顧曉芹 （江蘇省白蒲高級(jí)中學(xué) 江蘇南通 226511）

一道原創(chuàng)“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(jí)中學(xué) 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(shí)的科學(xué)研究為背景，把多個(gè)科技論文簡化優(yōu)化整合，以圖文并茂的形式呈現(xiàn)給考生，考查其在復(fù)雜背景下獲取信息、利用已有生物學(xué)知識(shí)解釋相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，從而引導(dǎo)考生關(guān)注科技發(fā)展和社會(huì)熱點(diǎn)問題，旨在考核并發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。筆者首次嘗試?yán)每萍颊撐拿埔坏烙嘘P(guān)“微生物的利用”的原創(chuàng)試題。

1 試題

自然水體中氨氮污染問題日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)生物脫氮處理包括亞硝化細(xì)菌的氨化作用、硝化細(xì)菌的硝化作用和反硝化細(xì)菌的反硝化作用三個(gè)過程。近年來人們分離篩選出菌株Y1能同時(shí)進(jìn)行異養(yǎng)硝化和好氧反硝化，圖1是Y1菌株分離與篩選流程簡圖，結(jié)合圖形回答下列相關(guān)問題：

圖1 菌株分離與篩選流程簡圖

（1）實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)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(hào)培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其目的是_______________。該培養(yǎng)過程同時(shí)做了3個(gè)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(yǎng)基功能上說Ⅱ、Ⅲ培養(yǎng)基是_____培養(yǎng)基，Ⅱ號(hào)培養(yǎng)基中添加了_______使得其物理狀態(tài)與Ⅲ號(hào)培養(yǎng)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(yǎng)基上的生長情況，該結(jié)果說明菌株Y1利用（碳源）的能力較其他碳源強(qiáng)，不能利用__________作為氮源。

圖2 Y1在不同碳源的培養(yǎng)基上的生長情況

圖3 Y1在不同氮源的培養(yǎng)基上的生長情況

2 評析

2.1 考點(diǎn)分析

《江蘇高考說明》中有關(guān)“微生物的利用”要求為：微生物的分離和培養(yǎng)、某種微生物的測定、微生物的應(yīng)用，等級(jí)要求B。常見考查點(diǎn)有：培養(yǎng)基類型、篩選培養(yǎng)基的特殊成分和原理、無菌技術(shù)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(yǎng)硝化-反硝化細(xì)菌”與學(xué)生熟悉的“硝化細(xì)菌”在概念上存在沖突，應(yīng)該簡單介紹異養(yǎng)硝化和反硝化過程。

（2）為什么要研究篩選“異養(yǎng)硝化-反硝化細(xì)菌”？這種細(xì)菌在有機(jī)廢水處理中的優(yōu)勢是什么？圖示過于簡單，最好通過適當(dāng)文字描述實(shí)驗(yàn)主要步驟或目的，讓學(xué)生了解整個(gè)篩選過程。

（3）題干信息必須為解題提供必不可少的依據(jù)，問題設(shè)置也需要緊扣題干信息，設(shè)問與題干信息關(guān)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(xué)研究應(yīng)用價(jià)值的體現(xiàn)，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(shè)問。

（6）基礎(chǔ)問題和應(yīng)用問題呈現(xiàn)沒有遞進(jìn)關(guān)系，能力立意的設(shè)問過少。

3 終稿

異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細(xì)菌能夠利用有機(jī)碳源生長的同時(shí)將含氮化合物硝化生成亞硝酸鹽、硝酸鹽等產(chǎn)物，還能直接將硝化產(chǎn)物反硝化為含氮?dú)怏w，因此這類細(xì)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(yǎng)硝化-好養(yǎng)反硝化細(xì)菌Y1，并研究其脫氮性能，主要實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果如下。分析回答：

① 富集培養(yǎng)：將50 mL富集培養(yǎng)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(yǎng),按 5%的接種量，取上清液接種于新鮮的富集培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)5代，每代2天。

② 好氧反硝化培養(yǎng)基篩選：依據(jù)好氧反硝化細(xì)菌的平板分離法，利用BTB培養(yǎng)基分離篩選具有好氧反硝化性能的細(xì)菌。(BTB在酸性時(shí)黃色，中性時(shí)綠色，堿性時(shí)藍(lán)色)

③ 異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基篩選：將100 mL的異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基分別裝入13個(gè)250 mL三角瓶中滅菌，用接種環(huán)挑取純化后的12株菌株分別接種到上述培養(yǎng)基中，1 組對照，30℃，150 r·min-1搖床培養(yǎng)。每 2 天取2 mL培養(yǎng)液用格里斯試劑確認(rèn)菌株是否具有硝化性能。同時(shí)具備異養(yǎng)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(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時(shí)間后取樣測定NH4+-N，NO3--N，結(jié)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(yǎng)基中接種觀察其生長狀況，實(shí)驗(yàn)分析得結(jié)果如圖6。

（1）與化能合成硝化細(xì)菌相比菌種Y1在代謝類型上的不同點(diǎn)是_________，在處理廢水時(shí)的優(yōu)勢是_______。

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

圖4 培養(yǎng)基中的濃度

圖5 培養(yǎng)基中的濃度

圖6 Y1在不同氮源的培養(yǎng)基上的生長情況

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

（4）步驟④設(shè)置對照組的目的是_____，由圖3、4可知，培養(yǎng) 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(shí)驗(yàn)結(jié)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(yǎng) 能將硝酸鹽、亞硝酸鹽反硝化成含氮?dú)怏w，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(huán)境下生長的菌種 淘汰不能在高濃度氮環(huán)境中生存的微生物，使目的菌種大量增殖 （3）讓細(xì)菌與培養(yǎng)基充分接觸獲得充足營養(yǎng) 增加培養(yǎng)基的溶氧量（4）排除偶然因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性 72 此時(shí)細(xì)菌的反硝化能力大于硝化能力，使積累的硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮 （5）（NH4）2HPO4麥芽浸粉和酸水解蛋白

4 反思

這道原創(chuàng)模擬試題命制經(jīng)歷的基本流程有：科技論文的篩選，題目呈現(xiàn)形式的確定，設(shè)問的方向的探討，題目整體立意的設(shè)定等等。在修改和打磨的過程中注重情境的設(shè)計(jì)貼近學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)；語言精煉準(zhǔn)確，與解題無關(guān)的信息省略不寫，復(fù)雜的文字表述可用簡潔的流程圖代替；設(shè)問緊扣題干信息并且落腳點(diǎn)在高考考點(diǎn)上，設(shè)問層層遞進(jìn)，先基礎(chǔ)知識(shí)性的考查后思維能力的考查；命題的指導(dǎo)方向是學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展和評價(jià)，只有基于學(xué)科核心素養(yǎng)立意命制的模擬試題才能更好地引導(dǎo)學(xué)生形成生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。

文件編號(hào)：1003-7586(2017)10-0055-03