“土壤微生物的分解作用”實驗研究

李志超　席貽龍　周俊

摘 要 以溫度、淀粉糊濃度、反應時間和pH為變量，對“土壤微生物的分解作用”的最適實驗條件進行了研究。結果表明，在30°C、4%淀粉糊濃度和pH8.12等條件下反應7 d，以斐林試劑為顯色劑能夠得到較好的實驗效果。涂布平板計數結果顯示，實驗所用的土壤中微生物的含量為6 688 890個/g。

關鍵詞 土壤微生物 分解作用 涂布平板法

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

“土壤微生物的分解作用”是人教版高中生物必修內容中的探究實驗之一，旨在讓學生通過宏觀的實驗現象了解微觀的實驗原理，明白微生物在生態系統物質循環中的重要作用。然而由于實驗周期長，實驗現象較不明顯，開展該實驗的學校寥寥無幾。

1 教材分析與實驗條件選擇

在人教版“土壤微生物分解作用”的實驗中，教材提出了2個參考案例。第一個案例，使用落葉為實驗對象，設置滅菌土壤為對照組，對比得出土壤微生物具有分解作用;第二個案例：使用淀粉為實驗對象，通過斐林試劑和碘液的顯色反應，得出土壤微生物具有分解作用。對比發現，第二個案例實驗時間適中，實驗現象較為明顯;同時復習了斐林試劑的使用方法，較適合開展實驗教學。因此，筆者選用第二個案例（土壤微生物對淀粉的分解作用），對“土壤微生物的分解作用”進行實驗研究。

溫度、淀粉糊濃度和反應時間是影響土壤微生物分解作用的主要因素。筆者選取了15°C、20°C、25°C、30°C和室溫等5個溫度，2%、4%、6%和8%等4個淀粉糊濃度以及5 d、7 d和9 d等3個反應時間，探究它們對土壤微生物分解作用的影響。

特定土壤的pH是確定值，而pH的變化會影響土壤微生物的分解作用。在確定適宜的溫度、淀粉糊濃度和反應時間之后，以pH為變量，繼續探究pH對土壤微生物分解作用的影響。

為了使實驗結果更具科學性，需要設置對照組。筆者在教材的基礎上增加了滅菌土壤浸出液作為第二對照組，排除了土壤浸出液中其他非生物因素的干擾，增加了實驗的嚴謹性。

在教學研究中，有學者使用不同種類的土壤進行實驗，以確定哪種土壤微生物的分解能力最強。土壤微生物分解能力的強弱，主要受微生物種類和數量的影響。因此，為了揭示土壤微生物數量對分解作用的影響，筆者根據《微生物實驗》的相關內容，采用涂布平板法，對實驗的土壤微生物進行計數，初步確定土壤微生物的分解能力。

綜上所述，“土壤微生物的分解作用”實驗可劃分為三個小實驗，分別是：（1） 土壤微生物對淀粉分解作用實驗;（2） pH對土壤微生物分解作用的影響實驗;（3） 土壤微生物計數實驗。其中第一個小實驗為主實驗，第二、第三個小實驗為擴展實驗。

2 實驗設計

2.1 實驗器材

實驗器具：小燒杯、試管、三角瓶、玻璃棒、pH計、恒溫光照培養箱、牛皮紙、紗布。

材料和試劑：土壤、淀粉、斐林試劑、碘液、牛肉膏、蛋白胨、瓊脂、NaCl、稀HCl、稀NaOH、無菌水。

2.2 實驗步驟

2.2.1 土壤微生物對淀粉的分解作用

（1） 土壤浸出液的制備：按照課本介紹的方法制備。

（2） 淀粉糊的制作：分別稱取10 g、20 g、30 g和40 g淀粉，溶于500 mL開水中，充分攪拌，制成糊狀，得到濃度分別為2%、4%、6%和8%的淀粉糊。

（3） 滅菌：將蒸餾水、部分土壤浸出液、各濃度淀粉糊、實驗所用的燒杯和試管等器皿放入滅菌鍋中滅菌。

（4） 加樣培養：按照課本介紹的方法，在無菌環境中操作加樣，并將實驗溶液分別放入15°C、20°C、25°C和30°C的培養箱及室溫中培養

（5） 顯色反應：按照課本介紹的方法取出實驗溶液進行顯色反應。

2.2.2 pH對土壤微生物分解作用的影響

（1） 土壤浸出液pH的測定和調節：使用北京哈納HI8424NEW型pH計測出土壤浸出液的原始pH值為8.12;使用稀HCl和稀NaOH溶液，將土壤浸出液的pH上下各調節1.5和3.0個pH單位，選擇5.12、6.62、8.12、9.62和11.12等5個pH作為實驗pH。

（2） 制作淀粉糊、滅菌、加樣、培養與顯色反應操作同2.2.1。

2.2.3 土壤微生物的計數（涂布平板法）

計數實驗包括配制細菌培養基、倒平板、制備土壤稀釋液、涂布和培養等五個步驟，具體操作同《微生物實驗》教材。

3 實驗結果

3.1 土壤微生物對淀粉的分解作用

實驗結果表明，土壤微生物對淀粉的分解作用與溫度、淀粉糊濃度和分解作用的時間有關。30°C下，土壤微生物的分解作用最強烈，室溫（25°C～30°C）下次之，25°C、20°C和15°C下的分解作用依次減弱。土壤微生物對4%淀粉糊的分解作用最強，其次是2%、6%和8%。隨著時間的推移，土壤微生物對淀粉的分解作用逐漸增強;培養的第5 d，已有顯色現象;第7 d顯色現象顯著;第9 d和第7 d的實驗現象相差無幾。從顯色劑的顯色效果看，加入斐林試劑的實驗現象更直觀明顯。淀粉被分解后，產生的葡萄糖與斐林試劑作用，生成很明顯的磚紅色沉淀;加入碘液后，實驗溶液依舊變藍，只是顏色較對照組淺。這說明，一方面斐林試劑的顯色效果較顯著;另一方面，短時間里淀粉不能被分解殆盡。

3.2 pH對土壤微生物分解作用的影響

pH為8.12的原始土壤浸出液中，微生物對淀粉糊的分解作用結果最明顯，出現最多的磚紅色沉淀;弱酸（pH6.62）和弱堿（pH9.62）性的土壤浸出液中，微生物對淀粉糊的分解作用結果出現較多的磚紅色沉淀，但均少于原始pH的土壤浸出液;強堿性（pH11.12）的土壤浸出液中，微生物對淀粉糊的分解作用結果產生較少的磚紅色沉淀;強酸性（pH5.12）的土壤浸出液中，微生物對淀粉糊的分解作用結果產生最少的磚紅色沉淀。碘液的顯色反應結果并沒有明顯的差別，說明只有部分淀粉被分解。

3.3 土壤微生物的計數

涂布平板結果顯示，土壤浸出液中微生物的含量約為668 889個/mL;根據之前的實驗步驟得知，實驗土壤浸出液濃度為0.1 g/mL，因此土壤中微生物的含量約為6 688 890個/g（表1）。有教學條件的學校可設計該實驗，分析不同土壤微生物具有不同分解作用的原因，讓學生更深入地理解和掌握知識，培養學生的科學素養和探究精神。

4 討論

“土壤微生物的分解作用”實驗中，材料易得，操作簡單，可以在教學活動中順利實施。許多學校由于實驗時間較長，影響教學安排，而很少開展這一探究活動。但筆者發現，該實驗不但可以在短時間內完成，而且能開發出與之相關的教學實驗，如pH對土壤微生物分解作用的影響、土壤微生物計數等，這對學生創新思維的培養大有裨益。如果學校教學條件有限，無法順利開展該實驗，可由教師演示或者播放實驗錄像，以取得一定的教學效果。

在本實驗中，筆者并未以土壤類型為實驗變量，探究不同土壤中微生物分解作用和微生物數量的異同。但學校在安排教學活動時，可以將學生分組，不同小組以不同的土壤為研究對象開展實驗。這樣既節約了時間，又可以達到很好的實驗效果。

本研究確定的適宜實驗條件，可以為廣大師生提供參考。各學校也可以借鑒筆者的思路，開展類似實驗，并安排不同學生完成不同條件下的實驗，最后匯總結果，探討比較。這不僅能幫助學生培養團隊合作精神和創新實踐能力，也能激發學生對生物學實驗的熱情，進一步培養學生對生物學科的興趣。

參考文獻：

[1] 陳少娟，周陽.對“土壤微生物的分解作用”實驗的改進[J].中學生物學，2010，26（11）：49-50.

[2] 陳栩，沈初見.土壤微生物分解作用的研究[J].生物學通報，2006，41（11）：36-37.