《生物技术实践》复习的重构与整合——以“微生物的分离与纯化”为例

广东 罗惠峰

人教版高中生物教材选修1《生物技术实践》以课题的形式呈现知识内容，各个课题之间相对独立。所以在答题时，学生往往缺乏整体思考的能力。因此，在复习中如何将课题与试题衔接好，给学生提供有效的解题支架显得尤为重要。

1.全国卷选修1 考点分布

分析2016—2019 年高考全国卷选修1 的考点分布情况（如下表），发现选修1 的考点主要集中在“微生物的分离和培养”，而对于“从生物材料中提取某些特定的成分”的考查相对较少。同时，高考试题在考查选修1 相关知识点时往往也会涉及必修的相关内容。

2016—2019 年全国卷选修1 考点分布表

2.全国卷选修1 试题特点

笔者通过对选修1 试题的整体分析，发现它有以下明显特点：

（1）以真实实验为命题素材

高考中涉及选修1 知识的试题通常在真实的实验情境中考查考生从材料中获取信息能力、分析问题和解决问题的能力。

（2）综合考查实验探究能力

从考查内容上看，全国卷选修1 的试题常综合考查学生的实验探究能力，通常包括实验材料的选择和处理、实验原理、实验操作及注意事项、试剂的用途、实验结果预期及分析。

（3）与必修相关知识结合

（4）考查基础知识和基本能力，难度适中，区分度高

（5）既有事实性知识的设问，也有科学思维的考查

（6）问题相对独立，得分点较分散

3.“微生物的分离与纯化”的重构与整合

选修1 教材中的知识以具体课题的形式呈现，但在高考试题中却通常以新情境的形式呈现，要求考生运用课本知识来解决实践问题，但他们往往不能将所学的知识灵活地迁移运用。那么，如何指导学生在复习中对相关知识进行重构与整合，进而提高学生解决实际问题的能力呢？下面笔者以“微生物的分离与纯化”的教学尝试进行说明。

首先，以时间为序，笔者把“微生物的分离与纯化”分为以下几个关键环节：制备培养基、接种、培养、筛选、鉴别、保存，并梳理每个环节需要解决的问题（如图1）。

图1 “微生物的分离与纯化”的关键环节与需解决的问题

其次，详细分析几个关键环节和需要解决的问题，可将多而繁的问题整合为以下6 个核心问题：（1）如何获得天然菌种？（2）如何纯化菌种？（3）如何防止和检测杂菌污染？（4）如何测定微生物的数量？（5）如何保存菌种？（6）如何利用特定微生物发酵获得特定产物？重构、整合出核心问题后，笔者引导学生对相关问题进行归纳总结，结合具体的考题，逐个突破。

3.1 如何获得天然菌种

图2 获得天然菌种的方法

【例1】（2016 年，全国卷Ⅲ，第39 题节选）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____________________________。

【答案】无菌水 泡菜滤液中菌的浓度高，直接培养很难分离得到单菌落

【例2】选择培养：在将样品稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基之前，可通过选择培养增加纤维素分解菌的浓度。

从上述分析可知，可以根据目标微生物的含量来确定对样液是进行稀释还是选择培养，从而获得目标微生物。但在解决具体问题时，也不能一概而论，如通过检测水样中大肠杆菌的含量来判断水污染的情况不能采用扩大培养的方式，而应该直接测定。

3.2 如何纯化菌种

图3 纯化菌种的方法

【例3】（2019 年，全国卷Ⅰ，第37 题节选）已知一种有机物X（仅含有C、H 两种元素）不易降解，会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X 的细菌（目标菌）。

Ⅰ号培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X（5 g/L）。

Ⅱ号培养基：氯化钠（5 g/L），硝酸铵（3 g/L），其他无机盐（适量），X（15 g/L）。

Ⅲ号培养基：氯化钠（5 g/L），硝酸铵（3 g/L），其他无机盐（适量），X（45 g/L）。

回答下列问题。

（2）若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X 的细菌比例会_______，其原因是____________________________________________。

【答案】下降 不能降解X 的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X 的细菌能够增殖

【例4】（2019 年，全国卷Ⅱ，第37 题节选）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____________。

（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__________________________。

【答案】（1）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

【说明】上述例题主要考查了选择培养基选择作用的原理及实验设计。

【例5】（2018 年，全国卷Ⅰ，第37 题节选）将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M 培养基。

回答下列问题：

（3）若在M 培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是______，该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是______________________。

【答案】碘液 淀粉遇碘液显蓝色，产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈

【例6】（2019 年，全国卷Ⅱ，第37 题节选）（题干略）

（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4 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____________________________________。

图4

【答案】乙 乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解W

【说明】上述例题主要考查鉴别培养基的原理和结果分析。

3.3 如何防止和检测杂菌污染

图5 防止和检测杂菌污染的方法

【例7】（2014 年，全国卷Ⅱ，第39 题节选）为了调查某河流的水质状况，某研究小组测定了该河流水样中的细菌含量，并进行了细菌分离等工作。回答下列问题：

（1）该小组采用稀释涂布平板法检测水样中的细菌含量。在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空白平板先行培养了一段时间，这样做的目的是___________________。

【答案】检测培养基平板灭菌是否合格

3.4 如何测定微生物的数量

图6 测定微生物数量的方法

【例8】（2018 年，全国卷Ⅰ，第37 题节选）（题干略）

（4）甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量，在同一稀释倍数下得到以下结果：

甲同学涂布了3 个平板，统计的菌落数分别是110、140 和149，取平均值133；

乙同学涂布了3 个平板，统计的菌落数分别是27、169 和176，取平均值124。

有人认为这两位同学的结果中，乙同学的结果可信度低，其原因是__________________________________。

【答案】乙同学的结果中，1 个平板的计数结果与另2 个相差悬殊，结果的重复性差

3.5 如何保存菌种

图7 保存菌种的方法

3.6 如何利用特定微生物发酵获得特定产物

图8 利用特定微生物发酵获得特定产物的实验原理

基于以上的教学实践，在复习中可通过对人教版生物教材选修1 中的知识进行重构与整合，提炼关键环节，整合核心问题，分析高考真题，进而提高学生分析问题和解决问题的能力。