“微生物的培養與應用”專題核心考點分析及備考建議

廣東

縱觀歷年高考試題，全國卷選修1主要從“傳統發酵技術的應用”“微生物的培養與應用”“植物有效成分的提取”三大專題進行命題考查，尤其以“微生物的培養與應用”專題為考查重點。對“微生物的培養與應用”專題高考核心考點進行分析，總結高考試題命題特點，有助于教師把握高考命題脈絡，做到在一輪復習中精準備考，提高復習效率。

1.“微生物的培養與應用”專題核心考點分析

筆者將“微生物的培養與應用”專題考點分為培養基、無菌技術、純化培養、菌落計數、菌種分離、菌種保藏和實驗設計七大模塊，對2014—2019年全國卷選修1“微生物的培養與應用”專題核心考點進行分析，結果如表1所示。從年份上看，對“微生物的培養與應用”專題的考查頻率非常高，2018年和2019年高考全國卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均以此專題命題；從核心考點上看，培養基、無菌技術和菌種分離三大模塊是歷年高考試題考查的重點內容，體現了高考命題的穩定性與連貫性。

表1 “微生物的培養與應用”專題核心考點分析

2.“微生物的培養與應用”專題高考試題命題特點

筆者從對2014—2019年全國卷選修1“微生物的培養與應用”專題高考試題進行分析發現，該專題高考試題的命制具有以下幾個特點。

2.1 突出教材中名詞術語的考查

高考試題一貫注重教材中的名詞術語的考查，全國卷選修1“微生物的培養與應用”專題高考試題也不例外，常以簡單填空形式命題，屬于考綱識記層次的考查。2014—2019年的高考試題考查了碳源、氮源、無機鹽、牛肉膏、蛋白胨、選擇培養基、瓊脂、灼燒滅菌、高壓蒸汽滅菌、無菌水、甘油、稀釋涂布平板法、血細胞計數板、脲酶、纖維二糖、紅色復合物、透明圈等生物名詞術語的識記與應用，其中有些名詞還頻頻考查，如2015年全國卷Ⅰ和2019年全國卷Ⅰ均考查了菌落計數方法——稀釋涂布平板法；2016年全國卷Ⅰ和2019年全國卷Ⅰ均考查了提供氮源的是牛肉膏、蛋白胨；透明圈這一術語在2014年全國卷Ⅰ、2016年全國卷Ⅲ、2018年全國卷Ⅰ和2019年全國卷Ⅱ試題答案中均有出現。

2.2 突出菌種分離原理的考查

“微生物的培養與應用”專題高考試題中菌種分離原理的考查頻率最高，所占分值比例也最高，命題方式以“原因”類試題為主，語言表達能力要求比較高，屬于考綱理解層次的考查，主要考查微生物的“選擇培養”與“鑒別培養”。“選擇培養”考查方式之一是以某物質為唯一碳（氮）源的培養基篩選目的菌并說明選擇原因，如2014年全國卷Ⅰ及2015年全國卷Ⅰ、2017年全國卷Ⅰ、2019年全國卷Ⅰ及2019年全國卷Ⅱ；考查方式之二是考查異養型微生物不能以CO2作為碳源而自養型微生物如硝化細菌在沒有碳源的培養基上能夠生長的原因分析，如2017年全國卷Ⅰ及2019年全國卷Ⅲ。“鑒別培養”的考查偏向于要求學生對鑒別原理的具體分析和詳細描述，如2016年全國卷Ⅲ、2018年全國卷Ⅰ及2019年全國卷Ⅱ。

2.3 突出必備知識與能力的綜合考查

“微生物的培養與應用”專題高考試題涉及的知識常源于教材但又超越教材，命題體現綜合性。從內容上看，對“微生物的培養與應用”專題內部、“傳統發酵技術的應用”“微生物的培養與應用”“植物有效成分的提取”專題之間，甚至是必修1與選修1模塊之間的知識進行綜合考查，詳見表2。試題往往以微生物的分離培養與應用為主體，結合微生物中元素與化合物的合成與作用、微生物的代謝過程及代謝類型、微生物的傳統發酵、酶的最適溫度的探究和酶的降解能力的差異性探究等方面內容進行多角度考查，這也考查了學生的知識理解與融會貫通能力、實驗分析與探索能力，對學生素質進行全面考查。

表2 綜合考查內容及所在教材章節模塊分析

2.4 突出應用微生物技術解決實際問題能力的考查

強調“學以致用”是高考命題的重要思想，“微生物的培養與應用”專題高考試題的素材大多來源于生產生活，體現試題的真實性。試卷選用的“為了調查某河流的水質狀況，測定河水流樣中的細菌含量并進行細菌分離”“從自然界中獲得能產生脂肪酶的微生物B用于生物柴油的生產”“了解教室內不同高度空氣中微生物的分布情況”“用新鮮的泡菜濾液為實驗材料分離純化乳酸菌”“篩選土壤中能高效降解有機物X（不易降解）的細菌”“篩選能降解污染物W的細菌”等情境材料，都是與社會生產生活緊密相關的真實實驗，主要涉及環境污染物的微生物處理、微生物生產清潔能源、微生物技術在食品加工和其他方面的應用等。試題要求學生從情境材料獲取有效信息，通過科學思維分析處理，運用微生物營養、菌落特征、菌種分離、菌落計數、微生物代謝、酶活力測定等生物學概念解決實驗操作過程中蘊含的實際問題，體現學生所學微生物技術的實踐應用價值。

3.備考建議

3.1 夯實基礎重在落實，教學手段不能單一

首先，教師引導學生動手做實驗是夯實基礎的最好教學方法。“微生物的培養與應用”專題是一個實驗教學專題，以實驗課為主。一輪復習時，有條件的學校可以重做全部實驗，條件差點的學校可開設部分模擬實驗。學生在實驗操作或模擬過程中梳理實驗流程，熟記培養基制備、無菌操作、微生物分離純化等過程相關的名詞術語，眼見為實，記憶深刻，厘清微生物分離的基本原理，促進微生物基礎知識的歸納和學生素質能力的提升，也體現了《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中“教學過程重實踐”的基本理念。

其次，教師引導學生帶著問題研讀教材是夯實基礎的有效教學手段。全國卷“微生物的培養與應用”專題高考試題考查實驗操作的目的或原因類題目比較多，且一般源于教材，這就需要教師在一輪復習時引導學生閱讀教材，通過設問引導學生梳理章節思路，厘清原理，內化本質，領會教材編者的智慧。例如，在復習“菌落計數”內容時，教師可以提出以下問題：（1）稀釋涂布平板法能用于統計菌落數目，其原理是什么，每克樣品中的菌落數等于什么。（2）稀釋涂布平板法和顯微計數法統計的菌落數比實際活菌數高還是低，各自的原因是什么。（3）用稀釋涂布平板法計數微生物時，要求選擇菌落數在30～300的平板進行計數。若只得到1個菌落數在30～300的平板是錯誤的，錯誤的原因是什么。若乙同學涂布了3個平板，統計的菌落數分別是27、169和176，取平均值124，乙同學的結果可信度低的原因是什么。若某一實驗組平板上菌落數分別是172、169和176，而空白對照組的一個平板上出現了6個菌落，出現這種結果的原因是什么，應該如何改進實驗。通過以上設問，教師要求學生熟記菌落計數兩種方法的原理、公式和結果比實際值偏大或偏小的原因，并且掌握設置對照和重復的目的、原理等內容。

再次，教師借助思維導圖幫助學生構建知識網絡是對夯實基礎的完美補充。思維導圖通過建立直觀形象的圖示形成知識網絡，是一輪復習的重要工具。一方面，教師可借助思維導圖幫助學生整理零碎的知識，厘清“微生物的培養與應用”專題各個節點之間的聯系，使知識系統化，有效輔助記憶，夯實基礎；另一方面，教師還可根據學生繪制的思維導圖了解學生基礎知識的學習情況及思維特征，以便適時修訂教學計劃從而更好地實施教學，此過程中學生便能對所學知識掌握程度做到了然于胸，高效復習。

3.2 通過篩選真題突破“菌種分離”考點，總結解題思路

為避免題海戰術，教師可以篩選部分有關“菌種分離”的真題進行針對訓練，總結解題思路，幫助學生了解高考命題重點與規律，提高復習效率。例如，為突破“選擇培養”考點，理解培養基的選擇原理，教師可提供下列3道例題進行練習。

【例1】（2015年，全國卷Ⅰ，第39題節選）已知微生物A可以產生油脂，微生物B可以產生脂肪酶。脂肪酶和油脂可用于生物柴油的生產。回答有關問題：

（2）為了從自然界中獲得能產生脂肪酶的微生物B的單菌落，可從含有油料作物種子腐爛物的土壤中取樣，并應選用以_________為碳源的固體培養基進行培養。

【答案】（2）油脂

【例2】（2017年，全國卷Ⅰ，第37題節選）某些土壤細菌可將尿素分解成CO2和NH3，供植物吸收和利用。回答下列問題：

（1）能分解尿素的細菌不能以尿素的分解產物CO2作為碳源，原因是______________________________。

（2）為了篩選可分解尿素的細菌，在配制培養基時，應選擇___________________________________（填“尿素”“NH4NO3”或“尿素+NH4NO3”）作為氮源，不選擇其他兩組的原因是____________________________________________________________________。

【答案】（1）分解尿素的細菌是異養生物，不能利用CO2來合成有機物 （2）尿素 其他兩組都含有NH4NO3，能分解尿素的細菌和不能分解尿素的細菌都能利用NH4NO3，不能起到篩選作用

【例3】（2019年，全國卷Ⅰ，第37題節選）已知一種有機物X（僅含有C、H兩種元素）不易降解，會造成環境污染。某小組用三種培養基篩選土壤中能高效降解X的細菌（目標菌）。

Ⅰ號培養基 ：在牛肉膏蛋白胨培養基中加入X（5 g/L）。

Ⅱ號培養基：氯化鈉（5 g/L），硝酸銨（3 g/L），其他無機鹽（適量），X（15 g/L）。

Ⅲ號培養基：氯化鈉（5 g/L），硝酸銨（3 g/L），其他無機鹽（適量），X（45 g/L）。

回答下列問題。

（1）Ⅱ、Ⅲ號培養基中為微生物提供碳源的有機物是_____________________________________________。

（2）若將土壤懸浮液接種在Ⅱ號液體培養基中，培養一段時間后，不能降解X的細菌比例會____________，其原因是_________________________________________________。

【答案】（1）X （2）下降 不能降解X的細菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的細菌能夠增殖

【分析】異養型微生物的篩選原理：應用選擇培養基，通過控制碳（氮）源這種營養成分來促進目標菌株的生長，抑制其他微生物的生長以達到篩選目的。例1要篩選產脂肪酶的微生物B，選擇培養基中應該添加油脂作為唯一碳源，不能產脂肪酶的微生物無法利用油脂，缺乏碳源，生長受抑制；例2要篩選分解尿素的細菌，選擇培養基中選擇以尿素作為唯一氮源，只有能夠合成脲酶的細菌才能分解尿素，以尿素為唯一氮源，不能分解尿素的細菌在此培養基上不能生存，如果培養基中含有NH4NO3，各種細菌都能利用NH4NO3，不缺乏氮源，不能起到篩選作用；例3要篩選高效降解X的細菌，選擇培養基中應該添加有機物X作為唯一碳源，只有能夠利用有機物X的細菌才能繁殖，不能降解X的細菌因缺乏碳源不能增殖，比例會下降。3道例題的解題模式相同：要分離分解某物質XXX的微生物，需以某物質XXX為唯一碳（氮）源。原因分析：不能分解某物質XXX的微生物因缺乏碳（氮）源不能增殖，而能分解某物質XXX的微生物能夠增殖；如果碳（氮）源不是唯一的，不能分解某物質XXX的微生物能利用其他碳（氮）源，同樣能增殖，該培養基起不到篩選作用。

基于例2第（1）題，教師還需補充自養型微生物和固氮微生物的篩選方法，自養型微生物如硝化細菌能利用空氣中的CO2通過化能合成作用合成有機物，在沒有碳源的培養基上能生長，異養型微生物不能利用CO2作為碳源。固氮菌能利用空氣中的N2作為氮源，在沒有氮源的培養基上能夠生長繁殖。

3.3 加強實驗設計類試題的訓練，注重對知識的應用

“微生物的培養與應用”專題高考試題中的中高難度試題常常以實驗設計與分析形式呈現，該類型試題最能考查學生的知識應用能力，體現生物素養的考查，是學生奪分的熱門。如2016年全國卷Ⅰ第39題考查實驗組的具體操作過程；2019年全國卷Ⅱ第37題第（3）問要求學生設計實驗確定甲、乙菌能否利用空氣中的氮氣作為氮源并簡要寫出實驗思路、預期結果和結論，第（4）問要求學生完善探究酶E與天然酶降解W能力差異的實驗過程中對照的設置并對實驗結果作出分析，得出結論。一輪復習過程中通過應用周邊生活素材開展微生物的實驗探究活動，進而掌握實驗設計原理和解題思路，最便捷的方法是加強實驗設計與分析類試題的訓練。

【例4】水污染是全球性的環境問題，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種難以降解的大分子有機物，PVA分解菌能產生PVA酶分解PVA，PVA與碘作用時能產生藍綠色復合物，當PVA被分解時藍綠色復合物消失，形成白色透明斑，請回答下列問題：

（1）如表3是篩選出能高效分解PVA的細菌的培養基配方，表中X物質最可能為_________。實驗中還應設置完全培養液對照組，將菌液稀釋相同的倍數，對照組培養基上生長的菌落數目應明顯___________（填“多于”或“少于”）選擇培養基上的數目，從而說明選擇培養基具有篩選作用。

表3

（2）要鑒定分離出的細菌是否為PVA分解菌，培養PVA分解菌的培養基中除了加入必需的營養物質外還需要加入_________用于鑒別PVA分解菌。若用上述培養基比較不同菌株降解PVA能力的大小，請用簡潔的語言寫出設計思路：_______________________________________________________________。

【答案】（1）聚乙烯醇（或PVA）多于（2）碘 用含相同PVA濃度的上述培養基來培養不同菌株，一定時間后，通過測定白色透明斑的大小（或直徑）來確定不同菌株降解PVA能力的大小

【分析】本題以環境污染物PVA的微生物降解為材料背景，題目要求學生應用所學微生物的分離與鑒定原理的相關知識確定PVA分解菌的篩選與鑒定方法，設計實驗比較不同菌株降解PVA能力的大小。根據題意，分析如表4。

表4

（1）考查“選擇培養”，要篩選高效分解PVA的細菌，選擇培養基應以PVA為碳源，因此X物質最可能為PVA；為說明以PVA為碳源的培養基具有選擇作用，需設置完全培養液對照組，對照組中任何微生物都可以生長，實驗組中能分解PVA的細菌才能在選擇培養基中生長，因此對照組培養基上生長的菌落數目應明顯多于選擇培養基上的菌落數目。

（2）考查“鑒別培養”，該實驗的鑒別原理與教材中用“剛果紅染色法”篩選纖維素分解菌的原理相似，鑒別培養基中還需要加入碘；若用上述培養基設計實驗比較不同菌株降解PVA能力的大小，需明確幾個關鍵變量（自變量——不同菌株，因變量——白色透明斑的大小或直徑，無關變量——含相同PVA濃度的上述培養基），綜合起來即為實驗設計思路。