2021-2022年高中生物專題2微生物的培養(yǎng)與應用課題3分解纖維素的微生物的分離（三）教案新人教版選修1

課題3分解纖維素的微生物的分離一、課題目標1.知識目標簡述纖維素酶的種類及作用。2.能力目標從土壤中分離出分解纖維素的微生物。3.情感目標討論分解纖維素微生物的應用價值。二、課題重點從土壤中分離出分解纖維素的微生物。三、課題難點從土壤中分離出分解纖維素的微生物。四教學流程教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖環(huán)節(jié)一：課程導入從教材課題背景導入，展示課題目標。背景材料：棉花是自然界中纖維素含量最高的天然產(chǎn)物，其纖維素的質(zhì)量分數(shù)可達92%～95%，亞麻、木材、作物秸稈等也富含纖維素。許多商品纖維素都是由天然纖維素制得的。用分解纖維素的微生物處理后，纖維素可分解成糖。它不僅可以供給人們能量，還可以用于釀酒、釀醋等食品加工業(yè)，成為葡萄糖的替代品。在土壤中有許多能利用和分解纖維素來作為能源的微生物，因為它們含有纖維素酶。課題目標：1.能簡述纖維素酶的種類及作用2.能從土壤中分離出分解纖維素的微生物，了解這類微生物的應用3.能掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術(shù)閱讀、傾聽。情景導入本節(jié)目標。環(huán)節(jié)二：講授新課一、基礎(chǔ)知識（一）纖維素與纖維素酶1．纖維素閱讀教材有關(guān)纖維素材料，回答下列問題：含________三種元素，是一種多糖。纖維素的基本組成單位是________，人體內(nèi)沒有________，所以人體不能直接以纖維素為能源物質(zhì)，但土壤中有分解纖維素的微生物，最終把纖維素分解成________釋放到無機環(huán)境。C、H、O葡萄糖纖維素酶葡萄糖2.纖維素酶（1）指導學生閱讀教材相關(guān)纖維素酶材料，講解纖維素水解相關(guān)知識。纖維素酶是一種復合酶，一般認為它至少包括三種組分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶，前兩種酶使纖維素分解成纖維二糖，第三種酶將纖維二糖分解成葡萄糖。（2）纖維素酶活性的測定實驗課堂演示纖維素水解濾紙實驗：右邊的試管中加入了纖維素酶，而左邊的沒有加入。（二）纖維素分解菌的篩選1.方法：剛果紅染色法，通過顏色反應篩選。2.原理指導學生閱讀教材，講解原理。剛果紅可以與纖維素形成紅色復合物，當纖維素被纖維素酶分解后，紅色復合物無法形成，出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透明圈，我們可以通過是否產(chǎn)生透明圈來篩選纖維素分解菌?！镜湫屠}】剛果紅可以與纖維素形成紅色復合物,但并不與纖維素降解產(chǎn)物纖維二糖和葡萄糖發(fā)生這種反應。研究人員在剛果紅培養(yǎng)基平板上,篩到了幾株有透明降解圈的菌落(見下圖)。圖中降解圈大小與纖維素酶的有關(guān)。圖中降解纖維素能力最強的菌株是(填圖中序號)?！敬鸢浮苛颗c活性①【方法點撥】有透明降解菌說明纖維素被纖維素酶催化降解，則降解圈大小與纖維素酶的量與活性有關(guān)。降解圈越大，說明降解纖維素能力最強。二、實驗設(shè)計（一）展示實驗流程圖，讓學生回答〖旁欄思考1〗?！寂詸谒伎?〗本實驗流程與尿素分解菌的分離實驗流程有哪些異同？尿素分解菌的分離實驗流程是將土樣制成的菌懸液直接涂布在選擇培養(yǎng)基上；本課題通過選擇培養(yǎng)使細菌增殖后，再涂布在鑒別培養(yǎng)基上。其它操作基本相同。（二）讓學生閱讀教材相關(guān)資料，討論回答問題，糾正點撥后講解實驗設(shè)計步驟和注意事項。1.土壤取樣〖旁欄思考2〗取樣的環(huán)境是怎樣的，作出這種選擇的理由是什么？選擇纖維素豐富的環(huán)境，如樹林中多年落葉形成的腐殖土，多年積累的枯枝敗葉等等。生物與環(huán)境的互相依存關(guān)系，在富含纖維素的環(huán)境中纖維素分解菌的含量相對提高，因此從這種土壤中獲得目的微生物的幾率要高于普通環(huán)境?！寂詸谒伎?〗將濾紙埋在土壤中有什么作用？你認為濾紙應該埋進土壤多深？人工設(shè)置適宜環(huán)境，使纖維素分解菌相對聚集。將紙埋于深約10cm的腐殖土壤中。2.選擇培養(yǎng)（1）目的講解目的：增加纖維素分解菌的濃度，以確保能夠從樣品中分離到所需要的微生物。（2）制備選擇培養(yǎng)基讓學生分析選擇培養(yǎng)基配方，回答問題。纖維素分解菌的選擇培養(yǎng)基纖維素粉5gNaNO31gNa2HPO4·7H2O0.5gKH2PO40.9gMgSO4·7H2O0.5gKCl0.5g酵母膏0.5g水解酪素0.5g將上述物質(zhì)溶解后,用蒸餾水定容到1000mla.旁欄中的配方是液體培養(yǎng)基還是固體培養(yǎng)基？為什么？液體培養(yǎng)基，配方中無凝固劑瓊脂。b.這個培養(yǎng)基對微生物是否具有選擇作用？如果有，是如何進行選擇的？有選擇作用，碳源是纖維素，能分解纖維素的微生物可以大量繁殖。c.你能否設(shè)計一個對照實驗，說明選擇培養(yǎng)基的作用。用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基與之對照。（3）具體操作將土樣加入裝有30ml選擇培養(yǎng)基的錐形瓶中，將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。也可重復選擇培養(yǎng)?！寂詸谒伎?〗為什么選擇培養(yǎng)能夠“濃縮”所需的微生物？在選擇培養(yǎng)的條件下，可以使那些能夠適應這種營養(yǎng)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.梯度稀釋引導學生回憶系列稀釋操作相關(guān)知識，加以講解。用移液管從富集培養(yǎng)土壤液(選擇培養(yǎng)后的培養(yǎng)基)中吸取1ml加入盛有9ml無菌水的試管中充分混勻。然后換槍頭從此試管中吸取1ml加入另一盛有9ml無菌水的試管中，混合均勻，以此類推制成101,102,103,104,105,106不同稀釋度的溶液。稀釋最大倍數(shù)到106。4.將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上（1）制備鑒別培養(yǎng)基展示鑒別培養(yǎng)基成分，引導學生關(guān)注剛果紅成分。鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基CMCNa510g酵母膏1gKH2PO40.25g瓊脂15g土豆汁100ml將上述物質(zhì)溶解后,用蒸餾水定容到1000ml（2）涂布平板講解操作過程：將稀釋度為104～106的菌懸液各取0.1ml涂布在培養(yǎng)基上，30℃倒置培養(yǎng)?！痉椒c撥】剛果紅染色法讓學生閱讀教材資料三，分析比較兩種剛果紅染色法優(yōu)缺點。方法一：先培養(yǎng)微生物，再加入剛果紅進行顏色反應。方法二：在倒平板時就加入剛果紅。5.挑選產(chǎn)生透明圈的菌落講解操作過程：挑取產(chǎn)生明顯的透明圈的菌落，一般即為分解纖維素的菌落。接種到纖維素分解菌的選擇培養(yǎng)基上，在30℃－37℃培養(yǎng)，可獲得純培養(yǎng)?！镜湫屠}】某些農(nóng)作物秸稈富含纖維素，纖維素經(jīng)過水解可以形成葡萄糖，葡萄糖再經(jīng)過發(fā)酵可以生產(chǎn)酒精。如圖是利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)酒精的大致流程，請回答下列問題：(1)農(nóng)作物秸稈含有豐富的纖維素，纖維素可以經(jīng)過纖維素分解菌分解成葡萄糖。人們常常從土壤中分離纖維素分解菌。篩選纖維素分解菌常用的方法是__________________。其實驗流程是：土壤取樣→選擇培養(yǎng)→________→將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上→挑選產(chǎn)生__________的菌落?！敬鸢浮縿偣t染色法梯度稀釋透明圈【方法點撥】篩選纖維素分解菌常用的方法是剛果紅染色法，實驗流程是：土壤取樣→選擇培養(yǎng)→梯度稀釋→將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上→挑選產(chǎn)生透明圈的菌落。三、結(jié)果分析與評價以兩個例子讓學生進行分析和評價。（一）培養(yǎng)基的制作是否合格以及選擇培養(yǎng)基是否篩選出菌落設(shè)置對照，若對照的培養(yǎng)基在培養(yǎng)過程中無菌落生長則說明培養(yǎng)基制作合格。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。（二）分離的結(jié)果是否一致由于在土壤中的細菌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，也可能得到真菌和放線菌等不同結(jié)果。四、課題延伸指導學生閱讀教材，關(guān)注課題延伸。為確定得到的是纖維素分解菌，還需要進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的實驗，纖維素酶的發(fā)酵方法有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵。纖維素酶的測定方法一般是對纖維素酶分解濾紙等纖維素后所產(chǎn)生的葡萄糖進行定量的測定。閱讀、思考、回答。閱讀、回答。閱讀、傾聽。演練、回答。閱讀、傾聽、思考、回答。分析、回答。回憶、傾聽、回答。分析、比較、回答。演練、回答。分析、回答。復習纖維素相關(guān)知識，簡述纖維素酶的種類及作用。理解纖維素分解菌的篩選原理。能夠設(shè)計篩選分解纖維素微生物實驗方案，進行各個步驟操作。環(huán)節(jié)三：課堂小結(jié)共同回顧本節(jié)要點：1.纖維素酶①組成：纖維素酶是一種復合酶，一般認為它至少包括三種組分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。②作用：纖維素eq\o(→,\s\up7(C1酶),\s\do5(CX酶))纖維二糖eq\o(→,\s\up7(葡萄糖苷酶))葡萄糖2.纖維素分解菌的篩選①原理：eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(剛果紅,纖維素))→紅色復合物eq\o(→,\s\up7(纖維素酶))紅色消失，出現(xiàn)透明圈②篩選方法：剛果紅染色法，即通過是否產(chǎn)生透明圈來篩選纖維素分解菌。③培養(yǎng)基：以纖維素為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基。④實驗流程土壤取樣→選擇培養(yǎng)→梯度稀釋→涂布平板→挑選產(chǎn)生透明圈的菌落呼應、回答。突出本節(jié)重點。環(huán)節(jié)四：課堂練習植物秸稈中的纖維素可被某些微生物分解?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：(1)分解秸稈中纖維素的微生物能分泌纖維素酶，該酶是由3種組分形成的復合酶，其中的葡萄糖苷酶可將______________分解成______________。(2)為從富含纖維素分解菌的土壤中分離獲得纖維素分解菌的單菌落并加以鑒定，某同學設(shè)計了甲、乙兩種培養(yǎng)基：酵母膏無機鹽淀粉纖維素粉瓊脂CR溶液水培養(yǎng)基甲＋＋－＋－＋＋培養(yǎng)基乙＋＋＋－＋＋＋注：“＋”表示“有”，“－”表示“無”。據(jù)表判斷，培養(yǎng)基甲________(填“能”或“不能”)用于分離纖維素分解菌，原因是__________________________；培養(yǎng)基乙________(填“能”或“不能”)用于鑒定纖維素分解菌，原因是______________________________________