“探究：土壤微生物对淀粉的分解作用”实验的改进

张 妍 于 鹏王婧婧

（西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 730070）

1 实验改进设计分析

李志超等通过实验，得出在“土壤微生物对淀粉的分解作用”这一实验中在土壤pH为中性、淀粉糊、30℃等条件下，实验效果最好。所以，笔者选取了质量分数为4%的淀粉糊浓度，在约30℃进行实验。土壤浸出液（pH为中性）选取了甘肃省兰州市某花园处中层土（-5 cm以下）制作，探究土壤微生物对其分解作用（实验一）。

有研究表明，随着土层深度的增加，土壤含水量、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾均显著降低，微生物生长需要营养物质，而营养物质主要是含有碳、氮的各种有机物质，在表层土壤中含量丰富，所以微生物主要分布在富含有机质的土壤表层。土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总数含量均随着土层深度增加而显著降低。即可认为土层的选取对于土壤微生物的数量有很大影响，并且根系处是土壤和植物进行物质交换的重要区域，微生物和酶活性在根系土壤中十分活跃。所以，选取花园花草根系处表层土壤（-5 cm～0 cm），探究其与中层土（-5 cm以下）对比，对土壤微生物分解作用的影响（实验二）。

对土壤微生物研究中，有学者对采集回来的土壤放置培养皿中加水培养1～2 d，土壤中细菌、真菌、线虫等微生物都会慢慢浮于水中，并在水中繁殖，可使溶于水中微生物数量增多，分解能力更强。比起将土壤包在纱布里，用水浸润一段时间，即取用土壤浸出液进行实验，直接将土壤放水中培养一到两天，再取用土壤浸出液，水中溶解的微生物更多。所以，以培养土的培养天数为实验对象，探究该种处理方式对土壤微生物分解作用的影响（实验三）。

综上所述，“土壤微生物对淀粉的分解作用”的改进实验可以划分为2个对照实验，分别是：（1）探究表层与中层土壤浸出液对淀粉糊的分解能力；（2）探究培养土与未培养土对淀粉糊的分解能力。

2 实验设计

2.1 实验器材

实验器具：烧杯（250 mL、500 mL、100 mL）、离心管（4 mL）、移液枪（1 000 μL）、移液枪枪头（1 000 μL）、玻璃棒、纱布、灭菌锅、一次性滴管、显微镜、载玻片、盖玻片、培养皿（直径6～7 cm）、水浴锅。

实验材料：土壤、生淀粉、马铃薯块、斐林试剂、碘液、无菌水。

2.2 实验步骤

2.2.1 土壤微生物（中层土）对淀粉糊的分解作用

（1）土壤浸出液的制备：将取自花园中层处的土壤，称取20 g，分成两份。每份称取10 g，分别放入里面垫有厚纱布的a、b烧杯中，各加200 mL无菌水搅拌，浸润0.5 h，然后将纱布连同土壤一起取出。将留在a烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。b烧杯的土壤浸出液放入灭菌锅中，灭菌30 min。

（2）淀粉糊的制作：称取20 g的淀粉，溶于500 mL的开水中，充分搅拌，制成糊状，得到质量分数为4%的淀粉糊，静置备用。

（3）灭菌：将b烧杯中的土壤浸出液、淀粉糊、实验所用的烧杯、离心管、移液枪枪头、玻璃棒、纱布、一次性滴管等器皿放入灭菌锅中灭菌。

（4）加样培养：另取两只烧杯（A、B），放入2份10 mL淀粉糊。在A烧杯中加入30 mL未灭菌的土壤浸出液；B烧杯中加入30 mL灭菌后的土壤浸出液。将淀粉与土壤浸出液充分搅拌，烧杯盖上纱布，并将A、B烧杯在室温（25℃左右）下放置7 d。

（5）显色反应：实验材料配成后，在A烧杯中取2份1 mL溶液，放入两个离心管中，分别编号A1、A2。在B烧杯中取2份1 mL溶液，放入2个离心管中，分别编号B1、B2。接着在A1、B1中加入2～3滴碘液。在A2、B2中加入2～3滴斐林试剂（A液：B液为2：1）60℃水浴，2 min。记录实验现象。之后，每天继续重复以上显色反应，观察实验变化，并记录实验结果。本实验组在以下研究报告中称作中层土淀粉组。

2.2.2 土壤微生物（表层土）对淀粉糊的分解作用

（1）土壤浸出液的制备：将取自花园表层处的土壤，称取20 g，分成两份。每份称取10 g，分别放入里面垫有厚纱布的a、b烧杯中，加200 mL无菌水搅拌，浸润0.5 h。然后，将纱布连同土壤一起取出。将留在a烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。b烧杯的土壤浸出液放入灭菌锅中灭菌30 min。

（2）制作淀粉糊、灭菌、加样培养与显色反应同2.2.1。本实验组在以下研究报告中称作表层土淀粉组。

2.2.3 培养土微生物对淀粉糊的分解作用

（1）土壤微生物溶液的培养：将取自花园花草根系表层处的土壤，称取20 g。放入培养皿中，加入约200 mL已放置2或3d的自来水（除去或减少自来水中的有害气体），混匀制成土壤微生物培养溶液，平均分成3份，放置培养皿培养。标注分别为m0、m1、m2，0、1、2表示土壤微生物放置培养皿中的培养天数。按标注的天数来培养土壤微生物。静置出现澄清上清液时备用。

（2）淀粉糊的制作：称取10 g的淀粉，溶于250 mL的开水中，充分搅拌，制成糊状，得到质量分数为4%的淀粉糊，静置备用。

（3）灭菌：淀粉糊、实验所用的烧杯、离心管、移液枪枪头、玻璃棒、纱布、一次性滴管等器皿放入灭菌锅中灭菌。

（4）加样培养：取用m0（土壤微生物放置培养皿0天）中的土壤上清液，取10支4 mL离心管，10支离心管都标上当天的日期，各加入1 mL淀粉糊和1 mL土壤上清液，其中5支为A组，5支离心管分别标注加入碘液的日期。每天用碘液测一次淀粉含量的变化，即可推算土壤培养液与淀粉混合培养天数。另5支为B组，B组分别标注加入斐林试剂的日期，每天用斐林试剂测一次还原糖含量的变化，即可推算土壤培养液与淀粉混合培养天数，将已取过土壤上清液的培养皿m0丢弃。连续4 d如此进行。

（5）显色反应：按培养时间推算，每天取日期相同的A离心管和B离心管，A离心管分别用一次性滴管加入3滴碘液，B离心管分别用移液枪加入1 mL斐林试剂（A液∶B液为2∶1）。将加入斐林试剂的B管放入60℃的水浴锅中2 min，观察B离心管是否出现砖红色沉淀，观察A管颜色变化。以后，每天重复上述工作，直至离心管加色反应完。本实验组在以下研究报告中称作培养表层土淀粉组。

3 实验结果

3.1 土壤微生物对淀粉的分解作用

土壤微生物对土豆淀粉的分解作用结果见表1。

表1 中层土与表层土微生物对淀粉糊的分解作用对比

中层土淀粉组：结果显示，培养3 d天后，A1（土壤未灭菌，加碘液）呈深蓝色，说明淀粉分解量较少；B1（土壤灭菌，加碘液）呈深蓝色，说明淀粉分解量较少；A2（土壤未灭菌，加斐林试剂）未有砖红色沉淀，说明还原糖量较少；B2（土壤灭菌，加斐林试剂）未有砖红色沉淀，说明还原糖量较少。培养5 d后，鉴定结果与3 d无异。培养7 d后，A1（土壤未灭菌，加碘液显色）呈深黄色，说明淀粉已大量分解；B1（土壤灭菌，加碘液）蓝色稍变浅，说明淀粉分解较少；A2（土壤未灭菌，加斐林试剂）有较不明显的砖红色沉淀，说明还原糖量较少；B2（土壤灭菌，加斐林试剂）颜色无明显变化，说明还原糖量较少。A、B组现象对比不明显。结果表明，取用中层土（-5 cm以下），做淀粉分解实验历时较长，且现象不明显。

表层土淀粉组：实验结果显示，培养前3d，A、B组对比不明显。培养4 d后，A1（土壤未灭菌，加碘液）浅蓝色，说明存在大量微生物分解淀粉；B1（土壤灭菌，加碘液）呈深蓝色，说明无大量微生物分解淀粉；A2（土壤未灭菌，加斐林试剂）呈较深的砖红色沉淀，说明存在大量还原糖；B2（土壤灭菌，加斐林试剂）无砖红色沉淀，说明还原糖较少。A、B组对比现象明显，说明未灭菌的表层土中存在大量分解淀粉的微生物。实验结果表明，与中层土淀粉组相比，采用表层土作为该实验的土壤材料，现象明显，且用时较短。

3.2 培养土壤微生物对土豆淀粉的分解作用

培养土壤微生物对土豆淀粉的分解作用见表2。

表2 探究土壤微生物培养天数对分解淀粉的作用

培养表层土淀粉组：土壤培养1 d，土壤与淀粉混合0～4 d，加碘液，有明显蓝色变浅的梯度变化现象；土壤培养1 d，土壤与淀粉混合0～4 d，加斐林试剂，随着混合天数的增加，砖红色沉淀越来越明显。土壤液培养1 d，淀粉与土壤混合3 d，加斐林试剂，呈明显的砖红色沉淀，说明淀粉已大量分解，产生较多还原糖。

以上结果说明，表层土壤微生物培养1 d后，且与淀粉混合培养3 d，淀粉分解现象最明显，加碘蓝色变浅，加菲林试剂砖红色沉淀明显。且该实验与表层土淀粉组需4 d有实验现象对比，用时更短，且现象更明显。

4 结论

以上实验结果表明，制作土壤浸出液选用花园花草根系处的表层土（-5 cm～0）比中层土（-5 cm以下）实验现象较明显，且只需4 d即可观察到现象；将表层土加水浸湿培养1 d，再与淀粉糊等体积混合培养3 d，实验现象更明显，用时更短。

5 讨论

本实验在参照课本实验的基础上，又在土层选取以及土壤培养方面进行创新设计，取得了理想的结果，事实证明由此实验可衍生出多种实验设计，所以该实验有利于培养学生的科学素养，发散学生的创新思维。

因为条件限制，本实验只在室温下培养，未在无菌环境中，有可能空气中的微生物会影响实验，但是，从对照组与实验组的现象对比来看，差异显著，所以空气中的微生物分解淀粉可忽略。