2024-2025學(xué)年高中生物專題二微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用課題3分解纖維素的微生物的分離學(xué)案新人教版選修1

PAGE8-課題3分解纖維素的微生物的分別學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)1．簡(jiǎn)述纖維素酶的種類和作用。2．從土壤中分別能分解纖維素的微生物。(重點(diǎn)難點(diǎn))3．探討從土壤中分別出的分解纖維素的微生物的應(yīng)用價(jià)值。1．駕馭纖維素分解菌的篩選與鑒別。2．學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)纖維素分解菌進(jìn)行分別與培育。自主學(xué)習(xí)·預(yù)習(xí)熱身一、纖維素與纖維素酶1．纖維素(1)化學(xué)組成：由__C、H、O__三種元素組成，是地球上含量最豐富的__多糖__類物質(zhì)。(2)分布及作用：__棉花__是自然界中纖維素含量最高的自然產(chǎn)物，此外木材、作物秸稈等也富含纖維素；纖維素是構(gòu)成植物__細(xì)胞壁__的主要組成成分之一。(3)某些商品纖維素①水溶性的__羧甲基纖維素鈉__(CMC—Na)②不溶于水的__微晶纖維素__(Avicel)2．纖維素酶(1)組成：纖維素酶是一種__復(fù)合酶__，包括三種組分，即__C1酶__、__Cx酶__、__葡萄糖苷酶__。(2)作用：C1酶和Cx酶使纖維素分解成__纖維二糖__，__葡萄糖苷酶__將纖維二糖分解為__葡萄糖__。二、纖維素分解菌的篩選1．方法：__剛果紅__染色法。2．原理(1)含纖維素的培育基中加入的__剛果紅__，可與纖維素形成__紅色復(fù)合物__。(2)當(dāng)纖維素被__纖維素酶__分解后，形成的__纖維二糖__、__葡萄糖__不和剛果紅發(fā)生這種反應(yīng)，紅色復(fù)合物就無(wú)法形成，培育基中出現(xiàn)以__纖維素分解菌__為中心的透亮圈，可通過(guò)是否產(chǎn)生__透亮圈__來(lái)篩選纖維素分解菌。三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)1．流程2．纖維素分解菌大多分布在__富含纖維素__的環(huán)境中。3．通過(guò)選擇培育基可增加纖維素分解菌的濃度。思索1．分解纖維素的細(xì)菌能否在不含纖維素但富含其他有機(jī)物的環(huán)境中生存？為什么？提示：能。纖維素分解菌分解纖維素只是為了利用纖維素作為碳源，其他有機(jī)物若可供應(yīng)碳源，也可以生存。2．纖維素酶能在微生物細(xì)胞內(nèi)分解纖維素嗎？為什么？提示：不能。多數(shù)細(xì)胞不能干脆汲取纖維素，一般來(lái)說(shuō)，纖維素酶都是分泌到細(xì)胞外分解纖維素的。┃┃活學(xué)巧練__■推斷題1．纖維素酶與葡萄糖苷酶的作用一樣。(×)分析：纖維素酶是一種復(fù)合酶，其中包含葡萄糖苷酶，葡萄糖苷酶能將纖維二糖分解成葡萄糖。2．纖維素酶具有專一性和高效性等特點(diǎn)。(√)3．培育纖維素分解菌的培育基中應(yīng)含有無(wú)機(jī)碳源。(×)分析：纖維素分解菌的代謝類型為異養(yǎng)型，培育基中應(yīng)含有有機(jī)碳源。4．先培育微生物，再加入剛果紅進(jìn)行顏色反應(yīng)，不存在菌落混雜問題。(×)分析：存在菌落間混雜。若先培育微生物后加染液，染液會(huì)把一個(gè)菌落的菌沖到另一個(gè)菌落里，導(dǎo)致菌落間混雜。5．增大目的菌株濃度時(shí)可采納固體選擇培育基。(×)分析：應(yīng)運(yùn)用液體培育基。6．選擇纖維素分解菌的培育基與鑒別纖維素分解菌的培育基配方相同，只是后者需用剛果紅染色。(×)分析：兩種培育基配方不同。新知解讀·互動(dòng)探究學(xué)問點(diǎn)纖維素分解菌的篩選(剛果紅染色法)┃┃要點(diǎn)歸納__■1．原理：剛果紅能與培育基中的纖維素形成紅色復(fù)合物，但并不和水解后的纖維二糖和葡萄糖反應(yīng)。當(dāng)纖維素被纖維素酶分解后，該復(fù)合物無(wú)法形成，培育基中會(huì)出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈。2．目的：通過(guò)顏色反應(yīng)干脆篩選微生物。3．方法與比較方法操作優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方法一先培育微生物，再加入剛果紅顯示出的顏色反應(yīng)基本上是纖維素分解菌的作用操作煩瑣，加入剛果紅溶液會(huì)使菌落之間發(fā)生混雜方法二倒平板時(shí)加入剛果紅操作簡(jiǎn)便，不存在菌落混雜的問題①由于在纖維素粉和瓊脂、土豆汁中都含有淀粉類物質(zhì)，可以使能夠產(chǎn)生淀粉酶的微生物出現(xiàn)透亮圈較為模糊的假陽(yáng)性反應(yīng)；②有些微生物具有降解色素的實(shí)力，長(zhǎng)時(shí)間培育會(huì)降解剛果紅而形成明顯的透亮圈┃┃典例評(píng)析__■典例1下列關(guān)于纖維素分解菌分別試驗(yàn)的說(shuō)法不正確的是(D)A．通常采納剛果紅染色法篩選纖維素分解菌B．當(dāng)纖維素被纖維素分解菌釋放的纖維素酶分解后，培育基中會(huì)出現(xiàn)透亮圈C．該試驗(yàn)用的培育基為選擇培育基D．在用剛果紅染色時(shí)只能先培育微生物再加入剛果紅，不能在倒平板時(shí)加入[解析]剛果紅可以與纖維素形成紅色復(fù)合物，但不和水解后的纖維二糖和葡萄糖發(fā)生這種反應(yīng)，所以可采納剛果紅染色法篩選纖維素分解菌，A項(xiàng)正確；當(dāng)纖維素被纖維素分解菌分泌的纖維素酶分解后，剛果紅—纖維素的紅色復(fù)合物就無(wú)法形成，培育基中會(huì)出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈，B項(xiàng)正確；用選擇培育基篩選纖維素分解菌，C項(xiàng)正確；常用的剛果紅染色法有兩種：一是先培育微生物，再加入剛果紅進(jìn)行顏色反應(yīng)，二是在倒平板時(shí)就加入剛果紅，D項(xiàng)錯(cuò)誤。┃┃變式訓(xùn)練__■1．(2024·康杰中學(xué)高二期中)下列有關(guān)剛果紅染色法的敘述，正確的是(D)A．剛果紅可以和纖維素、淀粉等多糖形成紅色復(fù)合物B．出現(xiàn)透亮圈的菌落肯定是纖維素分解菌C．在倒平板時(shí)加入的剛果紅溶液不須要滅菌D．在菌落形成后加入的剛果紅溶液不須要滅菌[解析]剛果紅不能與淀粉形成紅色復(fù)合物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；有些微生物具有降解色素的實(shí)力，它們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間培育過(guò)程中會(huì)降解剛果紅而形成明顯的透亮圈，出現(xiàn)透亮圈的菌落不肯定是纖維素分解菌。B項(xiàng)錯(cuò)誤。倒平板時(shí)加入剛果紅溶液，須要經(jīng)過(guò)微生物的培育過(guò)程才能檢測(cè)培育基中纖維素的有無(wú)，須要滅菌，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在菌落形成后加入的剛果紅溶液可干脆檢測(cè)培育基中纖維素的有無(wú)，不須要滅菌，D項(xiàng)正確。學(xué)問點(diǎn)分別分解纖維素的微生物的試驗(yàn)設(shè)計(jì)┃┃要點(diǎn)歸納__■1．試驗(yàn)原理2．試驗(yàn)流程(1)土壤取樣在富含纖維素、潮濕的土壤中，用無(wú)菌小鐵鏟鏟去表層土，快速鏟取土壤并裝入無(wú)菌信封，密封。(2)選擇培育①詳細(xì)操作eq\a\vs4\al(稱取土樣\o(→,\s\up7(無(wú)菌條件下))加入裝有30mL選擇培育基的錐形瓶,→錐形瓶固定在搖床上\o(→,\s\up7(肯定溫度下),\s\do5(振蕩培育1～2d))培育液變混濁→)eq\a\vs4\al(吸取肯定量培,養(yǎng)液如5mL)→eq\a\vs4\al(轉(zhuǎn)移至另一,瓶簇新的選,擇培育基中)→eq\a\vs4\al(搖床上振,蕩培育)→eq\a\vs4\al(培育液,變混濁)②設(shè)置比照將上述操作過(guò)程中的選擇培育基改為不含纖維素的培育基，如牛肉膏蛋白胨基礎(chǔ)培育基，其余過(guò)程均與①過(guò)程相同。(3)梯度稀釋用1mL無(wú)菌吸管從選擇培育基中吸取1mL培育液注入盛有9mL無(wú)菌水的試管中，吹吸三次，使充分混勻；再用一支1mL無(wú)菌吸管從今試管中吸取1mL菌液注入另一支盛有9mL無(wú)菌水的試管中，以此類推配制成101、102、103、104、105、106倍的各種稀釋液。(4)涂布培育①將鑒別培育基三個(gè)平板分別用記號(hào)筆寫上104、105、106倍的三種稀釋度，另取三個(gè)不含纖維素的培育基平板，分別用記號(hào)筆寫上104、105、106倍的三種稀釋度；②然后用三支1mL無(wú)菌吸管分別由104、105、106倍的三管稀釋液中吸取0.1mL對(duì)號(hào)滴入已寫好稀釋度的平板上，用無(wú)菌涂布器在培育基表面輕輕地涂布勻稱。③將培育基平板倒置于30～37℃溫室中培育1～2d，每隔24h視察菌落狀況。學(xué)問貼士在試驗(yàn)操作中，土壤取樣、選擇培育、梯度稀釋、涂布等步驟都需留意無(wú)菌操作。┃┃典例評(píng)析__■典例2分別纖維素分解菌的試驗(yàn)過(guò)程中操作有誤的是(A)A．經(jīng)選擇培育后將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培育基上B．選擇培育這一步可省略，但培育纖維素分解菌少C．經(jīng)稀釋培育后，用剛果紅染色D．比照組可用等量的培育液涂布到不含纖維素的培育基上[解析]經(jīng)選擇培育后，再經(jīng)稀釋，才能將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培育基上；選擇培育可省略；經(jīng)稀釋培育后，用剛果紅染色；設(shè)置比照能證明經(jīng)選擇培育后，的確得到了大量欲分別的微生物。┃┃變式訓(xùn)練__■2．纖維素分解菌能夠產(chǎn)生纖維素酶分解纖維素。回答下列問題：(1)在培育纖維素分解菌的過(guò)程中，進(jìn)行平板劃線時(shí)，每次劃線結(jié)束后仍舊要灼燒接種環(huán)，緣由是__剛好殺死接種環(huán)上殘留的菌種，避開細(xì)菌污染環(huán)境或感染試驗(yàn)操作者_(dá)_。(2)在篩選纖維素分解菌的過(guò)程中，通常用__剛果紅__染色法，這種方法能夠通過(guò)顏色反應(yīng)干脆對(duì)纖維素分解菌進(jìn)行篩選。甲同學(xué)在試驗(yàn)時(shí)得到了如圖所示的結(jié)果，則纖維素分解菌位于(A)A．③ B．①②C．②③ D．①②③(3)乙同學(xué)準(zhǔn)備從牛胃中分別纖維素分解菌并計(jì)數(shù)，與分別醋酸菌相比，進(jìn)行培育時(shí)除了養(yǎng)分不同外，最主要的試驗(yàn)條件差別是__保證無(wú)氧環(huán)境__，該同學(xué)采納活菌計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)目往往比活菌的實(shí)際數(shù)目__小(低)__。(4)丙同學(xué)在提取和分別纖維素酶的過(guò)程中，為了抵制外界酸和堿對(duì)酶活性的影響，實(shí)行的措施是向提取液和分別液中添加__緩沖溶液__。若探究纖維素酶活性的最適溫度，如何設(shè)置比照？__不同的溫度梯度之間相互比照__。[解析](1)灼燒接種環(huán)是殺死殘留的微生物，劃線結(jié)束后灼燒是為了避開污染環(huán)境或感染試驗(yàn)操作者。(2)剛果紅與纖維素形成的紅色復(fù)合物在纖維素被分解后將不再形成，可在培育基上出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈。(3)牛胃是一個(gè)厭氧的環(huán)境，所以其中的纖維素分解菌與需氧型醋酸菌培育條件有所不同。當(dāng)兩個(gè)或以上細(xì)胞連在一起時(shí)，培育基上只能視察到一個(gè)菌落，所以采納活菌計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)比實(shí)際數(shù)目偏小。(4)探究最適溫度可設(shè)置一系列的溫度梯度相互比照，其他無(wú)關(guān)變量要相宜。指引迷津·撥云見日尿素分解菌和纖維素分解菌的分別與鑒定的比較項(xiàng)目?jī)?nèi)容尿素分解菌纖維素分解菌條件尿素為唯一氮源纖維素為唯一碳源鑒定方法及現(xiàn)象培育基中加入酚紅指示劑，變紅色在培育基上應(yīng)用剛果紅染色法，出現(xiàn)透亮圈鑒定原理細(xì)菌等微生物生成脲酶，使尿素中肽鍵斷裂產(chǎn)生氨，使pH上升，加入酚紅變紅色微生物產(chǎn)生纖維素酶，將纖維素分解為纖維二糖或葡萄糖，使纖維素——?jiǎng)偣t復(fù)合物降解而出現(xiàn)透亮圈步驟差異土壤取樣→制備培育基→樣品梯度稀釋→涂布平板→培育視察土壤取樣→制備培育基→選擇培育→梯度稀釋→涂布培育→剛果紅染色→挑取菌落→進(jìn)一步鑒定典例3下列有關(guān)培育基和菌種鑒定的敘述，不正確的是(D)A．在培育基中加入較高濃度的氯化鈉，可篩選出抗鹽突變體細(xì)菌B．可利用固體培育基上菌落的特征來(lái)推斷和鑒別細(xì)菌的類型C．利用剛果紅培育基上是否形成透亮圈來(lái)篩選纖維素分解菌D．在無(wú)氮培育基中加入酚紅指示劑鑒定尿素分解菌[解析]在尿素作為唯一氮源的培育基中加入酚紅指示劑鑒定尿素分解菌，D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例植物秸稈中的纖維素可被某些微生物分解?；卮鹣铝袉栴}。(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種組分組成的復(fù)合酶，其中的葡萄糖苷酶可將__纖維二糖__分解成__葡萄糖__。(2)在含纖維素的培育基中加入剛果紅(CR)時(shí)，CR可與纖維素形成__紅__色復(fù)合物。用含有CR的該種培育基培育纖維素分解菌時(shí)，培育基上會(huì)出現(xiàn)以該菌的菌落為中心的__透亮圈__。[思維過(guò)程]明確纖維素酶的組成和作用，剛果紅在培育纖維素分解菌中的作用；明確培育基的成分及其作用；區(qū)分選擇培育基和鑒別培育基。[解析](1)纖維素酶是一種復(fù)合酶，一般認(rèn)為它至少包括三種組分，即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶，前兩種酶能使纖維素分解成纖維二糖，第三種酶能將纖維二糖分解成葡萄糖。(2)剛果紅是一種染料，可以與培育基中的纖維素結(jié)合形成紅色復(fù)合物，當(dāng)纖維素被纖維素酶分解后，紅色復(fù)合物就無(wú)法形成，培育基中就會(huì)出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈，我們可以通過(guò)是否產(chǎn)生透亮圈來(lái)篩選纖維素分解菌。[規(guī)律總結(jié)](1)在纖維素分解菌分別鑒定過(guò)程中，所用的選擇培育基為液體培育基，鑒定培育基為固體培育基，在液體培育基中篩選的同時(shí)，又有富集培育目的菌提高濃度的作用。(2)纖維素作為纖維素分解菌的碳源和能源存在，在只有纖維素為碳源的培育基中，不能分解纖維素的微生物由于缺乏碳源而不能正常生長(zhǎng)繁殖，因而能起選擇作用。CMC－Na是可溶性纖維素衍生物，可被C1、Cx酶分解為纖維二糖，使被剛果紅染色的培育基的紅色褪去。問題釋疑·探究升華教材P28“旁欄思索題”1．本試驗(yàn)流程與課題2的流程的區(qū)分為：課題2是將土樣制成的菌懸液干脆涂布在以尿素為唯一氮源的選擇性培育基上，干脆分別得到菌落。本課題通過(guò)選擇培育，使纖維素分解菌得到增殖后，再將菌液涂布在選擇培育基上。其他步驟基本一樣。2．由于生物與環(huán)境的相互依存關(guān)系，在富含纖維素的環(huán)境中，纖維素分解菌的含量相對(duì)提高，因此從這種土樣中獲得目的微生物的幾率要高于一般環(huán)境。3．將濾紙埋在土壤中能使纖維素分解菌相對(duì)聚集，事實(shí)上是人工設(shè)置纖維素分解菌生存的相宜環(huán)境。一般應(yīng)將紙埋于深約10cm左右腐殖