一道原創“微生物的利用”高考模擬題的命制與修改

顧曉芹 （江蘇省白蒲高級中學 江蘇南通 226511）

一道原創“微生物的利用”高考模擬題的命制與修改

顧曉芹 （江蘇省白蒲高級中學 江蘇南通 226511）

近年來生物高考試題的非選擇題命題形式常以真實的科學研究為背景，把多個科技論文簡化優化整合，以圖文并茂的形式呈現給考生，考查其在復雜背景下獲取信息、利用已有生物學知識解釋相關實驗現象分析實驗結果的能力，從而引導考生關注科技發展和社會熱點問題，旨在考核并發展學生的生物學科核心素養。筆者首次嘗試利用科技論文命制一道有關“微生物的利用”的原創試題。

1 試題

自然水體中氨氮污染問題日趨嚴重，傳統生物脫氮處理包括亞硝化細菌的氨化作用、硝化細菌的硝化作用和反硝化細菌的反硝化作用三個過程。近年來人們分離篩選出菌株Y1能同時進行異養硝化和好氧反硝化，圖1是Y1菌株分離與篩選流程簡圖，結合圖形回答下列相關問題：

圖1 菌株分離與篩選流程簡圖

（1）實驗過程中培養基常用的滅菌方法是_____________。

（2）步驟1中每隔2天按5%的接種量，取三角瓶中的上清液接種于新鮮的I號培養基中培養，其目的是_______________。該培養過程同時做了3個平行樣，這樣做的意義是_______________。

（3）上圖分離與篩選過程的對照組的處理方式為_____________。

（4）從培養基功能上說Ⅱ、Ⅲ培養基是_____培養基，Ⅱ號培養基中添加了_______使得其物理狀態與Ⅲ號培養基不同。

（5）圖2、3分別是Y1在不同碳源以及不同氮源的培養基上的生長情況，該結果說明菌株Y1利用（碳源）的能力較其他碳源強，不能利用__________作為氮源。

圖2 Y1在不同碳源的培養基上的生長情況

圖3 Y1在不同氮源的培養基上的生長情況

2 評析

2.1 考點分析

《江蘇高考說明》中有關“微生物的利用”要求為：微生物的分離和培養、某種微生物的測定、微生物的應用，等級要求B。常見考查點有：培養基類型、篩選培養基的特殊成分和原理、無菌技術的合理選擇、平板劃線法和稀釋涂布平板法的流程、菌種的鑒定和保存等。

2.2 試題評析

（1）“異養硝化-反硝化細菌”與學生熟悉的“硝化細菌”在概念上存在沖突，應該簡單介紹異養硝化和反硝化過程。

（2）為什么要研究篩選“異養硝化-反硝化細菌”？這種細菌在有機廢水處理中的優勢是什么？圖示過于簡單，最好通過適當文字描述實驗主要步驟或目的，讓學生了解整個篩選過程。

（3）題干信息必須為解題提供必不可少的依據，問題設置也需要緊扣題干信息，設問與題干信息關系不大。

（4）缺少菌株Y1脫氮性能的鑒定，試題不完整，而且這是科學研究應用價值的體現，不可忽略。

（5）Y1利用不同氮源、碳源的情況分析相似，可簡化設問。

（6）基礎問題和應用問題呈現沒有遞進關系，能力立意的設問過少。

3 終稿

異養硝化-好氧反硝化細菌能夠利用有機碳源生長的同時將含氮化合物硝化生成亞硝酸鹽、硝酸鹽等產物，還能直接將硝化產物反硝化為含氮氣體，因此這類細菌已成為廢水處理中生物脫氮新工藝的重要研究對象。科研人員從污水處理廠的活性污泥中篩選得到1株脫氮性能較好的異養硝化-好養反硝化細菌Y1，并研究其脫氮性能，主要實驗過程及結果如下。分析回答：

① 富集培養：將50 mL富集培養基裝入200 mL的三角瓶中滅菌,接種5 mL靜置后的污泥上清液,置于 30℃，150 r·min-1搖床培養,按 5%的接種量，取上清液接種于新鮮的富集培養基中富集培養5代，每代2天。

② 好氧反硝化培養基篩選：依據好氧反硝化細菌的平板分離法，利用BTB培養基分離篩選具有好氧反硝化性能的細菌。(BTB在酸性時黃色，中性時綠色，堿性時藍色)

③ 異養硝化培養基篩選：將100 mL的異養硝化培養基分別裝入13個250 mL三角瓶中滅菌，用接種環挑取純化后的12株菌株分別接種到上述培養基中，1 組對照，30℃，150 r·min-1搖床培養。每 2 天取2 mL培養液用格里斯試劑確認菌株是否具有硝化性能。同時具備異養硝化和好氧反硝化能力的初篩菌株，命名Y1。

④ 評估Y1的硝化能力和反硝化能力：將Y1接種到以氯化銨為唯一氮源的培養基中，培養一段時間后取樣測定NH4+-N，NO3--N，結果如圖4、5。

⑤ 氮源的利用：為了研究Y1對各種氮源的利用情況，在不同氮源培養基中接種觀察其生長狀況，實驗分析得結果如圖6。

（1）與化能合成硝化細菌相比菌種Y1在代謝類型上的不同點是_________，在處理廢水時的優勢是_______。

（2）步驟①從污水處理廠的活性污泥采集菌種的依據是_____，每隔2天取上清液接種于新鮮的富集培養基的目的是_____。

圖4 培養基中的濃度

圖5 培養基中的濃度

圖6 Y1在不同氮源的培養基上的生長情況

（3）步驟①③搖床培養的目的是___________；_______________。

（4）步驟④設置對照組的目的是_____，由圖3、4可知，培養 h后Y1的脫氮性能降低。圖3中42 h后下降的原因是_____。

（5）步驟⑤實驗結果說明菌株Y1以_____為氮源生長效果最好，而不能_____作為氮源生長。

參考答案：（1）異養 能將硝酸鹽、亞硝酸鹽反硝化成含氮氣體，徹底清除氨氮污染 （2）污水處理廠的活性污泥中氮含量高，其中含有能在高濃度氮環境下生長的菌種 淘汰不能在高濃度氮環境中生存的微生物，使目的菌種大量增殖 （3）讓細菌與培養基充分接觸獲得充足營養 增加培養基的溶氧量（4）排除偶然因素對實驗結果的影響，確保實驗的準確性 72 此時細菌的反硝化能力大于硝化能力，使積累的硝酸鹽氮轉化為氣態氮 （5）（NH4）2HPO4麥芽浸粉和酸水解蛋白

4 反思

這道原創模擬試題命制經歷的基本流程有：科技論文的篩選，題目呈現形式的確定，設問的方向的探討，題目整體立意的設定等等。在修改和打磨的過程中注重情境的設計貼近學生的知識結構；語言精煉準確，與解題無關的信息省略不寫，復雜的文字表述可用簡潔的流程圖代替；設問緊扣題干信息并且落腳點在高考考點上，設問層層遞進，先基礎知識性的考查后思維能力的考查；命題的指導方向是學生核心素養的發展和評價，只有基于學科核心素養立意命制的模擬試題才能更好地引導學生形成生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。

文件編號：1003-7586(2017)10-0055-03