分解纤维素微生物的分离(40ppt)

课题3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：(1)化学本质：是一种多糖，由________三种元素组成。(2)分布：_____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。纤维素是构成____________的主要成分之一。(3)种类：除天然纤维素外，还有水溶性的羧甲基纤维素钠、不溶于水的微晶纤维素等。C、H、O棉花植物细胞壁2.纤维素酶：(1)组成：一种复合酶，至少包括______________________三种组分。(2)作用：C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶C1酶、CX酶葡萄糖苷酶二、纤维素分解菌的筛选1.方法：2.原理：刚果红纤维素分解菌刚果红倒平板红色纤维素分解菌三、实验设计1.实验流程：纤维素纤维素梯度稀释选择培养基涂布平板透明圈2.课题延伸：(1)为确定透明圈内的菌落是否是纤维素分解菌，需要进行发酵产纤维素酶的实验，纤维素酶的发酵方法有_________和_________两种。(2)纤维素酶的测定方法，一般是对纤维素酶分解_____等纤维素后所产生的_______进行定量的测定。液体发酵固体发酵滤纸葡萄糖【思考辨析】1.判断正误(1)纤维素是由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物。()(2)自然界中的各种微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。()【分析】自然界中只有部分能够产生纤维素酶的微生物能把纤维素分解成葡萄糖，从而作为生物体的能量来源。√×(3)纤维素酶具有专一性和高效性等特点。()(4)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。√×2.问题思考(1)培养基中出现透明圈一定是纤维素分解菌的作用吗？提示：不一定。刚果红与多糖类化合物产生红色复合物，若多糖为淀粉，产生淀粉酶的微生物也可使培养基产生透明圈。(2)纤维素分解菌的选择培养用液体培养基有什么好处？提示：液体培养基中菌体可以与营养物质充分接触，并且氧气的含量也高于固体培养基，还可以人为地通入无菌氧气，有利于微生物的大量繁殖。一、纤维素与纤维素酶纤维素纤维素酶组成由葡萄糖组成的多聚体至少由C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶组成分布棉花、木材、作物秸秆等微生物细胞内作用与果胶构成植物的细胞壁水解纤维素【易错提醒】(1)纤维素酶是一种复合酶，是多种酶的总称，并非仅指一种酶。(2)该酶也具有专一性，只能分解含纤维素的物质。(3)酶发挥作用需要一定的条件，不仅仅是温度、pH等，其他物质的存在也会降低酶的活性，如木质素会降低纤维素酶的活性。【典例训练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、CX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【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。【变式训练】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【解析】选B。得到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滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定。二、纤维素分解菌的筛选1.实验原理：即可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。2.两种刚果红(CR)染色法的比较：方法一方法二过程培养基经涂布培养长出菌落→覆盖质量浓度为1mg/mL的CR溶液倒去CR溶液→加入物质的量浓度为1mol/L的NaCl溶液倒掉NaCl溶液→出现透明圈配制质量浓度为10mg/mL的CR溶液→灭菌→按照每200mL培养基加入1mL的比例加入CR溶液→混匀→倒平板→接种后培养→出现透明圈10min15min～后15min后方法一方法二区别先培养微生物，再加入刚果红进行颜色反应倒平板时就加入刚果红优点显示出的颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用操作简便，不存在菌落混杂问题方法一方法二缺点操作繁琐，加入刚果红溶液会使菌落之间发生混杂(1)由于在纤维素粉、琼脂和土豆汁中都含有淀粉类物质，可以使能够产生淀粉酶的微生物出现假阳性反应(2)有些微生物具有降解色素的能力，长时间培养会降解刚果红，从而形成明显的透明圈，这些微生物与纤维素分解菌不易区分【易错提醒】(1)由于土壤中细菌数量远远高于真菌和放线菌数量，因此最容易分离得到的是细菌。(2)纤维素分解菌的选择培养基属于液体培养基，以纤维素为唯一碳源和能源。其鉴别培养基为固体培养基，培养基中加入刚果红染料。【典例训练2】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】解答本题关键应明确两点：(1)题目中的关键信息——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：分解纤维素的菌落能产生纤维素酶，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。三、分离纤维素分解菌的实验操作1.分离分解纤维素的微生物的实验流程：2.分离得到的纤维素分解菌的鉴定：(1)鉴定原因：由于形成透明圈的菌落与其他微生物菌落出现混杂现象，而且产生透明圈的菌落可能是产生淀粉酶的微生物，也可能是降解刚果红的菌种。(2)原理：为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行发酵产纤维素酶的实验，纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵两种。(3)纤维素酶的测定方法：一般是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定量的测定。【思维拓展】(1)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。可据此，通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。(2)判断某个选择培养基是否具有选择作用时，应设立基础培养基进行对照；若判断所使用的培养基灭菌是否彻底，应设立不接菌种的该培养基进行空白对照。在微生物的分离及培养中经常用到这两种对照。【典例训练3】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)①～③重复培养的目的是__________________________。(4)⑤的菌落中大部分是能降解________________的微生物。(5)⑥为______组，⑦为______组，设置⑥的目的是______________________________________。(6)⑤→⑥采用__________________法。【解题关键】解答本题关键应明确两点：(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：①实验原理与选择培养基用途的统一性；②实验设计中对照原则的应用。【解析】本题通过从土壤中分离出能降解酚类化合物的微生物的过程，模拟纤维素分解菌的分离过程，其基本原理、操作过程及操作注意事项都和分离纤维素分解菌类似。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。经过①②③的重复培养，增大了分解对羟基苯甲酸的微生物的比例。最后通过设立对照及使用单菌落挑取法将培养基上的单菌落分别接种到含有对羟基苯甲酸及不含有该物质的培养基上，验证是否得到了目的微生物。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【变式训练】下列关于从土壤中筛选纤维素分解菌的实验步骤的排列顺序，正确的是()A.土壤取样→梯度稀释→稀释涂布平板→挑选菌落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【解析】选B。正确的流程是“土壤取样→选择培养→稀释涂布平板→挑选菌落”，其中选择培养的目的是增加纤维素分解菌的浓度，因此需要在稀释涂布平板之前进行，最后根据菌落的特征挑选纤维素分解菌。