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 （江蘇省白蒲高級中學 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 （江蘇省白蒲高級中學 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的科學研究為背景，把多個科技論文簡化優(yōu)化整合，以圖文并茂的形式呈現(xiàn)給考生，考查其在復雜背景下獲取信息、利用已有生物學知識解釋相關(guān)實驗現(xiàn)象分析實驗結(jié)果的能力，從而引導考生關(guān)注科技發(fā)展和社會熱點問題，旨在考核并發(fā)展學生的生物學科核心素養(yǎng)。筆者首次嘗試利用科技論文命制一道有關(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重，傳統(tǒng)生物脫氮處理包括亞硝化細菌的氨化作用、硝化細菌的硝化作用和反硝化細菌的反硝化作用三個過程。近年來人們分離篩選出菌株Y1能同時進行異養(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）實驗過程中培養(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號培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其目的是_______________。該培養(yǎng)過程同時做了3個平行樣，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號培養(yǎng)基中添加了_______使得其物理狀態(tài)與Ⅲ號培養(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，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、微生物的應用，等級要求B。常見考查點有：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-反硝化細菌”與學生熟悉的“硝化細菌”在概念上存在沖突，應該簡單介紹異養(yǎng)硝化和反硝化過程。

（2）為什么要研究篩選“異養(yǎng)硝化-反硝化細菌”？這種細菌在有機廢水處理中的優(yōu)勢是什么？圖示過于簡單，最好通過適當文字描述實驗主要步驟或目的，讓學生了解整個篩選過程。

（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，而且這是科學研究應用價值的體現(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)問題和應用問題呈現(xiàn)沒有遞進關(guān)系，能力立意的設(shè)問過少。

3 終稿

異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細菌能夠利用有機碳源生長的同時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)物反硝化為含氮氣體，因此這類細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)反硝化細菌Y1，并研究其脫氮性能，主要實驗過程及結(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菌。(BTB在酸性時黃色，中性時綠色，堿性時藍色)

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菌株是否具有硝化性能。同時具備異養(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，實驗分析得結(jié)果如圖6。

（1）與化能合成硝化細菌相比菌種Y1在代謝類型上的不同點是_________，在處理廢水時的優(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實驗結(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氣體，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）排除偶然因素對實驗結(jié)果的影響，確保實驗的準確性 72 此時細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)計貼近學生的知識結(jié)構(gòu)；語言精煉準確，與解題無關(guān)的信息省略不寫，復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在高考考點上，設(shè)問層層遞進，先基礎(chǔ)知識性的考查后思維能力的考查；命題的指導方向是學生核心素養(yǎng)的發(fā)展和評價，只有基于學科核心素養(yǎng)立意命制的模擬試題才能更好地引導學生形成生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。

文件編號：1003-7586(2017)10-0055-03