“探究：土壤微生物對淀粉的分解作用”實驗的改進(jìn)

張 妍 于 鵬王婧婧

（西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 甘肅蘭州 730070）

1 實驗改進(jìn)設(shè)計分析

李志超等通過實驗，得出在“土壤微生物對淀粉的分解作用”這一實驗中在土壤pH為中性、淀粉糊、30℃等條件下，實驗效果最好。所以，筆者選取了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的淀粉糊濃度，在約30℃進(jìn)行實驗。土壤浸出液（pH為中性）選取了甘肅省蘭州市某花園處中層土（-5 cm以下）制作，探究土壤微生物對其分解作用（實驗一）。

有研究表明，隨著土層深度的增加，土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀均顯著降低，微生物生長需要營養(yǎng)物質(zhì)，而營養(yǎng)物質(zhì)主要是含有碳、氮的各種有機(jī)物質(zhì)，在表層土壤中含量豐富，所以微生物主要分布在富含有機(jī)質(zhì)的土壤表層。土壤細(xì)菌、真菌、放線菌及微生物總數(shù)含量均隨著土層深度增加而顯著降低。即可認(rèn)為土層的選取對于土壤微生物的數(shù)量有很大影響，并且根系處是土壤和植物進(jìn)行物質(zhì)交換的重要區(qū)域，微生物和酶活性在根系土壤中十分活躍。所以，選取花園花草根系處表層土壤（-5 cm～0 cm），探究其與中層土（-5 cm以下）對比，對土壤微生物分解作用的影響（實驗二）。

對土壤微生物研究中，有學(xué)者對采集回來的土壤放置培養(yǎng)皿中加水培養(yǎng)1～2 d，土壤中細(xì)菌、真菌、線蟲等微生物都會慢慢浮于水中，并在水中繁殖，可使溶于水中微生物數(shù)量增多，分解能力更強(qiáng)。比起將土壤包在紗布里，用水浸潤一段時間，即取用土壤浸出液進(jìn)行實驗，直接將土壤放水中培養(yǎng)一到兩天，再取用土壤浸出液，水中溶解的微生物更多。所以，以培養(yǎng)土的培養(yǎng)天數(shù)為實驗對象，探究該種處理方式對土壤微生物分解作用的影響（實驗三）。

綜上所述，“土壤微生物對淀粉的分解作用”的改進(jìn)實驗可以劃分為2個對照實驗，分別是：（1）探究表層與中層土壤浸出液對淀粉糊的分解能力；（2）探究培養(yǎng)土與未培養(yǎng)土對淀粉糊的分解能力。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗器材

實驗器具：燒杯（250 mL、500 mL、100 mL）、離心管（4 mL）、移液槍（1 000 μL）、移液槍槍頭（1 000 μL）、玻璃棒、紗布、滅菌鍋、一次性滴管、顯微鏡、載玻片、蓋玻片、培養(yǎng)皿（直徑6～7 cm）、水浴鍋。

實驗材料：土壤、生淀粉、馬鈴薯塊、斐林試劑、碘液、無菌水。

2.2 實驗步驟

2.2.1 土壤微生物（中層土）對淀粉糊的分解作用

（1）土壤浸出液的制備：將取自花園中層處的土壤，稱取20 g，分成兩份。每份稱取10 g，分別放入里面墊有厚紗布的a、b燒杯中，各加200 mL無菌水?dāng)嚢瑁?.5 h，然后將紗布連同土壤一起取出。將留在a燒杯中的土壤浸出液靜置一段時間備用。b燒杯的土壤浸出液放入滅菌鍋中，滅菌30 min。

（2）淀粉糊的制作：稱取20 g的淀粉，溶于500 mL的開水中，充分?jǐn)嚢瑁瞥珊隣睿玫劫|(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的淀粉糊，靜置備用。

（3）滅菌：將b燒杯中的土壤浸出液、淀粉糊、實驗所用的燒杯、離心管、移液槍槍頭、玻璃棒、紗布、一次性滴管等器皿放入滅菌鍋中滅菌。

（4）加樣培養(yǎng)：另取兩只燒杯（A、B），放入2份10 mL淀粉糊。在A燒杯中加入30 mL未滅菌的土壤浸出液；B燒杯中加入30 mL滅菌后的土壤浸出液。將淀粉與土壤浸出液充分?jǐn)嚢瑁瑹w上紗布，并將A、B燒杯在室溫（25℃左右）下放置7 d。

（5）顯色反應(yīng)：實驗材料配成后，在A燒杯中取2份1 mL溶液，放入兩個離心管中，分別編號A1、A2。在B燒杯中取2份1 mL溶液，放入2個離心管中，分別編號B1、B2。接著在A1、B1中加入2～3滴碘液。在A2、B2中加入2～3滴斐林試劑（A液：B液為2：1）60℃水浴，2 min。記錄實驗現(xiàn)象。之后，每天繼續(xù)重復(fù)以上顯色反應(yīng)，觀察實驗變化，并記錄實驗結(jié)果。本實驗組在以下研究報告中稱作中層土淀粉組。

2.2.2 土壤微生物（表層土）對淀粉糊的分解作用

（1）土壤浸出液的制備：將取自花園表層處的土壤，稱取20 g，分成兩份。每份稱取10 g，分別放入里面墊有厚紗布的a、b燒杯中，加200 mL無菌水?dāng)嚢瑁?.5 h。然后，將紗布連同土壤一起取出。將留在a燒杯中的土壤浸出液靜置一段時間備用。b燒杯的土壤浸出液放入滅菌鍋中滅菌30 min。

（2）制作淀粉糊、滅菌、加樣培養(yǎng)與顯色反應(yīng)同2.2.1。本實驗組在以下研究報告中稱作表層土淀粉組。

2.2.3 培養(yǎng)土微生物對淀粉糊的分解作用

（1）土壤微生物溶液的培養(yǎng)：將取自花園花草根系表層處的土壤，稱取20 g。放入培養(yǎng)皿中，加入約200 mL已放置2或3d的自來水（除去或減少自來水中的有害氣體），混勻制成土壤微生物培養(yǎng)溶液，平均分成3份，放置培養(yǎng)皿培養(yǎng)。標(biāo)注分別為m0、m1、m2，0、1、2表示土壤微生物放置培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)天數(shù)。按標(biāo)注的天數(shù)來培養(yǎng)土壤微生物。靜置出現(xiàn)澄清上清液時備用。

（2）淀粉糊的制作：稱取10 g的淀粉，溶于250 mL的開水中，充分?jǐn)嚢瑁瞥珊隣睿玫劫|(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的淀粉糊，靜置備用。

（3）滅菌：淀粉糊、實驗所用的燒杯、離心管、移液槍槍頭、玻璃棒、紗布、一次性滴管等器皿放入滅菌鍋中滅菌。

（4）加樣培養(yǎng)：取用m0（土壤微生物放置培養(yǎng)皿0天）中的土壤上清液，取10支4 mL離心管，10支離心管都標(biāo)上當(dāng)天的日期，各加入1 mL淀粉糊和1 mL土壤上清液，其中5支為A組，5支離心管分別標(biāo)注加入碘液的日期。每天用碘液測一次淀粉含量的變化，即可推算土壤培養(yǎng)液與淀粉混合培養(yǎng)天數(shù)。另5支為B組，B組分別標(biāo)注加入斐林試劑的日期，每天用斐林試劑測一次還原糖含量的變化，即可推算土壤培養(yǎng)液與淀粉混合培養(yǎng)天數(shù)，將已取過土壤上清液的培養(yǎng)皿m0丟棄。連續(xù)4 d如此進(jìn)行。

（5）顯色反應(yīng)：按培養(yǎng)時間推算，每天取日期相同的A離心管和B離心管，A離心管分別用一次性滴管加入3滴碘液，B離心管分別用移液槍加入1 mL斐林試劑（A液∶B液為2∶1）。將加入斐林試劑的B管放入60℃的水浴鍋中2 min，觀察B離心管是否出現(xiàn)磚紅色沉淀，觀察A管顏色變化。以后，每天重復(fù)上述工作，直至離心管加色反應(yīng)完。本實驗組在以下研究報告中稱作培養(yǎng)表層土淀粉組。

3 實驗結(jié)果

3.1 土壤微生物對淀粉的分解作用

土壤微生物對土豆淀粉的分解作用結(jié)果見表1。

表1 中層土與表層土微生物對淀粉糊的分解作用對比

中層土淀粉組：結(jié)果顯示，培養(yǎng)3 d天后，A1（土壤未滅菌，加碘液）呈深藍(lán)色，說明淀粉分解量較少；B1（土壤滅菌，加碘液）呈深藍(lán)色，說明淀粉分解量較少；A2（土壤未滅菌，加斐林試劑）未有磚紅色沉淀，說明還原糖量較少；B2（土壤滅菌，加斐林試劑）未有磚紅色沉淀，說明還原糖量較少。培養(yǎng)5 d后，鑒定結(jié)果與3 d無異。培養(yǎng)7 d后，A1（土壤未滅菌，加碘液顯色）呈深黃色，說明淀粉已大量分解；B1（土壤滅菌，加碘液）藍(lán)色稍變淺，說明淀粉分解較少；A2（土壤未滅菌，加斐林試劑）有較不明顯的磚紅色沉淀，說明還原糖量較少；B2（土壤滅菌，加斐林試劑）顏色無明顯變化，說明還原糖量較少。A、B組現(xiàn)象對比不明顯。結(jié)果表明，取用中層土（-5 cm以下），做淀粉分解實驗歷時較長，且現(xiàn)象不明顯。

表層土淀粉組：實驗結(jié)果顯示，培養(yǎng)前3d，A、B組對比不明顯。培養(yǎng)4 d后，A1（土壤未滅菌，加碘液）淺藍(lán)色，說明存在大量微生物分解淀粉；B1（土壤滅菌，加碘液）呈深藍(lán)色，說明無大量微生物分解淀粉；A2（土壤未滅菌，加斐林試劑）呈較深的磚紅色沉淀，說明存在大量還原糖；B2（土壤滅菌，加斐林試劑）無磚紅色沉淀，說明還原糖較少。A、B組對比現(xiàn)象明顯，說明未滅菌的表層土中存在大量分解淀粉的微生物。實驗結(jié)果表明，與中層土淀粉組相比，采用表層土作為該實驗的土壤材料，現(xiàn)象明顯，且用時較短。

3.2 培養(yǎng)土壤微生物對土豆淀粉的分解作用

培養(yǎng)土壤微生物對土豆淀粉的分解作用見表2。

表2 探究土壤微生物培養(yǎng)天數(shù)對分解淀粉的作用

培養(yǎng)表層土淀粉組：土壤培養(yǎng)1 d，土壤與淀粉混合0～4 d，加碘液，有明顯藍(lán)色變淺的梯度變化現(xiàn)象；土壤培養(yǎng)1 d，土壤與淀粉混合0～4 d，加斐林試劑，隨著混合天數(shù)的增加，磚紅色沉淀越來越明顯。土壤液培養(yǎng)1 d，淀粉與土壤混合3 d，加斐林試劑，呈明顯的磚紅色沉淀，說明淀粉已大量分解，產(chǎn)生較多還原糖。

以上結(jié)果說明，表層土壤微生物培養(yǎng)1 d后，且與淀粉混合培養(yǎng)3 d，淀粉分解現(xiàn)象最明顯，加碘藍(lán)色變淺，加菲林試劑磚紅色沉淀明顯。且該實驗與表層土淀粉組需4 d有實驗現(xiàn)象對比，用時更短，且現(xiàn)象更明顯。

4 結(jié)論

以上實驗結(jié)果表明，制作土壤浸出液選用花園花草根系處的表層土（-5 cm～0）比中層土（-5 cm以下）實驗現(xiàn)象較明顯，且只需4 d即可觀察到現(xiàn)象；將表層土加水浸濕培養(yǎng)1 d，再與淀粉糊等體積混合培養(yǎng)3 d，實驗現(xiàn)象更明顯，用時更短。

5 討論

本實驗在參照課本實驗的基礎(chǔ)上，又在土層選取以及土壤培養(yǎng)方面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，取得了理想的結(jié)果，事實證明由此實驗可衍生出多種實驗設(shè)計，所以該實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維。

因為條件限制，本實驗只在室溫下培養(yǎng)，未在無菌環(huán)境中，有可能空氣中的微生物會影響實驗，但是，從對照組與實驗組的現(xiàn)象對比來看，差異顯著，所以空氣中的微生物分解淀粉可忽略。