一道原创“微生物的利用”高考模拟题的命制与修改

顾晓芹 （江苏省白蒲高级中学 江苏南通 226511）

一道原创“微生物的利用”高考模拟题的命制与修改

顾晓芹 （江苏省白蒲高级中学 江苏南通 226511）

近年来生物高考试题的非选择题命题形式常以真实的科学研究为背景，把多个科技论文简化优化整合，以图文并茂的形式呈现给考生，考查其在复杂背景下获取信息、利用已有生物学知识解释相关实验现象分析实验结果的能力，从而引导考生关注科技发展和社会热点问题，旨在考核并发展学生的生物学科核心素养。笔者首次尝试利用科技论文命制一道有关“微生物的利用”的原创试题。

1 试题

自然水体中氨氮污染问题日趋严重，传统生物脱氮处理包括亚硝化细菌的氨化作用、硝化细菌的硝化作用和反硝化细菌的反硝化作用三个过程。近年来人们分离筛选出菌株Y1能同时进行异养硝化和好氧反硝化，图1是Y1菌株分离与筛选流程简图，结合图形回答下列相关问题：

图1 菌株分离与筛选流程简图

（1）实验过程中培养基常用的灭菌方法是_____________。

（2）步骤1中每隔2天按5%的接种量，取三角瓶中的上清液接种于新鲜的I号培养基中培养，其目的是_______________。该培养过程同时做了3个平行样，这样做的意义是_______________。

（3）上图分离与筛选过程的对照组的处理方式为_____________。

（4）从培养基功能上说Ⅱ、Ⅲ培养基是_____培养基，Ⅱ号培养基中添加了_______使得其物理状态与Ⅲ号培养基不同。

（5）图2、3分别是Y1在不同碳源以及不同氮源的培养基上的生长情况，该结果说明菌株Y1利用（碳源）的能力较其他碳源强，不能利用__________作为氮源。

图2 Y1在不同碳源的培养基上的生长情况

图3 Y1在不同氮源的培养基上的生长情况

2 评析

2.1 考点分析

《江苏高考说明》中有关“微生物的利用”要求为：微生物的分离和培养、某种微生物的测定、微生物的应用，等级要求B。常见考查点有：培养基类型、筛选培养基的特殊成分和原理、无菌技术的合理选择、平板划线法和稀释涂布平板法的流程、菌种的鉴定和保存等。

2.2 试题评析

（1）“异养硝化-反硝化细菌”与学生熟悉的“硝化细菌”在概念上存在冲突，应该简单介绍异养硝化和反硝化过程。

（2）为什么要研究筛选“异养硝化-反硝化细菌”？这种细菌在有机废水处理中的优势是什么？图示过于简单，最好通过适当文字描述实验主要步骤或目的，让学生了解整个筛选过程。

（3）题干信息必须为解题提供必不可少的依据，问题设置也需要紧扣题干信息，设问与题干信息关系不大。

（4）缺少菌株Y1脱氮性能的鉴定，试题不完整，而且这是科学研究应用价值的体现，不可忽略。

（5）Y1利用不同氮源、碳源的情况分析相似，可简化设问。

（6）基础问题和应用问题呈现没有递进关系，能力立意的设问过少。

3 终稿

异养硝化-好氧反硝化细菌能够利用有机碳源生长的同时将含氮化合物硝化生成亚硝酸盐、硝酸盐等产物，还能直接将硝化产物反硝化为含氮气体，因此这类细菌已成为废水处理中生物脱氮新工艺的重要研究对象。科研人员从污水处理厂的活性污泥中筛选得到1株脱氮性能较好的异养硝化-好养反硝化细菌Y1，并研究其脱氮性能，主要实验过程及结果如下。分析回答：

① 富集培养：将50 mL富集培养基装入200 mL的三角瓶中灭菌,接种5 mL静置后的污泥上清液,置于 30℃，150 r·min-1摇床培养,按 5%的接种量，取上清液接种于新鲜的富集培养基中富集培养5代，每代2天。

② 好氧反硝化培养基筛选：依据好氧反硝化细菌的平板分离法，利用BTB培养基分离筛选具有好氧反硝化性能的细菌。(BTB在酸性时黄色，中性时绿色，碱性时蓝色)

③ 异养硝化培养基筛选：将100 mL的异养硝化培养基分别装入13个250 mL三角瓶中灭菌，用接种环挑取纯化后的12株菌株分别接种到上述培养基中，1 组对照，30℃，150 r·min-1摇床培养。每 2 天取2 mL培养液用格里斯试剂确认菌株是否具有硝化性能。同时具备异养硝化和好氧反硝化能力的初筛菌株，命名Y1。

④ 评估Y1的硝化能力和反硝化能力：将Y1接种到以氯化铵为唯一氮源的培养基中，培养一段时间后取样测定NH4+-N，NO3--N，结果如图4、5。

⑤ 氮源的利用：为了研究Y1对各种氮源的利用情况，在不同氮源培养基中接种观察其生长状况，实验分析得结果如图6。

（1）与化能合成硝化细菌相比菌种Y1在代谢类型上的不同点是_________，在处理废水时的优势是_______。

（2）步骤①从污水处理厂的活性污泥采集菌种的依据是_____，每隔2天取上清液接种于新鲜的富集培养基的目的是_____。

图4 培养基中的浓度

图5 培养基中的浓度

图6 Y1在不同氮源的培养基上的生长情况

（3）步骤①③摇床培养的目的是___________；_______________。

（4）步骤④设置对照组的目的是_____，由图3、4可知，培养 h后Y1的脱氮性能降低。图3中42 h后下降的原因是_____。

（5）步骤⑤实验结果说明菌株Y1以_____为氮源生长效果最好，而不能_____作为氮源生长。

参考答案：（1）异养 能将硝酸盐、亚硝酸盐反硝化成含氮气体，彻底清除氨氮污染 （2）污水处理厂的活性污泥中氮含量高，其中含有能在高浓度氮环境下生长的菌种 淘汰不能在高浓度氮环境中生存的微生物，使目的菌种大量增殖 （3）让细菌与培养基充分接触获得充足营养 增加培养基的溶氧量（4）排除偶然因素对实验结果的影响，确保实验的准确性 72 此时细菌的反硝化能力大于硝化能力，使积累的硝酸盐氮转化为气态氮 （5）（NH4）2HPO4麦芽浸粉和酸水解蛋白

4 反思

这道原创模拟试题命制经历的基本流程有：科技论文的筛选，题目呈现形式的确定，设问的方向的探讨，题目整体立意的设定等等。在修改和打磨的过程中注重情境的设计贴近学生的知识结构；语言精炼准确，与解题无关的信息省略不写，复杂的文字表述可用简洁的流程图代替；设问紧扣题干信息并且落脚点在高考考点上，设问层层递进，先基础知识性的考查后思维能力的考查；命题的指导方向是学生核心素养的发展和评价，只有基于学科核心素养立意命制的模拟试题才能更好地引导学生形成生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。

文件编号：1003-7586(2017)10-0055-03