分解纤维素的细菌的分离.ppt

专题二 微生物的培养与应用,课题3 分解纤维素的微生物的分离,纤维素与纤维素酶,1.纤维素,纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是含量最丰富的多糖类物质。,一、基础知识,清除肠道内毒素物质，将各种毒素吸附、稀释、包裹，并促进其迅速排除体外，有肠道清道夫的美称。平衡膳食结构促进胃肠吸收水份，延缓葡萄糖的吸收，改善耐糖量，是糖尿病人的理想食品。,谁需要纤维素,日常饮食中全谷类食物、新鲜蔬菜、水果不足者；希望增加膳食纤维摄取者,特 别 适 合 人 群,中老年：易患高血压、便秘爱美人士：帮助控制体重，保持最佳身材糖尿病、冠心病、高血脂症的预防,阅读课本27页基础知识部分第一、二段，回答下列问题：,1.纤维素在生物圈的分布状况？,纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质。植物的根、茎、叶等器官都含有大量的纤维素。其中棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。,一、纤维素和纤维素酶,思考：纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质，植物每年产生的纤维素超过70亿吨，但却不会在地球上大量的积累，为什么？,纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。,纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶(外切酶)、CX酶(内切酶)和葡萄糖苷酶，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。,2.纤维素酶的组成及作用？,3、纤维素的分解,能分解纤维素的微生物有各种细菌、真菌和少数放线菌。,方法：滤纸崩溃法,4、纤维素酶活性的测定实验：,取二支20mL的试管,纤维素酶分解纤维素的实验,各加入一张滤纸条,各加入pH4.8，物质量为0.1mol/L的醋酸醋酸钠缓冲液11ml和10ml,甲 乙,在乙试管中加入1mL纤维素酶,两支试管固定在锥形瓶中，放在140r/min的摇床上振荡1h,结果：乙试管的滤纸条消失,讨论：乙试管的滤纸条为什么会消失？甲试管的作用是什么？,本实验的自变量是纤维素酶的有无，自变量的操纵方法是：在一支试管中添加适量（1mL）的纤维素酶溶液，在另一支试管不添加纤维素酶，但需加入等量的缓冲液，不能加入蒸馏水，否则会影响溶液的pH。,实验分析：P27的小实验是如何构成对照的？,下列生物能分解纤维素的是（）人 兔 牛 蘑菇 纤维杆菌,A、B、,C、D、,C,刚果红染色法,刚果红能与纤维素形成红色复合物，而不与水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。,（二）纤维素分解菌的筛选,当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。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，培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，这样我们就可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。,练一练：,1.下列关于纤维素酶的说法，错误的是(),A.纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种B.纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖C.纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁D.葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖,D,2.利用刚果红法可以筛选出纤维素分解菌，下列说法错误的是(),A.刚果红能与纤维素形成红色复合物 B.刚果红能与纤维二糖形成红色复合物 C.刚果红不能与葡萄糖形成红色复合物D.若培养基上产生了透明圈，则说明已筛选出了纤维素分解菌,B,二、实 验 设 计,土壤取样,选择培养,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,思考：本实验的流程与课题2中的实验流程有哪些异同？,本实验流程与课题2的流程的区别如下:课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布在以尿素为惟一氮源的选择性培养基上，直接分离得到菌落。本课题通过选择培养，使纤维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选择培养基上。其他步骤基本一致。,土壤取样,取样环境,富含纤维素的环境中,由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对提高，因此从这种土样中获得目的微生物的几率要高于普通环境。,原因,土壤取样,实例：树林中多年落叶形成的腐殖土，多年积累的枯枝败叶等。,讨论:如果找不到合适的环境，可将滤纸埋在土壤中，将滤纸埋在土壤中有什么作用？你认为滤纸应埋进土壤中多深？,将滤纸埋在土壤中能使纤维素分解菌相对集中，实际上是人工设置纤维素分解菌生存的适宜环境。一般应将滤纸埋于深约10cm左右的土壤中。,2、选择培养,增加纤维素分解菌的浓度，以确保能够从样品中分离所需要的微生物。,目的：,说明：分析“纤维素分解菌的选择培养基配方”可知，该配方中的酵母膏也能够提供少量的碳源，因此其他微生物也能在该培养基中生长繁殖。只不过，由于酵母膏的含量极少，因此，只有以纤维素为碳源的微生物才能大量繁殖。,培养基成分分析,参照课本29页旁栏中的比例配置，回答下列问题:,a.旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基？为什么？,b.这个培养基对微生物是否具有选择作用？如果具有，是如何进行选择的？,是液体培养基，原因是配方中无凝固剂,有选择作用，本配方中的碳源是纤维素，所以能分解纤维素的微生物可以大量繁殖,2.制备选择培养基,提示：自变量为培养基的种类，即普通培养基和选择培养基,可用牛肉膏蛋白胨培养基与之对照,c.你能否设计一个对照实验，说明选择培养基的作用？,称取土样20 g，在无菌条件下加入装有30 mL培养基的摇瓶中。将摇瓶置于摇床上，在30 下振荡培养12 d，至培养基变混浊。吸取一定的培养液（约5 mL），转移至另一瓶新鲜的选择培养基中，以同样的方法培养到培养液变浑浊。,操作：,2、选择培养,思考：为什么选择培养能够“浓缩”所需的微生物？,在选择培养的条件下，可以使那些能够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁殖，而那些不适应这种营养条件的微生物的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的作用,梯度稀释,按照课题1的稀释操作方法，将选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大倍数到106,将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上,1.制备培养基:参照旁栏中的比例2.涂布平板：将稀释度为104106的菌悬液各取0.1ml涂布在培养基上，30倒置培养,挑选产生透明圈的菌落,挑取产生明显的透明圈的菌落，一般即为分解纤维素的菌落。接种到纤维素分解菌的选择培养基上，在300C 370C培养，可获得纯培养。,5.刚果红染色法方法一：先，再加入刚果红,进行颜色反应。方法二：在 时就加入刚果红。,培养微生物,倒平板,思考：这两种方法各有哪些优点与不足？,这两种方法各有哪些优点与不足？,颜色反应基本上是纤维素分解菌的作用,操作繁琐刚果红会使菌落之间发生混杂,操作简便,不存在菌落混杂问题,1.产生淀粉酶的微生物也产生模糊透明圈2.有些微生物能降解色素，形成明显的透明圈。,P29旁栏思考题,方法一中NaCl溶液的作用？,思考：,漂洗作用，洗去与纤维素结合不牢的刚果红，以免出现的透明圈不够清晰。用这方法可以判断酶活力的大小，实际上刚果红是结合到培养基的多糖底物，但分解纤维素的细菌可以产生纤维素酶，能分解这个多糖底物成为单糖，这样刚果红就不能结合上去了，氯化钠溶液就可以使结合不牢的刚果红洗去，这样就留下大大小小的透明圈，大的透明圈当然分解纤维素的能就强！,1.培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选出菌落 对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明培养基制作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。,四、结果分析与评价,2.分离的结果是否一致 由于在土壤中细菌的数量远远高于真菌和放线菌的数量，因此最容易分离得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同，不同同学也可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。,四、结果分析与评价,为了确定分离得到的是纤维素分解菌，还需要进行_实验，纤维素酶的发酵方法有_ 发酵和_ 发酵。纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的_ 含量进行定量测定。,发酵产纤维素酶,液体,固体,葡萄糖,五、课题延伸,分解纤维素的微生物的分离,纤维素酶,种类、作用、催化活力,刚果红染色,筛选原理,实验设计,土壤取样,选择培养,涂布培养,纯化培养,前置染色法后置染色法,富含纤维素土壤,增大分解菌含量,染色鉴别,分离出分解菌,课堂总结,1.在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌，符合下列哪一生物学观点()A.生物结构与功能相适应的观点B.生物结构与功能整体性观点C.生物与环境相适应的观点D.生物发展进化的观点,练一练：,C,2.从土壤中分离获得某种微生物的步骤是()土壤取样梯度稀释选择培养 菌悬液涂布平板挑选出单个菌落A.B.C.D.,B,3.有关选择培养正确的叙述是(),A.可以增加纤维素分解菌的浓度B.可以减少纤维素分解菌的浓度C.所用培养基是固体培养基D.所用培养基是平板培养基,A,4.下列关于纤维素酶的说法，错误的是（）A.纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种B.纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖C.纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁D.葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖,D,5.利用刚果红法可以筛选出纤维素分解菌，下列说法错误的是（）A.刚果红能与纤维素形成红色复合物 B.刚果红能与纤维二糖形成红色复合物 C.刚果红不能与葡萄糖形成红色复合物D.若培养基上产生了透明圈，则说明已筛选出了纤维素分解菌,B,D,6.纤维素分解菌的选择培养基有选择作用，原因在于其含有()ANaNO3 BKCl C酵母膏 D纤维素粉,7.刚果红染色时，加入刚果红可在()制备培养基时 梯度稀释时 倒平板时 涂布时 培养基上长出菌落时 A B C D,C,8分离纤维素分解菌的实验过程中操作有误的是()A经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上B富集培养这一步可省略，但培养纤维素分解菌少C经稀释培养后，用刚果红染色D对照组可用同样量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上,A,解析：经选择培养后，再经稀释，才能将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上；富集培养可省略；经稀释培养后，用刚果红染色；设置对照能证明经富集培养的确得到了欲分离的微生物.,9下图为分离并统计分解纤维素的微生物的实验流程，据此回答有关问题：(1)要从富含纤维素的环境中分离纤维素分解菌，从高温热泉中寻找耐热菌，这说明_。,根据目的菌株对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。,(2)某同学根据需要，配制了纤维素分解菌的培养基如下，整个实验过程严格执行无菌操作。如果将其中的纤维素粉换成_，菌落数_，即可说明选择培养基的作用。,葡萄糖,明显多于选择培养基上的菌落数,(3)接种微生物最常用的是平板划线法和稀释涂布平板法，本实验宜采用_ 法，原因是_。,稀释涂布平板,平板划线法难以根据稀释体积计算每克样品中的细菌数,【解析】(1)因为纤维素分解菌与耐热菌有不同的生活习性，生活在不同的环境中，故要根据目的菌株对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。(2)因为葡萄糖是纤维素水解的、能被微生物直接利用的有机小分子，所以如果将其中的纤维素粉换成葡萄糖，纤维素分解菌及其他细菌会生长繁殖得更快，故菌落数明显多于选择培养基。(3)因为稀释涂布平板法要将菌液进行一系列的梯度稀释，故该法可根据稀释体积计算每克样品中的细菌数，而平板划线法则不能这样，所以本实验宜采用稀释涂布平板法。,11.有些微生物能合成纤维素酶，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。研究人员用化合物A、硝酸盐、磷酸盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能产生纤维素酶的微生物。分析回答问题：(1)培养基中加入的化合物A是_，为微生物的生长提供_，这种培养基从用途上进行分类，应属于_培养基。(2)为了筛选出能产生纤维素酶的微生物，还应向培养基中加入_。(3)若用平板划线法获得纯净的菌株，请回答：在接种时，为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？除此之外，还可用_方法来获得纯净的菌株。,【解析】若筛选到能利用纤维素(可产生纤维素酶)的微生物，培养基中加入的化合物A，应为纤维素。制备只以纤维素作碳源的选择培养基，能在该培养基中生长的微生物应为可产生纤维素酶的微生物，此即目标微生物。,【答案】(1)纤维素碳源选择(2)刚果红(3)第一步灼烧接种环是防止接种环上有其他微生物而污染培养基；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次接种时留下的菌种，使下一次划线时接种环上的菌种直接来自上次划线的末端，以便通过多次划线后，得到单个的菌落划线结束后仍要灼烧接种环，以免菌种对环境造成污染稀释涂布平板,8.（2004天津理综）淀粉酶可以通过微生物发酵生产，为了提高酶的产最，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。写出主要实验步骤。根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预期实验结果。提示：生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随其生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈。,解析：这是一道以诱变育种、选择培养和鉴别培养等知识为载体的实验设计题，综合性强，难度较大。既要求学生掌握实验原理，也要求学生具备较强的实验设计的能力及对实验结果的预测和分析能力。,答案：主要实验步骤：第一步：将培养好的生产菌株分两组。一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理做对照。第二步：制备含淀粉的固体培养基。第三步：把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上，同时接种对照组，相同条件下培养。第四步：比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。预期实验结果：a由于诱发突变率低，诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同。b由于诱发突变不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。,提示：土壤取样选择培养（此步是否需要，应根据样品中目的菌株数量的多少来确定）梯度稀释将菌悬液涂布到有特定选择作用的培养基上挑选单菌落发酵培养,课后练习2：,再见,