题目内容

9．圆褐固氮菌是自生固氮菌，为经济有效地提高农作物产量，人们一直在努力研究、寻找固氮基因．对基因的研究常常因研究样品中DNA含量太低而难以进行，PCR技术有效地解决了这个问题．如今对基因的深入研究使人类跨入了蛋白组研究时代，从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质是该研究要做的基本工作之一．
（1）某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌样品和酵母菌样品混在一起，已知青霉素会影响固氮菌的生长繁殖，但不影响真菌的生长繁殖．请填空完成分离这两种菌的主要实验步骤：
①分别配置无氮（或不含氮和青霉素）的培养基和加青霉素（或加青霉素和氮）的培养基，分别分成两份，依次标上A、a、B、b备用；
②分别向A、B培养基接种混有两种菌的样品；
③把接种后的培养基放在恒温箱中3d-4d；
④从A、B培养基上生长的菌落中挑取生长良好的菌株，分别接种到a、b培养基中；
⑤把接种后的培养基放在恒温箱中3d-4d．
（2）用基因工程技术从经过分离、提纯的圆褐固氮菌中获取固氮基因，然后进行PCR扩增．表1和表2分别表示用PCR扩增固氮基因的反应体系及反应条件．
表1
PCR反应体系50ul
缓冲液5ul
脱氧核苷酸1ul
引物A0.5ul
引物B0.5ul
DNA聚合酶0.5U
模板DNA1-2ul
加去离子水补足至50ul
表2
反应条件
温度时间
变  性95℃30s
复  性55℃30s
延  伸72℃1min
30个循环后适宜5-10min
保  温4℃2h
①从上表中可得出，PCR技术与DNA复制相比较，主要区别之一是不需要ATP（或需要加入引物，或不需要解旋酶，或不需要DNA连接酶）；．此外，从反应条件看，所使用的DNA聚合酶应具有耐高温的特点．每次循环都需要2种引物的主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链．
②如图1为第1轮循环产生的产物．请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物．
（3）在对固氮基因产物的生产研究中，需要从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质．图2表示蛋白质提取和分离实验涉及的相关原理．
①图甲表示相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶色谱法分离的过程．试管中收集到的液体最先出现的是相对分子质量较大的蛋白质，原因是蛋白质相对分子量较大，被排阻在凝胶颗粒外面，在颗粒之间迅速通过．
②图乙所示实验模拟电泳现象，U型管左侧的颜色逐渐变深，原因是Fe（OH）3胶体带正电荷，在电场作用下，向阴极移动．

分析 1、选择培养基：选择培养基是根据不同微生物在代谢过程中所需要的营养物质和环境不同而配制的．不同微生物对某些化学药品的抵抗力不同．利用这些特点，我们便可配制出适于某些微生物生长而抑制其他微生物的选择培养基，例如从土壤中分离放线菌时，可在培养基中加入10%的酚数滴，抑制细菌和真菌的生长．
2、圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养条件下生长繁殖而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖．

解答 解：（1）①将微生物进行分离一般采用选择培养基．选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长．圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养基上生长繁殖，而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌等真菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖．根据这一原理可将两种微生物分离开来．所以分别配置 无氮（或不含氮和青霉素）的培养基和 加青霉素（或加青霉素和氮）的培养基，分别分成两份，依次标上A、a、B、b备用．
②分别向A、B培养基接种混有两种茵的样品；
④为了进一步进行提纯，从A、B培养基上生长的菌落中挑取生长良好的菌株，分别接种到a、b培养基中；
⑤把接种后的培养基放在恒温箱中3d-4d．
（2）①从上表中可得出，PCR技术与DNA复制相比较，不需要ATP（或需要加入引物，或不需要解旋酶，或不需要DNA连接酶）．PCR技术中DNA聚合酶应具有耐高温的特点．每次循环都需要2种引物的主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链．
②根据图1绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物的图如下：

（3）在对固氮基因产物的生产研究中，需要从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质．图2表示蛋白质提取和分离实验涉及的相关原理．
①因为蛋白质相对分子量较大，被排阻在凝胶颗粒外面，在颗粒之间迅速通过，所以试管中收集到的液体最先出现的是相对分子质量较大的蛋白质．
②Fe（OH）3胶体带正电荷，在电场作用下，向阴极移动，导致U型管左侧的颜色逐渐变深．
故答案为：
（1）①无氮（或不含氮和青霉素）     加青霉素（或加青霉素和氮）
②混有两种菌的样品     ④菌落；a、b培养基
⑤把接种后的培养基放在恒温箱中3d-4d
（2）①不需要ATP（或需要加入引物，或不需要解旋酶，或不需要DNA连接酶）
耐高温      DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链
②见图

（3）①蛋白质相对分子量较大，被排阻在凝胶颗粒外面，在颗粒之间迅速通过．
②Fe（OH）3胶体带正电荷，在电场作用下，向阴极移动．

点评 本题难度适中，属于考纲中识记、理解层次的要求，着重考查了微生物的分离与培养的相关知识，解答本题的关键是根据不同微生物的特点选择恰当的培养基．

练习册系列答案
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