“探究：土壤微生物的分解作用”的實驗創新

羅曉藝

(湖北省宜昌市第一中學 443000)

“探究：土壤微生物的分解作用”實驗是人教版教材必修3《穩態與環境》第5章第3節中的一個探究活動，該實驗可增強學生對微生物分解作用的直觀感受，有利于學生理解微生物在生態系統物質循環中的重要作用。同時，本實驗也可為選修1專題2“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”一節的學習設下鋪墊，有利于后續教學內容的展開。

本實驗歷時較長，無法在課堂上就獲取實驗現象，所以采取的策略是在課堂上引導學生完成實驗設計，在課后以興趣小組的形式進行實驗。最后，在課堂上分小組展示實驗成果。在指導學生學習和實踐的過程中，師生在實驗方法和實驗設計上共同進行了創新和拓展。

1 實驗方法的創新

1.1 用離心機快速制備土壤浸出液 教材中制備土壤浸出液的方法，是將土壤放入里面墊有厚紗布的燒杯中，加水攪拌，然后將紗布連同土壤一起取出。但是，即使用4層紗布，得到的浸出液仍然是非常渾濁，這是因為其中有懸浮的土壤顆粒。為了讓土壤顆粒快速沉降下來，對土壤浸出液用離心機2000 r/min離心2 min，能快速地得到更為澄清、又含微生物的土壤浸出液。

1.2 用微孔濾膜將微生物與土壤中的酶分離 有位學生在探究過程中提出要對土壤中酶的作用進行探討。怎樣才能除去土壤浸出液中的微生物，卻保留其中的酶？高中教材中涉及到的除菌或消毒辦法也都會影響酶的活性。通過查閱文獻得知，可利用微生物和酶之間在體積上的差異，找到合適的濾膜，濾除浸出液中的微生物。土壤中最多的微生物是細菌，直徑一般在0.5～1 μm，所以就選擇了孔徑為0.22 μm的濾膜對土壤浸出液進行過濾，能達到較好的效果。

1.3 利用色度計測量數據來記錄淀粉的分解程度 教材中在探究土壤微生物對淀粉分解作用的實驗中，建議是在20℃左右7 d后分別對實驗組和對照組的淀粉和還原性糖進行檢測。考慮到氣溫可能和參考溫度有差異，淀粉糊的量和濃度教材中沒有給出參考意見。因此，間隔多長時間再觀察不好控制。而且，加蒸餾水的一組在培養時難以長時間保證一直處于無菌條件。因此，就把7 d后的實驗觀察改為每天進行觀察。

為了減少每天取樣時的污染，把每一組又分為若干小組，事先分裝在各試管中，每一次取一個試管來檢測。對淀粉檢測時每次加入等量碘液，比較顏色的變化：顏色越深，則說明剩余淀粉越多。但是對于相近的顏色，用肉眼很難準確區分，可運用傳感器裝備中的色度計來記錄具體數據，繪制曲線，即可呈現出變化趨勢。

2 實驗設計上的創新

2.1 觀察不同材料的分解情況 選擇淀粉糊、牛奶和葡萄等不同的材料，來篩選研究土壤微生物的分解作用。其中液體材料把淀粉糊和牛奶中加入土壤浸出液作實驗組，加等量蒸餾水作對照組；而葡萄則參考教材上的案例1，將待分解物質置于滅菌和未滅菌土壤中。淀粉糊的一組現象較明顯，從加入碘液呈現出的顏色比較來看，加土壤浸出液的一組顏色要明顯淺于加蒸餾水的一組；在斐林試劑檢測中，加土壤浸出液的一組出現了磚紅色沉淀。對牛奶檢測這一組，主要是加雙縮脲試劑檢測蛋白質，也能看出兩組的區別。而葡萄則在埋入土壤10 d后，埋入未滅菌土壤的一組才開始有輕微的腐爛跡象。

因為土壤微生物對淀粉糊的分解現象很明顯，而且產物也可檢測。最后，就選擇淀粉作為進一步實驗的材料。

2.2 探究不同土壤中微生物的分解作用 在校園里選取3種土樣：樹下根系土、庭院黃泥土和操場沙土。分別制取土壤浸出液，等量加入到淀粉糊中。從加碘液檢測和加斐林試劑檢測的結果，以及加碘液后用色度計讀取數據繪制的曲線來看，對淀粉的分解作用的效果是：樹下根系土>庭院黃泥土>操場沙土。

2.3 觀察不同土壤中的微生物 這3種土壤的分解作用不同，是不是因為其中含有的土壤微生物不同呢？為了直觀地展現這一問題，教師指導興趣小組提前學習教材選修一中的稀釋涂布平板法。將3種土壤浸出液稀釋1000倍后，涂布到牛肉膏蛋白胨培養基，培養30 h后平板上的菌落數量依次為：樹下根系土>庭院黃泥土>操場沙土>對照組(蒸餾水)。

2.4 驗證土壤酶的作用 土壤微生物是怎么起到分解作用的呢？文獻顯示：土壤微生物首先分泌胞外酶把大分子物質分解為小分子，然后微生物再吸收小分子物質進入細胞內利用。如果結論正確，那么在沒有微生物的情況下，土壤中的酶應該可以起到分解作用。為了探究這一問題，又增設了一組實驗，將除去微生物的土壤浸出液加入到淀粉糊中。加碘液和加斐林試劑的結果及從色度計數據上來看，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況，是介于含微生物土壤浸出液一組和加蒸餾水一組的中間，從而驗證了預先的實驗設想。