2021-2022学年高中生物 专题2 微生物的培养与应用 课题3 分解纤维素的微生物的分离测评（含解析）新人教版选修1.docx

1、课题3分解纤维素的微生物的分离课后篇巩固提升基础巩固1.配制的某培养基的成分是纤维素粉、NaNO3、Na2HPO47H2O、KH2PO4、MgSO47H2O、KCl、酵母膏、水解酪素,该培养基能使下面哪种微生物大量繁殖?()A.酵母菌B.自生固氮菌C.各种细菌D.纤维素分解菌答案D2.分离纤维素分解菌的实验过程中,下列相关操作有误的是()A.经选择培养后将培养液直接涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上B.选择培养这一步可省略,但培养的纤维素分解菌少C.经稀释培养后,用刚果红染色D.对照组可用同样的稀释培养液涂布到不含纤维素的培养基上答案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

2、的培养基上。3.利用农作物秸秆可生产乙醇,生产过程中主要利用微生物将秸秆水解或用酶水解,其主要技术流程如下图所示。下列相关说法错误的是()秸秆碎屑反应罐水解压滤出渣酒精发酵真空分馏A.可用刚果红染色法筛选过程所需的纤维素分解菌B.过程加入的纤维素分解菌产生的纤维素酶是葡萄糖苷酶C.酒精发酵接种的酵母菌需在无氧条件下发酵D.酒精发酵前需对培养基进行高压蒸汽灭菌答案B解析筛选纤维素分解菌可采用刚果红染色法;纤维素酶为复合酶,至少包含三种组分,C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶;酒精发酵需在无氧条件下进行;酒精发酵前需对培养基进行高压蒸汽灭菌。4.某研究性学习小组的同学为了从土壤中筛选纤维素分解菌,利用下列

3、材料和用具进行了实验,请完善下列实验步骤。材料用具:采集的土样、研钵、配制纤维素分解菌选择培养基的各种原料、琼脂、刚果红溶液、培养箱、无菌水。实验步骤:(1)利用纤维素分解菌选择培养基的各种原料、琼脂及,配制固体培养基,灭菌;(2)将采集的土壤样品在研钵中研碎后,制成土壤匀浆;(3)利用无菌操作方法把土壤匀浆到培养基上,放在培养箱内培养一段时间;(4)用显微镜观察纤维素分解菌时,要从中挑取材料制成临时装片。答案(1)刚果红溶液(2)加入无菌水(3)接种(4)周围有透明圈的菌落解析分离纤维素分解菌的培养基中要加入纤维素粉作碳源,加入刚果红溶液加以检测。刚果红能与纤维素形成红色复合物,纤维素分解菌

4、在含有刚果红和纤维素的培养基上生长,其产生的纤维素酶能分解纤维素,在菌落周围产生透明圈。挑取周围有透明圈的菌落制成临时装片可观察到纤维素分解菌。5.纤维素酶的成本能否下降,是能否实现乙醇工业化生产的关键因素。纤维素酶可以从能分解纤维素的细菌培养液中提取。某同学设计了如下分离土壤中纤维素分解菌的实验流程:土壤取样选择培养梯度稀释鉴别培养。(1)培养纤维素酶分解菌的土样最好选择在的环境中采集。(2)以下是一种培养基配方:纤维素粉5 g、NaNO3 1 g、Na2HPO47H2O 1.2 g、KH2PO4 0.9 g、MgSO47H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、酵母膏0.5 g、水解酪素0.

5、5 g(蒸馏水定容到1 000 mL)。该培养基能够增加样品中纤维素分解菌的浓度,其原理是培养基中是主要碳源,有利于纤维素分解菌的生长,同时抑制其他微生物的生长。(3)为了鉴别纤维素分解菌和进一步纯化菌种,可以在鉴别培养基中加入刚果红染液,将筛选获得的菌液稀释后用接种到鉴别培养基上,然后挑选产生透明圈的菌落作为菌种进行扩大培养。答案(1)富含纤维素(2)纤维素(3)涂布平板法解析(1)纤维素丰富的土壤环境中含有较多的纤维素分解菌。(2)筛选纤维素分解菌的培养基应该以纤维素为主要的碳源,使纤维素分解菌能够大量繁殖,而其他微生物生长受到抑制。(3)纤维素分解菌可以用刚果红染液进行鉴定,用稀释涂布平

6、板法接种后,刚果红染液可以与纤维素反应呈红色,而纤维素分解菌的菌落周围会出现透明圈。能力提升6.以农作物秸秆等含纤维素丰富的材料为原料,经加工可制成燃料乙醇,这种“绿色能源”的开发备受关注。农作物秸秆经预处理后,应该选用某种酶进行水解处理,使之转化为发酵所需的葡萄糖。你认为这种酶可从以下哪种微生物中提取?()A.制作腐乳的毛霉B.酿制果醋的醋酸菌C.生长在腐木上的霉菌D.土壤中分解尿素的微生物答案C解析农作物秸秆的主要成分是纤维素,处理秸秆的酶应为纤维素酶。毛霉产生的主要是蛋白酶和脂肪酶,A项不符合题意;醋酸菌能够利用葡萄糖或乙醇,B项不符合题意;生长在腐木上的霉菌能够分解利用腐木中的纤维素,

7、可以产生纤维素酶,C项符合题意;土壤中分解尿素的微生物能够产生脲酶,利用的是尿素,D项不符合题意。7.下表是纤维素分解菌的鉴别培养基的配方,据表分析,下列叙述不正确的是()成分含量CMC-Na/g510酵母膏/g1KH2PO4/g0.25琼脂/g15土豆汁/mL100将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1 000 mLA.根据物理状态来分,该培养基为固体培养基B.若用此培养基鉴别纤维素分解菌,还应加入刚果红染料C.纤维素分解菌只能利用纤维素作为碳源,不能利用其他有机物作为碳源D.若该培养基用于测定纤维素分解菌的最适pH,应至少配制三种不同pH的培养基答案C解析该培养基含有琼脂成分,因此从物理状态上

8、分属于固体培养基,A项正确;该培养基含有CMC-Na,可以与刚果红形成红色复合物,若培养基中含有纤维素分解菌,则会形成以其为中心的透明圈,B项正确;纤维素分解菌为异养生物,不仅可以利用纤维素作为碳源,还可以利用酵母膏作碳源和氮源,C项错误;若该培养基用于测定纤维素分解菌的最适pH,则在配制培养基时,需要调节pH,pH至少设置为酸性、中性、碱性三种类型,D项正确。8.刚果红是一种可以与纤维素形成红色复合物的染料,但不能和水解后的纤维二糖和葡萄糖发生反应。在筛选纤维素分解菌的培养基中加入刚果红染料,研究者观察到几个有透明圈的菌落。据图分析,下列叙述正确的是()A.透明圈内的刚果红染料已被分解B.能

9、产生淀粉酶的微生物菌落周围可形成模糊的透明圈C.菌落中的菌株降解纤维素能力最强D.图中培养基可用牛肉膏、蛋白胨配制答案B解析刚果红染液可以和纤维素结合形成红色的复合物,所以透明圈内的纤维素已被分解,A项错误;刚果红也可以与淀粉形成红色复合物,而鉴定纤维素分解菌的培养基中含有淀粉,因此能产生淀粉酶的微生物菌落周围可形成模糊的透明圈菌落,B项正确;菌落所在的透明圈与菌落直径的比值不是最大,说明菌落中的菌株降解纤维素能力不是最强,C项错误;图中培养基应以纤维素作为主要碳源,不可用牛肉膏、蛋白胨配制,D项错误。9.纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质,从土壤中分离分解纤维素的微生物的实验流程如下。请回

10、答下列问题。土壤取样选择培养梯度稀释将样品涂布到鉴别培养基上挑选菌落(1)土壤中某些微生物能分解纤维素,是因为它们能够合成纤维素酶,其中的可将纤维二糖分解成葡萄糖。分离纤维素分解菌常用的方法是。(2)该流程中步骤选择培养基的营养物质的特点是,步骤中稀释的目的是。(3)步骤采用的培养基从物理性质来看属于培养基;为防止杂菌污染,需对培养基进行灭菌,常用的方法是。为了检验培养基及培养皿灭菌是否合格,可采取的措施是。(4)若某同学测得0.1 mL稀释倍数为105的稀释液中纤维素分解菌的菌落数(平均值)为51,则每毫升样品中有个纤维素分解菌。答案(1)葡萄糖苷酶刚果红染色法(2)以纤维素作为主要的碳源便

11、于形成单个菌落(或使菌种分散开,便于得到由单个细胞繁殖而来的菌落)(3)固体高压蒸汽灭菌将未接种的培养基在适宜的条件下培养,观察培养基上是否有菌落产生(4)5.1107解析(1)某些微生物可以产生纤维素酶,所以可以分解纤维素,其中的葡萄糖苷酶可将纤维二糖分解成葡萄糖。为了鉴别纤维素分解菌,常采用的接种方法是稀释涂布平板法,同时需要在培养基上添加刚果红指示剂,此方法称为刚果红染色法。(2)步骤的目的是通过选择培养增加纤维素分解菌的浓度,所以该培养基以纤维素为主要碳源;稀释的目的是便于形成单个的菌落(或使菌种分散开,便于得到由单个细胞繁殖而来的菌落)。(3)步骤采用的培养基是鉴别培养基,需要添加琼

12、脂,所以是固体培养基;对培养基灭菌的方法是高压蒸汽灭菌法;为检验培养基及培养皿灭菌是否合格,可以将未接种的培养基在适宜的条件下培养,观察培养基上是否有菌落产生。(4)由于菌落数的平均值为51,稀释倍数是105,所取稀释液的体积为0.1mL,故每毫升样品中纤维素分解菌的个数为510.1105=5.1107。10.现在大力提倡无纸化办公,但是每年仍然不可避免地产生大量的废纸,废纸的主要成分是纤维素,人类正努力将其转化为一种新的资源乙醇。下图是工业上利用微生物由纤维素生产乙醇的基本流程,请回答下列相关问题。(1)自然界中环节需要的微生物大多分布在的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以为主要碳源,并

13、加入的固体培养基上筛选周围有的菌落。(2)根据测定结果,环节常选择木霉,则中获得的酶是酶。该酶至少包括三种组分。(3)生产中可以满足环节的常见菌种是,为了确保获得产物乙醇,环节要注意,过程要注意避免。答案(1)富含纤维素(或落叶较多等)纤维素刚果红溶液透明圈(2)纤维素C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶(3)酵母菌发酵装置密闭(或保证无氧条件等)杂菌污染解析(1)废纸的主要成分是木质纤维,因而使其糖化的酶应为纤维素酶,由此得知中的产酶微生物应该大多分布在富含纤维素的环境中。以纤维素为主要碳源的固体培养基上,只有纤维素分解菌能快速生长繁殖,若想直接从此选择培养基中筛选出分解纤维素的微生物,需在培养基中加

14、入刚果红溶液,挑选周围有透明圈的菌落。(2)分解纤维素的酶是一种复合酶,包括C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶等组分。(3)在工业生产上通常利用酵母菌将葡萄糖液发酵产生酒精。发酵过程中要注意保证无氧条件,避免杂菌污染。11.地球上植物产生的纤维素中有40%60%被土壤中的某些微生物利用,从土壤中分离并研究这些微生物有利于人们更有效地利用植物秸秆中的纤维素。请回答下列问题。(1)纤维素分解菌之所以能够利用纤维素,是因为其细胞能产生。(2)培养基除含有碳源、氮源、水和多种无机盐外,还应含有。其中,碳源主要为。对配制的培养基采用高压蒸汽灭菌的目的是。(3)纤维素分解菌纯化培养中常用的接种方法有。在添加刚果红

15、的培养基上,可通过是否产生来筛选纤维素分解菌。答案(1)纤维素酶(2)某些特殊的营养物质纤维素杀死培养基中的所有微生物(3)平板划线法和稀释涂布平板法透明圈12.利用纤维素解决能源问题的关键是高性能纤维素酶的获取。请完善实验方案,并回答下列相关问题。(1)实验目的:比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。(2)实验原理:纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖,葡萄糖与试剂产生,其颜色深浅可表示葡萄糖的生成量,葡萄糖的生成量可表示酶活性大小。(3)实验材料:三种微生物(A、B、C)培养物的纤维素酶提取液,提取液中酶浓度相同。(4)实验步骤:取四支试管,分别编号为1、2、3、4;在表中填写相应试剂的用量,并

16、按表内要求完成相关操作;试剂/mL管号1234蒸馏水1.41.41.4pH为7.5的缓冲液0.20.20.20.2纤维素悬浮液0.30.30.30.3微生物A提取液0.1微生物B提取液微生物C提取液0.1总体积2.02.02.02.0将上述四支试管在适宜温度下水浴保温1 h;在上述四支试管中分别加入试剂,摇匀后,将试管在5065 水浴中加热2 min;观察比较四支试管的颜色变化及其颜色深浅。(5)实验结果:项目微生物A提取液微生物B提取液微生物C提取液颜色深浅程度+(6)分析讨论:上述结果表明,不同来源的纤维素酶,虽然酶浓度相同,但活性不同。你认为上述三种微生物中,最具有应用开发价值的是;从解

17、决能源问题的角度出发,开发这种纤维素酶的意义在于。答案(2)斐林砖红色沉淀(4)如下表所示试剂/mL管号1234蒸馏水1.41.41.41.5pH为7.5的缓冲液0.20.20.20.2纤维素悬浮液0.30.30.30.3微生物A提取液0.1微生物B提取液0.1微生物C提取液0.1总体积2.02.02.02.0等量的斐林(6)微生物B纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖,葡萄糖可用作制取酒精的原料;纤维素可代替化石燃料(答案合理即可)解析本题实验目的是比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。根据实验目的确定实验自变量为不同微生物的纤维素酶提取液,因变量为葡萄糖的生成量,其余无关因素(如pH为7.5的缓

18、冲液量、纤维素悬浮液量)应该相同且适宜。实验结果可通过对提取液与斐林试剂水浴加热生成砖红色沉淀的颜色深浅程度进行判断,分析实验结果可知,微生物B提取液与斐林试剂发生的颜色反应最深,最具有研究价值。不同来源的纤维素酶,虽然酶浓度相同,但活性不同。开发纤维素酶的意义在于葡萄糖可用作制取酒精的原料;纤维素可代替化石能源。13.植物的秸秆、枝叶等纤维物质是地球上最多的可再生资源,以纤维素类物质生成燃料乙醇的研究越来越受重视。纤维素酶糖化法是目前常用的方法,其操作过程如下图所示。请回答下列问题。(1)该方法中,微生物X与微生物Y不同,微生物Y是,若从土壤中获得微生物X,请写出分离的流程图:。为了鉴别微生

19、物X,培养基的成分为CMC-Na、酵母膏、KH2PO4、琼脂、土豆汁等;在该培养基中,CMC-Na的作用是。(2)若经选择,微生物X为木霉,则其内分解纤维素的酶至少包括三种组分,这三种酶协同作用,将纤维素分解为葡萄糖。(3)在操作过程中,过程需以保证乙醇的产生。(4)操作发现,糖液浓度过高时,葡萄糖的产生会受到抑制,其原因是。答案(1)酵母菌土壤取样选择培养梯度稀释将样品涂布到鉴别培养基上挑选产生透明圈的菌落提供碳源(或便于鉴别)(2)C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶(3)密闭发酵(4)产物(葡萄糖)过多,反馈抑制了分解秸秆的酶的活性解析微生物Y能发酵糖液产生乙醇,故微生物Y是酵母菌。鉴别纤维素分解

20、菌的培养基中,CMC-Na能被CX酶和C1酶分解为纤维二糖,可使被刚果红染色的培养基的红色褪去,便于鉴别,也为微生物的生长提供碳源。纤维素酶是一种复合酶,至少包括C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶三种组分。酵母菌发酵产生乙醇是无氧呼吸的过程,在操作过程中应密闭发酵。随着产物(葡萄糖)的增多,反应将会受到抑制,其原因为酶的活性受到反馈抑制。14.毛巾织物在整理过程中,摩擦作用会使织物表面产生大量绒毛。生物抛光是一种用纤维素酶改善棉织物表面的整理工艺,能使服装和面料长久保持光鲜、手感更柔软,不易脱毛。目前市场上的纤维素生物抛光酶主要有两大类,即酸性抛光酶和中性抛光酶。请回答下列相关问题。(1)纤维素酶是一

21、种复合酶,至少包括三种组分,即,其中能将纤维素分解为纤维二糖的是。(2)在进行毛巾织物抛光处理时,一般用中性抛光酶处理而不采用酸性抛光酶,依据下图分析其原因为。研究人员做了7组平行实验探究中性抛光酶处理对毛巾脱毛率的影响,结果如下表所示。据此可以得出的实验结论是。中性抛光酶处理对毛巾脱毛率的影响试剂未经抛光酶处理经抛光酶处理洗前/g洗后/g脱毛率%洗前/g洗后/g脱毛率%1286.47284.460.70249.41248.950.182304.83302.000.93305.92305.220.233319.62317.480.67318.11317.780.104293.12291.070

22、.70292.67292.300.135296.65294.130.85297.73297.190.186392.50388.650.98291.85291.200.227308.13305.880.73307.04305.980.35(3)纤维素分解菌可以产生纤维素酶。可以从的环境中取样、选择培养后,吸取适量的培养液稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上,长出菌落后,向培养基中加入刚果红,一定时间后倒去刚果红溶液,加入适宜浓度的溶液,处理后倒掉该溶液,此时培养基上会出现以为中心的。据此筛选出纤维素分解菌。答案(1)C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶C1酶、CX酶(2)经酸性抛光酶处理的棉纤维的顶破强力

23、明显低于未经酶处理的酶纤维,而经中性抛光酶处理的棉纤维的顶破强力仅略低于未经酶处理的棉纤维中性抛光酶处理的毛巾织物能明显降低毛巾织物的脱毛率(3)富含纤维素氯化钠(或NaCl)纤维素分解菌透明圈解析(1)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。(2)由柱形图分析可知,经酸性抛光酶处理的棉纤维的顶破强力明显低于未经酶处理的棉纤维,而经中性抛光酶处理的棉纤维的顶破强力略低于未经酶处理的棉纤维,所以在进行毛巾织物抛光处理时,一般用中性抛光酶处理而不采用酸性抛光酶。由表格数据分析可知,中性抛光酶处理的毛巾织物能明显降低毛巾织物的脱毛率。(3)纤维素分解菌可以产生纤维素酶。可以从富含纤维素的环境中取样、选择培养后,吸取适量的培养液稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上,长出菌落后,向培养基中加入刚果红,一定时间后倒去刚果红溶液,加入适宜浓度的NaCl溶液,处理后倒掉该溶液,由于纤维素与刚果红能形成红色复合物,而纤维素被分解后的产物不能与刚果红形成红色复合物,所以培养基上会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,据此筛选出纤维素分解菌。