2020-2021学年高中生物人教版选修1习题：专题2　课题3　分解纤维素的微生物的分离 7页

课题 3 分解纤维素的微生物的分离 课后篇巩固提升 基础知识巩固 1.配制的某培养基的成分是纤维素粉、NaNO3、Na2HPO4·7H2O、KH2PO4、MgSO4·7H2O、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 解析该培养基的有机营养成分里面含碳的营养物质是纤维素,只有能分解利用纤维素的纤维素 分解菌才能在该培养基上大量繁殖。 答案 D 2.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 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。 答案 A 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①所需的纤维素分解菌 B.过程①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 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。 答案 B 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。 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。 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 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、Na2HPO4·7H2O 1.2 g、KH2PO4 0.9 g、 MgSO4·7H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、酵母膏 0.5 g、水解酪素 0.5 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。 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,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。 答案(1)富含纤维素 (2)纤维素 (3)涂布平板法 能力素养提升 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 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 项错误;醋酸菌能够利用葡萄糖或乙醇,B 项错误;生长在腐木上的霉菌能够分解利 用腐木中的纤维素,可以产生纤维素酶,C 项正确;土壤中分解尿素的微生物能够产生脲酶,利用 的是尿素,D 项错误。 答案 C 7.下表是纤维素分解菌的鉴别培养基的配方,据表分析不正确的是( ) 成 分 含 量 CMC-Na/g 5~10 酵母膏/g 1 KH2PO4/g 0.25 琼脂/g 15 土豆汁/mL 100 将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到 1 000 mL A.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 解析该培养基含有琼脂成分,因此从物理状态上分属于固体培养基,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 pH,pH 至少设置为酸性、中性、碱性三种类型,D 项正确。 答案 C 8.莠去津是一种含氮农药,在土壤中不易降解。为修复被其污染的土壤,可按下面程序选育能降 解莠去津的细菌(目的菌)。(已知莠去津在水中溶解度低,含过量莠去津的固体培养基不透明), 据图分析下列选项不正确的是( ) A.图中从 A 瓶到 C 瓶液体培养的过程为选择培养 B.在将 C 瓶菌种接种到固体培养基之前,通常要进行梯度稀释 C.若图中固体培养基中出现有透明圈的菌落,则说明该菌株能分解莠去津 D.若固体培养基中出现无透明圈菌落和有透明圈菌落,则说明非目的菌来自培养基的污染 解析通过图解可以看出从A瓶到C瓶的培养液中除莠去津外,没有其他氮源,而本实验的目的是 选育能降解莠去津的细菌,所以该过程是通过选择培养基选择能够降解莠去津的细菌,同时通 过更换培养液,提高目的菌的数量,故 A 项正确。如果直接取培养液进行接种,培养基中的菌落将 会很密,无法进行纯化,通过梯度稀释后再接种,培养基中菌落将会分开,这时就可以进行分离和 纯化了,故 B 项正确。培养基中有透明圈的菌落能够降解莠去津,故 C 项正确。为了弄清非目的 菌的来源,可以通过培养基不接种的方法来判断。如果不接种的空白培养基上依然有非目的菌, 则说明非目的菌来自培养基的污染;如果不接种的空白培养基上没有非目的菌,则说明非目的 菌来自实验操作过程中的杂菌污染,故 D 项错误。 答案 D 9.某同学用新鲜的泡菜滤液为实验材料分离纯化乳酸菌。分离纯化所用固体培养基中因含有碳 酸钙而不透明,乳酸菌产生的乳酸能溶解培养基中的碳酸钙。回答下列问题。 (1)分离纯化乳酸菌时,首先需要用 对泡菜滤液进行梯度稀释,进行梯度稀释 的理由是 。 (2)推测在分离纯化所用的培养基中加入碳酸钙的作用有 和 。分离纯化时应挑选出 的菌落作为候 选菌。 (3)乳酸菌在-20 ℃长期保存时,菌液中常需要加入一定量的 (填“蒸馏 水”“甘油”或“碳酸钙”)。 解析(1)分离纯化乳酸菌时,首先需要用无菌水梯度稀释泡菜滤液,这样既可避免杂菌污染,又可 保证将乳酸菌分散成单个细胞,以便在培养基表面形成单个菌落。 (2)乳酸的积累会使培养液pH 降低,影响乳酸菌的增殖,加入碳酸钙可以中和乳酸菌代谢(无 氧呼吸)过程中产生的乳酸,使碳酸钙分解形成透明圈,有利于乳酸菌的识别和分离。 (3)加入甘油可降低培养液的凝固点,使培养基在低温下保持液体状态。 答案(1)无菌水 泡菜滤液中乳酸菌的浓度高,直接培养很难分离得到单菌落 (2)鉴别乳酸菌 中和产生的乳酸(或酸) 具有透明圈 (3)甘油 10.现在大力提倡无纸化办公,但是每年仍然不可避免地要产生大量的废纸,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,请回答相关问题。 (1)自然界中①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,并加入 的固体培养基上筛选周围有 的菌落。 (2)根据测定结果,①环节常选择木霉,则②中获得的酶是 酶。该酶至少包括 三个组分。 (3)生产中可以满足④环节的常见菌种是 ,为了确保获得产物乙醇,⑤环节要注 意 , ④过程要注意避免 。 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①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 中加入刚果红,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。 答案(1)富含纤维素(或落叶较多等) 纤维素 刚果红 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 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)分离纤维素分解菌,宜从 的土壤中取样。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,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 果红的培养基上,可通过是否产生 来筛选纤维素分解菌。 答案(1)富含纤维素 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 的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: ①取四支试管,分别编号为 1、2、3、4; ②在表中填写相应试剂的用量,并按表内要求完成相关操作; 管号 试剂/mL 1 2 3 4 蒸 馏 水 1.41.41.4 pH 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 ③将上述四支试管在适宜温度下水浴保温 1 h; ④在上述四支试管中分别加入 试剂,摇匀后,将试管在 50~65 ℃水浴中 加热 2 min; ⑤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: ①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 ; ②从解决能源问题的角度出发,开发这种纤维素酶的意义在 于 。 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。 答案(2)斐林 砖红色沉淀 (4)②如下表所示 管号 试剂/mL 1 2 3 4 蒸 馏 水 1.41.41.41.5 pH 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 ④等量的斐林 (6)①微生物B ②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) 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: (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③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 。 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,其机理为酶的活性受到反馈抑制。 答案(1)酵母菌 土壤取样→选择培养→梯度稀释→将菌液涂布到特定的选择培养基上→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 14.物质 W 是一种含氮有机物,会污染土壤。W 在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。 某研究小组欲从土壤中筛选出能降解 W 的细菌(目标菌)。回答下列问题。 (1)要从土壤中分离目标菌,所用选择培养基中的氮源应该是 。 (2)在从土壤中分离目标菌的过程中,发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落(如图所 示)。如果要得到目标菌,应该选择 菌落进一步纯化,选择的依据是 。 (3)土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌 能否利用空气中的氮气作为氮源,请简要写出实验思路、预期结果和结论,即 。 (4)该小组将人工合成的一段 DNA 转入大肠杆菌,使大肠杆菌产生能降解 W 的酶(酶 E)。为了 比较酶 E 与天然酶降解 W 能力的差异,该小组拟进行如下实验,请完善相关内容。 ①在含有一定浓度 W 的固体培养基上,A 处滴加含有酶 E 的缓冲液,B 处滴加含有相同浓度天然 酶的缓冲液,C 处滴加 ,三处滴加量相同。 ②一段时间后,测量透明圈的直径。若 C 处没有出现透明圈,说明 ;若 A、 B 处形成的透明圈直径大小相近,说明 。 解析本题考查微生物的培养与分离及实验分析能力。 (1)从土壤中分离能够降解含氮有机物 W 的细菌(目标菌),则选择培养基只能以 W 为氮源, 以保证该培养基只允许目标菌生活,抑制或阻止其他种类微生物的生长。 (2)W 在培养基中达到一定量时培养基不透明。甲菌落周围未形成透明圈,说明所含细菌不 能分解 W;乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌落中的细菌能分解 W。所以,如果要得到目标菌,应 该选择乙菌落进一步纯化。 (3)若要确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,只需将它们培养在没有氮源的培养 基上,若能够生长,则说明其能利用空气中的氮气作为氮源。 (4)本实验中自变量为酶的类型,因变量为透明圈的大小(表示酶降解 W 的能力大小)。为比 较酶 E 与天然酶的降解能力并排除缓冲液的干扰,需要设置 A、B 两个实验组(A 组滴加含有酶 E 的缓冲液,B 组滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液)和一个只滴加缓冲液的对照组。若 C 处没 有出现透明圈,则说明缓冲液不能降解 W;若 A、B 处形成的透明圈直径大小相近,则表明酶 E 与天然酶降解 W 的能力相近。 答案(1)W (2)乙 乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解 W (3)将甲、乙菌分别接种在无氮 源培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源 (4)①缓冲液 ②缓 冲液不能降解 W 酶 E 与天然酶降解 W 的能力相近