Question

15．普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，有人將地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶基因轉(zhuǎn)入酵母菌中，經(jīng)篩選得到了可高效利用淀粉的工程酵母菌菌種（過程如圖甲所示）．

（1）圖甲中，過程①需要的酶有限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶．為達(dá)到篩選目的，平板內(nèi)的固體培養(yǎng)基應(yīng)以淀粉作為唯一碳源．
（2）某同學(xué)嘗試過程③的操作，其中一個(gè)平板經(jīng)培養(yǎng)后的菌落分布如圖乙所示．該同學(xué)的接種方法是稀釋涂布平板法；推測該同學(xué)接種時(shí)可能的操作失誤是涂布不均勻．
（3）以淀粉為原料，用工程酵母菌和普通酵母菌在相同的適宜條件下密閉發(fā)酵，接種工程酵母菌的發(fā)酵罐需要先排氣，其原因是工程酵母菌分解淀粉產(chǎn)生葡萄糖的能力強(qiáng)，導(dǎo)致酒精發(fā)酵產(chǎn)生CO₂的速率更快．
（4）在酵母菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中需每天定時(shí)對酵母菌細(xì)胞進(jìn)行取樣計(jì)數(shù)，請回答以下問題：
①取出的樣液中需立即加入固定液，其目的是維持細(xì)胞數(shù)量不變．
②在計(jì)數(shù)前通常需要將樣液稀釋，這是因?yàn)榧?xì)胞密度過大．
③將樣液稀釋100倍，采用血球計(jì)數(shù)板（規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm）計(jì)數(shù)，觀察到的計(jì)數(shù)室中細(xì)胞分布見圖丙，則培養(yǎng)液中酵母菌細(xì)胞的密度是1×10⁸  個(gè)/mL．

Answer 1

分析 分析圖甲：圖甲是將地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶基因轉(zhuǎn)入酵母菌中經(jīng)篩選得到了可高效利用淀粉的工程酵母菌菌種的過程．圖中①表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程；②、③過程重復(fù)幾次的目的是純化獲得分解淀粉能力強(qiáng)的酵母菌．
分析圖乙：圖乙是一個(gè)平板經(jīng)培養(yǎng)后的菌落分布，可見其采用的是稀釋涂布平板法，但圖中群落分布相對較集中．
分析圖丙：探究酵母菌種群數(shù)量的變化實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)流程為：（1）酵母菌培養(yǎng)（液體培養(yǎng)基，無菌條件）→（2）振蕩培養(yǎng)基（酵母菌均勻分布于培養(yǎng)基中）→（3）觀察并計(jì)數(shù)→重復(fù)（2）、（3）步驟（每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定）→繪圖分析．

解答 解：（1）圖甲過程①表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建，該過程先要用同種限制性核酸內(nèi)切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和質(zhì)粒，再用DNA連接酶將目的基因和載體連接起來形成重組質(zhì)粒．普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，而工程酵母菌可以高效利用淀粉，所以用以淀粉為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基可以選出工程酵母菌．
（2）由圖乙可知，該同學(xué)采用的是稀釋涂布平板法，但菌落比較集中，沒有很好的分散開來，可能是涂布不均勻?qū)е碌模?br />（3）普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，而工程酵母菌可以高效利用淀粉，即將淀粉分解產(chǎn)生葡萄糖的能力強(qiáng)，導(dǎo)致酒精發(fā)酵速率快，產(chǎn)生二氧化碳的速率更快，所以接種工程酵母菌的發(fā)酵罐要先排氣．
（4）①取出樣液前，應(yīng)先振蕩搖勻，使酵母菌分布均勻，然后再取樣；取出的樣液中需立即加入固定液，以維持細(xì)胞數(shù)量不變．
②若酵母菌細(xì)胞密度過大，則不易計(jì)數(shù)，因此計(jì)數(shù)前，通常需要將樣液按一定比例稀釋．
③計(jì)數(shù)時(shí)，應(yīng)計(jì)四個(gè)角及中央的5個(gè)中方格中的酵母菌數(shù)目（對于邊界線上的酵母菌要遵循“記上不計(jì)下、記左不計(jì)右”的原則）．因此，這5個(gè)中方格中酵母菌數(shù)量=5（左上）+4（右上）+3（中間）+4（左下）+4（右下）=20個(gè)，則1mm×1mm×0.1mm培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量為20×5×100（稀釋的倍數(shù)）=10000個(gè)，那么1mL培養(yǎng)液中酵母菌細(xì)胞數(shù)目為10000×$\frac{1mL}{0.1m{m}^{3}}$=10000×10000=1×10⁸個(gè)．
故答案為：
（1）限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶　  淀粉
（2）稀釋涂布平板法　     涂布不均勻
（3）工程酵母　 工程酵母菌分解淀粉產(chǎn)生葡萄糖的能力強(qiáng)，導(dǎo)致酒精發(fā)酵產(chǎn)生CO₂的速率更快
（4）①維持細(xì)胞數(shù)量不變      ②細(xì)胞密度過大      ③1×10⁸

點(diǎn)評 本題以工程菌為素材，結(jié)合圖表綜合考查基因工程、微生物的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)、果酒制作、培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的變化，要求考生識記基因工程的工具及操作步驟；識記微生物的接種方法，能根據(jù)圖乙判斷接種方法及圖乙現(xiàn)象出現(xiàn)的原因；能根據(jù)圖中信息推斷酵母菌的種群密度，屬于考綱理解和應(yīng)用層次的考查．