土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)

第一學時教學設(shè)計

學習目標：

知識目標

1.簡述稀釋涂布平板法分離微生物和進行微生物計數(shù)的實驗原理

2.說出選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的用途

3.歸納分離純化微生物的原理和方法

能力目標

1.學會制備土壤樣本稀釋液

2.學會用稀釋涂布法將菌樣液接種到固體培養(yǎng)基平板

3.學會用稀釋涂布平板法進行微生物數(shù)量測定的方法

情感、態(tài)度與價值觀目標

1.體驗科學知識的形成過程，加深對科學本質(zhì)的理解

2.體會在實驗活動中合作學習的有效性，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

學習重點和難點：

微生物的選擇培養(yǎng)、分離、計數(shù)等技術(shù)的原理和方法

教材分析與課時安排：

“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)”是人教版高中生物（選修1）專題2“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”的第二個課題，學生已學習了有關(guān)培養(yǎng)基和無菌技術(shù)的基本知識，在掌握使用平板劃線法和稀釋涂布法、分離和純化微生物的實驗操作的基礎(chǔ)上，研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用，并測定其數(shù)量。其中既有關(guān)于特定菌株的選擇策略等知識性內(nèi)容，又有土壤溶液的稀釋、菌落數(shù)量統(tǒng)計等操作性內(nèi)容，難度較大、探究性較強，是培養(yǎng)學生設(shè)計實驗、動手操作等科學探究能力，提高生物科學素養(yǎng)的好素材。

本課題教學實施中的關(guān)鍵在于兩點：①

教師要處理好知識性內(nèi)容與操作性內(nèi)容的關(guān)系，要讓學生理解特定菌株的選擇策略，并學習有關(guān)的實驗方法和操作程序;②

處理好課上與課后的關(guān)系。本課題的實驗操作時間不長，但是操作前要制備培養(yǎng)基、對培養(yǎng)基和其他操作用具進行滅菌，操作后的培養(yǎng)時間和對微生物進行觀察則需要較長時間，因此需要教師精心設(shè)計教學程序，統(tǒng)籌安排教學時間。

根據(jù)這一教材特點，本課題教學可分2個課時進行，2個課時之間應(yīng)留有2

d左右的間隔，以便進行微生物的培養(yǎng)與觀察。本教學設(shè)計主要針對第一課時。

教學準備：

1.土壤樣品的采集以及土壤溶液的配制

為保證實驗取得預(yù)期效果，應(yīng)選擇經(jīng)常施用尿素的農(nóng)田，鏟去表土后采集3～8

cm深度范圍內(nèi)的土壤;回實驗室后，去除土壤中的植物枯枝敗葉及其他雜物，用托盤天平稱取樣品10

g，加入到盛有90

g無菌水的錐形瓶中，震蕩10

min，即制得101土壤溶液;制備完成后可置于冰箱冷藏室內(nèi)備用（1～2

d）。

2.配制培養(yǎng)基并進行高壓蒸氣滅菌

配制牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基（配方：牛肉膏5

g，蛋白胨10

g，氯化鈉5

g，瓊脂20

g，加熱溶解后，加水定容至1

000

mL。如條件具備可用瓊脂糖代替瓊脂），分裝到100

mL

帶棉塞的錐形瓶中，每瓶各25

mL。

配制尿素固體培養(yǎng)基（配方：葡萄糖10

g，尿素1

g，KH2PO4

1.4

g，Na2HPO4

2.1g，MgSO4?7H2O

0.2

g，瓊脂15

g，加熱溶解后定容至1

000

mL），分裝到100

mL

帶棉塞的錐形瓶中，每瓶各25

mL。

將上述分裝好的兩種培養(yǎng)基、裝有4.5

mL

蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99

mL

蒸餾水的250

mL錐形瓶、包裝好的培養(yǎng)皿進行高壓蒸氣滅菌。

教學過程

1.導(dǎo)入新課

教師講解：尿素是動物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝終產(chǎn)物，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的化肥，但農(nóng)作物并不能直接吸收利用尿素，而有些土壤微生物能產(chǎn)生并分泌脲酶，通過分解土壤中的尿素為自身和植物生長提供氮元素，由此引出課題：在特定的土壤中可以分解尿素的微生物的數(shù)量是多少？如何從土壤中的眾多微生物中分離出能分解尿素的微生物？

2.分析原理，學生嘗試進行實驗設(shè)計

教師介紹Taq細菌的發(fā)現(xiàn)和選擇過程，引導(dǎo)學生認識到研究微生物的分離和培養(yǎng)，是研究微生物利用的基礎(chǔ)，而要選擇出符合需要的特定微生物，則要從微生物的生理和代謝特點出發(fā)，創(chuàng)造有利于目的菌株生長的條件，同時抑制或阻止其他微生物的生長。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學生提出實驗的初步設(shè)想，以尿素為惟一氮源，配制培養(yǎng)基，阻止不能利用尿素的微生物的生長，從而篩選出分解尿素的微生物。學生以實驗小組為單位進行實驗設(shè)計。由于本實驗的綜合性強，難度大，學生在設(shè)計實驗流程時可能存在不少困難。教師一方面要鼓勵小組內(nèi)部開展討論，逐步修正設(shè)計;另一方面也要適時的參與到各組的討論過程中，提出合理的建議。

3.總結(jié)設(shè)計結(jié)果，得出可行的實驗流程

讓各小組展示設(shè)計結(jié)果，組織全體學生討論，教師給予評價，最終得出可行的實驗流程，并要求學生明確各步驟的具體目的。根據(jù)教師課前所進行的預(yù)實驗，所取的土壤樣品中分解尿素的微生物大約為1.5×108個/g。因此，可選擇讓學生進行104、105兩種土壤稀釋液的涂布接種。這樣既可保證實驗效果，又減少了器材、試劑的用量，節(jié)約教學時間，提高教學效率。同時，以牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)作為實驗對照，以便讓學生充分理解和認識選擇性培養(yǎng)基的設(shè)計策略和選擇效果。

4.學生分組操作

為節(jié)約教學時間，教師可在課前將前期備好的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基，用電磁爐加熱融化后，于課前置于80

℃的水浴中進行保溫，保持融化狀態(tài)，以便學生及時取用。

倒平板：將融化的兩種培養(yǎng)基分發(fā)給每個實驗小組，指導(dǎo)其按規(guī)范倒平板，將兩種融化的固體培養(yǎng)基倒入已滅菌的培養(yǎng)皿中，每個100

mL錐形瓶中盛有的25

mL培養(yǎng)基，可倒兩個平板，每個實驗組可制得兩種平板共四個。制作完成后，分別編號，置于實驗臺上等待其冷卻凝固。

配制104、105土壤稀釋液：將101土壤溶液和經(jīng)滅菌的裝有4.5

mL

蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99

mL

蒸餾水的250

mL錐形瓶分發(fā)給各小組，教師指導(dǎo)學生制備104、105兩種土壤稀釋液。具體的方法可由教師直接給出，也可由各小組自行討論制定方法，因?qū)W生對微量移液器的使用不熟悉，教師應(yīng)給予指導(dǎo)。

接種菌液，分離尿素分解菌：教師指導(dǎo)學生用微量移液器，各取0.1

mL104、105土壤稀釋液，分別加入到裝有牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，使用涂布器，在酒精燈火焰附近打開培養(yǎng)皿，將加入的菌液均勻涂布于整個培養(yǎng)基，蓋上培養(yǎng)皿后，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

以上為第一課時。在第二課時教學實施前，教師可組織學生定期觀察培養(yǎng)情況。

觀察對比培養(yǎng)結(jié)果并計算：2

d后觀察比較牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基中菌落的形態(tài)并計數(shù)。可以明顯地發(fā)現(xiàn)，牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)多樣，數(shù)目較多，而且隨稀釋倍數(shù)的增加，菌落的數(shù)目減少。而尿素培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)比較單一，數(shù)目也明顯少于對應(yīng)稀釋倍數(shù)的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上菌落。學生根據(jù)計數(shù)結(jié)果，計算出土壤中分解尿素的微生物的數(shù)量。例如學生計數(shù)在105稀釋倍數(shù)的培養(yǎng)基上出現(xiàn)的平均菌落數(shù)為60個，則每克土壤中尿素分解菌數(shù)量為60×5×105×10=3×108個/g。

教學反思：

本課題既有關(guān)于特定菌株的選擇策略等知識性內(nèi)容，又有土壤溶液的稀釋、菌落數(shù)量統(tǒng)計等操作性內(nèi)容，難度較大、探究性較強，因此學習起來非常吃力，這都是在預(yù)料之中的，老師一定要在教學過程中認真細致地給學生指導(dǎo)，同時為下一課時的學習做好準備。

板書設(shè)計：

土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)（一）

一、課題背景：

CO（NH2）2CO2+NH3+H2O

二、研究思路：

（一）篩選菌株

人為提供有利于目的菌株生長的（包括營養(yǎng)、溫度、pH等），同時抑制其他微生物生長。

選擇培養(yǎng)基：在微生物學中，將允許特定種類的微生物生長，同時抑制或阻止其他種類微生物生長的培養(yǎng)基，稱做選擇培養(yǎng)基。

（二）統(tǒng)計菌落數(shù)目

一般選擇菌落數(shù)在30－300的平板進行計數(shù)。

（三）設(shè)置對照（完全培養(yǎng)基與選擇培養(yǎng)基）

三、實驗設(shè)計

土壤取樣→樣品的稀釋→微生物的培養(yǎng)和觀察