高中生物学案：分解纤维素的微生物的分离-人教版

分解纤维素的微生物的分离
一、纤维素与纤维素酶
1．纤维素的化学组成
含C、H、O三种元素，是一种多糖。

纤维素的基本组成单位是葡萄糖，人体内没有纤维素酶，所以人体不能直接以纤维素为能源物质，但土壤中有分解纤维素的微生物，最终把纤维素分解成葡萄糖释放到无机环境。

2．纤维素的分布
棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物，此外，木材、作物秸秆等也富含纤维素。

纤维素产生于植物的光合作用，地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨。

研究土壤中分解纤维素的微生物将给我们的生活带来很大变化。

3．纤维素酶的组分
纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括C1酶、C x酶和葡萄糖苷酶三种组分。

前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。

二、纤维素分解菌的筛选
1．方法
刚果红染色法，常用的有两种，一种是先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应，另一种是在倒平板时就加入刚果红。

2．原理
(1)含纤维素的培养基中加入的刚果红，可与纤维素形成红色复合物。

(2)当纤维素被纤维素酶分解后，形成的纤维二糖、
葡萄糖不和刚果红发生这种反应，红色复合物就无法形成，培养基中出现以纤维素分解菌为中
心的透明圈，可通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

三、实验设计
1．实验流程
土壤取样→选择培养(此步可省略)→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落。

2．土壤取样
采取土样时，可以选择富含纤维素的环境。

3．选择培养
(1)目的：增加纤维素分解菌的浓度，确保能够从样品中分离得到所需要的微生物。

(2)操作方法：将土样加入装有30 mL选择培养基的锥形瓶中，将锥形瓶固定在摇床上，在一定温度下振荡培养1～2_d，直至培养液变混浊，也可重复选择培养。

4．涉及的生物技术
主要有：培养基的制作、无菌操作技术、稀释涂布平板法、选择培养基的作用、土壤取样等。

一、选择题
1．微生物体内能够使纤维素分解成纤维二糖的酶是
A．C1酶和C x酶
B．C1酶和葡萄糖苷酶
C．C x酶和葡萄糖苷酶
D．C1酶、C x酶和葡萄糖苷酶
2．关于纤维素酶的叙述中，错误的是
A．牛、羊等草食动物可以合成纤维素酶，从而利用纤维素
B．纤维素酶是一种复合酶，至少包括C1酶、C X酶和葡萄糖苷酶三种组分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、放线菌，都是通过产生纤维素酶来分解纤维素的3．要将能分解纤维素的细菌从土壤中分离出来，应将它们接种在
A．加入指示剂的鉴别培养基上
B．含有蛋白胨的固体培养基上
C．只含纤维素粉而无其他碳源的选择培养基上
D．含四大营养要素的培养基上
4．分离土壤中纤维素分解菌所用到的方法是
①稀释倒平板法②涂布平板法③单细胞挑取法④选择培养基分离
A．①②B．②③④C．②③D．①③④
5．从土壤中筛选纤维素分解菌的实验设计正确的是
A．土壤取样→梯度稀释→稀释涂布平板→发酵培养
B．土壤取样→选择培养→稀释涂布平板→挑选菌落
C．土壤取样→梯度稀释→选择培养→挑选菌落
D．土壤取样→梯度稀释→稀释涂布平板→选择培养→挑选菌落
6．刚果红能与哪项物质形成红色复合物
A．纤维二糖B．纤维素C．葡萄糖D．麦芽糖
7．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
8．在分离纤维素分解菌过程中往往需要震荡，其作用不包括
A．使细菌能与培养基混合均匀B．使细菌能充分吸收氧气
C．使细菌能快速繁殖D．防止细菌失水
9．在加入刚果红的培养基中会出现如图所示透明圈，产生的透明圈是
A．刚果红与纤维素形成的复合物
B．刚果红与纤维二糖形成的复合物
C．纤维素分解后形成的葡萄糖导致的
D．以纤维素分解菌为中心形成的
10．下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述，其中错误的是
A．用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板
B．取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1 mL，分别涂布于各组平板上
C．将实验组和对照组平板倒置，37 ℃恒温培养24～48 h
D．确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数
二、非选择题
11．植物秸秆中的纤维素可被某些微生物分解。

回答下列问题：
(1)分解秸秆中纤维素的微生物能分泌纤维素酶，该酶是由3种组分组成的复合酶，其中的葡萄糖苷酶可将____________分解成________。

(2)在含纤维素的培养基中加入刚果红(CR)时，CR可与纤维素形成__________色复合物。

用含有CR 的该种培养基培养纤维素分解菌时，培养基上会出现以该菌的菌落为中心的
________________________________________________________________________。

(3)为从富含纤维素的土壤中分离获得纤维素分解菌的单菌落，某同学设计了甲、乙两种培养基(成
分见下表)：
酵母膏无机盐淀粉纤维素粉琼脂CR溶液水培养基甲＋＋＋＋－＋＋
培养基乙＋＋＋－＋＋＋
注：“＋”表示有，“－”表示无。

据表判断，培养基甲________(填“能”或“不能”)用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是
______________________________；培养基乙________(填“能”或“不能”)用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是____________________________。

12．某实验小组欲从土壤中筛选出能高效分解纤维素的微生物，设计了下列实验流程。

请回答相关问题：
土壤取样→选择培养→梯度稀释→涂布接种到鉴别纤维素分解菌培养基上→
挑选产生透明圈的菌落
(1)选择培养使用的培养基是以__________为唯一碳源，该培养基是__________(固体或液体)培养基。

(2)鉴别纤维素分解菌的培养基中应加入________染料，它可以与纤维素形成________色复合物，最终应挑选透明圈________ (大或小)的菌落进行纯化培养。

(3)实验中对培养基进行灭菌常用方法是________________。

挑选菌落前，对接种环的灭菌方法是____________。

(4)上述实验中，接种操作都应在火焰附近进行，以防止____________。

13．利用纤维素解决能源问题的关键是高性能纤维素酶的获取。

请完善实验方案，并回答相关问题。

【实验目的】比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。

【实验原理】纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖，用葡萄糖的产生速率表示酶活性大小；用呈色反应表示葡萄糖的生成量。

【实验材料】三种微生物(A～C)培养物的纤维素酶提取液，提取液中酶蛋白浓度相同。

【实验步骤】
(1)取四支试管，分别编号。

(2)在下表各列的一个适当位置，填写相应试剂的体积，并按表内要求完成相关操作。

(3)将上述四支试管放入37 ℃的水中，保温1 h。

(4)在上述四支试管中分别加入__________试剂，摇匀后，进行__________处理。

(5)观察比较实验组的三支试管与对照组试管的颜色及其深浅。

【实验结果】
微生物A提取物微生物B提取物微生物C提取物颜色深浅程度＋＋＋＋＋＋
【分析讨论】
(1)该实验中的对照组是__________号试管。

(2)实验组试管中呈现的颜色均是__________，但深浅不同。

(3)上述结果表明：不同来源的纤维素酶，虽然酶蛋白浓度相同，但活性不同。

若不考虑酶的最适pH和最适温度的差异，其可能原因是__________________________________。

(4)你认为上述三种微生物中，最具有应用开发价值的是__________。

(5)从解决能源问题的角度考虑，开发这种纤维素酶的意义在于
______________________________________________________________________________。