課題3分解纖維素的微生物的分離

學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解纖維素與纖維素酶。2.理解纖維素分解菌的篩選原理。(重

點)3.簡述從土壤中分離出分解纖維素的微生物的方法。

1.纖維素與纖維素酶

(1)纖維素

①元素組成：C、H、()三種元素。

②組成單體：葡萄糖。

③種類：除天然纖維素外，還有水溶性的裝甲基纖維素鈉、不溶于水的微晶

纖維素等。

(2)纖維素酶

①組成：纖維素酶是一種復(fù)合酶，包括Ci酶、Cx酶和葡萄糖昔酶三種組分。

②作用

纖維素驗口纖維二糖整運葡萄糖

2.纖維素分解菌的篩選

⑴方法

剛果紅［方法一：先培養(yǎng)微生物,再加入剛果紅進(jìn)行顏色反應(yīng)

染色法［方法二：在倒平板時就加入剛果紅

(2)原理:

3.實驗設(shè)計和課題延伸

(1)實驗設(shè)計

土壤取樣：選擇纖維素豐富的環(huán)境

選擇培養(yǎng)：通過選擇培養(yǎng)來增加纖維素分解菌的濃度，以確保能夠從樣品中

分離到所需要的菌株

I

梯度稀釋：目的是使菌體分離

涂布培養(yǎng)：將樣品涂布到鑒別紅維素分解菌的培養(yǎng)基上

挑選菌株：挑選產(chǎn)生透明圈的菌落

(2)課題延伸

①為確定透明圈內(nèi)的菌落是否是纖維素分解菌，需要進(jìn)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)酵和固住發(fā)屋兩種。

②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(jìn)行定量的測定。

1.判斷對錯

(1)纖維素酶的發(fā)酵方法有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵。()

(2)對分解纖維素的微生物進(jìn)行了初步篩選后，無需再進(jìn)行其他實驗。()

(3)纖維素酶的測定方法，一般是對所產(chǎn)生的葡萄糖進(jìn)行定量的測定。()

(4)纖維素酶是一種復(fù)合酶。()

提示：⑴。

(2)X初步篩選只是分離純化的第一步，為確定得到的是纖維素分解菌，還

需要進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶的實驗。

(3)V(4)V

2.在加入剛果紅的培養(yǎng)基中出現(xiàn)透明圈的菌落是()

A.分解尿素的細(xì)菌B.硝化細(xì)菌

C.分解纖維素的細(xì)菌D.乳酸菌

C［分解纖維素的細(xì)菌能將纖維素分解，剛果紅一纖維素的復(fù)合物就無法形成，

培養(yǎng)基中會出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透明明。］

3.篩選出纖維素分解菌后還需要用下列哪項實驗來確定()

A.發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶B.發(fā)酵產(chǎn)纖維素

C.纖維素酶分解濾紙D,纖維素分解產(chǎn)生葡萄糖

A［為確定得到的透明圈中的菌落是否是纖維素分解菌，需要進(jìn)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)酵兩種。］

纖維素酶及纖維素分

髏究必_________________________________

解菌的篩選

［合作交流］

1.草食性動物是怎樣消化食物中的纖維素的？

提示；反芻動物的瘤胃中生活著大量的可以分解纖維素的微生物。微生物能

夠產(chǎn)生纖維素酶，最終將纖維素分解成葡萄糖。

2.培養(yǎng)基中出現(xiàn)透明圈一定是纖維素分解菌的作用嗎？

提示：不一定。剛果紅與多糖類化合物產(chǎn)生紅色復(fù)合物，若多糖為淀粉，產(chǎn)

生淀粉酶的微生物也可使培養(yǎng)基產(chǎn)生透明圈。

［歸納總結(jié)］

1.纖維素酶

(1)纖維素酶的組成及作用：

(2)纖維素酶作用的實驗驗證

試管12

濾紙條1cmX6cm1cmX6cm

緩沖液

10mL11mL

(pH=4.8)

纖維素酶

1mL—

(70?80U/mL)

將試管固定在50mL的錐形瓶中，在搖床上以140

條件

r/min的轉(zhuǎn)速振蕩反應(yīng)1h

結(jié)果濾紙條被完全分解濾紙條基本無變化

2.纖維素分解菌的篩選——剛果紅染色法

(1)原理：

(2)染色方法：

方法一：培養(yǎng)基經(jīng)涂布培養(yǎng)長出菌落一覆蓋質(zhì)量濃度為1mg/mL的CR溶液

10?15min后15min后

------------^倒去CR溶液f加入物質(zhì)的量濃度為1mol/L的NaCl溶液--------

倒掉NaCl溶液一出現(xiàn)透明圈。

方法二：配制質(zhì)量濃度為10mg/mL的CR溶液一滅菌f按照每200mL培養(yǎng)

基加入1mL的比例加入CR溶液一混勻一倒平板f接種后培養(yǎng)一出現(xiàn)透明圈。

(3)兩種剛果紅染色法的比較：

方法一方法二

先培養(yǎng)微生物，再加入剛果紅進(jìn)行顏

區(qū)別倒平板時就加入剛果紅

色反應(yīng)

顯示出的顏色反應(yīng)基本上是纖維素操作簡便，不存在菌落混雜問

優(yōu)點

分解菌的作用題

操作繁瑣，加入剛果紅溶液會使菌落

缺點容易出現(xiàn)假陽性反應(yīng)

之間發(fā)生混雜

特別提醒：在倒平板時就加入剛果紅容易出現(xiàn)假陽性反應(yīng)的原因

⑴由于在纖維素粉、瓊脂和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)假陽性反應(yīng)。

（2）有些微生物具有降解色素的能力，長時間培養(yǎng)會降解剛果紅，從而形成明

顯的透明圈，這些微生物與纖維素分解菌不易區(qū)分。

一［典題通妁

下列關(guān)于分離纖維素分解菌的實驗的敘述，錯誤的是（）

A.經(jīng)選擇培養(yǎng)后將樣品直接涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上

B.選擇培養(yǎng)這一步可省略，但培養(yǎng)出的纖維素分解菌少

C.可先在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)微生物，再用剛果紅溶液染色

D.鑒別纖維素分解菌的原理是纖維素分解后的產(chǎn)物不能和染料形成紅色復(fù)合

物

A［經(jīng)選擇培養(yǎng)后需要進(jìn)行梯度稀釋后方可涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基

上，A錯誤；選擇培養(yǎng)這一步可以省略，但培養(yǎng)出的纖維素分解菌少，B正確；

常用的剛果紅染色法有兩種：一種是先培養(yǎng)微生物，再加入剛果紅進(jìn)行顏色反應(yīng)，

另一種是在倒平板時就加入剛果紅，C正確；鑒別纖維素分解菌的原理是纖維素

分解后的產(chǎn)物不能和剛果紅形成紅色復(fù)合物，D正確。］

1.下列關(guān)于纖維素的敘述中，不正確的是（）

A.纖維素是由葡萄糖首尾相連而成的高分子化合物

B.纖維素能被土壤中某些微生物分解利用，是因為這些微生物能夠產(chǎn)生纖維

素酶

C.植物的根、莖、葉等器官中都含有大量的纖維素

D.自然界中的各種生物均能把纖維素分解成葡萄糖，從而作為生物體的能量

來源

D［自然界中許多生物都不能分解纖維素。故選D。］

2.纖維素分解菌的篩選原理是（）

A.剛果紅可以與纖維素形成紅色復(fù)合物

B.剛果紅可以與纖維二糖和葡萄糖形成紅色復(fù)合物

C.剛果紅可以與纖維素酶形成紅色復(fù)合物

D.剛果紅可以與纖維素分解菌結(jié)合形成紅色復(fù)合物

A［剛果紅是一種染料，它可以與像纖維素這樣的多糖物質(zhì)形成紅色復(fù)合物，

但并不和纖維素水解后產(chǎn)生的纖維二糖和葡萄糖發(fā)生這種反應(yīng)，剛果紅也不與纖

維素酶或者與纖維素分解菌結(jié)合形成紅色復(fù)合物。故正確答案為A。］

分離纖維素分解菌的實驗設(shè)計與

［合作交流1

1.為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維素分解菌？

提示；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

解菌的含量相對較高，因此從這種環(huán)境中獲得目的微生物的概率要高于普通環(huán)境。

2.在纖維素分解菌的篩選過程中涉及的生物技術(shù)有哪些？

提示：主要用到培養(yǎng)基的配制、無菌操作技術(shù)、稀釋涂布平板法、選擇培養(yǎng)

基的作用和土壤取樣等。

［歸納總結(jié)］

1.實驗流程

2.選擇培養(yǎng)的操作步驟

3.纖維素分解菌的篩選與鑒別所用的培養(yǎng)基的比較

(1)纖維素分解菌的選擇培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基，利用液體培養(yǎng)基能使?fàn)I養(yǎng)成分

充分消耗，以增加纖維素分解菌的濃度。纖維素分解菌的鑒別培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)

基，因為需要在培養(yǎng)基上形成我們?nèi)庋劭梢姷木洹?/p>

(2)在上述選擇培養(yǎng)基中能以纖維素作為碳源而能源的微生物可以正常生長，

而其他絕大多數(shù)微生物不能正常生長；而在上述鑒別培養(yǎng)基中，絕大多數(shù)微生物

都可以正常生長。

(3)選擇培養(yǎng)基的目的是選擇出某種微生物并通過培養(yǎng)增加數(shù)量，而鑒別培養(yǎng)

基的目的是鑒別微生物種類。

(4)在使用順序上，一般先使用選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)，梯度稀釋后再用鑒別培養(yǎng)基

鑒另h

［典題通關(guān)］

廢紙的主要成分是木質(zhì)纖維，人類正努力將其轉(zhuǎn)化為一種新的資源——乙醇。

如圖是工業(yè)上利用微生物由纖維素生產(chǎn)乙醇的基本工作流程，請回答相關(guān)問題：

(I)自然界中①環(huán)節(jié)需要的微生物大多分布在的環(huán)境中。將從土

壤中獲得的微生物培養(yǎng)在以為唯一碳源、并加入的培養(yǎng)基上篩

選周圍有的菌落。

(2)如上所述的篩選中獲得了三個菌落，對它們分別培養(yǎng)，并完成環(huán)節(jié)②，且

三種等量酶液中酶蛋白濃度相同，則你認(rèn)為三種酶液的活性____________(填“一

定相同”“不一定相同”或“一定不同”)，可以通過

_________________________________進(jìn)行定量測定。

(3)根據(jù)測定結(jié)果，①環(huán)節(jié)常選擇木霉，則②中獲得的酶是_______酶。該酶

至少包括三個組分。

［解析］(1)從富含纖維素的環(huán)境中可以獲得富含纖維素酶的微生物，這類微

生物的純化培養(yǎng)是以纖維素為唯一碳源，通過加入剛果紅的培養(yǎng)基上篩選周圍有

透明圈的菌落而獲得。(2)由于三個菌落中的細(xì)菌數(shù)目可能不同或者產(chǎn)酶能力不同，

從三個菌落中獲得三種等量酶液中酶蛋白濃度相同，其活性也不一定相同；可以

通過對纖維素酶分解纖維素后所產(chǎn)生的葡萄糖進(jìn)行定量測定來確定三種酶液的活

性。(3)木霉中產(chǎn)生的纖維素酶包括Ci酶、Cx酶、葡萄糖昔酶三個組分。

［答案］(1)富含纖維素(其他答案合理也可，如落葉較多等)纖維素剛果紅

透明圈(2)不一定相同對纖維素酶催化纖維素分解后所產(chǎn)生的葡萄糖(3)纖

維素C酶、Cx酶、葡萄糖昔酶

［深化探究］(1)生產(chǎn)中可以滿足④環(huán)節(jié)的常見菌種是什么？為了確保獲得產(chǎn)物

乙醇，⑤環(huán)節(jié)要注意什么？

(2)④過程要注意避免什么？

提示：(1)酵母菌；發(fā)酵裝置密閉(或保證無氧條件等)。

(2)雜菌污染。

1.從土壤中篩選纖維素分解菌的實驗設(shè)計正確的是()

A.土壤取樣一梯度稀釋一稀釋涂布平板一發(fā)酵培養(yǎng)

B.土壤取樣一選擇培養(yǎng)一稀釋涂布平板一挑選菌落

C.土壤取樣一梯度稀釋一選擇培養(yǎng)~挑選菌落

D.土壤取樣一梯度稀釋一稀釋涂布平板f選擇培養(yǎng)一挑選菌落

B［正確的實驗設(shè)計一般是土壤取樣一選擇培養(yǎng)（此步是否需要，應(yīng)根據(jù)樣品中

的菌株數(shù)量的多少來確定）f梯度稀釋f將樣品涂布到有特定鑒別作用的培養(yǎng)基

上-*挑選菌落。］

2.在對纖維素分解菌進(jìn)行選擇培養(yǎng)時，用液體培養(yǎng)基的目的是（）

A.可獲得大量菌體

B.纖維素分解菌適宜在液體培養(yǎng)基上生長

C.可以充分利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)

D.可獲得高純度的纖維素分解菌

A［不同物理形態(tài)的培養(yǎng)基其作用不一樣，固體培養(yǎng)基用于菌種的分離、鑒定、

菌落計數(shù)、菌種保藏等；液體培養(yǎng)基可用于獲得大量菌體。］

［課堂小結(jié)］

知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納

1.纖維素酶是復(fù)合酶，包括Ci酶、Cx酶和葡萄

糖普酶等組分。

G酶和C\酶

2.纖維素酶的作用：纖維素------纖維二糖

葡萄糖甘酶

葡萄糖。

3.剛果紅可與纖維素形成紅色復(fù)合物。當(dāng)纖維素

被分解后，培養(yǎng)基中會出現(xiàn)以纖維素分解菌為中

心的透明圈。

4.分離分解纖維素的微生物的實驗流程：

土壤選擇

-*?梯度稀

取樣培養(yǎng)

將樣品涂布到鑒別纖維一挑選產(chǎn)生透明

素分解菌的培養(yǎng)基上圈的菌落

5,分離后，為確定得到的是纖維素分解菌，還需

進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的實驗。

1.下列關(guān)于纖維素酶的敘述中不正確的（）

A.纖維素酶可將纖維素先分解為纖維二糖，再分解為葡萄糖

B.纖維素酶含有C、H、O、N等元素

C.用纖維素酶處理玉米根尖成熟區(qū)細(xì)胞后，將細(xì)胞放入0.3g/mL的蔗糖溶

液中出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象

D.纖維素酶是一種復(fù)合酶

C［纖維素酶是一種復(fù)合酶，至少包括G酶、Cx酶和葡萄糖昔酶，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。纖維素酶屬于蛋

白質(zhì)，含C、H、O、N等元素。植物細(xì)胞細(xì)胞壁的主要成分是纖維素，用纖維素

酶處理后，細(xì)胞壁被去除，細(xì)胞不能再發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。故選C。］

2.配制的某培養(yǎng)基的成分是纖維素粉、NaNO3>Na2HPO4-7H2O>KH2P。4、

MgSO4-7H2O.KC1、酵母膏、水解酪素，該培養(yǎng)基能使下面哪種微生物大量繁

殖（）

A.酵母菌B,自生固氮菌

C.各種細(xì)菌D.纖維素分解菌

D［該培養(yǎng)基的有機營養(yǎng)成分里面含碳的營養(yǎng)物質(zhì)是纖維素，只有能分解利用

纖維素的纖維素分解菌才能在該培養(yǎng)基上大量繁殖。故選D。J

3.下列有關(guān)剛果紅染色法的敘述，不正確的是（）

A.剛果紅可以在細(xì)菌菌落形成前倒平板時加入

B.剛果紅可以在菌落形成后加入

C.剛果紅在菌落形成前倒平板時加入，加入的剛果紅不需要滅菌

D.在菌落形成后加入剛果紅時，剛果紅不需要滅菌

C［剛果紅可以與纖維素形成紅色復(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。剛果紅可以在細(xì)菌菌落形成前倒平板時加入，也可

以在菌落形成后加入。若在細(xì)菌菌落形成前倒平板時加入剛果紅.則所加剛果紅

要進(jìn)行滅菌，以防雜菌的侵入，影響纖維素分解菌菌落的形成；若在菌落形成后

加入剛果紅，則不需要滅菌。］

4.通過分離分解纖維素的微生物實驗，對分解纖維素的微生物進(jìn)行了初步的

篩選，這只是分離提純的第一步，還需要進(jìn)行（）

A.發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的實驗

B.提取纖維二糖的實驗

C.濃縮纖維素分解菌的實驗

D.提取葡萄糖的實驗

A［對纖維素分解菌的鑒定，常用的方法是對分離的菌種進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶

的實驗。］

5.植物秸稈中的纖維素可被某些微生物分解。回答下列問題：

(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種組分組成的復(fù)

合酶，其中的葡萄糖昔酶可將分解成。

(2)在含纖維素的培養(yǎng)基中加入剛果紅(CR)時，CR可與纖維素形成

色復(fù)合物。用含有CR的該種培養(yǎng)

基培養(yǎng)纖維素分解菌時，培養(yǎng)基上會出現(xiàn)以該菌的菌落為中心的