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课题3分解纤维素的微生物的分离课前预习导学目标导航学习目标重点难点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。3.讨论分解纤维素的微生物的应用价值。重点:从土壤中分离分解纤维素的微生物。难点:从土壤中分离分解纤维素的微生物。预习导引一、基础知识1.纤维素(1)组成及特点纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物,是地球上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,是因为它们能够产生纤维素酶。(2)分布棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。木材、作物秸秆等也富含纤维素。2.纤维素酶纤维素的分解需要在纤维素酶的催化作用下完成,纤维素酶是一种复合酶,包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。纤维素纤维二糖葡萄糖3.分离纤维素分解菌(1)方法筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选微生物。(2)原理刚果红可以与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,红色复合物无法形成,出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。预习交流1——如何理解自然界纤维素的来源和利用?纤维素是由葡萄糖分子首尾连接而成的生物大分子,不溶于水和有机溶剂,性质比较稳定。(1)纤维素存在于何种细胞的何种结构中?有何功能?提示:纤维素主要存在于植物细胞的细胞壁中,是植物细胞壁的主要组成成分,细胞壁越发达,纤维素的含量越多。纤维素的性质比较稳定,由纤维素构成的细胞壁具有支持和保护作用。(2)自然界中的纤维素是如何被利用的?提示:自然界中的纤维素主要被土壤中的微生物分解利用。其余的一部分被草食动物取食利用(实质上也离不开微生物的分解作用),一部分作为能源被人类燃烧利用。二、实验设计1.实验流程:土壤取样→选择培养(此步可省略)→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的选择培养基上→挑选产生透明圈的菌落。2.土壤取样采集土样时,可以选择纤维素丰富的环境,如树林中多年落叶形成的腐殖土。3.选择培养(1)目的:增加纤维素分解菌的浓度,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选择培养基的锥形瓶中,将锥形瓶固定在摇床上,在一定温度下振荡培养1~2d,直至培养液变混浊,也可重复选择培养。4.刚果红染色培养并鉴定。预习交流2——选择培养为什么能够“浓缩”所需要的微生物?在选择培养时提供了特定的培养条件,该条件具有“浓缩”某种微生物的作用。(1)从培养目的角度理解,选择培养对何种微生物有利并起“浓缩”作用?提示:对需选择的微生物有利并起“浓缩”作用。(2)选择培养用到的培养基属于何种类型?提示:属于选择培养基。(3)为什么选择培养能够“浓缩”所需要的微生物?提示:在选择培养的条件下,可以使那些能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖,而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制,因此可以起到“浓缩”的作用。三、课题延伸1.为确定得到的透明圈中的菌落是纤维素分解菌,需要进行发酵产纤维素酶的实验,纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵两种。2.纤维素酶的测定方法:一般是采用对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定量的测定。课堂合作探究问题导学一、刚果红染色法活动与探究11.刚果红染色法筛选纤维素分解菌的原理是什么?提示:(1)刚果红可以与纤维素形成红色复合物,但不与水解后的纤维二糖及葡萄糖发生这种反应。(2)纤维素分解菌能产生纤维素酶分解纤维素,从而使菌落周围形成透明圈。2.常用的刚果红染色法有哪几种?它们在加入刚果红的时间上有什么不同?提示:一种是先培养微生物,再加入刚果红进行颜色反应,另一种是在倒平板时就加入刚果红。3.讨论在刚果红培养基上出现透明圈,是否说明一定是由纤维素分解菌形成的?提示:不一定。产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈。迁移与应用1在含纤维素的培养基中加入刚果红溶液,菌落周围出现明显透明圈的是()。A.分解尿素的细菌B.硝化细菌C.分解纤维素的细菌D.乳酸菌解析:分解纤维素的细菌能将纤维素分解,刚果红—纤维素复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。答案:C1.刚果红染色法鉴别纤维素分解菌的原理菌落周围有透明圈纤维素被分解有纤维素酶有纤维素分解菌2.两种刚果红染色法的比较染色法优点缺点先培养微生物,再加入刚果红颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用操作烦琐,刚果红会使菌落之间发生混杂倒平板时就加入刚果红操作简便,不存在菌落混杂问题产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈,有些微生物能降解色素,形成明显的透明圈,与纤维素分解菌不易区分二、分离纤维素分解菌的实验设计活动与探究21.用流程图表示本实验的操作流程。提示:土壤取样→选择培养→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落。2.本实验与课题2中的实验在实验流程上有哪些异同?提示:课题2是将土壤样品制成的菌悬液直接涂布在以尿素为唯一氮源的选择培养基上,直接分离得到菌落。本课题通过选择培养,使纤维素分解菌得到增殖后,再将菌液涂布在鉴别培养基上。其他步骤基本相同。3.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?提示:将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对聚集,实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境。一般应将纸埋于深约10cm的腐殖土壤中。4.阅读教材第29页旁栏中的纤维素分解菌选择培养基的成分回答下列问题。(1)旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基?为什么?提示:是液体培养基,因为配方中无凝固剂。(2)这个培养基对微生物是否具有选择作用?如果有,是如何进行选择的?提示:有选择作用,本配方中的唯一碳源是纤维素粉,所以只有能分解纤维素的微生物才可以大量繁殖。5.阅读教材第30页中的“课题延伸”部分,回答以下2个问题。(1)分离纯化纤维素分解菌后,如何通过实验对其进一步确定?提示:进行发酵产生纤维素酶的实验。(2)如何测定样品中有无纤维素酶?提示:对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定,注意设置对照实验。迁移与应用2分解纤维素的微生物的分离实验过程中操作有误的是()。A.经选择培养后直接将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上B.选择培养这一步可省略,但纤维素分解菌的浓度会减少C.经稀释培养后,用刚果红染色法来鉴定能产生纤维素酶的菌落D.对照组可用等量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上答案:A1.选择培养(1)具体操作称取土样20g加入装有30mL选择培养基的锥形瓶锥形瓶固定在摇床上培养液变混浊此步骤可省略(2)设置对照将(1)过程中的选择培养基改为不含纤维素的培养基,如牛肉膏蛋白胨基础培养基,其余过程均与(1)过程相同。2.筛选过程中用到的两种培养基(1)名称:①纤维素分解菌的选择培养基;②纤维素分解菌的鉴别培养基。(2)区别①纤维素分解菌的选择培养基为液体培养基,利用液体培养基能使营养成分充分消耗,以增加纤维素分解菌的浓度。②纤维素分解菌的鉴别培养基为固体培养基,因为要在培养基上形成我们肉眼可见的菌落。③在上述选择培养基中能以纤维素作为碳源和能源的微生物可以正常生长,而其他绝大多数微生物不能正常生长;而在上述鉴别培养基中,绝大多数微生物都可以正常生长。当堂检测1.下列关于纤维素酶的说法,错误的是()。A.纤维素酶是一种复合酶,至少包括三种组分B.纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖C.纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁D.葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖解析:纤维素酶是一种复合酶,包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,C1酶和CX酶能把纤维素分解为纤维二糖,而葡萄糖苷酶能把纤维二糖进一步分解为葡萄糖。答案:D2.在加入刚果红的纤维素分解菌培养基中会出现透明圈,产生的透明圈是()。A.刚果红与纤维素形成的复合物B.刚果红与纤维二糖形成的复合物C.纤维素分解后形成的葡萄糖导致的D.以纤维素分解菌为中心形成的解析:当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红—纤维素复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。答案:D3.鉴定纤维素分解菌时,可以使用刚果红对其染色,常用的刚果红染色法有两种,一种是先培养微生物,再加入刚果红进行颜色反应,另一种是在倒平板时就加入刚果红。两种染色法的结果是()。A.均会出现透明圈B.均不会出现透明圈C.方法一出现透明圈,方法二不出现透明圈D.方法一不出现透明圈,方法二出现透明圈解析:两种刚果红染色法虽然程序不同,但最终都会使培养基中出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。答案:A4.在将样品稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上之前一般先进行选择培养,其主要目的是()。A.完全除去其他微生物B.没有意义,去掉这一步更好C.增加纤维素分解菌的浓度D.使纤维素分解菌充分长大解析:选择培养在选择培养基中进行,能使纤维素分解菌快速增殖从而增加其浓度,而其他不能分解纤维素的微生物的增殖却受到抑制。答案:C5.通过分离分解纤维素的微生物实验,对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选,这只是分离提纯的第一步。对分离的菌种作进一步鉴定还需要进行()。A.发酵产纤维素酶的实验B.提取纤维二糖的实验C.浓缩纤维素分解菌的实验D.提取葡萄糖的实验解析:对纤维素分解菌的鉴定,常用的方法是对分离的菌种进行发酵产纤维素酶的实验。答案:A