Question

【題目】合成生物學(xué)是指利用多種生物技術(shù)，讓細胞來完成預(yù)先設(shè)想的各種任務(wù)。研究人員依據(jù)合成生物學(xué)原理創(chuàng)造出一種全新的大腸桿菌菌株。

（1）大腸桿菌（工程菌）可利用現(xiàn)成的有機物，通過______呼吸生產(chǎn)乙醇等作為生物燃料。

（2）為降低成本，研究人員重新設(shè)計了工程菌：將某微生物的固碳基因?qū)�入工程菌的基因組，使之能產(chǎn)生用于CO2固定和還原的酶，同時還“關(guān)閉”了三個參與異養(yǎng)代謝相關(guān)酶的基因；將能利用甲酸鹽（可再生的儲氫物質(zhì)，具備廉價、易得、無毒、可降解等特性）合成ATP的非天然酶基因?qū)�入工程菌，使其能利用甲酸鹽合成生命活動所需的ATP，如下圖所示。

根據(jù)圖1推測改造后的工程菌合成有機物的碳來自______，除了調(diào)整大腸桿菌碳源的來源，還對其_______來源進行了改造。請寫出題目中涉及到的兩種技術(shù)或工程的名稱。____________。

（3）改造后的工程菌并沒有按最初設(shè)想的代謝方式生活，研究人員還要對其進行______以獲得目的菌。將改造后的工程菌放在一定容積的培養(yǎng)基中，除水、無機鹽、氮源外，還加入數(shù)量有限的糖類、一定濃度的______，同時通入CO2濃度為10%的無菌空氣；每天取2mL的培養(yǎng)基檢測成分變化及工程菌的數(shù)量等，當菌體數(shù)量達到一個穩(wěn)定值后，更換培養(yǎng)基，結(jié)果如圖2。

在對培養(yǎng)基成分分析時發(fā)現(xiàn)，第47、166、214和343天，培養(yǎng)基中的糖含量______，在第______天左右得到較多符合要求的工程菌。

（4）請評價最終獲得的大腸桿菌用于生物燃料生產(chǎn)的可行性，并說明理由。____________。

Answer 1

【答案】無氧 二氧化碳（CO2） 能量 蛋白質(zhì)工程、基因工程、基因編輯、DNA 檢測、PCR、微生物培養(yǎng)、酶工程（合理即得分） 篩選 甲酸鹽 下降直至為零 343 不可以。雖然獲得的大腸桿菌能利用甲酸鹽和二氧化碳獲得有機物，但實驗中二氧化碳濃度達到 10%，而在自然條件下難以達到，不能存活；大腸桿菌固定二氧化碳的量少于甲酸鹽分解產(chǎn)生二氧化碳的量，可能對環(huán)境造成影響。

可以。獲得的大腸桿菌可以將甲酸鹽和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇等生物燃料，成本較低。

【解析】

“合成生物學(xué)是指利用多種生物技術(shù)，讓細胞來完成預(yù)先設(shè)想的各種任務(wù)”，本題中利用的細胞為大腸桿菌細胞，解答此題需依據(jù)題圖信息結(jié)合基因工程等知識分析作答。

（1）依據(jù)細胞呼吸的類型與產(chǎn)物可推知，乙醇是大腸桿菌無氧呼吸的產(chǎn)物。

（2）據(jù)圖1可知，有CO2指向大腸桿菌內(nèi)部，故可推測改造后的工程菌合成有機物的碳來自CO2；對比改造前后的圖并結(jié)合題干信息可知，除調(diào)整大腸桿菌碳源的來源，還對其能量來源進行了改造；由題干信息“將某微生物的固碳基因?qū)�入工程菌的基因組，使之能產(chǎn)生用于CO2固定和還原的酶，同時還“關(guān)閉”了三個參與異養(yǎng)代謝相關(guān)酶的基因”可知，該過程涉及到的技術(shù)有基因工程、基因編輯等。

（3）為獲得目的菌，研究人員需對改造后的工程菌進行篩選；因目的菌應(yīng)能利用甲酸鹽，故篩選時培養(yǎng)基中除有必須的碳源、氮源、水和無機鹽之外，還應(yīng)加入甲酸鹽；通過圖2的實驗結(jié)果可知，在第47、166、214和343天，培養(yǎng)基中的糖含量一直在下降直至為零；在343天天左右生物量較多且對外源糖碳的依賴量很低，故此時能得到較多符合要求的工程菌。

（4）解答此題可從實驗結(jié)果及實驗條件等方面進行正反兩方面的分析作答：不可以。雖然獲得的大腸桿菌能利用甲酸鹽和二氧化碳獲得有機物，但實驗中二氧化碳濃度達到 10%，而在自然條件下難以達到，不能存活；大腸桿菌固定二氧化碳的量少于甲酸鹽分解產(chǎn)生二氧化碳的量，可能對環(huán)境造成影響。（可以。獲得的大腸桿菌可以將甲酸鹽和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇等生物燃料，成本較低。）