2.3 分解纖維素的微生物的分離

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)生物選修1人教版課題3 分解纖維素的微生物的分離課題目標(biāo)（一）知識(shí)與技能簡(jiǎn)述纖維素酶的種類(lèi)及作用，從土壤中分離出分解纖維素的微生物；掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術(shù)   （二）過(guò)程與方法分析分離分解纖維素的微生物的實(shí)驗(yàn)流程，弄懂實(shí)驗(yàn)操作的原理（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，發(fā)展科學(xué)思維和創(chuàng)新能力課題重點(diǎn)從土壤中分離分解纖維素的微生物課題難點(diǎn) 從土壤中分離分解纖維素的微生物教學(xué)方法 啟發(fā)式教學(xué)教學(xué)工具 多媒體課件教學(xué)過(guò)程（一）引入新課上節(jié)課我們探討學(xué)習(xí)了土壤中尿素分解菌的分離與計(jì)數(shù)，這節(jié)課我們以纖維素分解菌的分離與純化為例，鞏固加深對(duì)這方面技術(shù)的理解和掌握。（二）進(jìn)行新課1基礎(chǔ)知識(shí)活動(dòng)1：閱讀“纖維素與纖維素酶”，回答下列問(wèn)題：11纖維素是一種由葡萄糖首尾相連而成的高分子化合物，是含量最豐富的多糖類(lèi)物質(zhì)。纖維素能被土壤中某些微生物分解利用，這是因?yàn)樗鼈兡軌虍a(chǎn)生纖維素酶。延伸：草食性動(dòng)物是怎樣消化食物中纖維素的？腸胃中的共生物生物。12棉花是自然界中纖維素含量最高的天然產(chǎn)物。纖維素的分解需要在纖維素酶的催化作用下完成，請(qǐng)完成下列過(guò)程：纖維素纖維二糖葡萄糖C1酶、Cx酶葡萄糖苷酶思考1實(shí)驗(yàn)分析：P27的小實(shí)驗(yàn)是如何構(gòu)成對(duì)照的？在一支試管中添加纖維素酶，另一支試管不添加纖維素酶；盡管醋酸醋酸鈉緩沖液用量不同，但都能維持相同的pH。思考21個(gè)酶活力單位是指在溫度為 25 ，其它反應(yīng)條件最適宜情況下，在 1 min內(nèi)轉(zhuǎn)化 1mmol 的底物所需要的酶量?；顒?dòng)2：閱讀“纖維素分解菌的篩選”，回答下列問(wèn)題：13篩選纖維素分解菌的方法是剛果紅染色法。該方法可以通過(guò)顏色反應(yīng)直接篩選。24其原理是：剛果紅可以與纖維素形成紅色復(fù)合物，當(dāng)纖維素被纖維素酶分解后，紅色復(fù)合物無(wú)法形成，出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透明圈，我們可以通過(guò)是否產(chǎn)生透明圈來(lái)篩選纖維素分解菌。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)3：完成實(shí)驗(yàn)方案流程圖，討論回答問(wèn)題：選擇培養(yǎng)梯度稀釋涂布到鑒別纖維素分解菌培養(yǎng)基上微生物培養(yǎng)土壤取樣挑選產(chǎn)生透明圈的菌落純化培養(yǎng)思考3實(shí)驗(yàn)流程中“選擇培養(yǎng)”的培養(yǎng)基類(lèi)型是什么？該培養(yǎng)的目的是什么？液體選擇培養(yǎng)基。其目的是使纖維素分解菌增殖，含量增多。思考4本實(shí)驗(yàn)流程與尿素分解菌的分離實(shí)驗(yàn)流程有哪些異同？尿素分解菌的分離實(shí)驗(yàn)流程是將土樣制成的菌懸液直接涂布在選擇培養(yǎng)基上；本課題通過(guò)選擇培養(yǎng)使細(xì)菌增殖后，再涂布在鑒別培養(yǎng)基上。其它操作基本基本共同?；顒?dòng)4：閱讀資料一“土壤取樣”，回答下列問(wèn)題：21纖維素分解菌大多分布在富含纖維素的環(huán)境中。22為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維素分解菌？生物適應(yīng)一定環(huán)境，環(huán)境對(duì)生物具有選擇作用，只有在纖維素含量豐富的環(huán)境中纖維素分解菌的含量才會(huì)高于其它普通環(huán)境，從而提高獲得目的微生物的幾率。23將濾紙埋在土壤中有什么作用？你認(rèn)為濾紙應(yīng)該埋進(jìn)土壤多深？人工設(shè)置適宜環(huán)境，使纖維素分解菌相對(duì)聚集。將紙埋于深約10cm的腐殖土壤中。活動(dòng)5：閱讀資料二“選擇培養(yǎng)基”，回答以下三個(gè)問(wèn)題：24纖維素分解菌選擇培養(yǎng)基屬于液體培養(yǎng)基，原因是沒(méi)有添加瓊脂成分。25培養(yǎng)基選擇作用機(jī)制是以纖維素粉為唯一碳源，只有纖維素分解菌才能生存。26若設(shè)置一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)說(shuō)明選擇培養(yǎng)的作用，應(yīng)控制的變量是將纖維素粉改為葡萄糖?；顒?dòng)5：閱讀資料三“剛果紅染色法”，填表比較兩種染色法的各自的優(yōu)缺點(diǎn)：染色法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方法一顏色反應(yīng)基本上是纖維素分解菌的作用操作繁瑣剛果紅會(huì)使菌落之間發(fā)生混雜方法二操作簡(jiǎn)便不存在菌落混雜問(wèn)題產(chǎn)生淀粉酶的微生物也產(chǎn)生模糊透明圈，有些微生物能降解色素，形成明顯的透明圈。思考5為什么選擇培養(yǎng)能夠“濃縮”所需的微生物？在選擇培養(yǎng)條件下，可使能夠適應(yīng)這種營(yíng)養(yǎng)條件的微生物得到迅速繁殖，而那些不適應(yīng)這種營(yíng)養(yǎng)條件的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“濃縮”的作用。3結(jié)果分析與評(píng)價(jià)活動(dòng)6：閱讀“課題延伸”，回答：31為了確定分離得到的是纖維素分解菌，還需要進(jìn)行 發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶 實(shí)驗(yàn)，纖維素酶的發(fā)酵方法有 液體 發(fā)酵和 固體 發(fā)酵。32纖維素酶測(cè)定方法是對(duì)纖維素酶分解濾紙等纖維素所產(chǎn)生的 葡萄糖 含量進(jìn)行定量測(cè)定。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)纖維素分解微生物的分離纖維素酶種類(lèi)、作用、最適pH、催化活力剛果紅染色篩選原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)土壤取樣選擇培養(yǎng)涂布培養(yǎng)純化培養(yǎng)前置染色法后置染色法富含纖維素土壤增大分解菌含量染色鑒別分離出分解菌（四）實(shí)例探究例1有關(guān)谷氨酸發(fā)酵的敘述中正確的是A發(fā)酵中要不斷通入空氣 B培養(yǎng)條件不當(dāng)將不能得到產(chǎn)品C攪拌的唯一目的是使空氣成為小泡 D冷卻水可使酶活性下降解析：進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵的菌種是異養(yǎng)需氧型微生物，所以要在培養(yǎng)過(guò)程中不斷通入空氣，但是必須通入的是無(wú)菌空氣，普通空氣是不行的，容易造成雜菌污染。攪拌不但使空氣成為小氣泡以增加培養(yǎng)基中的溶氧量，還能使培養(yǎng)基與菌種充分接觸，提高原料的利用率。在培養(yǎng)過(guò)程中，由于微生物的代謝產(chǎn)熱和機(jī)械磨擦生熱，會(huì)使培養(yǎng)基的溫度升高，高到一定程度，就會(huì)使酶的結(jié)構(gòu)和核酸的結(jié)構(gòu)遭到破壞，培養(yǎng)會(huì)因此而受到影響。降低溫度，是保證酶正?；钚缘臈l件之一而不會(huì)使酶的活性下降。當(dāng)培養(yǎng)條件不恰當(dāng)時(shí)，不能得到谷氨酸。如pH降低時(shí)將得到乙酰谷氨酰胺，溶氧低時(shí)將得到乳酸或琥珀酸。答案：B例2溫度對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響，不正確的是A溫度過(guò)高，發(fā)酵周期縮短，產(chǎn)量降低 B溫度不影響生物合成的途徑C溫度能影響菌種對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收 D菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成所需的最適溫度不一定相同解析：解答此題需要從以下幾方面入手分析：第一，發(fā)酵過(guò)程需要適宜的溫度，如果溫度過(guò)高，酶很快失活，菌體衰老，發(fā)酵周期就會(huì)縮短，產(chǎn)量也會(huì)降低；第二，溫度能影響生物合成的途徑，這是因?yàn)樯锖铣蛇^(guò)程需要酶，酶的活性與溫度高低有關(guān)；第三，菌種吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一部分是通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸來(lái)完成的，需呼吸作用提供能量，這與溫度有關(guān)；第四，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成需體內(nèi)旺盛的代謝作基礎(chǔ)，而用于生長(zhǎng)繁殖和代謝產(chǎn)物生成的酶不同，因此所需的最適宜的溫度也不一定相同。答案：B綜合應(yīng)用例3、淀粉酶可以通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)，為了提高酶的產(chǎn)最，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，利用誘變育種方法，獲得產(chǎn)生淀粉酶較多的菌株。寫(xiě)出主要實(shí)驗(yàn)步驟。根據(jù)誘發(fā)突變率低和誘發(fā)突變不定向性的特點(diǎn)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。提示：生產(chǎn)菌株在含有淀粉的固體培養(yǎng)基上，隨其生長(zhǎng)可釋放淀粉酶分解培養(yǎng)基中的淀粉，在菌落周?chē)纬赏该魅?。?004天津理科綜合能力測(cè)試）解析：這是一道以誘變育種、選擇培養(yǎng)和鑒別培養(yǎng)等知識(shí)為載體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，綜合性強(qiáng)，難度較大。既要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，也要求學(xué)生具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)和分析能力。 答案：主要實(shí)驗(yàn)步驟： 第一步：將培養(yǎng)好的生產(chǎn)菌株分兩組。一組用一定劑量的誘變劑處理，另一組不處理做對(duì)照。 第二步：制備含淀粉的固體培養(yǎng)基。 第三步：把誘變組的大量菌株接種于多個(gè)含淀粉的固體培養(yǎng)基上，同時(shí)接種對(duì)照組，相同條件下培養(yǎng)。 第四步：比較兩組菌株菌落周?chē)该魅Φ拇笮?，選出透明圈變大的菌株。 預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果： a由于誘發(fā)突變率低，誘變組中絕大多數(shù)菌落周?chē)耐该魅Υ笮∨c對(duì)照組相同。 b由于誘發(fā)突變不定向性，誘變組中極少數(shù)菌落周?chē)耐该魅εc對(duì)照組相比變大或變小。（五）鞏固練習(xí)1下面是弗來(lái)明對(duì)青霉素的早期研究過(guò)程：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：在培養(yǎng)細(xì)菌的器具中發(fā)現(xiàn)一種青霉菌，在這種青霉菌的周?chē)袥](méi)有其它細(xì)菌生存?為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象?提出假設(shè)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：在液體中培養(yǎng)青霉菌后，考察這種液體對(duì)細(xì)菌增殖的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：培養(yǎng)液使細(xì)菌的增殖停止。結(jié)論：下面幾項(xiàng)最適合作為該實(shí)驗(yàn)假設(shè)的是A青霉菌與細(xì)菌之間是共生關(guān)系 B青霉菌污染了細(xì)菌生存的環(huán)境C青霉菌產(chǎn)生了對(duì)人體有益的物質(zhì) D青霉菌能產(chǎn)生抑制細(xì)菌增殖的物質(zhì)2培養(yǎng)流感病毒時(shí)，應(yīng)選用A固體培養(yǎng)基 B含有多種無(wú)機(jī)鹽的培養(yǎng)液 C活的雞胚 D無(wú)菌的牛肉湯3以下關(guān)于微生物對(duì)氧的需求的敘述中正確的是A產(chǎn)甲烷桿菌屬厭氧呼吸，但氧的存在不影響其生存B鏈球菌進(jìn)行厭氧呼吸，不能接觸空氣C黃色短桿菌在氧氣充足時(shí)才能產(chǎn)生谷氨酸D谷氨酸棒培育桿菌是厭氧呼吸4可以使微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸發(fā)生不可逆破壞的環(huán)境加素是A高溫 B.營(yíng)養(yǎng)成分的變化 C.氧含量 D.溫度、pH、氧的共同作用5微生物（除病毒外）需要從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并通過(guò)代謝來(lái)維持正常的生長(zhǎng)和繁殖。下列有關(guān)微生物營(yíng)養(yǎng)的說(shuō)法正確的是A乳酸菌與硝化細(xì)菌所利用的碳源物質(zhì)是相同的 B微生物生長(zhǎng)中不可缺少的一些微量的無(wú)機(jī)物稱(chēng)為生長(zhǎng)因子 C培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度越高對(duì)微生物的增殖越有利D生長(zhǎng)因子一般是酶或核酸的組成成分，微生物本身合成這些生長(zhǎng)因子的能力往往不足6下列有關(guān)味精生產(chǎn)的一些措施的敘述，正確的是 A常用的菌種是谷氨酸棒狀桿菌和金黃色葡萄球菌 B培養(yǎng)基是含有五種營(yíng)養(yǎng)成分的合成培養(yǎng)基 C在發(fā)酵中要控制的只是溫度、pH、通氣量 D味精是谷氨酸經(jīng)Na2CO3中和后，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、濃縮、離心分離而成7菌落形成的根本原因是A細(xì)菌有鞭毛 B細(xì)菌能運(yùn)動(dòng) C培養(yǎng)基有瓊脂 D子細(xì)胞成為群體8在接種操作的過(guò)程中，不正確的是A要將接種環(huán)灼燒滅菌 B取下棉塞后要將試管口灼燒滅菌C將接種環(huán)伸入試管內(nèi)，先接觸長(zhǎng)菌多的部位 D接種后還要將管口滅菌加塞9高壓蒸氣滅菌的原理是A高壓使細(xì)菌DNA變性 B高壓使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固變性C高溫燙死細(xì)菌 D高溫使細(xì)菌DNA變性10某種細(xì)菌每30分鐘分裂一次，開(kāi)始接種時(shí)為3個(gè)細(xì)胞，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期培養(yǎng)5個(gè)小時(shí)后，問(wèn)此時(shí)有多少細(xì)胞？A15 B48 C1024 D3072答案：15 DCCAD 610 DDCBD課余作業(yè)1、為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維素分解菌？2、將濾紙埋在土壤中有什么作用？你認(rèn)為濾紙應(yīng)該埋進(jìn)土壤多深教學(xué)體會(huì)教材在介紹剛果紅染色法之前，首先用“篩子篩沙”這一形象的比喻來(lái)說(shuō)明篩選微生物的基本思想方法。在教學(xué)過(guò)程中可以結(jié)合專(zhuān)題2介紹的選擇培養(yǎng)基的內(nèi)容，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識(shí)分離微生物的基本思想。剛果紅染色法的知識(shí)難度并不大，學(xué)生通過(guò)自學(xué)就能夠理解。資料袋兩種剛果紅染色法的比較剛果紅在篩選纖維素分解菌上的應(yīng)用已經(jīng)有超過(guò)20年的歷史，在本課題中我們給出了兩種方法。方法一是傳統(tǒng)的方法，缺點(diǎn)是操作繁瑣，加入剛果紅溶液會(huì)使菌落之間發(fā)生混雜；其優(yōu)點(diǎn)是這樣顯示出的顏色反應(yīng)基本上纖維素分解菌的作用。方法二的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，不存在菌落混雜的問(wèn)題，缺點(diǎn)是由于纖維素和瓊脂、土豆汁中都含有淀粉類(lèi)物質(zhì)，可以使能夠產(chǎn)生淀粉酶的微生物出現(xiàn)假陽(yáng)性反應(yīng)。但這種只產(chǎn)生淀粉酶的微生物產(chǎn)生的透明圈較為模糊，因?yàn)榕囵B(yǎng)基中纖維素占主要地位，因此可以與纖維素酶產(chǎn)生的透明圈相區(qū)分。方法二的另一缺點(diǎn)是：有些微生物具有降解色素的能力，它們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)過(guò)程中會(huì)降解剛果紅形成明顯的透明圈，與纖維素分解菌不易區(qū)分。