Question

【題目】纖維素分子不能進入酵母細胞，為了使酵母菌能夠利用環境中的纖維素為原料生產酒精，構建了含3種不同基因片段的重組質粒，下面是酵母菌轉化及纖維素酶在工程菌內合成與運輸的示意圖（提示：信號肽是一段可引導新合成的肽鏈向內質網轉移的短肽鏈）。

據圖回答：

（1）本研究構建重組質粒時看選用四種限制酶，其識別序列如下圖，為防止酶切片段的自身環接，可選用的限制酶組合是____。

A、①② B、①③ C、②③ D、③④

（2）纖維素酶基因的表達包括_______和______過程，與菌株Ⅱ相比，在菌株Ⅲ、Ⅳ中參與纖維素酶合成和分泌的細胞器還有_________。

（3）設置菌株Ⅰ為對照，是為了驗證__________________不攜帶纖維素酶基因。

（4）在以纖維素為唯一C源的培養基上分別培養菌株Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，菌株____不能存活，原因是___________。

（5）在利用纖維素生產酒精時，菌株Ⅳ更具有優勢，請根據題目信息推測可能的原因，是因為_____________。

Answer 1

【答案】B、 C 轉錄 翻譯 內質網、高爾基體 質粒DNA和酵母菌基因組 II 缺少信號肽編碼序列，合成的纖維素酶不能分泌到胞外，細胞無可利用的碳源 因為導入的中重組質粒含有A基因片段，使分泌的纖維素酶固定于細胞壁，提高了酶的利用率

【解析】

分析對照實驗首先要確定自變量，本題中自變量是導入含不同基因片段的重組質粒。菌株I為空白對照，與其他三個組別比較，菌株Ⅱ中，纖維素酶只分布在細胞質基質中，而菌株Ⅲ和菌株Ⅳ的纖維素酶分布在內質網、高爾基體、囊泡、細胞外。

（1）為防止酶切片段的自身連接，必須用不同限制酶切割，且酶切片段兩端的黏性末端不相同（不存在堿基互補片段）。從圖示看，符合要求的限制酶有以下組合：①③、①④、②③、②④，綜上分析，BC正確，AD錯誤，故選BC。

（2）基因表達包括轉錄和翻譯兩個過程。通過圖示來看菌株Ⅱ中，纖維素酶只分布在細胞質基質中，而菌株Ⅲ和菌株Ⅳ的纖維素酶分布在內質網、高爾基體、囊泡、細胞外，所以菌株Ⅲ、IV中參與纖維素酶合成和分泌的細胞器還有內質網、高爾基體。

（3）菌株I為空白對照，與其他三個組別比較，不難發現設置菌株I的目的是驗證質粒自身及酵母菌原基因組不攜帶纖維素酶基因。

（4）菌株Ⅱ、Ⅲ、IV進行對比，不難發現信號肽的作用是引導多肽（纖維素酶）進入內質網加工，再經高爾基體分泌到胞外，這樣纖維素酶可在胞外將纖維素水解為葡萄糖，供酵母菌吸收利用。而菌株Ⅱ纖維素酶在胞內無法水解纖維素，故在以纖維素為唯一碳源的培養基上，菌株Ⅱ不能存活。

（5）酵母菌無氧呼吸生成酒精，場所為細胞質基質。菌株Ⅲ和IV均能水解纖維素產生酒精，兩組進行對比，菌株Ⅲ的纖維素酶流失多，菌株Ⅳ因導入A基因片段使得纖維素酶固定于細胞壁，減少因培養液更新而造成的酶的流失，酶的利用率更高。