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-淀粉酶基因轉入酵母菌中，經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切酶、DNA連接酶．為達到篩選目的，平板內的固體培養基應以淀粉作為唯一碳源．
（2）某同學嘗試過程③的操作，其中一個平板經培養后的菌落分布如圖乙所示．該同學的接種方法是稀釋涂布平板法；推測該同學接種時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酵，接種工程酵母菌的發酵罐需要先排氣，其原因是工程酵母菌分解淀粉產生葡萄糖的能力強，導致酒精發酵產生CO₂的速率更快．
（4）在酵母菌培養實驗中需每天定時對酵母菌細胞進行取樣計數，請回答以下問題：
①取出的樣液中需立即加入固定液，其目的是維持細胞數量不變．
②在計數前通常需要將樣液稀釋，這是因為細胞密度過大．
③將樣液稀釋100倍，采用血球計數板（規格為1mm×1mm×0.1mm）計數，觀察到的計數室中細胞分布見圖丙，則培養液中酵母菌細胞的密度是1×10⁸  個/mL．

Answer 1

分析 分析圖甲：圖甲是將地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶基因轉入酵母菌中經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表示基因表達載體的構建過程；②、③過程重復幾次的目的是純化獲得分解淀粉能力強的酵母菌．
分析圖乙：圖乙是一個平板經培養后的菌落分布，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：探究酵母菌種群數量的變化實驗中，實驗流程為：（1）酵母菌培養（液體培養基，無菌條件）→（2）振蕩培養基（酵母菌均勻分布于培養基中）→（3）觀察并計數→重復（2）、（3）步驟（每天計數酵母菌數量的時間要固定）→繪圖分析．

解答 解：（1）圖甲過程①表示基因表達載體的構建，該過程先要用同種限制性核酸內切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和質粒，再用DNA連接酶將目的基因和載體連接起來形成重組質粒．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基可以選出工程酵母菌．
（2）由圖乙可知，該同學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，可能是涂布不均勻導致的．
（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，即將淀粉分解產生葡萄糖的能力強，導致酒精發酵速率快，產生二氧化碳的速率更快，所以接種工程酵母菌的發酵罐要先排氣．
（4）①取出樣液前，應先振蕩搖勻，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，以維持細胞數量不變．
②若酵母菌細胞密度過大，則不易計數，因此計數前，通常需要將樣液按一定比例稀釋．
③計數時，應計四個角及中央的5個中方格中的酵母菌數目（對于邊界線上的酵母菌要遵循“記上不計下、記左不計右”的原則）．因此，這5個中方格中酵母菌數量=5（左上）+4（右上）+3（中間）+4（左下）+4（右下）=20個，則1mm×1mm×0.1mm培養液中酵母菌的數量為20×5×100（稀釋的倍數）=10000個，那么1mL培養液中酵母菌細胞數目為10000×$\frac{1mL}{0.1m{m}^{3}}$=10000×10000=1×10⁸個．
故答案為：
（1）限制性核酸內切酶、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生葡萄糖的能力強，導致酒精發酵產生CO₂的速率更快
（4）①維持細胞數量不變      ②細胞密度過大      ③1×10⁸

點評 本題以工程菌為素材，結合圖表綜合考查基因工程、微生物的實驗室培養、果酒制作、培養液中酵母菌數量的變化，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，能根據圖乙判斷接種方法及圖乙現象出現的原因；能根據圖中信息推斷酵母菌的種群密度，屬于考綱理解和應用層次的考查．