人教版选修一高中生物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：
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：
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。
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
优点
缺点
方法一
反应基本上是纤维素分解菌的作用。
操作
，刚果红会使菌落之间发生混杂。
方法二
操作
,不存在菌落混杂问题。
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
【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：
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
。
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。
C1酶、Cx酶
葡萄糖苷酶
土壤取样
分解纤维素微生物的分离
纤维素酶
种类、作用、催化活力
刚果红染色
筛选原理
实验设计
土壤取样
选择培养
涂布培养
挑选菌落
前置染色法
后置染色法
富含纤维素土壤
增大分解菌含量
染色鉴别
分离出分解菌
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