選修一《專(zhuān)題二課題3分解纖維素的微生物的分離》教學(xué)設(shè)計(jì)

四川省萬(wàn)源中學(xué)劉芬

【教材分析】本課題是人教版選修1《生物技術(shù)實(shí)踐》模塊專(zhuān)題2微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用中的一個(gè)課題，是作為

課題二的應(yīng)用和課題2的深入，在介紹了無(wú)菌操作，培養(yǎng)基的配制，微生物的分離純化，以及尿素分解菌分離的

基礎(chǔ)上對(duì)選擇培養(yǎng)基應(yīng)用的進(jìn)一步深化，本課題分離某種特定的微生物，難度較大、探索性更強(qiáng)，可以讓學(xué)生將

現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)實(shí)踐與生物學(xué)問(wèn)題相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生處理不同信息，分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教材在課題背景中

利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的纖維素的化學(xué)組成推廣到生活中纖維素的廣泛分布和應(yīng)用。從內(nèi)容上主要分為兩大部分，第

一部分是纖維素與纖維素酶，第二部分是纖維素分解菌的分離。通過(guò)對(duì)課題中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的深入學(xué)習(xí)，要求學(xué)

生掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術(shù)以及探究合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

【學(xué)情分析】通過(guò)以前的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生己經(jīng)知道纖維素是多糖，也是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的成分，也對(duì)無(wú)

菌操作、滅菌原理、稀釋涂布法、平板劃線(xiàn)法有了一定的了解，對(duì)分離目標(biāo)生物的原則和過(guò)程有了初步的認(rèn)識(shí),

并對(duì)土壤中各種微生物的篩選產(chǎn)生了濃厚的興趣，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)并開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng),

有利于學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，提高解決問(wèn)題的能力，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)環(huán)境和能源問(wèn)題。

【教學(xué)目標(biāo)】

1、知識(shí)目標(biāo)

（1）描述篩選分解纖維素的微生物的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

（2）理解分離分解纖維素的微生物的實(shí)驗(yàn)操作原理。

（3）理解生物與環(huán)境相適應(yīng)、物質(zhì)與能最相互依存的生命觀(guān)念。

2、能力目標(biāo)

（1）掌握從土壤中分離某種特定微生物的操作技術(shù)。

（2）設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，解決實(shí)際問(wèn)題，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，逐步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。

3、情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)目標(biāo)

（1）學(xué)生自主設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)勇于探究的科學(xué)精神。

（2）認(rèn)同取樣的選擇、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)照等在生物探究實(shí)驗(yàn)中的重要作用，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣。

（3）認(rèn)同纖維素分解菌在保護(hù)環(huán)境中的作用以及生物質(zhì)能源的可利用價(jià)值，增強(qiáng)社會(huì)貢任感。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：從土壤中分離纖維素的微生物；剛果紅染色法的原理，選擇培養(yǎng)基的應(yīng)用.

教學(xué)建點(diǎn)：從土壤中分離纖維素的微生物；對(duì)照組的設(shè)計(jì)

【教學(xué)思路和課前準(zhǔn)備】

1、教學(xué)思路：本節(jié)課圍繞將廢棄秸稈中的纖維素變廢為寶（乙醇）解決能源危機(jī)這一主線(xiàn)來(lái)設(shè)計(jì)，先從能源

危機(jī)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題引入，介紹國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的可再生的生物質(zhì)能源，為了解決實(shí)際問(wèn)題，從而提出本課題：從土壤

中篩選分解纖維素的微生物。教師通過(guò)一系列的問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生小組討論，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案,用文字簡(jiǎn)述其

過(guò)程，鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言組織能力，然后教師總結(jié)實(shí)驗(yàn)流程和播放尋找的實(shí)驗(yàn)視頻，進(jìn)一步加深學(xué)生的印象，保證

學(xué)生理論課后自己實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性。

2、課前準(zhǔn)備：教師準(zhǔn)備教學(xué)PPT課件，學(xué)生做一個(gè)課前小探究：相同的濾紙條在蒸儲(chǔ)水和淤泥漿中的降解

情況。

【教學(xué)過(guò)程】

首先，向?qū)W生介紹我國(guó)乃至全世界的能源危機(jī)，讓學(xué)生談?wù)摶卮鹑绾谓鉀Q。同時(shí)乂提出我國(guó)每年大量焚燒秸

稈，應(yīng)到學(xué)生想到將桔稈的主要成分纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉次镔|(zhì)乙醇這樣一個(gè)解決途徑。進(jìn)而引入這節(jié)課-《分解纖

維素微生物的分離》。

一、基礎(chǔ)知識(shí)

【活動(dòng)1】學(xué)生自主閱讀教材P27“課題背景”和“纖維素與纖維素酶“，并討論，抽叫同學(xué)回答以下問(wèn)題：

（-）纖維素和纖維素酶

1、纖維素

（1）纖維素的本質(zhì)（2）纖維素的分布（3）纖維素的利用

（1）本質(zhì)：一種由葡萄糖首尾連接而成的高分子化合物;

是地球上含量最豐富的多糖類(lèi)物質(zhì);

CHXHIcumCHX)H

HOHHOHHOH

（2）分布：植物的根莖葉等器官含大量纖維素；

①棉花是自然界中纖維素含量最高的天然產(chǎn)物；

②木材、作物秸稈等也富含微生物；

（3）利用：能被草食性動(dòng)物等的消化道內(nèi)或土壤中某些微生

物分解利用，這是因?yàn)樗鼈兡軌虍a(chǎn)生纖維素的，

2、纖維素酶

(1)纖維素酹的組成(2)纖維素酹的作用(3)如何設(shè)計(jì)實(shí)垃驗(yàn)證纖維素酹的作用

(D組成：一種復(fù)合酶,其至少包括三種組分；

即C1一、Cx-、葡葡糖日酶。

(2)作用：

纖維素,湎'。乂網(wǎng)|纖維二糖|葡萄糖昔酶.|葡萄糖

纖維素最終被水解為葡萄糖,為微生物的生長(zhǎng)提奸e親*虎城艾仁

左，不肯"？t季??

供營(yíng)養(yǎng).也可以為人類(lèi)利用；白，和白阡/學(xué)”

cxsi：內(nèi)切酶，使纖維素?cái)嗔殉善危?/p>

QK：外切酹，作用于小片段纖維素，從糖鏈末端開(kāi)始切掉(3)實(shí)驗(yàn)胎證纖維素酹的作用：自變■:有無(wú)纖維素油溶液

兩個(gè)葡萄糖分子，產(chǎn)生纖維二糖；因變■:濾紙條是否械分解

好維素?

荀萄糖昔前：將纖維二糖分解成葡萄糖。試緩沖溶液

建紙條溶液(70~條件

■

801/mL)

pH=4.8的

實(shí)時(shí)間足

0.1n)ol/LH

驗(yàn)

1X6酸■酸艷imL

組1罐被充

兩試管固定在

cm緩沖害液1。全分解

mL50ml.惟形瓶中.

在搖床上以140

pH-4.869

r/min的轉(zhuǎn)速提

0.1mol/I.M

1X6反應(yīng)1h

2?酸鈉*本無(wú)

cmM叟化

i爆沖客液

11m,保證溶液體積相等，滿(mǎn)足單一變iwiir

1個(gè)酹活力單位(1U)：是指在溫度為25P,其他反應(yīng)條

件最適宜情況下，在1min內(nèi)轉(zhuǎn)化1mmol的底物所需要的幅量.

這一塊，教師著重強(qiáng)調(diào)纖維素酶是一種復(fù)合酶，以及每種組分各自的作用，最后強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，并利用驗(yàn)

證纖維素酶作用的實(shí)驗(yàn)，解答課前小實(shí)驗(yàn)相關(guān)問(wèn)題，加深同學(xué)們對(duì)纖維素酶作用的理解。

【活動(dòng)2】學(xué)生自主閱讀教材P28”纖維素分解菌的篩選”，并討論，抽叫同學(xué)回答以下問(wèn)題:

(二)纖維素分解菌的篩選

1、纖維素分解菌的篩選的方法2、剛果紅染色法的原理3、剛果紅染色法的觀(guān)測(cè)指標(biāo)

一、基礎(chǔ)知識(shí)

(二)纖維素分解菌的篩選

1、方法：剛果紅染色法；

2、原理：

纖維素(多糖物質(zhì))+剛果紅(CR)

［纖維素酶＜一纖維素分解菌

纖維二糖和葡萄糖，區(qū)燈和剛果紅形成紅色復(fù)合物

I一

以纖維素分解菌為中心的透明圈；

3、觀(guān)測(cè)指標(biāo)：通過(guò)是史產(chǎn)生邂膽來(lái)篩選纖維素分解菌

4、提問(wèn)學(xué)生思考回答：纖維素酶是在微生物細(xì)胞內(nèi)分解纖維素嗎？為什么？

不在細(xì)胞中分解纖維素。

多數(shù)細(xì)胞不能直接吸收纖維素，

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。

【活動(dòng)3】讓學(xué)生做兩道練習(xí)題，鞏固上述所學(xué)知識(shí)

-練：D

2.利用剛果紅法可以篩選出纖維酚解

1.下列關(guān)于纖維素酶的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是菌，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是B

A.纖維素酶是一種復(fù)合酶，至少包括三種A.剛果紅能與纖維素形成紅色復(fù)合物

B.剛果紅能與纖維素二糖形成紅色復(fù)合物

B.纖維素酶可把纖維素分解成葡萄糖

C剛果紅不能與葡萄糖形成紅色復(fù)合物

C.纖維素酶可用于去掉植物的細(xì)胞壁

D.若培養(yǎng)基上產(chǎn)生了透明圈，則說(shuō)明已篩

D.葡糖糖首酶可把纖維素分解成葡萄糖選出了纖維素分解菌

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

【活動(dòng)4】閱讀教材P28"實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)〃部分，完成實(shí)驗(yàn)方案流程圖，討論并回答下列問(wèn)題:

±：祥—?選擇培養(yǎng)—?梯度稀釋

貓選產(chǎn)生透

明圈的菌落

1、土壤取樣

（1）取樣環(huán)境（2）討論:為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維素分解菌呢?

（3）討論:如果找不到合適的環(huán)境，可以將濾紙埋在土壤中，將濾紙埋在土壤中有什么作用？你認(rèn)為濾紙應(yīng)該埋

在土壤中多深？

1、土填取樣：

①取樣環(huán)境：富含纖維素的環(huán)境中，如：1、土填取樣:

＞樹(shù)林中多年落葉形成的腐殖土，③討論:如果找不到合適的環(huán)境，可以將濾紙

＞多年積累的枯枝敗葉等。埋在土壤中，將港紙埋在土壤中有什么作用？

你認(rèn)為濾紙應(yīng)該埋在土壤中多深？

②討論:為什么要在富含纖維素的環(huán)境中尋找纖維索

分解菌呢？,人工設(shè)置適宜環(huán)境：將濾紙埋在土壤中能使

生物與環(huán)境的互相依存關(guān)系，在富含纖維素的纖維素分解菌相對(duì)集中

環(huán)境中纖維素分解菌的含量相對(duì)提高，因此從這種

土填中獲得目的微生物的幾率要高于普通環(huán)境。＞一般應(yīng)將濾紙埋于深約10cm左右的土壤中。

2、選擇培養(yǎng)

（1）選擇培養(yǎng)的目的（2）制備和分析選擇培養(yǎng)基（3）選擇培養(yǎng)如何操作

2、選擇培養(yǎng)即〃濃縮”、〃富集培養(yǎng)B、這個(gè)培養(yǎng)基對(duì)微生物是否具有選擇作用？如果具有，

①目的:塔博纖維素分解蕾的濃度，以確保能是如何進(jìn)行選擇的？

券從樣品中分離所需要的微生物.有選擇作用，本配方中纖維素作為主要碳源，只有能

②制備選擇培養(yǎng)基：培養(yǎng)基成分分析分解纖維素的微生物可以大量繁殖。

培養(yǎng)基組成■^生■的智葬物質(zhì)C、此配方的培養(yǎng)基中有其他微生物生長(zhǎng)嗎？

纖維索給

5g碳遁（能源）該配方中纖維素粉并不是唯一碳源，酵母膏、水解酪素也可

NaNOj凱源、無(wú)機(jī)鹽

ig提供少?碳源，因此其他微生物也能在該培養(yǎng)基中生長(zhǎng)繁殖.

KCI0.5g、NaHPO-7HO1.2g

242無(wú)機(jī)鹽但酵母膏的含?極少，因此只有能以纖維素為碳源的微生物才

KHPO0.9g、MgSO?7HO0.5g

2442能大量繁殖，

0.5g4長(zhǎng)因子、破源.思海

水麗素O.Sg題素、生長(zhǎng)因子D、你能否設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明選擇培養(yǎng)基的作用

溶斛后，蒸t8水定容至1000mL水對(duì)照組：接種的普通培養(yǎng)基（如牛肉膏蛋白陳培養(yǎng)基）

實(shí)驗(yàn)組：接種的選擇培養(yǎng)基

旁欄中的配方是液體培養(yǎng)基還是固體培養(yǎng)基?

A.判斷依據(jù)：微生物的數(shù)量

為什么？是液體培養(yǎng)基，原因是配方中無(wú)凝固劑

選擇培養(yǎng)基中明顯少于普通培養(yǎng)基（如牛肉膏蛋白陳培養(yǎng)基）

③操作:

將土樣加入裝有30ml選擇培養(yǎng)基的錐形瓶中，將

為什么選擇培養(yǎng)能夠“濃縮”所需的微生物？

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。上述步驟培養(yǎng)后,障素分解在選擇培養(yǎng)的條件下，可以使那些能夠適應(yīng)這種營(yíng)養(yǎng)

菌的濃度不弊大,則應(yīng)吸取一定量的上述培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移條件的微生物得到迅速繁殖，而那些不適應(yīng)這種營(yíng)養(yǎng)條件

植另一瓶新鮮的選擇培養(yǎng)基中，重復(fù)選擇培養(yǎng)。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

讓學(xué)生回憶課題1中稀釋操作方法，并敘述回答這兒的稀釋操作如何進(jìn)行。

按照課題1的席釋操作方法，將選擇培養(yǎng)后的培養(yǎng)

基迸行等比稀釋1。1~106倍.

4、將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培養(yǎng)基上

（1）分析并制備鑒別培養(yǎng)基（2）涂布平板

（1）制備鑒別培養(yǎng)基:

培養(yǎng)基組成提供的主要營(yíng)養(yǎng)物便6

CMC-Na5-10g水溶性竣甲基纖維素鈉碳源主要

酵母者1g碳源、執(zhí)源、生長(zhǎng)因子

KH2PO40.25g無(wú)機(jī)鹽

玨汁100mL濡%器鷲碳源.生長(zhǎng)因子

瓊脂15g凝固劑

上述物質(zhì)溶解后，加蒸悔水定容至

S17C索.氧兀素

1000mL

（2）涂布平板：

將稀釋度為104-106的菌懸液各取0.1ml涂布到平板

培養(yǎng)基上，30℃倒置培養(yǎng)。

（3）辨析選擇培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基的區(qū)別

選擇培界?

物理

液體墻葬M國(guó)悻墻棄■

性廉

在培鼻薨中加入票務(wù)總加入票“特定的作用廢

ft.以促透目的■的生物和插示劑，觀(guān),■生

目的長(zhǎng)篌修,同酎的其他N生長(zhǎng)過(guò)K中分"底物

余■的堡長(zhǎng)霞??所得放的不同產(chǎn)物,通

過(guò)描示劑的反應(yīng)不網(wǎng)東

鑒別■生物

（4）剛果紅染色法

【活動(dòng)4】學(xué)生自主閱讀教材P29“資料三剛果紅染色法”，填表比較兩種染色法的各自的優(yōu)缺點(diǎn):

方法—無(wú)需火菌方法二需大國(guó)

（先培養(yǎng)微生物，再加剛果紅）

（倒平板時(shí)就加入剛果紅）￡思考方法一中NaCI溶液的作用？

培養(yǎng)暮長(zhǎng)出?落一autcR配制CR溶液一滅■一按每

11回$倒去CR-加入200mL墻葬H加入1mL（R

溶液a雪倒掉比例溜勻一倒平板,培養(yǎng)一漂洗作用，洗去與纖維素結(jié)合不牢的剛

溶液一出現(xiàn)透明總出現(xiàn)透明?果紅，以免出現(xiàn)的透明圈不夠清晰。

些顯示出透明BS基本上是掾作簡(jiǎn)便，

點(diǎn)纖維素分解菌的作用不存在菌落混雜問(wèn)鹿

5NH健網(wǎng)L加入剛果紅①產(chǎn)生醐■的微生物也形成

點(diǎn)會(huì)使菌落之間發(fā)生混雜模糊透明圈，即假陽(yáng)性反應(yīng)

②有些微生物能降解色素，

更容易區(qū)分纖維素分解M

菌落周圉也形成明顯透明8r

菌和其他雜菌與纖維素分解菌不易區(qū)分

5、挑選產(chǎn)生透明圈的菌落

挑選產(chǎn)生透明圈的菌落，一般即為分

解纖維素的菌落。

在產(chǎn)生明顯的透明圈的菌落，挑取并

接種到纖維素分解菌的選擇培養(yǎng)基上，

在300C?37。（：培養(yǎng)，可獲得純化培養(yǎng)。

【活動(dòng)5】組織學(xué)生討論并比較本實(shí)驗(yàn)的流程與課題2中的實(shí)驗(yàn)流程有哪些異同？

課題2—土壤取樣，直接稀釋。

課題3—土壤取樣，選擇培養(yǎng)，

增加纖維素分解菌濃度后，再稀釋。

若課題3中纖維素分解菌的濃度足第時(shí)，選擇培

養(yǎng)這一步可以省略.

【活動(dòng)6】組織學(xué)生討論并比較“分離尿素分解菌和纖維素分解菌”的異同

比較項(xiàng)目分解尿素的細(xì)菌纖維素分解菌_

選原理將細(xì)菌涂布在只有尿素將細(xì)菌涂布在纖維素耕作

:培養(yǎng)基作甑源的選擇培養(yǎng)墓上主要碳源的選擇增賽基上

1類(lèi)型固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基

基目的篩選菌株選擇培養(yǎng)

方法眠的檢測(cè)法剛果紅染色法

在細(xì)菌分解尿素的化學(xué)反應(yīng)剛果紅可以與纖維素形成

中，細(xì)菌合成的眼酹將尿素紅色復(fù)合物，當(dāng)纖維素被

分解成氨,同會(huì)使培養(yǎng)基的纖維素酶催化分解后紅色

原理

堿性增強(qiáng)，pH升高。在培復(fù)合物無(wú)法形成，培養(yǎng)基

養(yǎng)基中加入酚紅指示劑，如上就會(huì)出現(xiàn)以纖維素分解

果pH升高指示劑會(huì)變紅菌為中心的透明圈

現(xiàn)象現(xiàn)察菌落周?chē)?guó)是否有著色的觀(guān)察菌落周?chē)欠癯霈F(xiàn)透

環(huán)會(huì)出現(xiàn)來(lái)鑒定尿素分解菌明圈來(lái)篩選纖維素分解菌

三、結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

1.培養(yǎng)基的制作是否合格

對(duì)照的培養(yǎng)基（未接種的選擇培養(yǎng)基）在培養(yǎng)過(guò)程中沒(méi)有菌落生長(zhǎng)則說(shuō)明培養(yǎng)基制作合格。

2.選擇培養(yǎng)基是否篩選出菌落

如果觀(guān)察到產(chǎn)生透明圈的菌落，則說(shuō)明可能獲得了分解纖維素的微生物。

3.分離的結(jié)果是否一致

由于在土壤中細(xì)菌的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量，因此最容易分離得到的是細(xì)菌。

但由于所取土樣的環(huán)境不同，不同同學(xué)也可能得到真菌和放線(xiàn)菌等不同的分離結(jié)果。

四、課題延伸

【活動(dòng)8】閱讀教材P30“課題延伸”，回答：

為了確定分離得到的是纖維素分解菌，還需要進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶實(shí)驗(yàn)，纖維素酶的發(fā)酵方法有