“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題核心考點(diǎn)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(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用”“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”“植物有效成分的提取”三大專題進(jìn)行命題考查，尤其以“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題為考查重點(diǎn)。對“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考核心考點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)高考試題命題特點(diǎn)，有助于教師把握高考命題脈絡(luò)，做到在一輪復(fù)習(xí)中精準(zhǔn)備考，提高復(fù)習(xí)效率。

1.“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題核心考點(diǎn)分析

筆者將“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題考點(diǎn)分為培養(yǎng)基、無菌技術(shù)、純化培養(yǎng)、菌落計(jì)數(shù)、菌種分離、菌種保藏和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)七大模塊，對2014—2019年全國卷選修1“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題核心考點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。從年份上看，對“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)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(diǎn)上看，培養(yǎng)基、無菌技術(shù)和菌種分離三大模塊是歷年高考試題考查的重點(diǎn)內(nèi)容，體現(xiàn)了高考命題的穩(wěn)定性與連貫性。

表1 “微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題核心考點(diǎn)分析

2.“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題命題特點(diǎn)

筆者從對2014—2019年全國卷選修1“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該專題高考試題的命制具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

2.1 突出教材中名詞術(shù)語的考查

高考試題一貫注重教材中的名詞術(shù)語的考查，全國卷選修1“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)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(shí)記層次的考查。2014—2019年的高考試題考查了碳源、氮源、無機(jī)鹽、牛肉膏、蛋白胨、選擇培養(yǎng)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(xì)胞計(jì)數(shù)板、脲酶、纖維二糖、紅色復(fù)合物、透明圈等生物名詞術(shù)語的識(shí)記與應(yīng)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(jì)數(shù)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(shù)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(xiàn)。

2.2 突出菌種分離原理的考查

“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)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(dá)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(yǎng)”與“鑒別培養(yǎng)”。“選擇培養(yǎng)”考查方式之一是以某物質(zhì)為唯一碳（氮）源的培養(yǎng)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(yǎng)型微生物不能以CO2作為碳源而自養(yǎng)型微生物如硝化細(xì)菌在沒有碳源的培養(yǎng)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(yǎng)”的考查偏向于要求學(xué)生對鑒別原理的具體分析和詳細(xì)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(shí)與能力的綜合考查

“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題涉及的知識(shí)常源于教材但又超越教材，命題體現(xiàn)綜合性。從內(nèi)容上看，對“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題內(nèi)部、“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用”“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)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(shí)進(jìn)行綜合考查，詳見表2。試題往往以微生物的分離培養(yǎng)與應(yīng)用為主體，結(jié)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(tǒng)發(fā)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(nèi)容進(jìn)行多角度考查，這也考查了學(xué)生的知識(shí)理解與融會(huì)貫通能力、實(shí)驗(yàn)分析與探索能力，對學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行全面考查。

表2 綜合考查內(nèi)容及所在教材章節(jié)模塊分析

2.4 突出應(yīng)用微生物技術(shù)解決實(shí)際問題能力的考查

強(qiáng)調(diào)“學(xué)以致用”是高考命題的重要思想，“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題的素材大多來源于生產(chǎn)生活，體現(xiàn)試題的真實(shí)性。試卷選用的“為了調(diào)查某河流的水質(zhì)狀況，測定河水流樣中的細(xì)菌含量并進(jìn)行細(xì)菌分離”“從自然界中獲得能產(chǎn)生脂肪酶的微生物B用于生物柴油的生產(chǎn)”“了解教室內(nèi)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(shí)驗(yàn)材料分離純化乳酸菌”“篩選土壤中能高效降解有機(jī)物X（不易降解）的細(xì)菌”“篩選能降解污染物W的細(xì)菌”等情境材料，都是與社會(huì)生產(chǎn)生活緊密相關(guān)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，主要涉及環(huán)境污染物的微生物處理、微生物生產(chǎn)清潔能源、微生物技術(shù)在食品加工和其他方面的應(yīng)用等。試題要求學(xué)生從情境材料獲取有效信息，通過科學(xué)思維分析處理，運(yùn)用微生物營養(yǎng)、菌落特征、菌種分離、菌落計(jì)數(shù)、微生物代謝、酶活力測定等生物學(xué)概念解決實(shí)驗(yàn)操作過程中蘊(yùn)含的實(shí)際問題，體現(xiàn)學(xué)生所學(xué)微生物技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

3.備考建議

3.1 夯實(shí)基礎(chǔ)重在落實(shí)，教學(xué)手段不能單一

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)是夯實(shí)基礎(chǔ)的最好教學(xué)方法?！拔⑸锏呐囵B(yǎng)與應(yīng)用”專題是一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)專題，以實(shí)驗(yàn)課為主。一輪復(fù)習(xí)時(shí)，有條件的學(xué)校可以重做全部實(shí)驗(yàn)，條件差點(diǎn)的學(xué)?？砷_設(shè)部分模擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作或模擬過程中梳理實(shí)驗(yàn)流程，熟記培養(yǎng)基制備、無菌操作、微生物分離純化等過程相關(guān)的名詞術(shù)語，眼見為實(shí)，記憶深刻，厘清微生物分離的基本原理，促進(jìn)微生物基礎(chǔ)知識(shí)的歸納和學(xué)生素質(zhì)能力的提升，也體現(xiàn)了《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中“教學(xué)過程重實(shí)踐”的基本理念。

其次，教師引導(dǎo)學(xué)生帶著問題研讀教材是夯實(shí)基礎(chǔ)的有效教學(xué)手段。全國卷“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題考查實(shí)驗(yàn)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(fù)習(xí)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生梳理章節(jié)思路，厘清原理，內(nèi)化本質(zhì)，領(lǐng)會(huì)教材編者的智慧。例如，在復(fù)習(xí)“菌落計(jì)數(shù)”內(nèi)容時(shí)，教師可以提出以下問題：（1）稀釋涂布平板法能用于統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)目，其原理是什么，每克樣品中的菌落數(shù)等于什么。（2）稀釋涂布平板法和顯微計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)比實(shí)際活菌數(shù)高還是低，各自的原因是什么。（3）用稀釋涂布平板法計(jì)數(shù)微生物時(shí)，要求選擇菌落數(shù)在30～300的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。若只得到1個(gè)菌落數(shù)在30～300的平板是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的原因是什么。若乙同學(xué)涂布了3個(gè)平板，統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)分別是27、169和176，取平均值124，乙同學(xué)的結(jié)果可信度低的原因是什么。若某一實(shí)驗(yàn)組平板上菌落數(shù)分別是172、169和176，而空白對照組的一個(gè)平板上出現(xiàn)了6個(gè)菌落，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是什么，應(yīng)該如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。通過以上設(shè)問，教師要求學(xué)生熟記菌落計(jì)數(shù)兩種方法的原理、公式和結(jié)果比實(shí)際值偏大或偏小的原因，并且掌握設(shè)置對照和重復(fù)的目的、原理等內(nèi)容。

再次，教師借助思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)是對夯實(shí)基礎(chǔ)的完美補(bǔ)充。思維導(dǎo)圖通過建立直觀形象的圖示形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，是一輪復(fù)習(xí)的重要工具。一方面，教師可借助思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生整理零碎的知識(shí)，厘清“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，使知識(shí)系統(tǒng)化，有效輔助記憶，夯實(shí)基礎(chǔ)；另一方面，教師還可根據(jù)學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖了解學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)情況及思維特征，以便適時(shí)修訂教學(xué)計(jì)劃從而更好地實(shí)施教學(xué)，此過程中學(xué)生便能對所學(xué)知識(shí)掌握程度做到了然于胸，高效復(fù)習(xí)。

3.2 通過篩選真題突破“菌種分離”考點(diǎn)，總結(jié)解題思路

為避免題海戰(zhàn)術(shù)，教師可以篩選部分有關(guān)“菌種分離”的真題進(jìn)行針對訓(xùn)練，總結(jié)解題思路，幫助學(xué)生了解高考命題重點(diǎn)與規(guī)律，提高復(fù)習(xí)效率。例如，為突破“選擇培養(yǎng)”考點(diǎn)，理解培養(yǎng)基的選擇原理，教師可提供下列3道例題進(jìn)行練習(xí)。

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

（2）為了從自然界中獲得能產(chǎn)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(yīng)選用以_________為碳源的固體培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。

【答案】（2）油脂

【例2】（2017年，全國卷Ⅰ，第37題節(jié)選）某些土壤細(xì)菌可將尿素分解成CO2和NH3，供植物吸收和利用?；卮鹣铝袉栴}：

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

（2）為了篩選可分解尿素的細(xì)菌，在配制培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)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(xì)菌是異養(yǎng)生物，不能利用CO2來合成有機(jī)物 （2）尿素 其他兩組都含有NH4NO3，能分解尿素的細(xì)菌和不能分解尿素的細(xì)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(jié)選）已知一種有機(jī)物X（僅含有C、H兩種元素）不易降解，會(huì)造成環(huán)境污染。某小組用三種培養(yǎng)基篩選土壤中能高效降解X的細(xì)菌（目標(biāo)菌）。

Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基 ：在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中加入X（5 g/L）。

Ⅱ號(hào)培養(yǎng)基：氯化鈉（5 g/L），硝酸銨（3 g/L），其他無機(jī)鹽（適量），X（15 g/L）。

Ⅲ號(hào)培養(yǎng)基：氯化鈉（5 g/L），硝酸銨（3 g/L），其他無機(jī)鹽（適量），X（45 g/L）。

回答下列問題。

（1）Ⅱ、Ⅲ號(hào)培養(yǎng)基中為微生物提供碳源的有機(jī)物是_____________________________________________。

（2）若將土壤懸浮液接種在Ⅱ號(hào)液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時(shí)間后，不能降解X的細(xì)菌比例會(huì)____________，其原因是_________________________________________________。

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

【分析】異養(yǎng)型微生物的篩選原理：應(yīng)用選擇培養(yǎng)基，通過控制碳（氮）源這種營養(yǎng)成分來促進(jìn)目標(biāo)菌株的生長，抑制其他微生物的生長以達(dá)到篩選目的。例1要篩選產(chǎn)脂肪酶的微生物B，選擇培養(yǎng)基中應(yīng)該添加油脂作為唯一碳源，不能產(chǎn)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(xì)菌，選擇培養(yǎng)基中選擇以尿素作為唯一氮源，只有能夠合成脲酶的細(xì)菌才能分解尿素，以尿素為唯一氮源，不能分解尿素的細(xì)菌在此培養(yǎng)基上不能生存，如果培養(yǎng)基中含有NH4NO3，各種細(xì)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(xì)菌，選擇培養(yǎng)基中應(yīng)該添加有機(jī)物X作為唯一碳源，只有能夠利用有機(jī)物X的細(xì)菌才能繁殖，不能降解X的細(xì)菌因缺乏碳源不能增殖，比例會(huì)下降。3道例題的解題模式相同：要分離分解某物質(zhì)XXX的微生物，需以某物質(zhì)XXX為唯一碳（氮）源。原因分析：不能分解某物質(zhì)XXX的微生物因缺乏碳（氮）源不能增殖，而能分解某物質(zhì)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(zhì)XXX的微生物能利用其他碳（氮）源，同樣能增殖，該培養(yǎng)基起不到篩選作用。

基于例2第（1）題，教師還需補(bǔ)充自養(yǎng)型微生物和固氮微生物的篩選方法，自養(yǎng)型微生物如硝化細(xì)菌能利用空氣中的CO2通過化能合成作用合成有機(jī)物，在沒有碳源的培養(yǎng)基上能生長，異養(yǎng)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(yǎng)基上能夠生長繁殖。

3.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題的訓(xùn)練，注重對知識(shí)的應(yīng)用

“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”專題高考試題中的中高難度試題常常以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析形式呈現(xiàn)，該類型試題最能考查學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，體現(xiàn)生物素養(yǎng)的考查，是學(xué)生奪分的熱門。如2016年全國卷Ⅰ第39題考查實(shí)驗(yàn)組的具體操作過程；2019年全國卷Ⅱ第37題第（3）問要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定甲、乙菌能否利用空氣中的氮?dú)庾鳛榈床⒑喴獙懗鰧?shí)驗(yàn)思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論，第（4）問要求學(xué)生完善探究酶E與天然酶降解W能力差異的實(shí)驗(yàn)過程中對照的設(shè)置并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出分析，得出結(jié)論。一輪復(fù)習(xí)過程中通過應(yīng)用周邊生活素材開展微生物的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，進(jìn)而掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和解題思路，最便捷的方法是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析類試題的訓(xùn)練。

【例4】水污染是全球性的環(huán)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(jī)物，PVA分解菌能產(chǎn)生PVA酶分解PVA，PVA與碘作用時(shí)能產(chǎn)生藍(lán)綠色復(fù)合物，當(dāng)PVA被分解時(shí)藍(lán)綠色復(fù)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(xì)菌的培養(yǎng)基配方，表中X物質(zhì)最可能為_________。實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)設(shè)置完全培養(yǎng)液對照組，將菌液稀釋相同的倍數(shù)，對照組培養(yǎng)基上生長的菌落數(shù)目應(yīng)明顯___________（填“多于”或“少于”）選擇培養(yǎng)基上的數(shù)目，從而說明選擇培養(yǎng)基具有篩選作用。

表3

（2）要鑒定分離出的細(xì)菌是否為PVA分解菌，培養(yǎng)PVA分解菌的培養(yǎng)基中除了加入必需的營養(yǎng)物質(zhì)外還需要加入_________用于鑒別PVA分解菌。若用上述培養(yǎng)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(shè)計(jì)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(yǎng)基來培養(yǎng)不同菌株，一定時(shí)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(huán)境污染物PVA的微生物降解為材料背景，題目要求學(xué)生應(yīng)用所學(xué)微生物的分離與鑒定原理的相關(guān)知識(shí)確定PVA分解菌的篩選與鑒定方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較不同菌株降解PVA能力的大小。根據(jù)題意，分析如表4。

表4

（1）考查“選擇培養(yǎng)”，要篩選高效分解PVA的細(xì)菌，選擇培養(yǎng)基應(yīng)以PVA為碳源，因此X物質(zhì)最可能為PVA；為說明以PVA為碳源的培養(yǎng)基具有選擇作用，需設(shè)置完全培養(yǎng)液對照組，對照組中任何微生物都可以生長，實(shí)驗(yàn)組中能分解PVA的細(xì)菌才能在選擇培養(yǎng)基中生長，因此對照組培養(yǎng)基上生長的菌落數(shù)目應(yīng)明顯多于選擇培養(yǎng)基上的菌落數(shù)目。

（2）考查“鑒別培養(yǎng)”，該實(shí)驗(yàn)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(yǎng)基中還需要加入碘；若用上述培養(yǎng)基設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較不同菌株降解PVA能力的大小，需明確幾個(gè)關(guān)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(guān)變量——含相同PVA濃度的上述培養(yǎng)基），綜合起來即為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。