生物选修一2.3分解纤维素的微生物的分离

2 3分解纤维素的微生物的分离 一 基础知识 一 纤维素和纤维素酶 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 是地球上含量最丰富的多糖类物质 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 但被利用的机会很少 效率低 科学家正致力于研究 怎样将农业废弃物 木材及生长更为迅速的草本植物 转化为种类繁多的生物燃料 甚至是航空燃油 植物每年产生的纤维素超过70亿吨 其中40 60 能被土壤中能产生纤维素酶的微生物所利用 不会大量积累 在草食性动物等的消化道内 也共生有分解纤维素的微生物 其原理也是产生纤维素酶而分解纤维素 而人没有分解纤维素的能力 3 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 CX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 P27 纤维素酶分解纤维素的实验 取二支20mL的试管 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 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 思考 实验分析 P27的小实验是如何构成对照的 自变量是纤维素酶的有无 一支试管中添加适量纤维素酶溶液 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 二 纤维素分解菌的筛选 1 筛选方法 刚果红染色法 这种方法能够通过颜色反应直接对微生物进行筛选 2 筛选原理 刚果红是一种染料 它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物 但并不和纤维二糖 葡萄糖发生这种反应 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为中心的透明圈 这样我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌 例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 二 实验设计 一 分离分解纤维素的微生物实验流程 土壤取样 选择培养 梯度稀释 将样品涂布到鉴别培养基 挑选菌落 什么样的环境取样 培养的目的 选择培养基的特点 挑选什么样的菌落 鉴别培养基的特点 如何鉴别 根据 微生物对生存环境的要求 到相应环境中去找 目的 增加纤维素分解菌的浓度 以确保能够从样品中分离到所需要的微生物 刚果红染色法 本实验流程与尿素分解菌的分离实验流程有哪些异同 尿素分解菌的分离实验流程是将土样制成的菌悬液直接涂布在选择培养基上 本课题通过选择培养使细菌增殖后 再涂布在鉴别培养基上 其它操作基本基本共同 分布环境 1 土壤取样 富含纤维素的环境中 生物与环境的互相依存关系 在富含纤维素的环境中纤维素分解菌的含量相对提高 因此从这种土壤中获得目的微生物的几率要高于普通环境 原因 二 操作步骤 实例 讨论 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 树林中多年落叶形成的腐殖土 多年积累的枯枝败叶等 如果找不到合适的环境 可以将滤纸埋在土壤中 将滤纸埋在土壤中有什么作用 你认为滤纸应该埋在土壤中多深 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 制备选择培养基 操作 将土样加入装有30ml选择培养基的锥形瓶中 将锥形瓶固定在摇床上 在一定温度下震荡培养1 2天 直至培养液变浑浊 也可重复选择培养 阅读资料二 选择培养基 回答以下几问题 碳源 能源 氮源 无机盐 无机盐 碳源 氮源 生长因子 氮素 生长因子 水 提供主要的营养物质 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 或者将纤维素改为葡萄糖 A 旁栏中的配方是液体培养基还是固体培养基 为什么 是液体培养基 原因是配方中无凝固剂 琼脂 目的是使纤维素分解菌增殖 含量增多 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 有选择作用 本配方中纤维素作为主要碳源 只有能分解纤维素的微生物可以大量繁殖 C 你能否设计一个对照实验 说明选择培养基的作用 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 说明 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 将细菌涂布在只有尿素做氮源的选择培养基上 将细菌涂布在只有纤维素粉做碳源的选择培养基上 固体培养基 液体培养基 筛选菌株 增大菌株浓度 比较 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唯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 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101 107倍 3 梯度稀释 4 将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 1 制备鉴别培养基 水溶性羧甲基纤维素钠 2 涂布平板 将稀释度为104 106的菌悬液各取0 1mL滴加在鉴别纤维素分解菌的培养基上 用涂布器将菌液涂布均匀 在30 倒置培养 每个稀释度下需涂布3个平板 还要注意设置对照 5 刚果红染色法 挑选产生透明圈的菌落 一般即为分解纤维素的菌落 常用的刚果红染色法有两种 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 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 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 在细菌分解尿素的化学反应中 细菌合成的脲酶将尿素分解成了氨 氨会使培养基的碱性增强 pH升高 在培养基中加入酚红指示剂 如果pH升高指示剂会变红 刚果红可以与纤维素形成红色复合物 当纤维素被纤维素酶催化分解后红色复合物无法形成 培养基上就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈 观察菌落周围是否有着色的环带出现来鉴定尿素分解菌 观察菌落周围是否出现透明圈来筛选纤维素分解菌 脲酶检测法 刚果红染色法 6 纯化培养 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 三 结果分析与评价 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 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 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 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 四 课题延伸 发酵产纤维素酶 液体 固体 葡萄糖 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 沙场点兵 1 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 2 在富含纤维素