“微生物的培养与应用”专题核心考点分析及备考建议

广东

纵观历年高考试题，全国卷选修1主要从“传统发酵技术的应用”“微生物的培养与应用”“植物有效成分的提取”三大专题进行命题考查，尤其以“微生物的培养与应用”专题为考查重点。对“微生物的培养与应用”专题高考核心考点进行分析，总结高考试题命题特点，有助于教师把握高考命题脉络，做到在一轮复习中精准备考，提高复习效率。

1.“微生物的培养与应用”专题核心考点分析

笔者将“微生物的培养与应用”专题考点分为培养基、无菌技术、纯化培养、菌落计数、菌种分离、菌种保藏和实验设计七大模块，对2014—2019年全国卷选修1“微生物的培养与应用”专题核心考点进行分析，结果如表1所示。从年份上看，对“微生物的培养与应用”专题的考查频率非常高，2018年和2019年高考全国卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均以此专题命题；从核心考点上看，培养基、无菌技术和菌种分离三大模块是历年高考试题考查的重点内容，体现了高考命题的稳定性与连贯性。

表1 “微生物的培养与应用”专题核心考点分析

2.“微生物的培养与应用”专题高考试题命题特点

笔者从对2014—2019年全国卷选修1“微生物的培养与应用”专题高考试题进行分析发现，该专题高考试题的命制具有以下几个特点。

2.1 突出教材中名词术语的考查

高考试题一贯注重教材中的名词术语的考查，全国卷选修1“微生物的培养与应用”专题高考试题也不例外，常以简单填空形式命题，属于考纲识记层次的考查。2014—2019年的高考试题考查了碳源、氮源、无机盐、牛肉膏、蛋白胨、选择培养基、琼脂、灼烧灭菌、高压蒸汽灭菌、无菌水、甘油、稀释涂布平板法、血细胞计数板、脲酶、纤维二糖、红色复合物、透明圈等生物名词术语的识记与应用，其中有些名词还频频考查，如2015年全国卷Ⅰ和2019年全国卷Ⅰ均考查了菌落计数方法——稀释涂布平板法；2016年全国卷Ⅰ和2019年全国卷Ⅰ均考查了提供氮源的是牛肉膏、蛋白胨；透明圈这一术语在2014年全国卷Ⅰ、2016年全国卷Ⅲ、2018年全国卷Ⅰ和2019年全国卷Ⅱ试题答案中均有出现。

2.2 突出菌种分离原理的考查

“微生物的培养与应用”专题高考试题中菌种分离原理的考查频率最高，所占分值比例也最高，命题方式以“原因”类试题为主，语言表达能力要求比较高，属于考纲理解层次的考查，主要考查微生物的“选择培养”与“鉴别培养”。“选择培养”考查方式之一是以某物质为唯一碳（氮）源的培养基筛选目的菌并说明选择原因，如2014年全国卷Ⅰ及2015年全国卷Ⅰ、2017年全国卷Ⅰ、2019年全国卷Ⅰ及2019年全国卷Ⅱ；考查方式之二是考查异养型微生物不能以CO2作为碳源而自养型微生物如硝化细菌在没有碳源的培养基上能够生长的原因分析，如2017年全国卷Ⅰ及2019年全国卷Ⅲ。“鉴别培养”的考查偏向于要求学生对鉴别原理的具体分析和详细描述，如2016年全国卷Ⅲ、2018年全国卷Ⅰ及2019年全国卷Ⅱ。

2.3 突出必备知识与能力的综合考查

“微生物的培养与应用”专题高考试题涉及的知识常源于教材但又超越教材，命题体现综合性。从内容上看，对“微生物的培养与应用”专题内部、“传统发酵技术的应用”“微生物的培养与应用”“植物有效成分的提取”专题之间，甚至是必修1与选修1模块之间的知识进行综合考查，详见表2。试题往往以微生物的分离培养与应用为主体，结合微生物中元素与化合物的合成与作用、微生物的代谢过程及代谢类型、微生物的传统发酵、酶的最适温度的探究和酶的降解能力的差异性探究等方面内容进行多角度考查，这也考查了学生的知识理解与融会贯通能力、实验分析与探索能力，对学生素质进行全面考查。

表2 综合考查内容及所在教材章节模块分析

2.4 突出应用微生物技术解决实际问题能力的考查

强调“学以致用”是高考命题的重要思想，“微生物的培养与应用”专题高考试题的素材大多来源于生产生活，体现试题的真实性。试卷选用的“为了调查某河流的水质状况，测定河水流样中的细菌含量并进行细菌分离”“从自然界中获得能产生脂肪酶的微生物B用于生物柴油的生产”“了解教室内不同高度空气中微生物的分布情况”“用新鲜的泡菜滤液为实验材料分离纯化乳酸菌”“筛选土壤中能高效降解有机物X（不易降解）的细菌”“筛选能降解污染物W的细菌”等情境材料，都是与社会生产生活紧密相关的真实实验，主要涉及环境污染物的微生物处理、微生物生产清洁能源、微生物技术在食品加工和其他方面的应用等。试题要求学生从情境材料获取有效信息，通过科学思维分析处理，运用微生物营养、菌落特征、菌种分离、菌落计数、微生物代谢、酶活力测定等生物学概念解决实验操作过程中蕴含的实际问题，体现学生所学微生物技术的实践应用价值。

3.备考建议

3.1 夯实基础重在落实，教学手段不能单一

首先，教师引导学生动手做实验是夯实基础的最好教学方法。“微生物的培养与应用”专题是一个实验教学专题，以实验课为主。一轮复习时，有条件的学校可以重做全部实验，条件差点的学校可开设部分模拟实验。学生在实验操作或模拟过程中梳理实验流程，熟记培养基制备、无菌操作、微生物分离纯化等过程相关的名词术语，眼见为实，记忆深刻，厘清微生物分离的基本原理，促进微生物基础知识的归纳和学生素质能力的提升，也体现了《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中“教学过程重实践”的基本理念。

其次，教师引导学生带着问题研读教材是夯实基础的有效教学手段。全国卷“微生物的培养与应用”专题高考试题考查实验操作的目的或原因类题目比较多，且一般源于教材，这就需要教师在一轮复习时引导学生阅读教材，通过设问引导学生梳理章节思路，厘清原理，内化本质，领会教材编者的智慧。例如，在复习“菌落计数”内容时，教师可以提出以下问题：（1）稀释涂布平板法能用于统计菌落数目，其原理是什么，每克样品中的菌落数等于什么。（2）稀释涂布平板法和显微计数法统计的菌落数比实际活菌数高还是低，各自的原因是什么。（3）用稀释涂布平板法计数微生物时，要求选择菌落数在30～300的平板进行计数。若只得到1个菌落数在30～300的平板是错误的，错误的原因是什么。若乙同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是27、169和176，取平均值124，乙同学的结果可信度低的原因是什么。若某一实验组平板上菌落数分别是172、169和176，而空白对照组的一个平板上出现了6个菌落，出现这种结果的原因是什么，应该如何改进实验。通过以上设问，教师要求学生熟记菌落计数两种方法的原理、公式和结果比实际值偏大或偏小的原因，并且掌握设置对照和重复的目的、原理等内容。

再次，教师借助思维导图帮助学生构建知识网络是对夯实基础的完美补充。思维导图通过建立直观形象的图示形成知识网络，是一轮复习的重要工具。一方面，教师可借助思维导图帮助学生整理零碎的知识，厘清“微生物的培养与应用”专题各个节点之间的联系，使知识系统化，有效辅助记忆，夯实基础；另一方面，教师还可根据学生绘制的思维导图了解学生基础知识的学习情况及思维特征，以便适时修订教学计划从而更好地实施教学，此过程中学生便能对所学知识掌握程度做到了然于胸，高效复习。

3.2 通过筛选真题突破“菌种分离”考点，总结解题思路

为避免题海战术，教师可以筛选部分有关“菌种分离”的真题进行针对训练，总结解题思路，帮助学生了解高考命题重点与规律，提高复习效率。例如，为突破“选择培养”考点，理解培养基的选择原理，教师可提供下列3道例题进行练习。

【例1】（2015年，全国卷Ⅰ，第39题节选）已知微生物A可以产生油脂，微生物B可以产生脂肪酶。脂肪酶和油脂可用于生物柴油的生产。回答有关问题：

（2）为了从自然界中获得能产生脂肪酶的微生物B的单菌落，可从含有油料作物种子腐烂物的土壤中取样，并应选用以_________为碳源的固体培养基进行培养。

【答案】（2）油脂

【例2】（2017年，全国卷Ⅰ，第37题节选）某些土壤细菌可将尿素分解成CO2和NH3，供植物吸收和利用。回答下列问题：

（1）能分解尿素的细菌不能以尿素的分解产物CO2作为碳源，原因是______________________________。

（2）为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时，应选择___________________________________（填“尿素”“NH4NO3”或“尿素+NH4NO3”）作为氮源，不选择其他两组的原因是____________________________________________________________________。

【答案】（1）分解尿素的细菌是异养生物，不能利用CO2来合成有机物 （2）尿素 其他两组都含有NH4NO3，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用

【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。

（1）Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是_____________________________________________。

（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】（1）X （2）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

【分析】异养型微生物的筛选原理：应用选择培养基，通过控制碳（氮）源这种营养成分来促进目标菌株的生长，抑制其他微生物的生长以达到筛选目的。例1要筛选产脂肪酶的微生物B，选择培养基中应该添加油脂作为唯一碳源，不能产脂肪酶的微生物无法利用油脂，缺乏碳源，生长受抑制；例2要筛选分解尿素的细菌，选择培养基中选择以尿素作为唯一氮源，只有能够合成脲酶的细菌才能分解尿素，以尿素为唯一氮源，不能分解尿素的细菌在此培养基上不能生存，如果培养基中含有NH4NO3，各种细菌都能利用NH4NO3，不缺乏氮源，不能起到筛选作用；例3要筛选高效降解X的细菌，选择培养基中应该添加有机物X作为唯一碳源，只有能够利用有机物X的细菌才能繁殖，不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，比例会下降。3道例题的解题模式相同：要分离分解某物质XXX的微生物，需以某物质XXX为唯一碳（氮）源。原因分析：不能分解某物质XXX的微生物因缺乏碳（氮）源不能增殖，而能分解某物质XXX的微生物能够增殖；如果碳（氮）源不是唯一的，不能分解某物质XXX的微生物能利用其他碳（氮）源，同样能增殖，该培养基起不到筛选作用。

基于例2第（1）题，教师还需补充自养型微生物和固氮微生物的筛选方法，自养型微生物如硝化细菌能利用空气中的CO2通过化能合成作用合成有机物，在没有碳源的培养基上能生长，异养型微生物不能利用CO2作为碳源。固氮菌能利用空气中的N2作为氮源，在没有氮源的培养基上能够生长繁殖。

3.3 加强实验设计类试题的训练，注重对知识的应用

“微生物的培养与应用”专题高考试题中的中高难度试题常常以实验设计与分析形式呈现，该类型试题最能考查学生的知识应用能力，体现生物素养的考查，是学生夺分的热门。如2016年全国卷Ⅰ第39题考查实验组的具体操作过程；2019年全国卷Ⅱ第37题第（3）问要求学生设计实验确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源并简要写出实验思路、预期结果和结论，第（4）问要求学生完善探究酶E与天然酶降解W能力差异的实验过程中对照的设置并对实验结果作出分析，得出结论。一轮复习过程中通过应用周边生活素材开展微生物的实验探究活动，进而掌握实验设计原理和解题思路，最便捷的方法是加强实验设计与分析类试题的训练。

【例4】水污染是全球性的环境问题，微生物降解是水污染治理的有效手段之一。聚乙烯醇（PVA）是存在于化工污水中的一种难以降解的大分子有机物，PVA分解菌能产生PVA酶分解PVA，PVA与碘作用时能产生蓝绿色复合物，当PVA被分解时蓝绿色复合物消失，形成白色透明斑，请回答下列问题：

（1）如表3是筛选出能高效分解PVA的细菌的培养基配方，表中X物质最可能为_________。实验中还应设置完全培养液对照组，将菌液稀释相同的倍数，对照组培养基上生长的菌落数目应明显___________（填“多于”或“少于”）选择培养基上的数目，从而说明选择培养基具有筛选作用。

表3

（2）要鉴定分离出的细菌是否为PVA分解菌，培养PVA分解菌的培养基中除了加入必需的营养物质外还需要加入_________用于鉴别PVA分解菌。若用上述培养基比较不同菌株降解PVA能力的大小，请用简洁的语言写出设计思路：_______________________________________________________________。

【答案】（1）聚乙烯醇（或PVA）多于（2）碘 用含相同PVA浓度的上述培养基来培养不同菌株，一定时间后，通过测定白色透明斑的大小（或直径）来确定不同菌株降解PVA能力的大小

【分析】本题以环境污染物PVA的微生物降解为材料背景，题目要求学生应用所学微生物的分离与鉴定原理的相关知识确定PVA分解菌的筛选与鉴定方法，设计实验比较不同菌株降解PVA能力的大小。根据题意，分析如表4。

表4

（1）考查“选择培养”，要筛选高效分解PVA的细菌，选择培养基应以PVA为碳源，因此X物质最可能为PVA；为说明以PVA为碳源的培养基具有选择作用，需设置完全培养液对照组，对照组中任何微生物都可以生长，实验组中能分解PVA的细菌才能在选择培养基中生长，因此对照组培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的菌落数目。

（2）考查“鉴别培养”，该实验的鉴别原理与教材中用“刚果红染色法”筛选纤维素分解菌的原理相似，鉴别培养基中还需要加入碘；若用上述培养基设计实验比较不同菌株降解PVA能力的大小，需明确几个关键变量（自变量——不同菌株，因变量——白色透明斑的大小或直径，无关变量——含相同PVA浓度的上述培养基），综合起来即为实验设计思路。