2024-2025學年高中生物專題2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教案新人教版選修1

PAGE10-課題3分解纖維素的微生物的分別學習目標：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.簡述從土壤中分別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、O三種元素。②組成單體：葡萄糖。③種類：除自然纖維素外，還有水溶性的羧甲基纖維素鈉、不溶于水的微晶纖維素等。(2)纖維素酶①組成：纖維素酶是一種復合酶，包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶三種組分。②作用纖維素eq\o(→,\s\up10(C1酶、CX酶))纖維二糖eq\o(→,\s\up10(葡萄糖苷酶))葡萄糖2．纖維素分解菌的篩選(1)方法eq\a\vs4\al(剛果紅,染色法)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(方法一：先培育微生物，再加入剛果紅進行顏色反應(yīng),方法二：在倒平板時就加入剛果紅))(2)原理：3．試驗設(shè)計和課題延長(1)試驗設(shè)計土壤取樣：選擇纖維素豐富的環(huán)境↓選擇培育：通過選擇培育來增加纖維素分解菌的濃度，以確保能夠從樣品中分別到所須要的菌株↓梯度稀釋：目的是使菌體分別↓涂布培育：將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的培育基上↓選擇菌株：選擇產(chǎn)生透亮圈的菌落(2)課題延長①為確定透亮圈內(nèi)的菌落是否是纖維素分解菌，須要進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的試驗，纖維素酶的發(fā)酵方法有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種。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)生的葡萄糖進行定量的測定。1．推斷對錯(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行了初步篩選后，無需再進行其他試驗。 ()(3)纖維素酶的測定方法，一般是對所產(chǎn)生的葡萄糖進行定量的測定。 ()(4)纖維素酶是一種復合酶。 ()提示：(1)√(2)×初步篩選只是分別純化的第一步，為確定得到的是纖維素分解菌，還須要進行發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶的試驗。(3)√(4)√2．在加入剛果紅的培育基中出現(xiàn)透亮圈的菌落是()A．分解尿素的細菌 B．硝化細菌C．分解纖維素的細菌 D．乳酸菌C[分解纖維素的細菌能將纖維素分解，剛果紅—纖維素的復合物就無法形成，培育基中會出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈。]3．篩選出纖維素分解菌后還須要用下列哪項試驗來確定()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[為確定得到的透亮圈中的菌落是否是纖維素分解菌，須要進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的試驗，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解菌的篩選[合作溝通]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．培育基中出現(xiàn)透亮圈肯定是纖維素分解菌的作用嗎？提示：不肯定。剛果紅與多糖類化合物產(chǎn)生紅色復合物，若多糖為淀粉，產(chǎn)生淀粉酶的微生物也可使培育基產(chǎn)生透亮圈。[歸納總結(jié)]1．纖維素酶(1)纖維素酶的組成及作用：(2)纖維素酶作用的試驗驗證試管12濾紙條1cm×6cm1cm×6cm緩沖液(pH＝4.8)10mL11mL纖維素酶(70～80U/mL)1mL－條件將試管固定在50mL的錐形瓶中，在搖床上以140r/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改變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：培育基經(jīng)涂布培育長出菌落→覆蓋質(zhì)量濃度為1mg/mL的CR溶液eq\o(→,\s\up10(10～15min后))倒去CR溶液→加入物質(zhì)的量濃度為1mol/L的NaCl溶液eq\o(→,\s\up10(15min后))倒掉NaCl溶液→出現(xiàn)透亮圈。方法二：配制質(zhì)量濃度為10mg/mL的CR溶液→滅菌→依據(jù)每200mL培育基加入1mL的比例加入CR溶液→混勻→倒平板→接種后培育→出現(xiàn)透亮圈。(3)兩種剛果紅染色法的比較：方法一方法二區(qū)分先培育微生物，再加入剛果紅進行顏色反應(yīng)倒平板時就加入剛果紅優(yōu)點顯示出的顏色反應(yīng)基本上是纖維素分解菌的作用操作簡便，不存在菌落混雜問題缺點操作繁瑣，加入剛果紅溶液會使菌落之間發(fā)生混雜簡單出現(xiàn)假陽性反應(yīng)特殊提示：在倒平板時就加入剛果紅簡單出現(xiàn)假陽性反應(yīng)的緣由(1)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實力，長時間培育會降解剛果紅，從而形成明顯的透亮圈，這些微生物與纖維素分解菌不易區(qū)分。[典題通關(guān)]下列關(guān)于分別纖維素分解菌的試驗的敘述，錯誤的是()A．經(jīng)選擇培育后將樣品干脆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，但培育出的纖維素分解菌少C．可先在固體培育基上培育微生物，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合物A[經(jīng)選擇培育后須要進行梯度稀釋后方可涂布到鑒別纖維素分解菌的培育基上，A錯誤；選擇培育這一步可以省略，但培育出的纖維素分解菌少，B正確；常用的剛果紅染色法有兩種：一種是先培育微生物，再加入剛果紅進行顏色反應(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[自然界中很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合物B．剛果紅可以與纖維二糖和葡萄糖形成紅色復合物C．剛果紅可以與纖維素酶形成紅色復合物D．剛果紅可以與纖維素分解菌結(jié)合形成紅色復合物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)合形成紅色復合物。故正確答案為A。]分別纖維素分解菌的試驗設(shè)計與分析[合作溝通]1．為什么要在富含纖維素的環(huán)境中找尋纖維素分解菌？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一般環(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：主要用到培育基的配制、無菌操作技術(shù)、稀釋涂布平板法、選擇培育基的作用和土壤取樣等。[歸納總結(jié)]1．試驗流程2．選擇培育的操作步驟3．纖維素分解菌的篩選與鑒別所用的培育基的比較(1)纖維素分解菌的選擇培育基為液體培育基，利用液體培育基能使養(yǎng)分成分充分消耗，以增加纖維素分解菌的濃度。纖維素分解菌的鑒別培育基為固體培育基，因為須要在培育基上形成我們?nèi)庋劭梢姷木洹?2)在上述選擇培育基中能以纖維素作為碳源和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；而在上述鑒別培育基中，絕大多數(shù)微生物都可以正常生長。(3)選擇培育基的目的是選擇出某種微生物并通過培育增加數(shù)量，而鑒別培育基的目的是鑒別微生物種類。(4)在運用依次上，一般先運用選擇培育基培育，梯度稀釋后再用鑒別培育基鑒別。[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：(1)自然界中①環(huán)節(jié)須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育在以________為唯一碳源、并加入________的培育基上篩選四周有________的菌落。(2)如上所述的篩選中獲得了三個菌落，對它們分別培育，并完成環(huán)節(jié)②，且三種等量酶液中酶蛋白濃度相同，則你認為三種酶液的活性____________(填“肯定相同”“不肯定相同”或“肯定不同”)，可以通過________________________________進行定量測定。(3)依據(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育是以纖維素為唯一碳源，通過加入剛果紅的培育基上篩選四周有透亮圈的菌落而獲得。(2)由于三個菌落中的細菌數(shù)目可能不同或者產(chǎn)酶實力不同，從三個菌落中獲得三種等量酶液中酶蛋白濃度相同，其活性也不肯定相同；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C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶三個組分。[答案](1)富含纖維素(其他答案合理也可，如落葉較多等)纖維素剛果紅透亮圈(2)不肯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C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶(1)生產(chǎn)中可以滿意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)要留意什么？(2)④過程要留意避開什么？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試驗設(shè)計正確的是()A．土壤取樣→梯度稀釋→稀釋涂布平板→發(fā)酵培育B．土壤取樣→選擇培育→稀釋涂布平板→選擇菌落C．土壤取樣→梯度稀釋→選擇培育→選擇菌落D．土壤取樣→梯度稀釋→稀釋涂布平板→選擇培育→選擇菌落B[正確的試驗設(shè)計一般是土壤取樣→選擇培育(此步是否須要，應(yīng)依據(jù)樣品中的菌株數(shù)量的多少來確定)→梯度稀釋→將樣品涂布到有特定鑒別作用的培育基上→選擇菌落。]2．在對纖維素分解菌進行選擇培育時，用液體培育基的目的是()A．可獲得大量菌體B．纖維素分解菌相宜在液體培育基上生長C．可以充分利用培育基中的養(yǎng)分物質(zhì)D．可獲得高純度的纖維素分解菌A[不同物理形態(tài)的培育基其作用不一樣，固體培育基用于菌種的分別、鑒定、菌落計數(shù)、菌種保藏等；液體培育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.纖維素酶是復合酶，包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶等組分。2.纖維素酶的作用：纖維素eq\o(→,\s\up10(C1酶和CX酶))纖維二糖eq\o(→,\s\up10(葡萄糖苷酶))葡萄糖。3.剛果紅可與纖維素形成紅色復合物。當纖維素被分解后，培育基中會出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透亮圈。4.分別分解纖維素的微生物的試驗流程：eq\a\vs4\al(土壤,取樣)→eq\a\vs4\al(選擇,培育)→梯度稀釋→eq\a\vs4\al(將樣品涂布到鑒別纖維,素分解菌的培育基上)→eq\a\vs4\al(選擇產(chǎn)生透亮,圈的菌落)5.分別后，為確定得到的是纖維素分解菌，還需進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的試驗。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)細胞后，將細胞放入0.3g/mL的蔗糖溶液中出現(xiàn)質(zhì)壁分別現(xiàn)象D．纖維素酶是一種復合酶C[纖維素酶是一種復合酶，至少包括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。纖維素酶屬于蛋白質(zhì)，含C、H、O、N等元素。植物細胞細胞壁的主要成分是纖維素，用纖維素酶處理后，細胞壁被去除，細胞不能再發(fā)生質(zhì)壁分別現(xiàn)象。故選C。]2．配制的某培育基的成分是纖維素粉、NaNO3、Na2HPO4·7H2O、KH2PO4、MgSO4·7H2O、KCl、酵母膏、水解酪素，該培育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．各種細菌 D．纖維素分解菌D[該培育基的有機養(yǎng)分成分里面含碳的養(yǎng)分物質(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育基上大量繁殖。故選D。]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，加入的剛果紅不須要滅菌D．在菌落形成后加入剛果紅時，剛果紅不須要滅菌C[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亮圈，我們可以通過是否產(chǎn)生透亮圈來篩選纖維素分解菌。剛果紅可以在細菌菌落形成前倒平板時加入，也可以在菌落形成后加入。若在細菌菌落形成前倒平板時加入剛果紅，則所加剛果紅要進行滅菌，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，則不須要滅菌。]4．通過分別分解纖維素的微生物試驗，對分解纖維素的微生物進行了初步的篩選，這只是分別提純的第一步，還須要進行()A．發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的試驗B．提取纖維二糖的試驗C．濃縮纖維素分解菌的試驗D．提取葡萄糖的試驗A[對纖維素分解菌的鑒定，常用的方法是對分別的菌種進行發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的試驗。]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種組分組成的復合酶，其中的葡萄糖苷酶可將________分解成________。(2)在含纖維素的培育基中加入剛果紅(CR)時，CR可與纖維素形成________色復合物。用含有CR的該種培育基培育纖維素分解菌時，培育基上會出現(xiàn)以該菌的菌落為中心的________。(3)為從富含纖維素