高中生物第1章微生物技术第4课时微生物的利用同步备课教学案北师大版选修.docx
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高中生物第1章微生物技术第4课时微生物的利用同步备课教学案北师大版选修
第4微生物的利用
[学习导航]1.阅读教材P19～21内容，学习从土壤中分离纤维素分解菌的基本实验操作技术。
2.结合教材P21～内容，探究纤维素分解菌是否只能分解纤维素。
3.结合教材P～24内容，了解制作豆豉的原理、方法步骤。
[重难点击]1.掌握从土壤中分离纤维素分解菌的基本实验操作技术。
2.探究纤维素分解菌是否只能分解纤维素。
3.简述制作豆豉的原理。
一、从土壤中分离纤维素分解菌
土壤中含有很多有益菌，下面以分离纤维素分解菌为例，探讨从土壤中分离有益菌的方法。
1.分离的原理
（1）土壤中存在大量纤维素分解菌，包括真菌、细菌和放线菌等，它们可以产生纤维素酶，分解和利用纤维素和半纤维素。
（2）在用纤维素作为唯一碳源的选择培养基中，纤维素分解菌能很好地生长，并产生黄色或棕绿色色素，其他微生物则不能生长。
2.方法步骤
（1）纸条法
配制依姆歇涅茨基液体培养基，避免纤维素以外碳源的污染。
↓
按每试管5mL分装，然后加入7cm×1cm的无淀粉新华一号滤纸条（滤纸条紧贴内
壁，且有一半长度浸入液体培养基中），121℃灭菌20min。
↓
↓
分别吸取各稀释度的土壤稀释液1mL接种到滤纸条上，每个稀释度重复4次，
置培养箱中28℃培养14d。
↓
检查各试管中滤纸条上出现的菌落和滤纸颜色变化情况，根据菌落和颜色的变化
确定纤维素分解菌的类型。
（2）固体培养法
制备依姆歇涅茨基培养基平板，避免纤维素以外的碳源污染；然后在平板上
铺一张直径略小于平板的滤纸，用少量的依姆歇涅茨基液体培养基润湿。
↓
在滤纸上等距放8个直径约10mm的土粒，盖上培养皿盖以保持湿度，置恒温
培养箱中28℃～30℃培养。
↓
每隔2d观察土粒周围滤纸变色情况，直到滤纸颜色变化，长成菌落，于4℃冰
箱中保存备用。
1.分析依姆歇涅茨基培养基，回答下列问题：
（1）此配方是液体培养基还是固体培养基？
为什么选择此类培养基？
答案液体培养基，因为配方中无凝固剂。
液体培养基与微生物的接触更密切，微生物更容易从培养基中获得营养物质，因此可以快速增加微生物的浓度。
（2）这个选择培养基对微生物是否具有选择作用？
怎样设计对照实验证明你的观点？
答案有选择作用。
本配方中富含纤维素，更适合能够分解纤维素的微生物大量繁殖。
对照实验可以用牛肉膏蛋白胨培养基培养微生物。
若选择培养基上微生物数量明显少于牛肉膏蛋白胨培养基上微生物的数量，则说明培养基起到了选择作用。
（3）依姆歇涅茨基培养基配方中缺少哪种营养成分？
答案没有碳源。
2.要从菜园或果园土壤中分离纯化纤维素分解菌的关键是什么？
答案关键在于培养基中的唯一碳源为纤维素，根据能分解纤维素产生黄色或棕绿色色素的典型特征，来判断分离得到的微生物是否为纤维素分解菌。
3.鉴定分离到的纤维素分解菌还可以用刚果红染色法，其原理是什么？
答案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。
归纳总结
→
→
→
1.下列有关分解纤维素微生物的分离的叙述，不正确的是（）
A.纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵
B.对分解纤维素的微生物进行了初步筛选后，无需再进行其他实验
C.纤维素酶的测定方法，一般是对所产生的葡萄糖进行定量的测定
D.纤维素酶是一种复合酶
答案B
解析初步筛选只是分离纯化的第一步。
为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行发酵产生纤维素酶的实验。
一题多变
（1）上题中分解纤维素的细菌能否在不含纤维素但富含其他有机物的环境中生存？
为什么？
答案能。
纤维素分解菌分解纤维素只是为了利用纤维素作为碳源，其他有机物若可提供碳源，也可以生存。
（2）题中纤维素酶也在微生物细胞内分解纤维素吗？
为什么？
答案不在细胞中分解纤维素。
多数细胞不能直接吸收纤维素，一般来说，纤维素酶都是分泌到细胞外分解纤维素的。
2.分析下表培养基的配方，请回答下面的问题。
纤维素分解菌的选择培养基：
组分
含量
纤维素粉
5g
NaNO3
1g
Na2HPO4·7H2O
1.2g
KH2PO4
0.9g
MgSO4·7H2O
0.5g
KCl
0.5g
酵母膏
0.5g
水解酪素
0.5g
将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到1000mL。
（1）此培养基配方中为微生物提供碳源的主要是__________、氮源是__________________。
（2）此配方为__________培养基（根据物理状态）配方。
（3）此培养基选择出的微生物主要是______________________________________________。
问题导析
（1）该培养基中纤维素是主要的碳源，所以可以用于筛选纤维素分解菌。
（2）由于该培养基中没有加入琼脂，所以为液体培养基。
液体培养基中微生物与营养成分的接触更充分，可以提高微生物的代谢效率。
答案
（1）纤维素粉NaNO3、酵母膏、水解酪素
（2）液体（3）纤维素分解菌
解析该培养基的主要碳源是纤维素粉，氮源有NaNO3、酵母膏、水解酪素。
因没有凝固剂成分，因此，该培养基从物理状态上看属于液体培养基。
因该培养基仅以纤维素粉为主要碳源，因此，可用于选择培养纤维素分解菌。
一题多变
（1）从土壤中分离纤维素分解菌时，哪种情况下可以省略选择培养？
答案当土壤中纤维素分解菌的浓度很高时，可以省略选择培养这一步骤。
（2）本题中的培养基配方中的酵母膏可以为微生物提供什么成分？
答案可以提供碳源、氮源和生长因子。
（3）该培养基中纤维素是否为唯一的碳源？
答案不是，纤维素是主要的碳源，另外，酵母膏和水解酪素也可以提供少量的碳源。
易错易混
关于纤维素分解菌筛选的两个易错警示
（1）纤维素分解菌的选择培养基中的碳源并不只有纤维素，其中酵母膏和水解酪素也可起碳源的作用。
（2）在纤维素分解菌的选择培养基中生长的不只有纤维素分解菌。
因此，选择培养后要进行鉴别培养，才能获得纤维素分解菌。
二、探究纤维素分解菌是否只能分解纤维素
纤维素分解菌能否分解其他物质呢？
完成下面实验进行探究：
1.用纤维素作为唯一碳源的选择培养基筛选出纤维素分解菌，进行纯培养。
2.制备依姆歇涅茨基培养基，取4个培养皿分别编号①②③④。
3.按下表实验
编号
①
②
③
④
加入依姆歇涅茨基培养基
等量
等量
等量
等量
加入等量有机物
纤维素
淀粉
果胶
木质素
加入琼脂
等量
等量
等量
等量
倒平板
溶化后冷却，倒平板
接种
接种等量纤维素分解菌
培养
28℃～30℃恒温培养
观察
一段时间后，观察各个培养基上的菌落数目和大小
4.探讨
（1）以上四种培养基都属于选择培养基。
（2）四个培养基上都有菌落形成，说明纤维素分解菌也能分解利用淀粉、果胶和木质素。
（3）四个培养基形成的菌落的大小依次为：
②＝③＞①＞④，说明纤维素分解菌容易分解淀粉和果胶，而分解纤维素较困难，分解木质素最困难。
1.本实验的实验设计思路是怎样的？
答案分组设计实验方案，用同一种分解纤维素的微生物分解不同的其他物质（淀粉、果胶和木质素等），或者用不同分解纤维素的微生物分解同一种物质。
2.在实验设计中要注意什么事项？
答案要注意设置对照实验和实验重复等。
3.分解纤维素的微生物所起的作用多种多样，试举两例说明。
答案分解果汁的微生物可用于果汁澄清和麻类脱胶，分解淀粉的微生物可用于织物脱浆和酒类酿造等。
归纳总结
（1）纤维素分解菌能分泌纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、木质素酶等多种酶，能分解利用多种含碳有机物。
（2）分解纤维素的微生物在自然界的碳循环中具有重要的意义。
3.纤维素酶可以将下列哪种物质分解（）
A.牛肉片B.鱼片
C.滤纸条D.塑料条
答案C
解析纤维素酶只能使纤维素分解，本题中只有C项滤纸条的主要成分是纤维素，所以可以将滤纸条分解。
4.下列生物能分解纤维素的是（）
①人②兔③牛④蘑菇⑤纤维杆菌
A.①②③④⑤B.②③⑤
C.②③④⑤D.③⑤
答案C
解析兔、牛为食草动物，其肠道内有分解纤维素的微生物，蘑菇、纤维杆菌能分泌纤维素酶分解纤维素；而人不能消化纤维素。
知识链接
（1）以植物为食的生物能够分解纤维素。
（2）土壤中能够分解纤维素的微生物很多，包括细菌、放线菌和真菌等。
（3）鉴别纤维素分解菌的培养基中加入的是羧甲基纤维素钠（CMC Na）。
三、利用微生物制作豆豉
微生物可以用来制作多种食品，例如可以用来制作豆豉。
1.实验原理：
纳豆菌分泌的蛋白酶能够分解大豆中的蛋白质，产生小分子多肽及多种氨基酸，制成风味独特的发酵食品。
2.实验过程
1.豆豉制作过程中，怎样控制杂菌的污染？
答案在制备过程中，根据纳豆菌的芽孢对热不敏感的特性，采用高温控制杂菌的污染。
2.如何保证发酵过程中的湿度？
答案用湿纱布覆盖。
3.黄豆发酵生成豆豉的过程中，有机物的质量下降，有机物的种类增加，所含的能量减少，营养价值提高了。
归纳总结制作豆豉的操作要点：
精心挑选黄豆；去除杂质和发霉的黄豆；趁热接种豆豉菌悬液；40℃发酵。
5.微生物被广泛应用于食品的制作，把下列微生物和制作的食品联系起来：
纳豆菌酸奶
酵母菌腐乳
乳酸菌豆豉
霉菌葡萄酒
答案
6.下列说法中，不正确的是（）
A.制作豆豉要避免杂菌污染，要对原料高压蒸汽灭菌
B.酵母菌酿酒时进行无氧呼吸
C.利用微生物可以制作多种食品
D.可以利用霉菌制作腐乳
答案A
解析制作豆豉要避免杂菌污染，可采用高温控制杂菌污染。
一题多变
（1）举例说明微生物在发酵食品方面的应用。
答案酿造各种酒类，制作发酵食品和调味品等。
（2）举例说明微生物在农业上的应用。
答案微生物可用来制作微生物杀虫剂、生物除草剂、生物增产剂以及食用菌和药用真菌等。
1.在以纤维素为唯一碳源的培养基中能形成菌落的是（）
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
答案C
2.常作为豆豉菌菌种鉴定依据的是（）
A.鞭毛的有无B.荚膜的有无
C.芽孢的形成能力D.菌落的形态
答案D
解析菌落的形态是鉴定微生物种类的重要依据。
3.在制作豆豉时，防止杂菌污染的方法是（）
A.在酒精灯火焰旁接种
B.在高温下接种
C.利用50%的酒精消毒
D.利用紫外线灭菌
答案B
4.随着环境污染的加剧和石油危机的出现，越来越多的国家使用乙醇作为替代燃料。
生产中玉米和麦草的秸秆可以用来生产燃料乙醇，已知秸秆的主要成分是纤维素，回答下列问题：
（1）人们首先利用纤维素分解菌将纤维素分解，纤维素分解菌多分布在________的土壤中。
（2）从土壤中筛选纤维素分解菌需要配制________培养基，该培养基中需要加入纤维素粉作为唯一的________。
（3）经过梯度稀释后，要将样品均匀涂布在用于鉴别纤维素分解菌的培养基上，在该培养基中需要加入的特殊染料是________，当形成菌落以后可以根据菌落周围是否产生________来筛选纤维素分解菌。
当利用涂布器涂布分离之后需要对涂布器进行________（填“消毒”或“灭菌”）处理。
答案
（1）富含纤维素
（2）选择碳源（3）刚果红透明圈灭菌
作业
[基础过关]
1.微生物工业生产纤维素酶所需重要的产酶微生物有（）
A.木霉B.曲霉
C.青霉D.包括A、B、C三项
答案D
解析能够分解纤维素的微生物包括很多真菌，如木霉、青霉、曲霉、根霉等，另外还有放线菌和细菌，如梭状芽孢杆菌及某些好氧性细菌。
2.在纤维素分解菌的鉴定实验中，纤维素酶的测定方法一般是（）
A.对纤维素进行定量测定
B.对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定
C.对纤维素酶分解纤维素后所产生的纤维二糖进行定量测定
D.对纤维素分解菌进行定量测定
答案B
解析通过鉴别培养基上形成的透明圈中的菌落，只是对分解纤维素的微生物进行的初步筛选，为确定得到的是纤维素分解菌，需要进行发酵产纤维素酶的实验，并且进行纤维素酶的测定，测定方法一般是对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定。
3.下图是鉴别纤维素分解菌的培养基，其中的碳源为（）
鉴别纤维素分解菌的培养基
CMC－Na5～10g
酵母膏1g
KH2PO40.25g
琼脂15g
土豆汁100mL
将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到1000mL
A.CMC－NaB.木聚糖
C.纤维素D.裂解酶
答案A
解析分离纤维素分解菌的选择培养基中，加入的是纤维素粉，而鉴别纤维素分解菌的培养基中加入的是羧甲基纤维素钠（CMC－Na）。
4.分离土壤中纤维素分解菌用到的方法是（）
①平板划线分离法②涂布分离法③单细胞挑取法④选择培养分离法
A.①②B.②③④
C.②③D.①③④
答案B
解析分离土壤中的纤维素分解菌，先进行选择培养，增加纤维素分解菌的浓度→梯度稀释→涂布平板、培养→单细胞挑取以获得纯种培养。
5.纤维素、纤维素酶和控制纤维素酶合成的物质，它们的基本组成单位依次是（）
A.葡萄糖、葡萄糖和氨基酸
B.葡萄糖、氨基酸和核苷酸
C.氨基酸、氨基酸和核苷酸
D.淀粉、蛋白质和核酸
答案B
6.鉴别培养基是根据微生物的代谢特点在培养基中加入一些物质配制而成的，这些物质是（）
A.指示剂或化学药品
B.青霉素或琼脂
C.高浓度食盐
D.维生素或指示剂
答案A
解析在培养基中加入青霉素或高浓度食盐的目的是抑制某些微生物的生长，而加维生素一般是为微生物提供生长因子，起不到选择或鉴别作用，只有在加入某种指示剂或化学药品后，某些微生物会与特定的化学物质发生特定的化学反应，而表现出特有的菌落特征，我们可以根据这些特征去判断属于哪种微生物。
[能力提升]
7.下列关于纤维素的叙述中，不正确的是（）
A.纤维素是由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物
B.纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，是因为这些微生物能产生纤维素酶
C.植物的根、茎、叶等器官都含有大量的纤维素
D.自然界中的各种生物均能把纤维素分解成葡萄糖，从而作为生物体的能量来源
答案D
8.反刍动物能以富含纤维素的草料为食，是因为它们有特殊的器官瘤胃，瘤胃中生活着许多微生物，其中有一些微生物能分解纤维素，反刍动物胃内这些分解纤维素的微生物的代谢类型最可能是（）
A.自养需氧型B.异养厌氧型
C.异养需氧型D.自养厌氧型
答案B
解析反刍动物的瘤胃中缺氧，其中分解纤维素的微生物的代谢类型最可能是异养厌氧型。
9.在对纤维素分解菌进行选择培养时，用液体培养基的目的是（）
A.可获得大量菌体
B.纤维素分解菌适宜在液体培养基上生长
C.可以充分利用培养基中的营养物质
D.可获得高纯度的纤维素分解菌
答案A
解析不同物理形态的培养基其作用不一样，固体培养基用于菌种的分离、鉴定、菌落计数、菌种保藏等；液体培养基可用于获得大量菌体。
10.在将样品稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基之前，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
答案C
解析如果在所采集的土样中纤维素分解菌含量较少，稀释涂布到鉴别培养基上后形成的菌落数就更少，不利于挑选所需菌落。
通过选择培养可以增加纤维素分解菌的浓度，以确保能够从样品中分离到所需要的微生物。
这种培养不能纯种分离，故A错。
11.纤维素分解菌能够产生纤维素酶分解纤维素。
回答下列问题：
（1）在培养纤维素分解菌的过程中，进行平板划线时，每次划线结束后仍然要灼烧接种环，原因是________________________________________________________________________。
（2）在筛选纤维素分解菌的过程中，通常用__________染色法，这种方法能够通过颜色反应直接对纤维素分解菌进行筛选。
甲同学在实验时得到了如图所示的结果，则纤维素分解菌位于____内。
A.③B.①②C.②③D.①②③
（3）乙同学打算从牛胃中分离纤维素分解菌并计数，与分离醋酸菌相比，进行培养时除了营养成分不同外，最主要的实验条件差别是__________________。
该同学采用平板菌落计数法统计的菌落数往往比活菌的实际数目________。
（4）丙同学在提取和分离纤维素酶的过程中，为了保证抵制外界酸和碱对酶活性的影响，采取的措施是向提取液和分离液中添加____________。
若要探究纤维素酶活性的最适温度，应如何设置对照？
________________________________________________________________________。
答案
（1）及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境或感染实验操作者
（2）刚果红A
（3）保证无氧环境少（低）
（4）缓冲溶液不同的温度梯度之间就可以相互对照
12.有些微生物含有纤维素酶，通过对这些微生物的研究和应用，使人们能够利用秸秆等废弃物生产酒精，用纤维素酶处理服装面料等。
纤维素酶可以通过微生物进行发酵生产，为了提高酶的产量，请你设计一个实验，利用诱变育种的方法，获得产生纤维素酶较多的菌株。
（1）写出实验步骤：
①________________________________________________________________________。
②制备含有纤维素的固体鉴别培养基若干。
③________________________________________________________________________。
④一段时间后，取培养基______________，观察记录菌落周围透明圈的大小情况。
（2）预期实验结果及结论：
________________________________________________________________________。
答案
（1）①将培养好的生产菌株分成两组，一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理作对照
③把诱变组的大量菌株接种到多个含有纤维素的固体培养基上，同时接种对照组（未处理）的菌株。
把它们置于相同的条件下培养
④用刚果红染色
（2）①诱变组中菌落周围的透明圈与对照组相比较大，说明诱变育种获得了纤维素酶产量高的菌种；②诱变组中菌落周围的透明圈与对照组相同，说明诱变育种没有使菌株发生变化；③诱变组中菌落周围的透明圈与对照组相比较小，说明诱变育种获得了纤维素酶产量低的菌种
解析本题设计实验时包括两方面的内容，首先是对现有菌种进行诱变处理，由于变异具有不定向性，获得的菌种可能有高产的也可能有低产的，还需要对处理后的菌种进行筛选，需要利用筛选纤维素分解菌的培养基，应用刚果红染色法进行筛选。
根据实验组与对照组中透明圈的大小来判断产生纤维素酶的多少，相同时间内形成的透明圈越大，说明产生的纤维素酶量越多，反之亦然。
13.在细菌的纯培养中，可在无菌条件下，用已灭菌的接种环（或接种针），把纯种细菌（培养在试管中）接种在含有营养物质的固体培养基上（一般可用培养皿放置），该种细菌在适宜条件下会迅速繁殖，形成菌落。
请根据提供的材料设计一个简单实验探究抗生素A和抗生素B的杀菌效果。
（1）在下图中画出设计方案示意图并注明名称（三个培养皿均含相同培养基，无菌条件操作）。
（2）预测实验结果并分析：
①经过一段时间后，若Ⅱ号培养皿和Ⅲ号培养皿均没有菌落，则说明抗生素A和抗生素B杀菌效果相同；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④若Ⅱ、Ⅲ号培养皿内均有大量菌落，说明抗生素A和抗生素B均无杀菌功效。
答案
（1）如图所示
（2）②若Ⅱ号培养皿内无菌落，Ⅲ号培养皿内菌落与Ⅰ号相同，说明抗生素A有杀菌功效，而抗生素B无杀菌功效
③若Ⅲ号培养皿内无菌落，Ⅱ号培养皿内菌落与Ⅰ号相同，说明抗生素B有杀菌功效，而抗生素A无杀菌功效
[真题体验]
14.（2017·全国Ⅱ，37）豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。
为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h内定期取样观测发酵效果。
回答下列问题：
（1）该实验的自变量是____________、____________。
（2）如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是____________。
（3）如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是
________________________________________________________________________。
（4）从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为________________，脂肪转变为_____________________________________________________________________。
答案
（1）菌种发酵时间
（2）好氧菌
（3）延长发酵时间，继续观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间
（4）多肽和氨基酸甘油和脂肪酸
解析
（1）根据题干信息可知，该实验的自变量是菌种和发酵时间。
（2）容器内上层为有氧环境，底层为无氧环境，若发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，则说明该发酵菌是好氧菌。
（3）如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需延长发酵时间继续进行实验。
（4）大豆到豆豉的过程中，蛋白质被蛋白酶分解成小分子肽和氨基酸，脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。
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