“探究：土壤微生物的分解作用”的实验创新

罗晓艺

(湖北省宜昌市第一中学 443000)

“探究：土壤微生物的分解作用”实验是人教版教材必修3《稳态与环境》第5章第3节中的一个探究活动，该实验可增强学生对微生物分解作用的直观感受，有利于学生理解微生物在生态系统物质循环中的重要作用。同时，本实验也可为选修1专题2“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”一节的学习设下铺垫，有利于后续教学内容的展开。

本实验历时较长，无法在课堂上就获取实验现象，所以采取的策略是在课堂上引导学生完成实验设计，在课后以兴趣小组的形式进行实验。最后，在课堂上分小组展示实验成果。在指导学生学习和实践的过程中，师生在实验方法和实验设计上共同进行了创新和拓展。

1 实验方法的创新

1.1 用离心机快速制备土壤浸出液 教材中制备土壤浸出液的方法，是将土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。但是，即使用4层纱布，得到的浸出液仍然是非常浑浊，这是因为其中有悬浮的土壤颗粒。为了让土壤颗粒快速沉降下来，对土壤浸出液用离心机2000 r/min离心2 min，能快速地得到更为澄清、又含微生物的土壤浸出液。

1.2 用微孔滤膜将微生物与土壤中的酶分离 有位学生在探究过程中提出要对土壤中酶的作用进行探讨。怎样才能除去土壤浸出液中的微生物，却保留其中的酶？高中教材中涉及到的除菌或消毒办法也都会影响酶的活性。通过查阅文献得知，可利用微生物和酶之间在体积上的差异，找到合适的滤膜，滤除浸出液中的微生物。土壤中最多的微生物是细菌，直径一般在0.5～1 μm，所以就选择了孔径为0.22 μm的滤膜对土壤浸出液进行过滤，能达到较好的效果。

1.3 利用色度计测量数据来记录淀粉的分解程度 教材中在探究土壤微生物对淀粉分解作用的实验中，建议是在20℃左右7 d后分别对实验组和对照组的淀粉和还原性糖进行检测。考虑到气温可能和参考温度有差异，淀粉糊的量和浓度教材中没有给出参考意见。因此，间隔多长时间再观察不好控制。而且，加蒸馏水的一组在培养时难以长时间保证一直处于无菌条件。因此，就把7 d后的实验观察改为每天进行观察。

为了减少每天取样时的污染，把每一组又分为若干小组，事先分装在各试管中，每一次取一个试管来检测。对淀粉检测时每次加入等量碘液，比较颜色的变化：颜色越深，则说明剩余淀粉越多。但是对于相近的颜色，用肉眼很难准确区分，可运用传感器装备中的色度计来记录具体数据，绘制曲线，即可呈现出变化趋势。

2 实验设计上的创新

2.1 观察不同材料的分解情况 选择淀粉糊、牛奶和葡萄等不同的材料，来筛选研究土壤微生物的分解作用。其中液体材料把淀粉糊和牛奶中加入土壤浸出液作实验组，加等量蒸馏水作对照组；而葡萄则参考教材上的案例1，将待分解物质置于灭菌和未灭菌土壤中。淀粉糊的一组现象较明显，从加入碘液呈现出的颜色比较来看，加土壤浸出液的一组颜色要明显浅于加蒸馏水的一组；在斐林试剂检测中，加土壤浸出液的一组出现了砖红色沉淀。对牛奶检测这一组，主要是加双缩脲试剂检测蛋白质，也能看出两组的区别。而葡萄则在埋入土壤10 d后，埋入未灭菌土壤的一组才开始有轻微的腐烂迹象。

因为土壤微生物对淀粉糊的分解现象很明显，而且产物也可检测。最后，就选择淀粉作为进一步实验的材料。

2.2 探究不同土壤中微生物的分解作用 在校园里选取3种土样：树下根系土、庭院黄泥土和操场沙土。分别制取土壤浸出液，等量加入到淀粉糊中。从加碘液检测和加斐林试剂检测的结果，以及加碘液后用色度计读取数据绘制的曲线来看，对淀粉的分解作用的效果是：树下根系土>庭院黄泥土>操场沙土。

2.3 观察不同土壤中的微生物 这3种土壤的分解作用不同，是不是因为其中含有的土壤微生物不同呢？为了直观地展现这一问题，教师指导兴趣小组提前学习教材选修一中的稀释涂布平板法。将3种土壤浸出液稀释1000倍后，涂布到牛肉膏蛋白胨培养基，培养30 h后平板上的菌落数量依次为：树下根系土>庭院黄泥土>操场沙土>对照组(蒸馏水)。

2.4 验证土壤酶的作用 土壤微生物是怎么起到分解作用的呢？文献显示：土壤微生物首先分泌胞外酶把大分子物质分解为小分子，然后微生物再吸收小分子物质进入细胞内利用。如果结论正确，那么在没有微生物的情况下，土壤中的酶应该可以起到分解作用。为了探究这一问题，又增设了一组实验，将除去微生物的土壤浸出液加入到淀粉糊中。加碘液和加斐林试剂的结果及从色度计数据上来看，都反映了去除微生物的土壤浸出液在加入淀粉糊后的淀粉分解情况，是介于含微生物土壤浸出液一组和加蒸馏水一组的中间，从而验证了预先的实验设想。