。

【答案】

B 3．(2013·西安高二测试)从土壤中筛选纤维素分解菌的实验设计正确的是(

)

A．土壤取样→梯度稀释→稀释涂布平板→发酵培养

B．土壤取样→选择培养→稀释涂布平板→挑选菌落

C．土壤取样→梯度稀释→选择培养→挑选菌落

D．土壤取样→梯度稀释→稀释涂布平板→选择培养→挑选菌落

【解析】

土壤取样之后，应先经过选择培养，以增大目的菌株的浓度，然后为避免一个培养基上的菌落太多，需进行稀度稀释之后涂布平板。

【答案】

B 4．以下分离纤维素分解菌的实验过程中操作有误的是(

) A．经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上

B．选择培养这一步可省略，但所培养的纤维素分解菌少

C．经稀释培养后，用刚果红染色

D．对照组可用同样量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上

【解析】

经选择培养后，再经稀释，才能将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上；选择培养可省略；经稀释培养后，用刚果红染色；设置对照能证明经选择培养的确得到了欲分离的微生物。

【答案】

A 5．以纤维素为唯一碳源筛选出多种具有较高纤维素降解能力的微生物，其中有真菌和细菌，试分析此类微生物在生态系统中的作用与下列哪种生物类似(

) A．硝化细菌

B．蓝藻

C．蚯蚓

D．兔子

【解析】

纤维素是一种有机高分子化合物，以其为碳源的微生物属于分解者；硝化细菌和蓝藻是自养生物，属于生产者；蚯蚓以土壤中腐殖质为食，属于分解者；兔子以植物为食，属于消费者。

【答案】

C