人教版 (2019)选择性必修3微生物的选择培养和计数表格教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修3微生物的选择培养和计数表格教学设计，共8页。教案主要包含了生命观念，科学思维，科学採究，社会责任，联系生活，到生活中去等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
生物学
年级
高二
学期
春季
课题
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
教学目标
【生命观念】
1.能运用生物与环境相适应的观点，掌握选择培养基筛选微生物的方法。
【科学思维】
2.尝试构建数学模型，掌握释涂布平板法的计算方法。
3.对实验设计与结果进行分析与评价，提升批判性思维。
【科学採究】
4.应用稀释涂布平板法进行实验方案设计，深化对设置对照组与平行重复实验等科学方法的应用，提升科学探究能力。
【社会责任】
5.尝试解决生产、生活中与微生物选择培养、计数等有关的实际问题。
教学重点：
1. 微生物选择培养的原理。
2. 进行土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。
教学难点：土壤中分离尿素的细菌的分离与计数。
教学过程
【联系生活】
尿素CO(NH2)2是一种重要的农业氮肥，但是并不能直接被农作物吸收。尿素会被土壤中的一些细菌分泌的脲酶分解成NH3，再经转化被植物吸收。
如何从土壤中分离出能够分解尿素的细菌？
使用以尿素为唯一氮源的选择培养基。
2.分析以尿素为唯一氮源的选择培养基各成分分别提供哪些营养？
设计意图：介绍尿素与分解尿素的细菌，引出微生物的筛选原则，生物与环境相适应。类比普通细菌培养基的营养构成，分析以尿素为唯一氮源的选择培养基的设计思路，提升学生的科学思维。
【任务一】探究土壤中分解尿素的细菌分离与计数的方法
1.学习过的微生物的分离的方法有哪些？
分离：划线法、涂布平板法
2.能否用平板划线法统计1g土壤中分解尿素的细菌数量？
不能
①平板划线法最开始的划线很可能菌类会长成一片，导致无法计数；
②接种环蘸取菌液体积也无法确定；
③灼烧接种环的时候也会杀死一部分菌类。
3.能否将制备的土壤溶液直接涂布在选择培养基上培养，然后进行分离与计数呢？
不能，菌落重叠长成一片，导致无法计数。因此，需采用稀释涂布法进行实验。
设计意图：分析划线法、稀释涂布平板法在细菌分离与计数实验过程中的优缺点，确定采用稀释涂布法进行实验，提升科学思维能力。
【任务2】对分解尿素的细菌进行计数
1.根据教材P18页内容，总结稀释涂布平板法是如何计数的，属于直接计数法还是间接计数法?并对结果进行分析。总结直接计数法与间接计数法的优缺点。
设计意图：通过类比两种微生物的计数方法，帮助学生更好的理解稀释涂布平板法的基数原理。
【任务3】选择合适的土壤样本
选择校园中哪种土壤样本更容易分离出能够分解尿素的细菌？
设计意图：强化生物与环境相适应的原则，提升解决实际问题的能力。
【任务4】实验方案设计
阅读教材P18-19内容，小组进行方案设计。尝试解决以下问题：
1.如何避免单个培养基上出现的偶然误差？
2.如何证明选择培养基的选择性？
3.如何证明培养基未被污染？
4.若做5种不同稀释倍数的菌液来估算样品中的细菌数，至少需要用到几种培养基平板，分别需要多少个？
设计意图：小组合作进行实验方案设计，提升学生科学探究能力和小组合作能力，深化对设置对照组与平行重复实验等科学方法的应用。
【任务5】虚拟仿真实验
利用虚拟仿真实验进行培养基配置。
设计意图：利用信息技术进行虚拟仿真实验，巩固对培养基准备和湿热灭菌法的理解。
【任务6】实验操作互评
设计意图：对实验操作进行互评，规范实验过程，培养学生动手能力。
【任务7】微生物的数量测定
1.为什么菌落数要在30～300适用于平板计数？
①如果菌落数量过多，不仅会给肉眼计数带来困难，还可能导致菌落之间竞争营养物质，从而影响它们的正常生长和发育。
②如果平板上的菌落数量太少，即使是微小的计数误差，在乘以稀释倍数后也会导致较大的结果偏差。进而影响计数结果的准确性。
设计意图：分析计数原理，确定计数原则。培养学生的科学思维能力。
利用微信小程序对真实实验结果进行计数，尝试估算每克土样中分解尿素的细菌数。
每g样品中的菌落数＝ (125÷0.1)×106=1.25×107个
C：代表同一稀释度下平板上生长的平均菌落数；
V：代表涂布平板时所用的稀释液的体积
M：代表稀释倍数；
总结：每g样品中的菌落数＝(C÷V)×M
设计意图：借助数字化工具，用真实实验结果总结释涂布平板法的计算公式，尝试构建数学模型，训练学生的科学思维能力。
【任务8】真实实验结果分析
1.为什么B小组同学在106稀释倍数下培养出的菌落数远多于其它小组106稀释倍数下培养出的菌落数？
①在梯度稀释过程中移液体积不准确。
②B组使用的不是以尿素为唯一氮源培养基，无选择性。
③在平板涂布过程中未在酒精灯附近操作造成杂菌污染。
设计意图：对学生实验结果进行问题分析，利用真实情境深化对设置对照组与平行重复实验等科学方法的理解，提升科学探究能力。
2.进一步探究
在上述实验中选择培养基上生长得到的菌落一定是分解尿素的细菌吗？补充酚红指示剂在实验当中的应用，分析实验结果。向培养基表面喷入事先配好的质量分数为0.1%的酚红试剂，静置片刻，观察到的培养基上的颜色有何变化？这说明了什么问题？为什么在该培养基中能培养出不具备分解尿素的能力细菌？
①在培养基上出现了不同类型的菌落，有些菌落周围出现了红色圈，有些则呈现黄色或没有颜色变化。这说明这些微生物的种类是不同的。②如能够自生固氮的微生物例如硝化细菌、利用（分解尿素的）细菌的代谢物进行生长繁殖的微生物。
设计意图：对实验结果进行进一步分析，提升批判性思维。掌握鉴别培养基的原理。
【到生活中去】
冬眠动物的生存策略：对于哺乳动物来说，长期不活动和禁食会促使身体分解肌肉蛋白来维持生命活动。这一过程被称为肌肉萎缩，此过程会产生铵，并进一步转化为尿素。由于高浓度的尿素对哺乳动物的神经元具有毒性，因此尿素通常随尿液排出，同时会造成身体不断失去氮。在正常活动情况下，哺乳动物需要通过饮食不断补充氮。冬眠的松鼠体内存在以下机制，来减少体内蛋白质的流失。
请同学们根据图片信息，尝试总结冬眠的松鼠能够减少体内蛋白质流失的原因。
有研究揭示，人类也能从尿素中重新获得可用的氮元素，只是含量比地松鼠要少很多。基于上述研究，请你为肌肉萎缩患者蛋白质减少提供可行的建议。
答案：
没有被肾脏排出的尿素分子可以通过盲肠上皮细胞表达的尿素转运蛋白进入到肠腔中，肠腔中能表达脲酶（催化尿素降解的酶）的微生物体内存在脲酶，将尿素分解为NH3和CO2，NH3通过自由扩散进入肝脏，进而合成新的蛋白质。
从地松鼠肠道中分离出表达脲酶的微生物，再接种到肌肉萎缩患者或宇航员消化道内。
设计意图：利用真实情境深化生物对氮元素利用机制，训练科学思维，培养学生解决实际问题的能力和知识迁移能力。
课后练习：
某种土壤细菌可将尿素（CO(NH2)2）分解为CO2和NH3，但分解产物CO2不能为该菌提供营养。若欲筛选出该种土壤细菌，仅考虑碳源和氮源，下列培养基设置合理的是（ ）
A．仅尿素就可以，既是碳源也是氮源
B．仅葡萄糖就可以，可以从空气中固氮
C．尿素为氮源，需要葡萄糖作为碳源
D．牛肉膏蛋白胨含C和N，可以满足
2. 孔雀石绿（MG）是广泛使用的有机染料，在自然环境中极难降解，容易引起土壤污染，进而危害人体健康。因此从土壤中分离和筛选出高效的MG降解菌有非常重要的意义。已知MG在水中溶解度低，含过量MG的固体培养基不透明。回答下列问题：
培养基的配制：MG降解菌富集培养基需含有无机盐、水等，再加 作为唯一碳源。（2）MG高效降解菌株的分离和纯化：某同学按图示实验方法将1mL样品稀释1000倍，在3个平板上分别接入0.1mL稀释液；经正确操作培养后，3个平板上的菌落数分别为150、158和160，据此可得出每升样品中的活菌数至少为 个。用该方法统计样品的菌落数目比活菌的实际数目少，原因是 。
(3)MG高效降解菌株的鉴定：将纯化获得的菌种接种于含过量MG的固体培养基（其他营养成分等适宜）上，根据培养基是否出现 ，就可以鉴别出目的菌株。
答案：
1.C
2.（1）MG （2）1.56×109 多个细胞挨在一起时，只能观察到1个菌落 （3）透明圈
推荐的学习资源：
1.纪录片《未来图鉴：微生物革命》。
2.《Brck Bilgy f Micrrganisms》作者：Michael T.等。