Question

【题目】合成生物学是指利用多种生物技术，让细胞来完成预先设想的各种任务。研究人员依据合成生物学原理创造出一种全新的大肠杆菌菌株。

（1）大肠杆菌（工程菌）可利用现成的有机物，通过______呼吸生产乙醇等作为生物燃料。

（2）为降低成本，研究人员重新设计了工程菌：将某微生物的固碳基因导入工程菌的基因组，使之能产生用于CO2固定和还原的酶，同时还“关闭”了三个参与异养代谢相关酶的基因；将能利用甲酸盐（可再生的储氢物质，具备廉价、易得、无毒、可降解等特性）合成ATP的非天然酶基因导入工程菌，使其能利用甲酸盐合成生命活动所需的ATP，如下图所示。

根据图1推测改造后的工程菌合成有机物的碳来自______，除了调整大肠杆菌碳源的来源，还对其_______来源进行了改造。请写出题目中涉及到的两种技术或工程的名称。____________。

（3）改造后的工程菌并没有按最初设想的代谢方式生活，研究人员还要对其进行______以获得目的菌。将改造后的工程菌放在一定容积的培养基中，除水、无机盐、氮源外，还加入数量有限的糖类、一定浓度的______，同时通入CO2浓度为10%的无菌空气；每天取2mL的培养基检测成分变化及工程菌的数量等，当菌体数量达到一个稳定值后，更换培养基，结果如图2。

在对培养基成分分析时发现，第47、166、214和343天，培养基中的糖含量______，在第______天左右得到较多符合要求的工程菌。

（4）请评价最终获得的大肠杆菌用于生物燃料生产的可行性，并说明理由。____________。

Answer 1

【答案】无氧 二氧化碳（CO2） 能量 蛋白质工程、基因工程、基因编辑、DNA 检测、PCR、微生物培养、酶工程（合理即得分） 筛选 甲酸盐 下降直至为零 343 不可以。虽然获得的大肠杆菌能利用甲酸盐和二氧化碳获得有机物，但实验中二氧化碳浓度达到 10%，而在自然条件下难以达到，不能存活；大肠杆菌固定二氧化碳的量少于甲酸盐分解产生二氧化碳的量，可能对环境造成影响。

可以。获得的大肠杆菌可以将甲酸盐和二氧化碳转化为乙醇等生物燃料，成本较低。

【解析】

“合成生物学是指利用多种生物技术，让细胞来完成预先设想的各种任务”，本题中利用的细胞为大肠杆菌细胞，解答此题需依据题图信息结合基因工程等知识分析作答。

（1）依据细胞呼吸的类型与产物可推知，乙醇是大肠杆菌无氧呼吸的产物。

（2）据图1可知，有CO2指向大肠杆菌内部，故可推测改造后的工程菌合成有机物的碳来自CO2；对比改造前后的图并结合题干信息可知，除调整大肠杆菌碳源的来源，还对其能量来源进行了改造；由题干信息“将某微生物的固碳基因导入工程菌的基因组，使之能产生用于CO2固定和还原的酶，同时还“关闭”了三个参与异养代谢相关酶的基因”可知，该过程涉及到的技术有基因工程、基因编辑等。

（3）为获得目的菌，研究人员需对改造后的工程菌进行筛选；因目的菌应能利用甲酸盐，故筛选时培养基中除有必须的碳源、氮源、水和无机盐之外，还应加入甲酸盐；通过图2的实验结果可知，在第47、166、214和343天，培养基中的糖含量一直在下降直至为零；在343天天左右生物量较多且对外源糖碳的依赖量很低，故此时能得到较多符合要求的工程菌。

（4）解答此题可从实验结果及实验条件等方面进行正反两方面的分析作答：不可以。虽然获得的大肠杆菌能利用甲酸盐和二氧化碳获得有机物，但实验中二氧化碳浓度达到 10%，而在自然条件下难以达到，不能存活；大肠杆菌固定二氧化碳的量少于甲酸盐分解产生二氧化碳的量，可能对环境造成影响。（可以。获得的大肠杆菌可以将甲酸盐和二氧化碳转化为乙醇等生物燃料，成本较低。）