1、课题3 分解纤维素的微生物的分离 一、纤维素与纤维素酶 必备知识自主学习 二、纤维素分解菌的筛选 三、实验设计和课题延伸 1.流程:(1)土壤取样:采集土样时,应选择富含_的环境 纤维素【易错辨析】1.纤维素酶与葡萄糖苷酶的作用一样。()分析:纤维素酶是一种复合酶,其中包含葡萄糖苷酶,葡萄糖苷酶能将纤维二糖 分解成葡萄糖。2.纤维素酶具有专一性和高效性等特点。()3.培养纤维素分解菌的培养基中应含有无机碳源。()分析:纤维素分解菌的代谢类型为异养型,培养基中应含有有机碳源。4.选择培养基可以鉴定某种微生物的种类。()分析:选择培养基能筛选出某种微生物,鉴别培养基能鉴定微生物的种类。5.在添加刚
2、果红的培养基上可通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。()6.纤维素分解菌纯化培养中不能采用平板划线法。()分析:纤维素分解菌纯化培养中常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板 法。关键能力合作学习 一、纤维素与纤维素酶 1.纤维素与纤维素酶的比较:纤维素 纤维素酶 本质 多糖 蛋白质 种类 天然纤维素 商品纤维素 包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶 单体 葡萄糖 氨基酸 来源 棉花、木材、作物秸秆等 纤维素分解菌 作用 与果胶构成植物的细胞壁 水解纤维素 2.纤维素与纤维素酶关系图解:易错提醒:与纤维素酶有关的三点提醒(1)纤维素酶不是单一酶,而是一种复合酶,包括多种组分,各组分之间协同作用,单
3、一的组分无法独立的彻底分解纤维素。(2)该酶也具有专一性,只能分解纤维素。(3)该酶发挥作用也需要温和的条件,包括适宜的温度和pH 等。【选修对接必修】对接必修1:糖类和酶(1)木材、作物秸秆等富含纤维素,纤维素是植物_的主要成分,其化学 本质是_,基本单位是_。(2)纤维素酶的化学本质是_,酶是具有催化作用的有机物,绝大多数是 _,少数是_。(3)酶的特性:_、专一性、_比较温和。细胞壁 多糖 葡萄糖 蛋白质 蛋白质 RNA 高效性 作用条件【典题通关】下列关于纤维素酶的叙述中,错误的是()A.纤维素酶只有一种,只能将纤维素分解为葡萄糖 B.纤维素酶是一种复合酶,至少包括C1酶、CX酶和葡萄
4、糖苷酶三种组分 C.纤维素可被纤维素酶水解成葡萄糖,为微生物提供营养物质 D.分解纤维素的细菌、真菌和放线菌,都是通过产生纤维素酶来分解纤维素的【解题关键】解答本题的关键是明确纤维素酶的组成、功能和分解纤维素的微生物。【解析】选A。纤维素酶是一种复合酶,一般认为至少包括三种组分C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,其中C1酶和CX酶将纤维素分解为纤维二糖,葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖。【误区警示】(1)不明确纤维素酶是复合酶,包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。(2)不知道纤维素的基本组成单位是葡萄糖。【互动探究】(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?提示:
5、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。(2)题中纤维素酶能在微生物细胞内分解纤维素吗?为什么?提示:不能。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。【跟踪小练】1.在分离分解纤维素的微生物的实验中,下列关于土壤取样的叙述,错误的是 ()A.可选取深层的土壤作为样品 B.可选取树林中多年落叶形成的腐殖土作为样品 C.可选取树林中多年积累的枯枝败叶作为样品 D.可把滤纸埋在土壤中经过30天左右,再从已腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌【解析】选A。深层土壤中纤维素含量少,纤维素分解菌的数量也少。2.下列生物能分解纤维素
6、的是()人 兔 牛 蘑菇 纤维杆菌 A.B.C.D.【解析】选C。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。3.纤维素、纤维素酶和控制纤维素酶合成的物质,组成它们的基本单体依次 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【解析】选B。纤维素属于多糖,其基本单体是葡萄糖;纤维素酶的化学本质是蛋白质,其基本单体是氨基酸;控制纤维素酶合成的物质是DNA,其基本单体是脱氧核苷酸。二、纤维素分解菌的筛选 1.选择培养基与鉴别培养基:选择培养基 鉴别培养基 特殊 成分 控
7、制某一条件(如唯一氮源)或加入某种物质(如青霉素)加入某种指示剂或化学药品 目的 抑制其他微生物生长,促进目的菌的生长 与微生物的代谢产物或培养基中的成分发生特定反应 用途 培养、分离出特定微生物 鉴别不同的微生物 举例 培养酵母菌和霉菌,可在培养基中加入青霉素,抑制细菌生长;用以尿素作唯一氮源的培养基来培养尿素分解菌 可用伊红美蓝培养基鉴定饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌(若有,菌落呈黑色)2.纤维素分解菌的富集培养:(1)培养基特点:纤维素分解菌的选择培养用的是富含纤维素的培养基,而不是以纤维素为唯一碳源的培养基。(2)培养结果:由于培养基中加入了酵母膏和水解酪素等,因此培养基上除得到大量的
8、纤维素分解菌外,也有其他微生物的存在。(3)进一步筛选:需根据微生物的菌落特点继续进行鉴别培养以筛选纤维素分解菌。(4)选择培养的实质:纤维素分解菌的选择培养实质是富集培养,以便得到大量目的微生物。3.纤维素分解菌的进一步鉴定:(1)鉴定原理:通过微生物发酵,看能否产生纤维素酶。发酵的方法分为固体发酵和液体发酵。若发酵产物中有纤维素酶,则菌种是分解纤维素的细菌。(2)纤维素酶的鉴定方法:通过测定纤维素酶水解纤维素产生的葡萄糖,来鉴定纤维素酶的产生。由于葡萄糖在5065 的斐林试剂中水浴加热12 min,可形成砖红色沉淀,以此判断微生物是否产生了纤维素酶将纤维素分解成葡萄糖。4.从土壤中分离纤维
9、素分解菌实验的注意事项:(1)在实验操作中必须注意无菌操作。(2)梯度稀释和涂布培养具体步骤可参照课题2中的相关操作进行。(3)本实验需要设置对照,将题中的选择培养基换成不具有筛选作用的培养基,其余不变,观察最终纤维素分解菌的菌落数目。5.微生物的鉴别方法:(1)菌落特征鉴别法:根据微生物在固体平板培养基表面形成的菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等特征进行鉴别。(2)指示剂鉴别法:如以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种微生物后,培养基变红说明该种微生物能够分解尿素。(3)染色鉴别法:如利用刚果红染色法,根据培养基中出现以纤维素分解菌为中心的透明圈来筛选分解纤维素的微生物。6.筛选
10、微生物的三种方法:(1)单菌落挑取法:利用平板划线法或稀释涂布平板法接种到固体平板培养基表面,直接根据微生物菌落的特征利用单菌落挑取的方法获得目的微生物。(2)选择培养法:利用选择培养基对微生物进行选择培养,直接获得目的微生物。(3)鉴别培养法:利用鉴别培养基使目的微生物菌落呈现特有的特征,然后筛选目的微生物。易错提醒:关于纤维素分解菌筛选的三点警示(1)纤维素分解菌的选择培养基中的碳源除纤维素外,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。(3)若在倒平板时就加入刚果红,则出现透明圈的菌落
11、不一定都是纤维素分解菌,也可能是有些微生物降解色素而形成透明圈。【典题通关】富集培养是微生物学中最强有力的技术手段之一,主要是指利用不同微生物间生命活动特点的不同,设定环境条件,使仅适应该条件的微生物旺盛生长,从而使其在微生物群落中的数量大大增加,人们能够更容易地从自然界中分离到所需的特定微生物。富集条件可根据所需分离微生物的特点,从物理、化学、生物及综合多个方面进行选择,如温度、pH、紫外线、高压、光照、氧气、营养等。如图描述了采用富集方法从土壤中分离能降解酚类化合物对羟基苯甲酸的微生物的实验过程。(1)实验原理是_ _。(2)本实验所需培养基为_,碳源为_。(3)重复培养的目的是_。(4)
12、的菌落中大部分是能降解_的微生物。(5)为_组,为_组,设置的目的是_ _。(6)采用_法。【解题关键】解答本题关键应明确:(1)注意培养基配制的原则及成分。(2)掌握实验设计的一般技巧:实验原理与选择培养基用途的统一性。实验设计中对照原则的应用。【解析】(1)本实验是利用对羟基苯甲酸为唯一碳源的选择培养基,经富集培养,选择出能降解酚类化合物对羟基苯甲酸的微生物。(2)本实验所用培养基是以对羟基苯甲酸为唯一碳源的选择培养基,培养的微生物是能降解对羟基苯甲酸的微生物。(3)经过的重复培养,增大了分解对羟基苯甲酸微生物的比例。(4)的菌落中大部分是能降解对羟基苯甲酸的微生物。(5)为对照组,为实验
13、组,设置的目的是说明通过富集培养,的确得到了目的微生物。(6)采用了单菌落挑取法。答案:(1)利用以对羟基苯甲酸为唯一碳源的选择培养基,经富集培养,选择出能降解酚类化合物对羟基苯甲酸的微生物(2)选择培养基 对羟基苯甲酸(3)增大分解对羟基苯甲酸微生物的比例(4)对羟基苯甲酸(5)对照 实验 说明通过富集培养的确得到了目的微生物(6)单菌落挑取【误区警示】(1)不能通过材料的描述获取有效信息。(2)不会从实验目的分析实验所用的培养基类型。(3)不知道实验设计的一般原则,实验设计的一般原则包括对照原则、单一变量原则、平行重复原则、可操作性原则。【互动探究】题中在接种到的培养基操作过程中关键是什么
14、?应注意哪些事项?提示:无菌操作;接种环在火焰上灼烧灭菌,烧红的接种环在空气中冷却,打开培养皿盖成一条缝隙,挑取菌落接种到试管中,并将试管口通过火焰,塞好棉塞,盖上培养皿盖,接种环在火焰上灼烧,杀灭残留微生物。【方法规律】目的微生物的选择方法(1)利用平板划线法或稀释涂布平板法接种在固体平板培养基上,根据目的微生物特定的菌落特征挑选目的微生物。(2)利用选择培养基直接筛选目的微生物。(3)利用鉴别培养基,鉴别目的微生物。【跟踪小练】1.在加入刚果红的培养基中出现透明圈的菌落是()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【解题关键】解答本题应明确两点:(1)题目中的关键
15、信息刚果红。(2)刚果红染色法的原理及实验现象。【解析】选C。分解纤维素的细菌能将纤维素分解,刚果红纤维素的复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。【互动探究】上题中为什么会出现透明圈?提示:分解纤维素的细菌能产生纤维素酶,当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红-纤维素的复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。2.以纤维素为唯一碳源筛选出细菌,试分析此类微生物在生态系统中的作用与下列哪种生物类似()A.硝化细菌 B.蓝藻 C.蚯蚓 D.牛【解析】选C。硝化细菌属于自养型微生物,在生态系统中属于生产者;蓝藻属于光能自养型微生物,是生态系统中的生产者;纤维素分解菌能够以纤维素为唯一碳源并将其分解为无机物,所以纤维素分解菌属于生态系统中的分解者。蚯蚓属于生态系统中的分解者;牛属于生态系统中的消费者。
