3．微生物代谢的人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。其中应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节和通过控制细胞膜的渗透性来解除反馈抑制在发酵工业中得到了广泛的应用。前者如黄色短杆菌冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸，而赖氨酸单独过量时不会出现这种现象。通过诱变育种方法培育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的营养缺陷型菌株，从而达到了让黄色短菌大量积累赖氨酸的目的。控制细胞膜的渗透性也能达到控制微生物代谢的目的。如在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的控制作用，提高谷氨酸产量。
[经典例题解析]
例题1
[(2001年全国高考理科综合试题(天津、山西卷))]如果一定重量的黄豆全部萌发生成黄豆芽，黄豆芽中的有机物总量、有机物种类分别比黄豆中的( )
A．多、多 B．少、多 C．多、少 D．少、少
解析 这是一道利用生物学知识解决生产实际中的一些问题的测试题，重点考查学生灵活应用知识的能力，能力要求的认知层次较高，要求考生在理解的基础上能够分析知识的联系与区别，能够在新的情境中运用所学的知识，解决一些与生物学有关的实际问题。种子在萌发的过程中，首先要吸水，吸水后胚就开始进行呼吸作用，将胚乳或子叶中贮存的有机物分解，其中有一部分被彻底氧化分解释放出能量，提供给胚进行各项生命活动，所以有机物的总量开始下降。也有一部分呼吸过程中的中间产物被转变为其他物质，作为构建幼苗的材料，如各种氨基酸、核苷酸、及其他各种有机小分子和有机大分子物质，所以有机物的种类开始增加。而在种子的贮存物质中，主要以淀粉和蛋白质为主。
答案 B
例题2 为提高移栽树苗的成活率，常采用根部带土和去掉部分枝叶的措施，其目的是( )
A．保护根毛，减少蒸腾作用 B．防止根部营养损失，增强呼吸
C．促进根的发育，降低光合作用 D．保护幼根，提高植物体温度
解析 植物在移栽时，植物的根部肯定会受到一定程度的损伤，特别是根尖最容易受到伤害。植物吸水最活跃的区域是根尖的根毛区(成熟区)，根毛区受到伤害后，根的吸收面积大大缩小，从而使植物吸收的水分大大减少。所以为了尽可能地减少根的损伤程度，移栽时根部带上是一个最有效的办法。去掉一部分枝叶，是为了降低蒸腾作用的面积，而减少水分的散失。在移栽植物时采取上述两项措施，在移栽植物时可有效地维持植物体内水分代谢的平衡，有利于提高移栽植物的成活率。
答案 A
例题3
用放置太久的洗碗水做水质污染实验时，不能使0．01%亚甲基蓝溶液褪色，其合理解释是( )
A．溶解氧太低，好氧细胞已死亡 B．亚甲基蓝溶液浓度太低
C．好氧细菌大量繁殖 D．溶解氧太多
解析 0．01%的亚甲基蓝溶液是活体染色剂，不影响生物(细菌)的正常生理活动。好氧性细菌可以在洗碗水中大量繁殖，将蓝色的亚甲基蓝阳离子吸收到细菌细胞内，从而使0．01%亚甲基蓝溶液的蓝色褪去。故人们常利用亚甲基蓝作为指示剂，根据蓝色的褪色程度来鉴定水质的污染(检测好氧性细菌的相对数量)程度。当洗碗水放置时间过长时，水中溶解氧太低，好氧性细菌死亡，就不能进行有效的鉴定。
答案 A
例题4
(1991年全国高考试题和1996年上海高考试题)图6-3表示用云母片(具不透水性)插入燕麦胚芽鞘的尖端部分，从不同方向照光，培养一段时间后，胚芽鞘的生长情况是( )
A．甲向右弯，乙不弯曲，丙不弯曲 B．甲向左弯，乙向右弯，丙不弯曲
C．甲向左弯，乙不弯曲，丙向左弯 D．甲不弯曲，乙不弯曲，丙向右弯
图6-3
解析 胚芽鞘的尖端能产生生长素，并从尖端输送到下部，促进下部生长。单侧光照可引起向下输送的生长素分布不均。向光的一侧生长素分布得少，细胞生长慢；背光的一侧分布多，细胞生长快，结果胚芽鞘向生长慢的一侧弯曲，表现出向光性。要对本题做正确判断，须对甲、乙、丙三图的光照方向、阻断装置进行分析来看生长素的产生、流向及分布。甲图尖端被云母片分隔为左右互不相通的两部分，生长素仍能垂直向下运输，虽受单侧光照，也不会导致生长素在背光侧增多，结果是胚芽鞘左右两侧生长素均匀分布，故甲不弯曲。乙图尖端被云母片横截为互不相通的上下两部分，这样即使有单侧光照射，也不会导致生长素在背光侧增多，故乙不弯曲。丙图尖端右侧被云母片横截了一半，虽然是垂直照光，但尖端右侧生长素不能向下运输，只有左侧产生的生长素能向下运输，使左侧的生长素分布较多，促使胚芽鞘向右弯曲。
答案 D
例题5
(2000年广东高考试题)将燕麦胚芽鞘尖端放在琼脂小块上，正中插入生长素不能透过的云母片，琼脂被分成相等的两部分(见图6-4)。单侧光照射后，琼脂内生长素含量( )
A．左右相等 B．左多右少
C．左少右多 D．左右均无
图6-4
解析 燕麦胚芽鞘尖端能够产生生长素能感受单侧光刺激的是芽的顶端，单侧光照射能使生长素在向下运输时，偏向背光侧。从而使茎背光的一侧分布得多，向光的一侧分布得少。本题的实验中，胚芽鞘尖端是置于琼脂小块上的，生长素在向下运输时能渗入到琼脂上块中，所以琼脂小块中的生长素含在背光侧多，向光侧少。
答案 B
例题6 用适宜浓度的生长素溶液处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可以得到无籽番茄，这种果实的细胞中染色体数目为( )
A．与卵细胞染色体数目一样 B．与体细胞染色体数目一样
C．比受精卵染色体数目多一倍 D．与受精卵染色体数目一样
解析 用生长素处理没有受粉的番茄花蕾，能够促进其发育的原因是因为较多的生长素使其子房成为该植物的一个营养分配中心，叶片制造的营养物质能够源源不断地运输到该花蕾的子房中，子房就开始发育并能形成一个无籽的果实。在这个果实中由于胚珠中的卵细胞和极核没有受精，所以珠子不发育成种子。但整个果实中所有细胞的染色体数目没有发生变化，仍和母体是一样的。这与秋水仙素不同，秋水仙素能引起基因突变，也能通过抑制有丝分裂时纺缍体的形成而使细胞内染色体数目加倍，但生长素无此作用。
答案 B
例题7
美国航天飞机在太空中关于种子萌发的实验表明，根的生长没有方向性，这是由于( )
A．失重 B．失去光照 C．产生变异 D．缺氧
解析 植物根和茎在地球表面上的生长的方向性，是由地球的重力引起的。地球的引力使得生长素在植物根茎的近地侧分布相对多一些，在背地侧分布相对少一些。由于茎对生长素最适浓度的要求较高，近地侧多一些促进了近地侧细胞的伸长，使近地侧细胞伸长得快一些，从而使茎背地生长。对根来说，根对生长素最适浓度的要求很低，近地侧多了一些，对细胞的伸长起抑制作用，从而使得近地侧细胞生长得比背地侧慢，使根表现出背地生长的特性。但在太空失重的条件下，生长素在根和茎中的分布已失去重力的影响，所以根和茎的生长不再表现出向地生长和背地生长的特性。
答案 A
例题8 对燕麦胚芽鞘作如下图处理：①放在暗盒里；②在胚芽鞘尖端的下部用锡铂遮住；③在尖端横向插入云母片；④在尖端横向插人琼脂片；⑤切去胚芽鞘的尖端；⑤切去胚芽鞘尖端，但在切口上放一含有一定浓度生长素的琼脂小块；①切去尖端，在切口上放一含有一定深度的生长素的琼脂小块并置于在暗盒里；③切去胚芽鞘尖端，放在暗盒里。上述装置均用相同的单侧光照射。
图6-5
请仔细分析图，并回答下列问题：
(1)有单侧光照射时仍能直立生长的有___________________________________。
(2)弯向光源生长的有_________________________________________________。
(3)不生长、不弯曲的有_______________________________________________。
(4)如把④放在匀速转盘上，给予右侧光照，它的生长情况是_______________。
(5)向光弯曲生长的原因是_____________________________________________。
(6)以上实验说明，植物的茎具有________，感受光刺激的部位在__________，向光弯曲生长的部位在_________，胚芽鞘尖端能够产生___________，从尖端运输到下部，能________。
解析 本题考查的知识点有植物茎的向光生长主要受生长素调控，生长素是尖端产生的，可以向下运输，植物的尖端是感受光刺激的位置，生长素运输受单侧光影响，背光一侧比向光一侧分布多，生长素在尖端下一段分布不均导致生长不均，向光弯曲的部位在尖端下面一段，以上基础知识清楚后识图就是分析的关键。
图①：胚芽鞘放在暗盒里没有受到单侧光刺激表现为直立生长。
图②：胚芽鞘的尖端部位受到单侧光的刺激，影响到生长素的向下运输，使生长素在向下运输的过程中较多地偏向背光侧，结果是生长素在尖端下面一段背光一侧比向光一侧分布多，背光一侧生长快，向光一侧生长慢，从而使茎弯向光源生长。
图③：云母片横向阻断了生长素向下运输的通路，尽管尖端产生生长素同时也感受单侧光的刺激，但向下运输的通路已阻断，生长素不能向下运输，因而不生长也不弯曲。因为对生长素作出反应的部位是尖端的下面一段。
图④：琼脂片不能横向阻断生长素向下运输，解释同图②。
图⑤：切去胚芽鞘的尖端，生长素来源被切断，因无生长素，故图⑤不生长也不弯曲。
图⑥：由于无胚芽鞘尖端，单侧光不能改变琼脂小块中生长素的分布，琼脂块下面一段胚芽鞘生长素分布均匀，所以表现为直立生长。
图⑦：解析参考图⑥。
图⑧：解析参考图⑤。
答案 (1)①⑥⑦ (2)②④ (3)③⑤⑧ (4)直立生长 (5)单侧光使生长素在背光一侧分布多，结果茎朝向生长慢的一侧弯曲，即朝向光源一侧弯曲 (6)向光性 胚芽鞘尖端 尖端下面一段 生长素 促进下部生长
例题9
用同位素14C标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否含有放射性14C的吲哚乙酸存在。枝条及位置如图6-6。下列有关处理方法及结果的叙述正确的是( )
A．处理甲图中A端，不可能在甲图中的B端探测到14C的存在
B．处理乙图中A端，能在乙图中的B端探测到14C的存在
C．处理乙图中的B端，能在乙图中的A端探测到14C的存在
D．处理甲图中的B端，能在甲图中的A端探测到14C的存在
图6-6
解析 示踪原子在生物学研究过程中得到广泛的应用，利用示踪原子来追踪某些物质在生物体内的转移过程，可以帮助理解这些物质在整个生理过程中所起的作用。生长素在植物体内的运输是极性运输，在植物体内只能从形态学的上端运向下端，只是在某些局部的区域内(如根尖的生长点)会出现从形态学的下端运往上端。生长素在植物体内的运输可以理解为是一种主运运输，在运输过程中是要消耗ATP的，如果用呼吸作用抑制剂抑制枝条的呼吸作用，就会有效地阻断生长素的运输。
答案 C
例题10 (1998年上海高考试题)在方形暗箱内放一盆幼苗，暗箱一侧开一小窗，固定光源的光可从窗口射入。把暗箱放在旋转器上水平旋转，保持每15min匀速旋转一周，如图6-7所示。一星期后幼苗生长状况为( )
图6-7
解析 根据题意，暗箱上只有一个小窗，光线只能从这个小窗中射入，而且暗箱是放在旋转器上每15分钟旋转一次。学生很容易理解为幼苗的受光是均匀的，错选A。实际上，暗箱不管怎样旋转，光线总是从这个小窗中射入，在暗箱内部光线是单向的，幼苗应是向小窗的方向生长，所以选项B是正确的。选C项中幼苗的生长方向画错了。选项D中的情况只有在不同方向单侧光相隔很长一段时间交替照射的情况下才会出现。
答案 B
