高中生物选修一资料专题2 第7课时

第7课时 分解纤维素的微生物的分离

[学习导航] 1.结合教材P 27“基础知识”，掌握纤维素酶的种类和作用及纤维素分解菌的筛选方法。2.阅读教材P 28“实验设计”，理解并掌握纤维素分解菌的筛选过程及刚果红染色法的原理。3.阅读教材P 30“课题延伸”，掌握纤维素酶的测定方法。

[重难点击] 1.简述纤维素酶的种类及作用。2.掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术。3.分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，弄懂实验操作的原理。

一、纤维素分解菌的筛选

1.纤维素与纤维素酶

(1)纤维素：下图所示为纤维素的结构式。

①基本组成单位：葡萄糖。 ②分布：主要分布在植物根、茎、叶等器官的细胞壁。 (2)纤维素酶 ①组成：是一种复合酶，至少包括三种酶，即C 1酶、C X 酶、葡萄糖苷酶。

②作用：纤维素―――――――→C 1酶和C X 酶纤维二糖―――――――→葡萄糖苷酶葡萄糖

2.纤维素分解菌的筛选

(1)方法：刚果红染色法。

①方法一：先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应。

②方法二：在倒平板时就加入刚果红。

(2)原理

纤维素＋刚果红→红色复合物

↓纤维素酶

纤维二糖和葡萄糖，不能和刚果红形成红色复合物

↓

以纤维素分解菌为中心的透明圈

1.纤维素酶

(1)纤维素酶是如何将纤维素分解的？

答案纤维素酶中的C1酶、C X酶使纤维素分解为纤维二糖，葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成葡萄糖。

(2)如何设计实验证明纤维素酶能分解纤维素？

答案设计对照实验。取两支试管，分别加入等量的滤纸条和缓冲液，在一支试管中加入纤维素酶，另一支试管中加入等量蒸馏水，振荡反应一段时间后，可观察到加入纤维素酶的试管中滤纸条被水解，而加入蒸馏水的试管中滤纸条没有变化。

2.纤维素分解菌的获得

(1)为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌？

答案筛选目的菌株应该到有利于目的菌株生长的环境中寻找。

(2)为什么将滤纸埋在土壤中可以提取到目的菌？

答案将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对聚集，实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境。

3.分析教材P29“纤维素分解菌的选择培养基配方”，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。

归纳总结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到纤维素分解菌。

(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，以便得到大量的目的微生物。

1.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、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、真菌和放线菌，都是通过产生纤维素酶来分解纤维素的

答案 A

解析纤维素酶是一种复合酶，一般认为至少包括三种组分——C1酶、C X酶和葡萄糖苷酶，其中C1酶和C X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。

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 5 g

NaNO3 1 g

Na2HPO4·7H2O 1.2 g

KH2PO40.9 g

MgSO4·7H2O 0.5 g

KCl 0.5 g

酵母膏0.5 g

水解酪素0.5 g

将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到1 000 mL。

(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。

二、尝试从土壤中分离出分解纤维素的微生物

1.实验流程

土壤取样：选择富含纤维素的环境

↓

选择培养：用富含纤维素的选择培养基扩大培养

↓

梯度稀释：依次稀释101～106倍

↓

涂布平板：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.实验操作注意事项

(1)土壤取样时要选择富含纤维素的环境。

(2)选择培养的方法：用富含纤维素的选择培养基。

目的：增加纤维素分解菌的浓度。

(3)梯度稀释的目的：能获得单个菌落。

(4)涂布平板时要选择鉴别纤维素分解菌的培养基。

(5)挑选产生透明圈的菌落。

3.菌种的进一步鉴定

(1)鉴定原理：为确定透明圈内的菌落是纤维素分解菌，需要进行发酵产纤维素酶的实验。

(2)发酵方法：有液体发酵和固体发酵两种。