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2019-2020年高中生物 2.2《土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)》教學(xué)設(shè)計 新人教版選修1 ★課題目標(biāo) （一）知識與技能 利用選擇培養(yǎng)基分離細菌，運用相關(guān)技術(shù)解決生產(chǎn)生活中有關(guān)微生物的計數(shù) （二）過程與方法 分析研究思路的形成過程，找出共性和差異性 （三）情感、態(tài)度與價值觀 形成無菌不在的概念，養(yǎng)成講究衛(wèi)生的習(xí)慣 ★課題重點 對土樣的選取和選擇培養(yǎng)基的配制 ★課題難點 對分解尿素的細菌的計數(shù) ★教學(xué)方法 啟發(fā)式教學(xué) ★教學(xué)工具 多媒體課件 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了培養(yǎng)基的配置以及接種技術(shù)。下面我們來學(xué)習(xí)如何進行細菌的分離，獲得所需要的目的微生物。 （二）進行新課 1．基礎(chǔ)知識 1．1 尿素是一種重要的氮肥，農(nóng)作物不能（能，不能）直接吸收利用，而是首先通過土壤中的細菌將尿素分解為 氨和CO2 ，這是因為細菌能合成 脲酶 。 1．2 科學(xué)家能從熱泉中把耐熱細菌篩選出來是因為 熱泉的高溫條件淘汰了絕大多數(shù)微生物 ，這樣也適用于實驗室中微生物的篩選，原理是 人為提供有利于目的菌株生長的條件（包括營養(yǎng)、溫度、PH等），同時抑制或阻止其他微生物生長 。 點評：生物適應(yīng)一定環(huán)境，環(huán)境對生物具有選擇作用。所以通過配制選擇培養(yǎng)基、控制培養(yǎng)條件等選擇目的微生物。 〖思考1〗在該培養(yǎng)基配方中，為微生物的生長提供碳源的是 葡萄糖 ，提供氮源的的是 尿素 ，瓊脂的作用是 凝固劑 。 〖思考2〗該培養(yǎng)基對微生物 具有 （具有，不具有）選擇作用。如果具有，其選擇機制是 只有能夠以尿素作為氮源的微生物才能在該培養(yǎng)基上生長 。 1．3在統(tǒng)計菌落數(shù)目時，常用來統(tǒng)計樣品中活菌數(shù)目的方法是 稀釋涂布平板法 。除此之外， 顯微鏡直接計數(shù) 也是測定微生物數(shù)量的常用方法。 【補充】顯微鏡直接計數(shù)是測定微生物的方法。 公式：觀察到的紅細胞平均數(shù)∶觀察到的細菌平均數(shù)＝紅細胞含量∶細菌含量 1．4 采用稀釋涂布平板法統(tǒng)計菌落數(shù)目時，培養(yǎng)基表面生長的一個菌落，來源于 樣品稀釋液中一個活菌 。通過統(tǒng)計 平板上的菌落數(shù) ，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。為了保證結(jié)果準(zhǔn)確，一般選擇菌落數(shù)在 30～300 的平板進行計數(shù)。 〖思考3〗從平板上的菌落數(shù)推測出每克樣品中的菌落數(shù)的計算方法是 （平均菌落數(shù)涂布的稀釋液體積）稀釋倍數(shù) 。 〖思考4〗利用稀釋涂布平板法成功統(tǒng)計菌落數(shù)目的關(guān)鍵是 恰當(dāng)?shù)南♂尪?。 〖思考5〗第 二 位同學(xué)的結(jié)果接近真實值。你認為這兩位同學(xué)的實驗需要改進的操作是第一位同學(xué)需設(shè)置重復(fù)實驗組；第二位同學(xué)統(tǒng)計的三個菌落數(shù)相差太大，說明操作有誤，需重新實驗。 1．5統(tǒng)計的菌落數(shù)比活菌的實際數(shù)目 低 。這是因為當(dāng)兩個或多個細胞在一起時，平板上觀察到的只是 一個 菌落。因此，統(tǒng)計結(jié)果一般用 菌落數(shù) 來表示。 1．6設(shè)置對照的主要目的是排除實驗組中非測試因素對實驗結(jié)果的影響，提高實驗結(jié)果的可信度。 1．7對照實驗是指除了 被測試 的條件外，其他條件都 相同 的實驗。滿足該條件的稱為 對照組，未滿足該條件的稱為 實驗 組。 〖思考6〗請設(shè)計本實驗的對照實驗組： 方案1：其他同學(xué)用A同學(xué)的土樣進行實驗。 方案2：A同學(xué)以不接種的培養(yǎng)基作為空白對照。 2．實驗設(shè)計 2．1 實驗設(shè)計的內(nèi)容包括實驗方案、材料用具、實施步驟和時間安排等。 2．2 根據(jù)圖示2－7填寫以下實驗流程： 菌落計數(shù) 配制土壤溶液 系列稀釋 涂布平板與培養(yǎng) 2．3 土壤微生物主要分布在距地表3～8cm的近中性土壤中，約70％～80％為細菌。 2．4 分離不同的微生物采用不同的稀釋度，其原因是不同微生物在土壤中含量不同，其目的是保證獲得菌落數(shù)在30～300之間、適于計數(shù)的平板。細菌稀釋度為104、105、106，放線菌稀釋度為103、104、105，真菌稀釋度為102、103、104。 2．5 培養(yǎng)不同微生物往往需要不同培養(yǎng)溫度。細菌一般在30～37℃培養(yǎng)1～2d，放線菌一般在25～28℃培養(yǎng)5～7d，霉菌一般在25～28℃的溫度下培養(yǎng)3～4d。 2．6 在菌落計數(shù)時，每隔24h統(tǒng)計一次菌落數(shù)目。選取菌落數(shù)目穩(wěn)定時的記錄作為結(jié)果，以防止因培養(yǎng)時間不足而導(dǎo)致遺漏菌落的數(shù)目。 點評：菌種中有些菌體增殖快，有些菌體增值慢，所以培養(yǎng)時間要充足，使得每個菌體都能形成肉眼可觀察到的菌落。 2．7菌落的特征包括 形狀、大小、隆起程度、顏色 等方面。 〖思考8〗土壤微生物種類最多、數(shù)量最大的原因是什么？土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，環(huán)境條件適宜等。 2．9 實驗過程 1）取土樣用的小鐵鏟和盛土樣的的信封在使用前都要滅菌。 2）應(yīng)在火焰旁稱取土壤 10 g。將稱好的土樣倒入盛有90mL無菌水的錐形瓶中，塞好棉塞。 3）在稀釋土壤溶液的過程中，每一步都要在火焰旁進行。 4）實驗時要對培養(yǎng)皿作好標(biāo)記。注明培養(yǎng)基類型、培養(yǎng)時間、稀釋度、培養(yǎng)物等。 5）為了提高效率，在操作時更加有條不紊，應(yīng)當(dāng)事先規(guī)劃時間。 〖思考9〗在研究未知微生物時務(wù)必規(guī)范操作，以防被致病微生物感染，實驗后一定要洗手。 3．結(jié)果分析與評價 3．1　對分離的菌種作進一步的鑒定，還需要借助 生物化學(xué) 的方法。 3．2　在細菌分解尿素的化學(xué)反應(yīng)中，細菌合成的 脲酶 將尿素分解成了 氨 。氨會使培養(yǎng)基的堿性 增強 ，PH 升高 。因此，我們可以通過檢測培養(yǎng)基 pH 變化來判斷該化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生。 3．3　在以 尿素 為唯一氮源的培養(yǎng)基中加入 酚紅 指示劑。培養(yǎng)某種細菌后，如果PH升高，指示劑將變 紅 ，說明該細菌能夠 分解尿素 。 〖思考10〗測定飲水中大腸桿菌數(shù)量的方法是將一定體積的水用細菌過濾器過濾后，將濾膜放到 伊紅美藍 培養(yǎng)基上培養(yǎng)，大腸桿菌菌落呈現(xiàn) 黑 色，通過記述得出水樣中大腸桿菌的數(shù)量。你認為在該實驗中至少應(yīng)取 三 個水樣。 （三）課堂總結(jié)、點評 實驗方案 土壤中尿素分解菌的分離與計數(shù) 分離篩選微生物的原理 有利于目的菌株生長 抑制或阻止其他微生物生長 人為 條件 微生物計數(shù)方法與原理 稀釋涂布平板法 顯微鏡直接計數(shù) 對照設(shè)置與重復(fù)設(shè)置 實驗設(shè)計 實驗操作 結(jié)果與分析 （四）實例探究 例1．對細菌群體生長規(guī)律測定的正確的表述是 A．在液體培養(yǎng)基上進行 B．至少接種一種細菌 C．接種一個細菌 D．及時補充消耗的營養(yǎng)物質(zhì) 解析：細菌群體生長規(guī)律的測定是人們在一定條件下進行的。這些條件是：一種細菌、恒定容積的培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)基、定時測定細菌總數(shù)。在這些條件下，才能測定出細菌的生長規(guī)律。測定時只能用一種細菌的子細胞群體的變化規(guī)律表達微生物的生長；恒定容積是給微生物提供一定的生存環(huán)境；液體培養(yǎng)基才能通過樣品推測細菌總數(shù)。若接種多種細菌，則會發(fā)生種間斗爭而不能測定一種微生物的生長規(guī)律。在接種時，要保證一定的接種量。 答案：A 例2．在微生物群體生長規(guī)律的測定中，種內(nèi)斗爭最顯著最激烈的時期是 A．調(diào)整期 B．對數(shù)期 C．穩(wěn)定期 D．衰亡期 解析：種內(nèi)斗爭是一種生態(tài)因素。種內(nèi)斗爭反應(yīng)了種內(nèi)生物對生存空間和生活資源的爭奪。在生活空間充裕，營養(yǎng)充足的時候，種內(nèi)斗爭的程度是比較低的。隨著微生物個體數(shù)目的增加，每個個體的生存空間越來越少，營養(yǎng)物質(zhì)也越來越少，每個個體對生存空間和資源的爭奪也越來越激烈，種內(nèi)斗爭就越來越激烈。由此可知，在穩(wěn)定期的種內(nèi)斗爭最激烈。在衰亡期，微生物的數(shù)目已經(jīng)開始減少，pH已經(jīng)極度不適于微生物的生存，次級代謝產(chǎn)物積累到很高的程度，這時的微生物的生存斗爭主要是與無機環(huán)境的斗爭。 答案：C ☆綜合應(yīng)用 例3．（xx年江蘇）抗生素作為治療細菌感染的藥物，其高效性和巨大的經(jīng)濟價值使抗生素工業(yè)經(jīng)久不衰。其中青霉素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用具有劃時代的意義。 ⑴青霉素發(fā)酵產(chǎn)生青霉素。青霉菌的新陳代謝類型是 ，青霉素是青霉菌的 代謝產(chǎn)物。 ⑵在生產(chǎn)和科研中，常選用處于 期的青霉菌作為菌種或研究材料，因為此時的青霉菌代謝旺盛， 和 比較穩(wěn)定。 ⑶對青霉菌菌體生長情況的測定：取一定體積的發(fā)酵液，經(jīng)離心分離、反復(fù)洗滌后， ，再計算發(fā)酵罐中菌體的總重量。 解析：青霉菌屬于真菌，其代謝類型應(yīng)為異養(yǎng)需氧型，而青霉素作為它的代謝產(chǎn)物，并不是它生長、繁殖所必需的，所以青霉素應(yīng)屬于次級代謝產(chǎn)物。在測定培養(yǎng)基上青霉菌菌體的生長情況時，常用的方法有兩種：一種是測量青霉菌的細胞數(shù)目，另一種是測重量，取一定體積的發(fā)酵液，經(jīng)離心分離、反復(fù)洗滌后，稱菌體的濕重，或烘干后稱干重，再由此計算出其中的細胞總重量。在細菌生長的四個主要時期中，因為處于對數(shù)期的細菌代謝旺盛，個體的形態(tài)和生理特性比較穩(wěn)定，常作為生產(chǎn)用的菌種和科研的材料。 答案：⑴異養(yǎng)需氧型 次級 ⑵對數(shù) 個體的形態(tài)生理特性 ⑶稱菌體的濕重（稱烘干后的重量） （五）鞏固練習(xí) 1．在一個“淀粉—瓊脂”培養(yǎng)基的5個圓點位置，分別用不同方法處理，將此實驗裝置放在37℃恒溫箱中，保溫處理24h后，將碘液滴在培養(yǎng)基的5個圓點上，其實驗結(jié)果記錄于下表：（C） 淀粉圓點 實驗處理方法 碘液處理后的顏色反應(yīng) ① 新鮮唾液與鹽酸混合 藍黑色 ② 經(jīng)過煮沸的新鮮唾液 藍黑色 ③ 接種面包霉 棕黃色 ④ 只有新鮮的唾液 ？ ⑤ 只有一定濃度的蔗糖溶液 ？ 請指出④和⑤所發(fā)生的顏色反應(yīng)，以及③接種的面包霉的分泌物分別是 A．棕黃色、棕黃色、淀粉酶 B.藍黑色、棕黃色、麥芽糖酶 C．棕黃色、藍黑色、淀粉酶 D.棕黃色、藍黑色、麥芽糖酶 2．實驗測定鏈霉素對3種細菌的抗生素效應(yīng)，用3種細菌在事先準(zhǔn)備好的瓊脂塊平板上畫3條等長的平行線（3條線均與下圖中的鏈霉素帶接觸），將平板置于37℃條件下恒溫培養(yǎng)3天，結(jié)果如圖所示。從實驗結(jié)果分析以下敘述，不正確的是 （ ） A．鏈霉素能阻止結(jié)核菌的生長 B．鏈霉素對結(jié)核菌比對霍亂菌更有效 C．鏈霉素對結(jié)核菌比對傷寒菌更有效 D．鏈霉素可以用于治療傷寒病人 3.利用生物工程生產(chǎn)啤酒、味精、胰島素、酸奶的常用菌種分別是 A．酵母菌、枯草桿菌、大腸桿菌、乳酸菌 B．酵母菌、大腸桿菌、青霉菌、乳酸菌 C．酵母菌、谷氨酸棒狀桿菌、大腸桿菌、乳酸菌 D．黃色短桿菌、酵母菌、大腸桿菌、乳酸菌 4．下列操作不屬于微生物的分離步驟的是 A． 稀釋 B．劃線或涂布 C．接斜面 D．培養(yǎng) 5．影響微生物生長的主要環(huán)境因素是 A．陽光、溫度、水分 B．溫度、水分、PH C．水分、PH、氧 D．溫度、PH、氧 6.下列微生物的產(chǎn)物中沒有菌種特異性的一組是 A．氨基酸、核苷酸、多糖、色素 B. 多糖、脂類、維生素、抗生素、氨基酸 C．核苷酸、多糖、維生素、毒素、抗生素 D．核苷酸、維生素、多糖、脂類、氨基酸 7．微生物代謝的人工控制是指 A.改變微生物的遺傳特性 B.控制發(fā)酵時的溫度 C.調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH，氧氣通入量 D.包括A、B、C三項 8．在微生物群體生長規(guī)律的測定中，不可能發(fā)生的是 A.繁殖 B.生存斗爭 C.種間斗爭 D.種內(nèi)斗爭 9．與調(diào)整期長短有關(guān)的因素中，可縮短調(diào)整期的一組是 ①用與菌種相同的培養(yǎng)基 ②營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基 ③穩(wěn)定期獲得的菌種 ④對數(shù)期獲得的菌種 ⑤接種時間提前 ⑥接種量加大 ⑦接種量減小 ⑧接種種類加大 A、①③⑤⑦ B、②③⑤⑦ C、①④⑥ D、②④⑤⑥⑧ 10．微生物群體生長善的測定方法可以是 ①測定樣品的細胞數(shù)目 ②測定次級代謝產(chǎn)物的總產(chǎn)量 ③測定培養(yǎng)基中細菌的體積 ④測定樣品的細胞重量 ⑤測定初級代謝產(chǎn)物的總產(chǎn)量 A.②④ B.①④ C.①③⑤ D.②③④ 答案：1—5 CDCCD 6—10 DDCCB ★課余作業(yè) 某生物小組以空氣中細菌含量為指標(biāo)，調(diào)查校園內(nèi)不同區(qū)域（教室、草場、校長室、衛(wèi)生間）的空氣質(zhì)量狀況。請你寫出完整的實驗調(diào)查方案。 ★教學(xué)體會 本節(jié)課可以從尿素在農(nóng)業(yè)上的重要應(yīng)用切入，介紹能分解尿素的細菌，進而說明這種細菌的作用是能夠合成分解尿素的酶。在教學(xué)過程中，可以聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，使學(xué)生對尿素以及分解尿素的細菌形成一定的感性認識。同時通過課題背景的介紹，可以進行STS教育。對于實驗中的對照原則，可以指導(dǎo)學(xué)生分組討論，在掌握微生物分離技術(shù)的同時鞏固實驗設(shè)計的基本原則。 ★資料袋 選擇培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基的含義是：在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，以抑制不需要的微生物的生長，促進需要的微生物的生長。目的是從眾多微生物中分離所需要的微生物。 在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)可以做到這一點，如加入青霉素可以分離出酵母菌和霉菌。加入高濃度的食鹽可得到金黃色葡萄球菌。這里的加入是在培養(yǎng)的培養(yǎng)成分的基礎(chǔ)上加入的。 培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分的改變也可達到分離微生物的目的。如培養(yǎng)基中缺乏氮源時，可以分離固氮微生物，因為非固氮微生物不能在此培養(yǎng)基上生存。當(dāng)培養(yǎng)基的某種營養(yǎng)成分為特定化學(xué)成分時，也具有分離效果。如石油是唯一碳源時，可以抑制不能利用石油的微生物的生長，使能夠利用石油的微生物生存，達到分離能消除石油污染的微生物的目的。改變微生物的培養(yǎng)條件， 也可以達到分離微生物的目的，如將培養(yǎng)基放在高溫環(huán)境中培養(yǎng)只能得到耐高溫的微生物。