Question

为了实现燃料供应来源多样化，发展长期替代化石燃料的产品如燃料酒精、生物柴油、沼气等已经列入了我国未来10年的发展计划。广东省是我国甘蔗的主产区之一。甘蔗是一种高光效的C₄植物，单位面积产量很高，种植面积日益扩大，目前已成为南方地区燃料酒精生产的重要原料。利用甘蔗生产燃料酒精的一般工艺流程为：甘蔗→榨汁(蔗糖)→酵母发酵→蒸馏→成品(燃料酒精)。

请根据上述材料，回答下列问题：

(1)简述甘蔗大规模快速繁殖技术的过程。

(2)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种，对野生酵母菌进行诱变后通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌，诱变及筛选过程如下：

步骤1：野生菌液体培养一段时间后接受紫外线照射诱变处理。

步骤2：制备选择培养基。在基本培养基的基础上，注意________和________，加琼脂后灭菌，制成固体平板。

步骤3：将紫外线照射后的菌液稀释涂布平板。

步骤4：根据________筛选出突变菌。

(3)上述步骤2、3和4的依据分别是________。

(4)利用获得的突变菌和蔗汁进行酒精实验，除了将培养基灭菌、保持空间洁净外，发酵过程中防止外来杂菌入侵还有哪些可行的方法？(列举两种)

 

 

 

(5)甘蔗榨汁以后还有大量的蔗糖废弃物，主要成分为木质素、纤维素和半纤维素，但是酵母菌无法直接利用，原因是其________。请提出解决该问题的方法。(列举两种方法)

 

 

(6)突变菌往往带有一些特殊的基因。在获得这些基因的过程中，PCR技术相当重要。PCR扩增反应中加入引物和DNA聚合酶的作用分别是什么？

 

 

Answer 1

　(1)选取甘蔗外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗(或通过诱导大量形成胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发成幼苗)。(2)添加高浓度蔗糖(葡萄糖)　调低pH值　是否能在选择培养基上生长　(3)提供高糖和酸性的筛选环境　获得单菌落　能生长代表该菌落具有耐高糖和耐酸的特性　(4)①利用突变菌的耐酸特性，降低培养基的pH值达到抑菌目的；②利用突变菌的耐高糖特性，通过高渗环境达到抑菌目的；③保持厌氧环境，达到抑菌目的；④在培养基中添加一些抑制物如特殊的维生素，达到抑菌目的；(5)缺乏相应的分解酶系(或缺乏纤维素和半纤维素酶)　在酵母菌中转入分解酶系相关基因，利用酶或微生物分解蔗糖渣；利用物理和化学方法分解蔗渣；将酵母菌与其他能分解蔗渣的微生物混合发酵。(6)引物的作用是结合在模板DNA上，提供DNA延伸起始位点；DNA聚合酶的作用是从引物的3′端开始催化DNA的延伸。

 

(1)快速繁殖甘蔗可采用组织培养的方法。(2)要筛选耐高糖和耐酸的菌种，培养基中必须加入高浓度蔗糖和调低pH值。能在此选择培养基上生长的即为所需菌种。(3)步骤2是给其提供高糖或酸性的筛选过程；步骤3是为了获得单菌落；步骤4是根据能生长的菌株具有耐高糖和耐酸的特性筛选出突变菌。(4)防止杂菌入侵的办法有多种，详见答案。(5)酵母菌不能分解木质素、纤维素等物质，是因为其体内缺少相应的酶，解决办法详见答案。(6)PCR扩增反应中加入的产物和DNA聚合酶的作用见答案。