Question

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

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

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

根據圖1推測改造后的工程菌合成有機物的碳來自______，除了調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或工程的名稱。____________。

（3）改造后的工程菌并沒有按最初設想的代謝方式生活，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量等，當菌體數量達到一個穩(wěn)定值后，更換培養(yǎng)基，結果如圖2。

在對培養(yǎng)基成分分析時發(fā)現，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化為乙醇等生物燃料，成本較低。

【解析】

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

（1）依據細胞呼吸的類型與產物可推知，乙醇是大腸桿菌無氧呼吸的產物。

（2）據圖1可知，有CO2指向大腸桿菌內部，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合題干信息可知，除調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導入工程菌的基因組，使之能產生用于CO2固定和還原的酶，同時還“關閉”了三個參與異養(yǎng)代謝相關酶的基因”可知，該過程涉及到的技術有基因工程、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，還應加入甲酸鹽；通過圖2的實驗結果可知，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化為乙醇等生物燃料，成本較低。）