“绿水逶迤去,青山相向开”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对________________ ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是________________ ,终止子的作用是________________ 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是________________ ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了________________ ,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于________________ ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了
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更新时间:2022-06-13 10:51:01
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【推荐1】Ⅰ.泡菜传统自然发酵方式的发酵周期相对较长,生产效率低。研究人员欲从泡菜中分离筛选出高产酸乳酸菌,为泡菜工厂化生产提供依据。请分析并回答下列问题:
(1)配制CaCO3-MRS培养基。成分:蛋白胨、牛肉膏、酵母粉、磷酸氢二钾、葡萄糖、琼脂粉、碳酸钙等。
①根据物理性质分类,该培养基属于______ 培养基。
②培养过程中,乳酸菌产生乳酸溶解碳酸钙,形成溶钙圈,便于______ 。
(2)高产乳酸菌的培养与分离。其部分实验目的与具体操作如下所示请完成下表。
(3)高产酸乳酸菌的鉴定。提取筛选乳酸菌的DNA,通常采用16SrDNA(编码rRNA对应的DNA序列)的通用引物进行PCR扩增并测序鉴定。以16SrDNA作为细菌分类依据的原因是不同菌属的16SrDNA具有______ 。
Ⅱ.木质林产品(HWP)是指从森林中采伐的,用于生产诸如家具等的木质材料,是缓解温室效应的重要碳库。请分析并回答下列问题:
(4)图2为森林及HWP的碳储或碳排放随时间变化关系示意图。
①某些HWP可以替代部分非木质材料,从而减少这些材料在加工及使用过程中的能源消耗及CO2的排放。这种替代减排效应与HWP的使用时间呈______ (填“正”或“负”)相关的关系。
②研究发现,自t时刻砍伐森林至HWP形成,大气中的CO2量出现不降反升现象。造成这种现象的原因可能有______ 。
A.森林砍伐剩余物的腐烂会导致碳的释放量增加 B.演替而来的次生林碳汇效应低于砍伐前的森林
C.木材的运输和加工等过程需要化石燃料的供能 D.HWP中的细胞能进行呼吸作用产生二氧化碳
③从图2中可看出,上述现象完全消除的时刻为______ 。
(1)配制CaCO3-MRS培养基。成分:蛋白胨、牛肉膏、酵母粉、磷酸氢二钾、葡萄糖、琼脂粉、碳酸钙等。
①根据物理性质分类,该培养基属于
②培养过程中,乳酸菌产生乳酸溶解碳酸钙,形成溶钙圈,便于
(2)高产乳酸菌的培养与分离。其部分实验目的与具体操作如下所示请完成下表。
实验目的 | 简要操作过程 |
梯度稀释 | 在无菌条件下取样品中泡菜汁1mL,加入① |
接种培养 | 取上述稀释液1mL分别加入无菌培养皿中,然后将CaCO2-MRS培养基浇注混匀冷凝后,将培养皿倒置,并连续培养48h。 |
分离纯化 | 挑取有明显溶钙圈的单菌落进行平板划线培养。 |
长期保存 | 将菌种加入30%的 |
(3)高产酸乳酸菌的鉴定。提取筛选乳酸菌的DNA,通常采用16SrDNA(编码rRNA对应的DNA序列)的通用引物进行PCR扩增并测序鉴定。以16SrDNA作为细菌分类依据的原因是不同菌属的16SrDNA具有
Ⅱ.木质林产品(HWP)是指从森林中采伐的,用于生产诸如家具等的木质材料,是缓解温室效应的重要碳库。请分析并回答下列问题:
(4)图2为森林及HWP的碳储或碳排放随时间变化关系示意图。
①某些HWP可以替代部分非木质材料,从而减少这些材料在加工及使用过程中的能源消耗及CO2的排放。这种替代减排效应与HWP的使用时间呈
②研究发现,自t时刻砍伐森林至HWP形成,大气中的CO2量出现不降反升现象。造成这种现象的原因可能有
A.森林砍伐剩余物的腐烂会导致碳的释放量增加 B.演替而来的次生林碳汇效应低于砍伐前的森林
C.木材的运输和加工等过程需要化石燃料的供能 D.HWP中的细胞能进行呼吸作用产生二氧化碳
③从图2中可看出,上述现象完全消除的时刻为
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【推荐2】2015年“二孩政策”、“巴黎气候变化大会”所倡导的“低碳生活、减少环境污染”获得人们普遍认同。请回答下列问题:
(1)人口的数量常常随着环境资源、社会发展等因素的改变而发生波动。最新预测我国60岁以上的人口在总人口中的比重如下表:
表中数据说明我国人口呈现____ 的特点,这将严重影响劳动力来源,导致经济衰退和加重养老负担,因此我国适时放开“二孩”政策。
(2)2015年全球多数国家气温监测显示:年平均气温较往年持续升高。如图是与温室气体有关的循环示意图。
①图中B代表生态系统组成成分中的____________ ;a代表的主要生理过程是______________ 。
②在物质循环的过程中,同时伴随着____ 。若生产者有2 500 kg,位于第三营养级的生物最多可增重_________________________ 。
③温室效应是由于以__________ 为主的温室气体增多,打破了生物圈中__________ 的平衡;为了减少温室气体的含量,有效措施之一是加大图中_____________ 的途径(用箭头和图中字母表示),也可开发太阳能、水能、核能等新能源,减少人类对燃烧煤炭、石油等化石燃料的依赖。
(1)人口的数量常常随着环境资源、社会发展等因素的改变而发生波动。最新预测我国60岁以上的人口在总人口中的比重如下表:
2020年 | 2030年 | 2040年 | 2050年 |
16.6% | 23.3% | 26.5% | 28.7% |
表中数据说明我国人口呈现
(2)2015年全球多数国家气温监测显示:年平均气温较往年持续升高。如图是与温室气体有关的循环示意图。
①图中B代表生态系统组成成分中的
②在物质循环的过程中,同时伴随着
③温室效应是由于以
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【推荐3】如图表示生态系统的功能,图中字母代表生态系统的成分,序号代表相应的过程,请回答有关问题:
(1)若此图表示生态系统的能量流动, B、C、D的能量总和_________ (填“大于”、“小于”或“等于”)生产者所固定的太阳能。
(2)若此图表示生态系统的碳循环,则碳在①中存在的形式是__________ ,图中⑤、⑥、⑦、⑬、⑭过程为____________ 。
(3)除上述两种功能外,生态系统还存在___________ 功能。
(4)若生物甲、乙、丙构成了如图所示的食物网,已知丙从乙处获得能量的比例为25%,要使丙同化的能量增加10kJ,则至少需要甲提供的能量为____________ kJ。
(1)若此图表示生态系统的能量流动, B、C、D的能量总和
(2)若此图表示生态系统的碳循环,则碳在①中存在的形式是
(3)除上述两种功能外,生态系统还存在
(4)若生物甲、乙、丙构成了如图所示的食物网,已知丙从乙处获得能量的比例为25%,要使丙同化的能量增加10kJ,则至少需要甲提供的能量为
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【推荐1】为探究生长分化因子(gdf11)对小鼠生长性状的影响,科研小组利用CRISPR-Cas9(该系统主要由sgRNA和Cas蛋白两部分组成)技术定点敲除gdf11基因,如图1所示。研究人员将敲除gd11基因的DNA分子导入到小鼠受精卵中获得gdf11基因敲除型F0小鼠,并通过PCR技术测序鉴定子代(F1)小鼠的基因型,结果如图2所示,回答下列问题。
注:“●”表示有扩增产物,“○”表示无扩增产物。
(1)利用CRISPR-Cas9系统能定点敲除gdf11基因,其中的Cas9蛋白相当于_____ 酶,若要将gdf11基因从目标DNA上切除下来,需要设计_____ 种不同的sgRNA.
(2)将敲除gdf11基因的DNA分子导入到小鼠受精卵的常用方法为_____ 。若要研究gdfl1基因对小鼠生长性状的影响,应比较图2中的_____ 两只小鼠的胚胎和个体发育状况,选择这两支小鼠进行比较的原因是_____ 。
(3)gdf11基因几乎在所有的组织器官中都有表达,且在生命的不同时期或不同组织器官中发挥不同的功能。现有绿色荧光蛋白(GFP)基因,试设计实验探究gdf11基因在不同组织器官中的表达水平:_____ 。(注:不考虑目的基因插入后不表达的情况。)
F1小鼠 | 敲除型引物(KO)扩增结果 | 野生型引物(WO)扩增结果 |
甲鼠 | ● | ○ |
乙鼠 | ● | ● |
丙鼠 | ○ | ● |
(1)利用CRISPR-Cas9系统能定点敲除gdf11基因,其中的Cas9蛋白相当于
(2)将敲除gdf11基因的DNA分子导入到小鼠受精卵的常用方法为
(3)gdf11基因几乎在所有的组织器官中都有表达,且在生命的不同时期或不同组织器官中发挥不同的功能。现有绿色荧光蛋白(GFP)基因,试设计实验探究gdf11基因在不同组织器官中的表达水平:
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【推荐2】类黄酮是花粉发育过程中的重要物质,苯基苯乙烯酮合成酶(CAS)是其生物合成的关键酶。科研人员将CAS基因和CaMV35S启动子融合组成反义CAS基因(反义基因是通过原基因反向连接而成的,其转录出的RNA能与原基因转录出的mRNA互补配对),并在矮牵牛花中表达,阻止了花粉的正常发育,得到雄性不育的矮牵牛植株。构建的反义CAS基因的结构如图所示。回答下列问题:
(1)实验室常利用__________ 技术扩增CAS基因,扩增CAS基因的前提是要有__________ ,以便合成引物。
(2)可用农杆菌转化法将重组质粒导入矮牵牛植株,构建重组质粒时,要将反义CAS基因插入Ti质粒的__________ 上。为了提高转化效率,可将矮牵牛花的种子在胚芽处割伤,并加入__________ 物质,该物质的作用是__________ 。
(3)与正常植株相比,雄性不育植株在作物育种方面的优势是__________ 。实验小组欲在个体水平上检测转基因不育植株是否培育成功,将矮牵牛花单独种植(自交),若矮牵牛花单独种植时__________ (填“不结实”或“能结实”),人工授粉后__________ (填“不结实”或“能结实”),则说明转基因植株培育成功。
(1)实验室常利用
(2)可用农杆菌转化法将重组质粒导入矮牵牛植株,构建重组质粒时,要将反义CAS基因插入Ti质粒的
(3)与正常植株相比,雄性不育植株在作物育种方面的优势是
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【推荐3】近年来烟草叶绿体基因工程在提高作物光合效率、抗性和品质等方面取得了研究进展。如图是将拟南芥果糖1,6—二磷酸醛缩酶基因(简称“醛缩酶基因”)转入烟草叶绿体基因组的部分流程示意图。回答下列问题:
(1)在PCR技术中使模板DNA解聚为单链的条件是____________ 。图1中,利用PCR技术扩增拟南芥醛缩酶基因时,应选用的引物对是___________ 。
(2)图2重组质粒中未标注出的必需元件还有___________ ,构建该重组质粒用的限制性核酸内切酶是___________ 。
(3)将拟南芥醛缩酶基因导入烟草叶绿体基因组时,一般将含有目的基因的质粒包裹在金粉上,通过轰击进入叶绿体中,这种方法称为___________ 。叶绿体基因组中存在基因区和基因间隔区,在操作时应将目的基因导入叶绿体基因组中的基因间隔区,其目的是___________ 。检测目的基因是否成功导入受体细胞的方法是___________ 技术。
(1)在PCR技术中使模板DNA解聚为单链的条件是
(2)图2重组质粒中未标注出的必需元件还有
(3)将拟南芥醛缩酶基因导入烟草叶绿体基因组时,一般将含有目的基因的质粒包裹在金粉上,通过轰击进入叶绿体中,这种方法称为
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【推荐1】谷氨酸脱羧酶在植物生长发育和逆境胁迫中具有重要作用,OsGAD2是水稻中一种能编码谷氨酸脱羧酶的基因。南昌大学科研团队用CRISPR/Cas9技术获得了几个OsGAD2基因敲除的纯合突变体,发现敲除了OsGAD2的突变体水稻在株高、粒长和粒重上都有显著提高。回答下列问题:
(1)科研人员首先将OsGAD2基因编码区的片段和CRISPR/Cas9载体连接,得到重组载体,这个过程需要用到的酶是_____________ 。导入受体细胞后,载体上的OsGAD2基因片段可以转录出一段引导RNA序列(sgRNA),sgRNA可以和受体细胞中OsGAD2基因的相应位置(靶点)发生_____________ ,从而引导Cas9蛋白特异性诱导靶点发生碱基随机突变。若突变后的0sGAD2基因表达出的蛋白质比原来更短,可能原因是_____________ 。突变后OsGAD2基因往往会失去原有功能,所以重组载体也可以叫“OsGAD2基因敲除载体”,该载体的部分结构细节如下图所示。(2)用农杆菌转化将OsGAD2基因敲除载体导入愈伤组织细胞,将转化后的愈伤组织转接培养基上进行培养。为筛选出含有OsGAD2基因敲除载体的愈伤组织细胞,培养基中需要加入______________________ 。同时,加入抗生素还可以起到_____________ 作用。
(3)要检测是否成功诱变,最好选取下图中的引物_____________ (填编号),以受体细胞染色体DNA为模板进行PCR,对扩增出的产物进行DNA分子测序。PCR每个循环有3个步骤,其中_____________ 这个步骤需要将温度降到50℃左右,其目的是_____________
(1)科研人员首先将OsGAD2基因编码区的片段和CRISPR/Cas9载体连接,得到重组载体,这个过程需要用到的酶是
(3)要检测是否成功诱变,最好选取下图中的引物
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【推荐2】绿色荧光蛋白(GFP)能在荧光的激发下发出绿色荧光,该特性可用于检测细胞中目的基因的表达。核基因RNZ编码的核糖核酸酶能催化tRNA的加工,叶绿体中也含有该种酶。为研究叶绿体中的核糖核酸酶是否由核基因RNZ控制合成,科研人员将核基因RNZ与GFP基因连接形成RNZ-GFP融合基因,该融合基因编码的蛋白质同时具有两种蛋白的特性。
(1)将RNZ-GFP融合基因和质粒在_____ 酶作用下构建成RNZ-GFP融合基因表达载体,利用该基因表达载体可实现对水稻细胞的_____ 。
(2)RNZ-GFP融合基因表达载体的受体细胞最好选择水稻幼苗的_____ (填分生区或成熟区)细胞,原因是_____ 。将导入RNZ—GFP融合基因的水稻细胞培养成完整植株时需要的条件有_____ (答出两点即可)。
(3)用适宜波长的荧光照射叶绿体,叶绿体会发出红色荧光。用荧光照射转基因水稻细胞,若观察到_________ ,即可证明分布在叶绿体中的核糖核酸酶是由核基因RNZ控制合成的。为了使实验结果更严谨,本实验还应将_____ 导入到生理状况相同的水稻幼苗细胞作为对照,观察到的现象是_____ 。
(1)将RNZ-GFP融合基因和质粒在
(2)RNZ-GFP融合基因表达载体的受体细胞最好选择水稻幼苗的
(3)用适宜波长的荧光照射叶绿体,叶绿体会发出红色荧光。用荧光照射转基因水稻细胞,若观察到
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【推荐3】鸡干抗素是一种具有高效和广谱抗病毒作用的细胞因子,广泛用于动物领域的抗病毒治疗。科研人员将鸡干扰素基因作为目的基因,构建基因表达载体,通过农杆菌介导法导入烟草,以获得抗病毒烟草。下图为科研人员制备能合成鸡干扰素的烟草愈伤组织细胞的流程,①-④表示相关的操作,两种限制酶的识别序列及切割位点如表所示。请回答下列问题:
(1)步骤①中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是_____________ 。科研人员还在两种引物的一端分别加上了______________ 和_____________ 序列,以便于后续的剪切和连接。
(2)步骤②所构建的基因表达载体中末标注出的必需元件还有_______________________ ,步骤③中需先用__________________ 处理农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。
(3)步骤④中,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过逆转录获得DNA,再通过PCR扩增制备探针,若最终未能检测出干扰素基因,其可能原因是_________________________ 。
(4)用烟草花叶病毒对获得的转基因烟草和普通烟草进行接种实验,接种后第19天对照组植株进入病情指数(植物受病毒侵染的严重程度)为100的平台期,而转基因植株在第______ 天才进入平台期,但此时的病情指数为79,说明转基因烟草植株对病毒的侵染表现出一定的抗性,但抗性较低,可能的原因有_______________________________ 。
(1)步骤①中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是
(2)步骤②所构建的基因表达载体中末标注出的必需元件还有
(3)步骤④中,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过逆转录获得DNA,再通过PCR扩增制备探针,若最终未能检测出干扰素基因,其可能原因是
(4)用烟草花叶病毒对获得的转基因烟草和普通烟草进行接种实验,接种后第19天对照组植株进入病情指数(植物受病毒侵染的严重程度)为100的平台期,而转基因植株在第
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解题方法
【推荐1】虾味酱油是一种原料纯天然、风味独特又有多种保健功效的酱油,其制作流程如下图所示。(1)制曲前,大豆需要高温蒸煮并冷却,冷却的目的是_______ 。
(2)制曲时,将米曲霉_____ 于大豆中,使米曲霉充分生长繁殖。在制曲容器内,上层的米曲霉数量比底层的多,说明米曲霉的代谢类型是______ 。
(3)待米曲霉达到一定数量后,豆曲中加入适量食盐水。食盐水的作用主要是_____ 。
(4)发酵过程中,米曲霉会将大豆中的葡萄糖彻底氧化分解,为其生命活动提供______ ,同时也可将大豆中的蛋白质分解成_____ ,从而产生独特风味。
(2)制曲时,将米曲霉
(3)待米曲霉达到一定数量后,豆曲中加入适量食盐水。食盐水的作用主要是
(4)发酵过程中,米曲霉会将大豆中的葡萄糖彻底氧化分解,为其生命活动提供
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【推荐2】“珠三角是中国酿造酱油的大本营”,酱油作为一种深受人民大众欢迎的传统饮食调味品,工艺流程为:原料→制曲→发酵(添加高浓度食盐)→生酱油→配制→澄清→包装→成品,发酵过程的生理指标变化如表所示:
(1)制曲是酱油生产过程中的关键阶段之一,制曲阶段的变化主要是依靠微生物米曲霉分泌大量的酶,如 _________ (至少答2种)等,并利用这些酶分解原料。在制曲容器内上层的米曲霉数量比底层的多,说明米曲霉的代谢类型是_________________________ 。
(2)据表分析,多种微生物及其酶系相互作用有利于__________ ,使酱油具有独特的风味和营养价值。 酱油发酵过程中发酵池的底部随着时间的延长,酒味愈浓,产生酒精的反应式为___________________________ 。
(3)结合工艺流程及表中数据分析,酱油发酵过程中不易受到杂菌污染,原因是______________ 。
(4)黄曲霉毒素是由黄曲霉菌产生的具有强烈致癌作用的物质,酿制酱油的整个生产过程都有污染的可能,请结合你所学知识,提出两条控制酿造酱油被黄曲霉毒素污染的措施:________ 。
发酵天数(d) | 氨基酸等含氮物质(g/100mL) | 酸类物质(g/100mL) | 糖类物质(g/100mL) | 还原糖(g/100mL) | 色度 | pH |
1 | 1.25 | 2.16 | 6.16 | 5.09 | 0.99 | 5.70 |
5 | 1.28 | 2.27 | 7.53 | 6.85 | 1.22 | 5.36 |
8 | 1.47 | 2.31 | 6.81 | 6.53 | 1.35 | 5.37 |
10 | 1.65 | 2.34 | 7.96 | 6.94 | 1.53 | 5.39 |
13 | 1.73 | 2.48 | 7.90 | 7.24 | 1.78 | 5.28 |
15 | 1.84 | 2.56 | 7.85 | 7.74 | 2.05 | 5.12 |
(2)据表分析,多种微生物及其酶系相互作用有利于
(3)结合工艺流程及表中数据分析,酱油发酵过程中不易受到杂菌污染,原因是
(4)黄曲霉毒素是由黄曲霉菌产生的具有强烈致癌作用的物质,酿制酱油的整个生产过程都有污染的可能,请结合你所学知识,提出两条控制酿造酱油被黄曲霉毒素污染的措施:
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【推荐3】木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源。中国科学家利用基因工程的方法构建了嗜热厌氧杆菌H,以花生壳、玉米芯等为原料发酵生产生物燃料乙醇,以期提高农业废弃物的整体利用价值。据此回答下列问题:
(1)研究者将取样器放入温泉底部取样,利用厌氧技术将样品稀释液接种到以纤维素为__________ 的选择培养基中,在适宜条件下培养一段时间,加入刚果红后,出现__________ 的即为初步筛选所得的降解纤维素的嗜热厌氧杆菌菌落。
(2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢能力(图a),研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)的过量表达载体,图b为构建表达载体时所需的关键条件。
①为保证双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和引物2,其中引物1包含图b中限制酶___________ 的识别序列,且该序列位于引物1的__________ (填“5’端”或“3’端”)。
②将重组表达载体导入嗜热厌氧杆菌,然后置于含有__________ 的选择培养基中进行筛选,经鉴定及扩大培养得到工程菌H。
(3)将构建的工程菌H进行摇瓶发酵,结果发现乙醇产量提高,副产物乙酸产量下降。结合其代谢途径,分析出现这种结果的原因__________ 。
(4)嗜热厌氧杆菌最适生长温度为55~75℃,产物乙醇在温度超过50℃即可快速蒸馏出。相对于传统的发酵菌株,利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要的优势有__________ (写出两点即可)。
(1)研究者将取样器放入温泉底部取样,利用厌氧技术将样品稀释液接种到以纤维素为
(2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢能力(图a),研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)的过量表达载体,图b为构建表达载体时所需的关键条件。
①为保证双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和引物2,其中引物1包含图b中限制酶
②将重组表达载体导入嗜热厌氧杆菌,然后置于含有
(3)将构建的工程菌H进行摇瓶发酵,结果发现乙醇产量提高,副产物乙酸产量下降。结合其代谢途径,分析出现这种结果的原因
(4)嗜热厌氧杆菌最适生长温度为55~75℃,产物乙醇在温度超过50℃即可快速蒸馏出。相对于传统的发酵菌株,利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要的优势有
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