2-3《分解纤维素的微生物的分离》导学案

《课题3 分解纤维素的微生物的分离》导学案

【学习目标】

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，了解这类微生物的应用； 3．能掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。 【学习重点】从土壤中分离分解纤维素的微生物。 【学习难点】从土壤中分离分解纤维素的微生物。

【预习指导】课前通过阅读教材、查阅教辅资料、交流，初步完成下列问题。 【学习过程】 一、基础知识:

活动1：阅读P27“课题背景”和“纤维素与纤维素酶”，回答下列问题：

1、纤维素是一种由 首尾相连而成的 化合物，是含量最丰富的多糖类物质。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生 。

2、 是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素的分解需要在 酶的催化作用下完成，请完成下列过程：

C1酶、Cx酶 葡萄糖苷酶 3．1个酶活力单位是指在温度为 ℃，其它反应条件最适宜情况下，在 min内转化 的底物所需要的酶量。

4、P27小实验：通过设置对照实验体会纤维素酶的作用。分析课本是如何设置对照的？

活动2：阅读P28“纤维素分解菌的筛选”，回答下列问题：

1、筛选纤维素分解菌的方法是 。该方法可以通过 反应直接筛选。

2、其原理是：刚果红可以与纤维素形成 ，当纤维素被 _分解后，红色复合物无法形成，出现以 为中心的 ，我们可以通过是否 来筛选纤维素分解菌。 二、实验设计

实验方案流程图：

土壤取样

活动3：阅读资料一 “土壤取样”，回答下列问题：

土壤取样：纤维素分解菌大多分布在 的环境中。若找不到合适环境，可将滤纸埋在土壤中一个月左右，也会有能分解纤维素的微生物生长。

〖思考1〗为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

〖思考2〗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？ 活动4：阅读资料二“选择培养”，回答下列问题：

1、目的：增加纤维素分解菌的 ，确保能够从样品中分离到所需要的微生物。

1

2、操作方法：将土样加入装有30ml 的锥形瓶中，将锥形瓶固定在 上，在一定温度下 1～2d，直至培养液变浑浊，也可重复选择培养。如果没有摇床，可以采用定时 的办法。

3、参照课本29页旁栏中“纤维素分解菌的选择培养基配方”的比例配置，回答下列问题： 〖思考3〗旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基？为什么？

〖思考4〗这个培养基对微生物是否具有选择作用？如果具有，是如何进行选择的？

〖思考5〗你能否设计一个对照实验，说明选择培养基的作用？

活动5：阅读资料三“刚果红染色法”，填表比较两种染色法的各自的优缺点： 染色法 方法一 方法二 优点 缺点 反应基本上是纤维素分解菌的作用。 操作 , 不存在菌落混杂问题。 操作 ， 刚果红会使菌落之间发生混杂。 1.产生淀粉酶的微生物也产生模糊 ； 2.有些微生物能降解 ， 形成明显的透明圈。

三、课题延伸

活动6：阅读“课题延伸”，回答：

1、为了确定分离得到的是纤维素分解菌，还需要进行 实验，纤维素酶的发酵方法有 发酵和 发酵。

2、纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的 ___ 含量进行定量测定。 四、课堂总结、点评

分纤维素酶 种类、作用、催化活力

解前置染色法

纤筛选原理 刚果红染色 后置染色法

维

素实验设计 土壤取样 富含纤维素土壤

微

生增大分解菌含量 选择培养

物

的涂布培养 染色鉴别

分

离 挑选菌落 分离出分解菌

2

【知识巩固】

1．下列材料中纤维素含量最高的是 ( )

A．杨树 B．小麦 C．玉米 D．棉花 2．纤维素酶能够分解 ( )

A．纤维素的微生物 B．淀粉的微生物 C．纤维素 D．淀粉 3．刚果红能与哪项物质形成红色复合物( )

A．纤维二糖 B．纤维素 C．葡萄糖 D．麦芽糖 4．寻找纤维素分解菌应到 ( )

A．湿润的环境中 B．富含纤维素的环境中 C．富含无机盐的环境中 D．池塘中

5．纤维素分解菌的选择培养基有选择作用，原因在于其含有 ( )

A．NaNO3 B．KCl C．酵母膏 D．纤维素粉 6．下列哪种生物能产生纤维素酶 ( )

A．纤维素分解菌 B．牛 C．羊 D．兔 7．选择培养时应将锥形瓶固定在 ( )

A．桌子上 B．温箱里 C．窗台上 D．摇床上 8．选择培养的结果：培养液变 ( )

A．清澈 B．浑浊 C．红色 D．产生透明圈 9．刚果红染色时，加入刚果红可在 ( )

①制备培养基时 ②梯度稀释时 ③倒平板时 ④涂布时 ⑤培养基上长出菌落时 A．①③ B．②⑤ C．③⑤ D．④⑤ 10．两种刚果红染色法的结果是 ( )

A.均会出现透明圈 B.均不会出现透明圈

C.方法一出现，方法二不出现 D.方法一不出现，方法二出现

11、在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌，符合下列哪一生物学观点？（ ） A.生物结构与功能相适应的观点 B.生物结构与功能整体性观点 C.生物与环境相适应的观点 D.生物发展进化的观点 12、从土壤中分离获得某种微生物的步骤是（ ）

①土壤取样 ②梯度稀释 ③选择培养 ④菌悬液涂布平板 ⑤挑选出单个菌落 A. ①②③④⑤ B.①③②④⑤ C.①②④③⑤ D.①④②③⑤

13、利用刚果红法可以筛选出纤维素分解菌，下列说法错误的是（ ） A.刚果红能与纤维素形成红色复合物 B.刚果红能与纤维二糖形成红色复合物 C.刚果红不能与葡萄糖形成红色复合物

D.若培养基上产生了透明圈，则说明已筛选出了纤维素分解菌 14．（10分）某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌和酵菌混在一起。该同学设计下面的实验，分离得纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。

(1)实验原理：圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养条件下生长繁殖而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖。 (2)材料用具：（略） (3)主要步骤：

3

①制备两种培养基，一种是 培养基，另一种是 培养基， 将两种培养基各自分成两份，依次标上A、a和B、b。

②分别向A、B培养基中接种混合菌，适宜条件培养了3—4天。

③分别从A、B培养基的菌落中挑取生长良好的菌并分别接种到a、b培养基中， 适宜条件下培养3—4天。 (4)请同答：

①将题中的空处填充完整： 培养基和 培养基。 ②本实验中，根据上述原理配制的培养基的类型属于 培养基。 ③根据所需目的配制上述培养基时除营养要协调外还应注意 。 ④实验步骤中第③步的目的是 。 ⑤圆褐固氮菌与酵母菌在结构上的主要差异为 。 ⑥青霉素抑制圆褐固氮菌的生长繁殖，其作用机理是破坏或抑制其细胞壁的形成。请据此推测不影响酵母菌等真菌生长繁殖的原因是 。

15．(7分)为了研究细菌对青霉素抗药性形成的机理，有人设计了如下实验方案： 步骤1 取培养皿A若干(A1、A2、A3??)，加人普通细菌培养基；取培养皿B若干(B1、B2、B3??)，

加入含青霉素的细菌培养基。

步骤2 将适量细菌培养液涂抹在培养皿A1的培养基表面，放在适宜的条件下培养一段时间，培养

基的表面会出现一些细菌菌落。

步骤3 用灭菌后的丝绒包上棉花制成的一枚“印章”，在A1上轻轻盖一下，再在B1上轻轻盖一下，

这样A1中的细胞就按一定的位置准确的“复制”到了B1之中。将B1培养一段时间后，B1中一定部位出现了少量菌落。

步骤4 根据B1中菌落出现的方位，将A1中对应位置的菌落取出，均匀涂抹在A2表面，培养一段

时间后，培养基表面又会出现许多菌落。

反复重复步骤3、4，在B2、B3??中保留下来的菌落越来越多。直到最后，所有“复制”到B中的菌落全都保留下来，都具有对青霉素的抗药性。 (1)普通培养基中的营养要素物质有 。根据培养基的用途，加人青霉素的培养基 属于 。实验过程中为了缩短时间，

最好在细菌生长的哪一个时期接种? (2)细菌抗药性的产生是细胞出现 的结果。 根据现代进化理论，青霉素在细菌抗药性形成过程中起 的作用。实验中所用的细菌的代谢类型属于 。

(3)如果B1中没有菌落保留下来，实验就无法进行下去。若要使实验进行下去，可以采用的方法有 。

4

1-5.DCBBD 6-10.ADBCA 11-13.CBB

14．(4)①无氮 含青霉素的 ②选择 ③pH要适宜 ④分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌 ⑤圆褐固氮菌无成形的细胞核 ⑥圆褐固氮菌为原核生物，其细胞壁主要为糖类和蛋白质，而酵母菌则不同

15．(1)碳源、氮源、生长因子、无机盐和水 选择培养基 对数期 (2)基因突变 选择 异养需氧型

(3)用适量紫外线照射一段时间(其它引起基因突变的方法也行)

【资料袋】

1、纤维素生物燃料：最有希望替代石油能源。

生物燃料可以用植物或植物制品为原材料。

目前，第一代生物燃料以可食用作物为原料，主要包括玉米、大豆（美国）、甘蔗（巴西）。用可食用作物制造生物燃料是最简单可行的，因为把这些可食用作物转化为燃料的技术是现成的。然而，第一代生物燃料并非长久之计，原因很简单：没有足够的耕地能够满足发达国家10%的液态燃油原料需求。这种对粮食作物的额外需求还使2008年家畜饲料价格大幅上升，虽然没有达到去年媒体所预言的、近似歇斯底里的高价，但部分粮食价格还是有一定上涨。一旦将玉米生长、收获及加工期间的所有排放纳入经济成本预算，第一代生物燃料显然并不是我们所期望的、对环境安全具有积极影响的能源形式。

第二代生物燃料主要以纤维素质材料为原料，如富含纤维素、生长迅速的草本植物，因此将英文汽油 （gasoline）单词中前缀“gas”去掉，引入“grass”（草），就组成了形象生动的专有名词“草油”（grassoline）。可转化为草油的原料有很多，从木材废料（锯木屑 、木质建筑残片）到农业废弃物（玉米秸秆、小麦茎秆），再到“能源作物”。这些原料作物耕作成本低（与每桶石油有等价能效的草油为10到40美元）、量大，更关键的是，这些作物的种植生产不会干扰和危及粮食生产。大多数能源作物能够在不能用作农田的边际土地上快速生长。还有一些能够在被废水或者重金属污染的土壤中生长并净化土壤，如生长周期较短的灌木柳树。 2、酵母膏：

酵母膏实际上是膏状的酵母抽提物，酵母抽提物是国家行业标准的规定名称。

酵母抽提物以酵母为原料，采用自溶法或加酶水解法工艺，经分离、脱色（或精制浓缩、喷雾干燥）而成的，含氨基酸、肽、多肽及酵母细胞水溶性成分的产品。包含粉状、与膏状的产品。

酵母膏可以有食品调味与生物发酵培养基两大类用途。在生物发酵行业应用还有一种习惯叫法是酵母浸膏。 3、酪素：

微生物培养基的氨基酸氮源，由酪蛋白水解得到，常见商品名称为水解酪素或酶解酪素。酪蛋白水解后富含20种氨基酸，氨基酸种类齐全。因此常用于制备培养基。 4、NaCl溶液的作用：

漂洗作用，洗去与纤维素结合不牢的刚果红，以免出现的透明圈不够清晰。用这方法可以判断酶活力的大小，实际上刚果红是结合到培养基的多糖底物上，但分解纤维素的细菌可以产生纤维素酶，能分解这个多糖底物成为单糖，这样刚果红就不能结合上去了，氯化钠溶液就可以使结合不牢的刚果红洗去，这样就留下大大小小的透明圈，大的透明圈当然分解纤维素的能就强！ 5、两种刚果红染色法的比较：

刚果红在筛选纤维素分解菌上的应用已经有超过20年的历史，在本课题中我们给出了两种方法。方法一是传统的方法，缺点是操作繁琐，加入刚果红溶液会使菌落之间发生混杂；其优点是这样显示出的颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用。方法二的优点是操作简便，不存在菌落混杂问题，缺点是由于纤维素和琼脂、土豆汁中都含有淀粉类物质，可以使能够产生淀粉酶的微生物出现假阳性反应。但这种只产生淀粉酶的微生物产生的透明圈较为模糊，因为培养基中纤维素占主要地位，因此可以与纤维素酶产生的透明圈相区分。方法二的另一缺点是：有些微生物具有降解色素的能力，它们在长时间培养过程中会降解刚果红形成明显的透明圈，与纤维素分解菌不易区分。

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