選修一《專題二課題3分解纖維素的微生物的分離》教學設計

四川省萬源中學劉芬

【教材分析】本課題是人教版選修1《生物技術實踐》模塊專題2微生物的培養(yǎng)與應用中的一個課題，是作為

課題二的應用和課題2的深入，在介紹了無菌操作，培養(yǎng)基的配制，微生物的分離純化，以及尿素分解菌分離的

基礎上對選擇培養(yǎng)基應用的進一步深化，本課題分離某種特定的微生物，難度較大、探索性更強，可以讓學生將

現(xiàn)實生活生產(chǎn)實踐與生物學問題相聯(lián)系，培養(yǎng)學生處理不同信息，分析解決實際問題的能力。教材在課題背景中

利用學生已經(jīng)學過的纖維素的化學組成推廣到生活中纖維素的廣泛分布和應用。從內(nèi)容上主要分為兩大部分，第

一部分是纖維素與纖維素酶，第二部分是纖維素分解菌的分離。通過對課題中實驗設計思路的深入學習，要求學

生掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術以及探究合理的實驗設計方案。

【學情分析】通過以前的學習和生活經(jīng)驗，學生己經(jīng)知道纖維素是多糖，也是構成植物細胞壁的成分，也對無

菌操作、滅菌原理、稀釋涂布法、平板劃線法有了一定的了解，對分離目標生物的原則和過程有了初步的認識,

并對土壤中各種微生物的篩選產(chǎn)生了濃厚的興趣，在此基礎上，引導學生設計實驗、分析實驗并開展實踐活動,

有利于學生加深對知識的理解和應用，提高解決問題的能力，同時引導學生關注社會環(huán)境和能源問題。

【教學目標】

1、知識目標

（1）描述篩選分解纖維素的微生物的實驗過程。

（2）理解分離分解纖維素的微生物的實驗操作原理。

（3）理解生物與環(huán)境相適應、物質與能最相互依存的生命觀念。

2、能力目標

（1）掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術。

（2）設計科學實驗方案，解決實際問題，分析實驗結果，逐步培養(yǎng)學生科學探究的能力。

3、情感態(tài)度與價值觀目標

（1）學生自主設計、完成實驗，培養(yǎng)勇于探究的科學精神。

（2）認同取樣的選擇、嚴謹?shù)膶φ盏仍谏锾骄繉嶒炛械闹匾饔茫B(yǎng)成良好的科學思維習慣。

（3）認同纖維素分解菌在保護環(huán)境中的作用以及生物質能源的可利用價值，增強社會貢任感。

【教學重難點】

教學重點：從土壤中分離纖維素的微生物；剛果紅染色法的原理，選擇培養(yǎng)基的應用.

教學建點：從土壤中分離纖維素的微生物；對照組的設計

【教學思路和課前準備】

1、教學思路：本節(jié)課圍繞將廢棄秸稈中的纖維素變廢為寶（乙醇）解決能源危機這一主線來設計，先從能源

危機的現(xiàn)實問題引入，介紹國家鼓勵發(fā)展的可再生的生物質能源，為了解決實際問題，從而提出本課題：從土壤

中篩選分解纖維素的微生物。教師通過一系列的問題串引導學生小組討論，設計合理的實驗方案,用文字簡述其

過程，鍛煉學生的語言組織能力，然后教師總結實驗流程和播放尋找的實驗視頻，進一步加深學生的印象，保證

學生理論課后自己實驗操作的準確性。

2、課前準備：教師準備教學PPT課件，學生做一個課前小探究：相同的濾紙條在蒸儲水和淤泥漿中的降解

情況。

【教學過程】

首先，向學生介紹我國乃至全世界的能源危機，讓學生談論回答如何解決。同時乂提出我國每年大量焚燒秸

稈，應到學生想到將桔稈的主要成分纖維素轉變?yōu)槟茉次镔|乙醇這樣一個解決途徑。進而引入這節(jié)課-《分解纖

維素微生物的分離》。

一、基礎知識

【活動1】學生自主閱讀教材P27“課題背景”和“纖維素與纖維素酶“，并討論，抽叫同學回答以下問題：

（-）纖維素和纖維素酶

1、纖維素

（1）纖維素的本質（2）纖維素的分布（3）纖維素的利用

（1）本質：一種由葡萄糖首尾連接而成的高分子化合物;

是地球上含量最豐富的多糖類物質;

CHXHIcumCHX)H

HOHHOHHOH

（2）分布：植物的根莖葉等器官含大量纖維素；

①棉花是自然界中纖維素含量最高的天然產(chǎn)物；

②木材、作物秸稈等也富含微生物；

（3）利用：能被草食性動物等的消化道內(nèi)或土壤中某些微生

物分解利用，這是因為它們能夠產(chǎn)生纖維素的，

2、纖維素酶

(1)纖維素酹的組成(2)纖維素酹的作用(3)如何設計實垃驗證纖維素酹的作用

(D組成：一種復合酶,其至少包括三種組分；

即C1一、Cx-、葡葡糖日酶。

(2)作用：

纖維素,湎'。乂網(wǎng)|纖維二糖|葡萄糖昔酶.|葡萄糖

纖維素最終被水解為葡萄糖,為微生物的生長提奸e親*虎城艾仁

左，不肯"？t季??

供營養(yǎng).也可以為人類利用；白，和白阡/學”

cxsi：內(nèi)切酶，使纖維素斷裂成片段；

QK：外切酹，作用于小片段纖維素，從糖鏈末端開始切掉(3)實驗胎證纖維素酹的作用：自變■:有無纖維素油溶液

兩個葡萄糖分子，產(chǎn)生纖維二糖；因變■:濾紙條是否械分解

好維素?

荀萄糖昔前：將纖維二糖分解成葡萄糖。試緩沖溶液

建紙條溶液(70~條件

■

801/mL)

pH=4.8的

實時間足

0.1n)ol/LH

驗

1X6酸■酸艷imL

組1罐被充

兩試管固定在

cm緩沖害液1。全分解

mL50ml.惟形瓶中.

在搖床上以140

pH-4.869

r/min的轉速提

0.1mol/I.M

1X6反應1h

2?酸鈉*本無

cmM叟化

i爆沖客液

11m,保證溶液體積相等，滿足單一變iwiir

1個酹活力單位(1U)：是指在溫度為25P,其他反應條

件最適宜情況下，在1min內(nèi)轉化1mmol的底物所需要的幅量.

這一塊，教師著重強調纖維素酶是一種復合酶，以及每種組分各自的作用，最后強調實驗設計的原則，并利用驗

證纖維素酶作用的實驗，解答課前小實驗相關問題，加深同學們對纖維素酶作用的理解。

【活動2】學生自主閱讀教材P28”纖維素分解菌的篩選”，并討論，抽叫同學回答以下問題:

(二)纖維素分解菌的篩選

1、纖維素分解菌的篩選的方法2、剛果紅染色法的原理3、剛果紅染色法的觀測指標

一、基礎知識

(二)纖維素分解菌的篩選

1、方法：剛果紅染色法；

2、原理：

纖維素(多糖物質)+剛果紅(CR)

［纖維素酶＜一纖維素分解菌

纖維二糖和葡萄糖，區(qū)燈和剛果紅形成紅色復合物

I一

以纖維素分解菌為中心的透明圈；

3、觀測指標：通過是史產(chǎn)生邂膽來篩選纖維素分解菌

4、提問學生思考回答：纖維素酶是在微生物細胞內(nèi)分解纖維素嗎？為什么？

不在細胞中分解纖維素。

多數(shù)細胞不能直接吸收纖維素，

一般來說，纖維素酶都是分泌到細胞外分解纖維素的。

【活動3】讓學生做兩道練習題，鞏固上述所學知識

-練：D

2.利用剛果紅法可以篩選出纖維酚解

1.下列關于纖維素酶的說法，錯誤的是菌，下列說法錯誤的是B

A.纖維素酶是一種復合酶，至少包括三種A.剛果紅能與纖維素形成紅色復合物

B.剛果紅能與纖維素二糖形成紅色復合物

B.纖維素酶可把纖維素分解成葡萄糖

C剛果紅不能與葡萄糖形成紅色復合物

C.纖維素酶可用于去掉植物的細胞壁

D.若培養(yǎng)基上產(chǎn)生了透明圈，則說明已篩

D.葡糖糖首酶可把纖維素分解成葡萄糖選出了纖維素分解菌

二、實驗設計

【活動4】閱讀教材P28"實驗設計〃部分，完成實驗方案流程圖，討論并回答下列問題:

±：祥—?選擇培養(yǎng)—?梯度稀釋

貓選產(chǎn)生透

明圈的菌落

1、土壤取樣

（1）取樣環(huán)境（2）討論:為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維素分解菌呢?

（3）討論:如果找不到合適的環(huán)境，可以將濾紙埋在土壤中，將濾紙埋在土壤中有什么作用？你認為濾紙應該埋

在土壤中多深？

1、土填取樣：

①取樣環(huán)境：富含纖維素的環(huán)境中，如：1、土填取樣:

＞樹林中多年落葉形成的腐殖土，③討論:如果找不到合適的環(huán)境，可以將濾紙

＞多年積累的枯枝敗葉等。埋在土壤中，將港紙埋在土壤中有什么作用？

你認為濾紙應該埋在土壤中多深？

②討論:為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維索

分解菌呢？,人工設置適宜環(huán)境：將濾紙埋在土壤中能使

生物與環(huán)境的互相依存關系，在富含纖維素的纖維素分解菌相對集中

環(huán)境中纖維素分解菌的含量相對提高，因此從這種

土填中獲得目的微生物的幾率要高于普通環(huán)境。＞一般應將濾紙埋于深約10cm左右的土壤中。

2、選擇培養(yǎng)

（1）選擇培養(yǎng)的目的（2）制備和分析選擇培養(yǎng)基（3）選擇培養(yǎng)如何操作

2、選擇培養(yǎng)即〃濃縮”、〃富集培養(yǎng)B、這個培養(yǎng)基對微生物是否具有選擇作用？如果具有，

①目的:塔博纖維素分解蕾的濃度，以確保能是如何進行選擇的？

券從樣品中分離所需要的微生物.有選擇作用，本配方中纖維素作為主要碳源，只有能

②制備選擇培養(yǎng)基：培養(yǎng)基成分分析分解纖維素的微生物可以大量繁殖。

培養(yǎng)基組成■^生■的智葬物質C、此配方的培養(yǎng)基中有其他微生物生長嗎？

纖維索給

5g碳遁（能源）該配方中纖維素粉并不是唯一碳源，酵母膏、水解酪素也可

NaNOj凱源、無機鹽

ig提供少?碳源，因此其他微生物也能在該培養(yǎng)基中生長繁殖.

KCI0.5g、NaHPO-7HO1.2g

242無機鹽但酵母膏的含?極少，因此只有能以纖維素為碳源的微生物才

KHPO0.9g、MgSO?7HO0.5g

2442能大量繁殖，

0.5g4長因子、破源.思海

水麗素O.Sg題素、生長因子D、你能否設計一個對照實驗，說明選擇培養(yǎng)基的作用

溶斛后，蒸t8水定容至1000mL水對照組：接種的普通培養(yǎng)基（如牛肉膏蛋白陳培養(yǎng)基）

實驗組：接種的選擇培養(yǎng)基

旁欄中的配方是液體培養(yǎng)基還是固體培養(yǎng)基?

A.判斷依據(jù)：微生物的數(shù)量

為什么？是液體培養(yǎng)基，原因是配方中無凝固劑

選擇培養(yǎng)基中明顯少于普通培養(yǎng)基（如牛肉膏蛋白陳培養(yǎng)基）

③操作:

將土樣加入裝有30ml選擇培養(yǎng)基的錐形瓶中，將

為什么選擇培養(yǎng)能夠“濃縮”所需的微生物？

錐形瓶固定在搖床上，在一定溫度下震蕩培養(yǎng)1~2天,

直至培養(yǎng)液變渾濁。上述步驟培養(yǎng)后,障素分解在選擇培養(yǎng)的條件下，可以使那些能夠適應這種營養(yǎng)

菌的濃度不弊大,則應吸取一定量的上述培養(yǎng)液轉移條件的微生物得到迅速繁殖，而那些不適應這種營養(yǎng)條件

植另一瓶新鮮的選擇培養(yǎng)基中，重復選擇培養(yǎng)。的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“濃縮”的作用。

3、梯度稀釋

讓學生回憶課題1中稀釋操作方法，并敘述回答這兒的稀釋操作如何進行。

按照課題1的席釋操作方法，將選擇培養(yǎng)后的培養(yǎng)

基迸行等比稀釋1。1~106倍.

4、將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上

（1）分析并制備鑒別培養(yǎng)基（2）涂布平板

（1）制備鑒別培養(yǎng)基:

培養(yǎng)基組成提供的主要營養(yǎng)物便6

CMC-Na5-10g水溶性竣甲基纖維素鈉碳源主要

酵母者1g碳源、執(zhí)源、生長因子

KH2PO40.25g無機鹽

玨汁100mL濡%器鷲碳源.生長因子

瓊脂15g凝固劑

上述物質溶解后，加蒸悔水定容至

S17C索.氧兀素

1000mL

（2）涂布平板：

將稀釋度為104-106的菌懸液各取0.1ml涂布到平板

培養(yǎng)基上，30℃倒置培養(yǎng)。

（3）辨析選擇培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基的區(qū)別

選擇培界?

物理

液體墻葬M國悻墻棄■

性廉

在培鼻薨中加入票務總加入票“特定的作用廢

ft.以促透目的■的生物和插示劑，觀,■生

目的長篌修,同酎的其他N生長過K中分"底物

余■的堡長霞??所得放的不同產(chǎn)物,通

過描示劑的反應不網(wǎng)東

鑒別■生物

（4）剛果紅染色法

【活動4】學生自主閱讀教材P29“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:

方法—無需火菌方法二需大國

（先培養(yǎng)微生物，再加剛果紅）

（倒平板時就加入剛果紅）￡思考方法一中NaCI溶液的作用？

培養(yǎng)暮長出?落一autcR配制CR溶液一滅■一按每

11回$倒去CR-加入200mL墻葬H加入1mL（R

溶液a雪倒掉比例溜勻一倒平板,培養(yǎng)一漂洗作用，洗去與纖維素結合不牢的剛

溶液一出現(xiàn)透明總出現(xiàn)透明?果紅，以免出現(xiàn)的透明圈不夠清晰。

些顯示出透明BS基本上是掾作簡便，

點纖維素分解菌的作用不存在菌落混雜問鹿

5NH健網(wǎng)L加入剛果紅①產(chǎn)生醐■的微生物也形成

點會使菌落之間發(fā)生混雜模糊透明圈，即假陽性反應

②有些微生物能降解色素，

更容易區(qū)分纖維素分解M

菌落周圉也形成明顯透明8r

菌和其他雜菌與纖維素分解菌不易區(qū)分

5、挑選產(chǎn)生透明圈的菌落

挑選產(chǎn)生透明圈的菌落，一般即為分

解纖維素的菌落。

在產(chǎn)生明顯的透明圈的菌落，挑取并

接種到纖維素分解菌的選擇培養(yǎng)基上，

在300C?37。（：培養(yǎng)，可獲得純化培養(yǎng)。

【活動5】組織學生討論并比較本實驗的流程與課題2中的實驗流程有哪些異同？

課題2—土壤取樣，直接稀釋。

課題3—土壤取樣，選擇培養(yǎng)，

增加纖維素分解菌濃度后，再稀釋。

若課題3中纖維素分解菌的濃度足第時，選擇培

養(yǎng)這一步可以省略.

【活動6】組織學生討論并比較“分離尿素分解菌和纖維素分解菌”的異同

比較項目分解尿素的細菌纖維素分解菌_

選原理將細菌涂布在只有尿素將細菌涂布在纖維素耕作

:培養(yǎng)基作甑源的選擇培養(yǎng)墓上主要碳源的選擇增賽基上

1類型固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基

基目的篩選菌株選擇培養(yǎng)

方法眠的檢測法剛果紅染色法

在細菌分解尿素的化學反應剛果紅可以與纖維素形成

中，細菌合成的眼酹將尿素紅色復合物，當纖維素被

分解成氨,同會使培養(yǎng)基的纖維素酶催化分解后紅色

原理

堿性增強，pH升高。在培復合物無法形成，培養(yǎng)基

養(yǎng)基中加入酚紅指示劑，如上就會出現(xiàn)以纖維素分解

果pH升高指示劑會變紅菌為中心的透明圈

現(xiàn)象現(xiàn)察菌落周國是否有著色的觀察菌落周圍是否出現(xiàn)透

環(huán)會出現(xiàn)來鑒定尿素分解菌明圈來篩選纖維素分解菌

三、結果分析與評價

1.培養(yǎng)基的制作是否合格

對照的培養(yǎng)基（未接種的選擇培養(yǎng)基）在培養(yǎng)過程中沒有菌落生長則說明培養(yǎng)基制作合格。

2.選擇培養(yǎng)基是否篩選出菌落

如果觀察到產(chǎn)生透明圈的菌落，則說明可能獲得了分解纖維素的微生物。

3.分離的結果是否一致

由于在土壤中細菌的數(shù)量遠遠高于真菌和放線菌的數(shù)量，因此最容易分離得到的是細菌。

但由于所取土樣的環(huán)境不同，不同同學也可能得到真菌和放線菌等不同的分離結果。

四、課題延伸

【活動8】閱讀教材P30“課題延伸”，回答：

為了確定分離得到的是纖維素分解菌，還需要進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶實驗，纖維素酶的發(fā)酵方法有