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高考冲刺小卷17——发酵工程 知识点专项练习（解析版）
一、单选题
1．为探究校内植物园土壤中的细菌种类，某兴趣小组采集园内土壤样本并开展相关实验。下列叙述错误
的是（ ）
A．土壤溶液稀释倍数越低，越容易得到单菌落
B．培养细菌时，可以选用牛肉膏蛋白胨培养基
C．采集土壤样本时，应随机采集植物园中多个不同地点的土壤
D．鉴定细菌种类时，除形态学鉴定外，还可借助生物化学的方法
【答案】A
【分析】1、培养基的营养构成：各种培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐，此外还要满足微生物
生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。2、统计菌落数目的方法：（1）稀释涂布平板法（间接）：①
当样品的稀释庋足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌；②通过统计平
板上的菌落数来推测样品中大约含有的活菌数。（2）利用显微镜直接计数。
【详解】A、土壤溶液稀释倍数足够高时，才能将聚集的细菌分散开，有助于在培养基表面形成单菌落，A
错误；
B、牛肉膏蛋白胨固体培养基中含有细菌生长所需的碳源、氮源、水、无机盐等，可用于细菌的培养，B
正确；
C、采集植物园中土壤样本的原则之一是要随机采样，C 正确；
D、不同种类细菌的理化特性一般不同，鉴定细菌种类时，除根据菌落特征进行形态学鉴定外，还可以借
助生物化学的方法进行鉴定，D 正确。
故选A。
2．原浆苹果醋的简要工艺流程为：苹果采摘→挑选清洗→破碎榨汁→酵母发酵→醋酸发酵→陈酿2 年左右。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．酵母发酵结束后，改变通气条件和升高温度有利于醋酸发酵
B．工艺流程中的“酵母发酵”发生在苹果细胞的细胞质基质中
C．酿醋过程中发酵液的pH 逐渐降低，与酿酒制作过程中相反
D．醋酸发酵阶段中释放的CO2是由醋酸菌的线粒体基质释放的
【答案】A
【分析】1、果酒的制作离不开酵母菌，酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，
大量繁殖，把糖分解成二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。故果酒的制作原理是酵母
菌无氧呼吸产生酒精，酵母菌最适宜生长繁殖的温度范围是18～30℃；生产中是否有酒精的产生，可用酸
1
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性重铬酸钾来检验，该物质与酒精反应呈现灰绿色。
2、果醋制作中起到主要作用的微生物是醋酸菌，醋酸菌是一种好氧细菌，只有当氧气充足时，才能进行
旺盛的生理活动，其代谢类型属于异养需氧型。当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解为醋
酸；当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。
【详解】A、醋酸发酵需要通入氧气，且温度比果酒发酵温度高，所以酵母发酵结束后，改变通气条件和
升高温度有利于醋酸发酵，A 正确；
B、果酒的制作原理是酵母菌无氧呼吸产生酒精，其场所是细胞质基质，因此工艺流程中的“酵母发酵”
发生在酵母菌的细胞质基质中，B 错误；
C、果醋制作过程中发酵液pH 逐渐降低，果酒制作过程中产生二氧化碳，发酵液pH 也逐渐降低，C 错误；
D、醋酸菌属于原核细胞，只有核糖体一种细胞器，没有线粒体，D 错误。
故选A。
3．细菌素是某些细菌产生的具有抑菌活性的多肽类物质，可代替食品防腐剂使用。研究人员将乳酸菌在
液体培养基中发酵，取发酵液上清滴加到长有金黄色葡萄球菌的固体培养基的孔洞中，测定所形成的抑菌
圈直径，结果如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A．固体培养基孔洞中滴加的上清液体积需保持一致
B．培养约8h 收获细菌素相对节约成本
C．整个培养过程中上清液的抑菌活性与乳酸菌密度呈正相关
D．细菌素进入人体肠道可以被消化酶分解，安全性较高
【答案】C
【分析】本实验的自变量为液体培养基培养时间，因变量为乳酸菌密度和抑菌圈直径。
【详解】A、为了遵循单一变量原则，固体培养基孔洞中滴加的上清液体积需保持一致，A 正确；
B、培养约8h 抑菌圈直径相对较大并且对应的乳酸菌密度也较大，此时收获细菌素相对节约成本，B 正确；
C、当液体培养基培养时间大于24h 时，乳酸菌密度基本不变而抑菌活性会减少，C 错误；
2
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D、细菌素是某些细菌产生的具有抑菌活性的多肽类物质，进入人体肠道可以被消化酶分解，安全性较高，
D 正确。
故选C。
4．糖化酶可将淀粉、麦芽糖等水解为葡萄糖，常用于淀粉加工产业。研究者使用好氧真菌黑曲霉以麦芽
糖为碳源生产糖化酶，不同发酵阶段菌体细胞干重、麦芽糖浓度及糖化酶活性如下图所示。
注：20h 后根据发酵状态进行陆续补料
以下叙述错误的是（ ）
A．前20h 消耗的麦芽糖主要用于菌体的生长、繁殖
B．仅需在发酵前期检测罐内溶氧量以保证菌体生长
C．20~70h 糖化酶活性快速增加与菌数增加、补料有关
D．可进一步调控补料方式以期实现糖化酶产量的提高
【答案】B
【分析】发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或
直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程生产的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体
本身。
【详解】A、由图可知，前20h 麦芽糖的浓度在下降，细胞干重快速增加，推断消耗的麦芽糖主要用于菌
体的生长、繁殖，A 正确；
B、由题干信息可知，研究者使用好氧真菌黑曲霉以麦芽糖为碳源生产糖化酶，所以在发酵的不同时期都
要检测罐内溶氧量，B 错误；
C、好氧真菌黑曲霉可以以麦芽糖为碳源生产糖化酶，所以在20~70h 糖化酶活性快速增加与菌数增加、补
3
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料有关，C 正确；
D、由图中信息可知，20h 后根据发酵状态进行陆续补料，得到上述曲线图，所以可进一步调控补料方式以
期实现糖化酶产量的提高，D 正确。
故选B。
5．曲酸（KA）对沙门氏菌具有抑制作用。为研究荷叶提取物（LLE，用乙醇作提取液）对沙门氏菌的抑
菌效果，开展抑菌实验，结果如图。下列叙述不正确的是（ ）
A．培养皿和培养基都要经过灭菌处理
B．倒平板操作应在酒精灯火焰旁进行
C．对照组的滤纸片上滴加的是无菌水
D．LLE 抑制沙门氏菌的效果比KA 好
【答案】C
【分析】倒平板操作的步骤：将灭过菌的培养皿放在火焰旁的桌面上，右手拿装有培养基的锥形瓶，左手
拔出棉塞；右手拿锥形瓶，将瓶口迅速通过火焰；用左手的拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝
隙，右手将锥形瓶中的培养基倒入培养皿，左手立即盖上培养皿的皿盖；等待平板冷却凝固后，将平板倒
过来放置，使皿盖在下、皿底在上，这样可以防止皿盖上的水分滴到培养基上造成培养基的污染。
【详解】A、为防止杂菌污染，培养皿和培养基都要经过灭菌处理才能使用，A 正确；
B、倒平板时为了避免杂菌污染，故应在酒精灯火焰旁进行，B 正确；
C、分析题图可知本实验LLE，用乙醇作提取液，因此对照组的滤纸片上滴加的是乙醇，C 错误；
D、从图中可以看出，LLE 的抑菌圈更大，说明对沙门氏菌的抑菌效果更好，D 正确。
故选C。
6．《中国居民膳食指南》强调均衡饮食的重要性，提倡科学饮食。下列说法不正确的是（ ）
A．隔夜饭菜易产生有害物质，应少食用
B．保持清淡饮食习惯，少吃高盐和油炸食品
C．与长期喝饮料相比，饮用白开水更利于保持水平衡
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D．熏制品和腌制品口味更佳，营养更丰富
【答案】D
【分析】科学饮食的核心在于合理搭配各类食物，确保营养均衡，同时注意饮食习惯和方式。
【详解】A、隔夜饭菜的营养流失，可能含有致癌物，A 正确；
B、高盐和油炸食品不利于身体健康，B 正确；
C、饮料含大量糖分、热量、二氧化碳、香精、防腐剂等成分，可能对身体造成不良影响，C 正确；
D、熏制和腌渍食品虽具有独特的风味，吃起来味道好，含有一定的亚硝酸盐成分，长期使用危害身体健康，D
错误。
故选D。
7．透明质酸（HA）是关节滑液的主要成分，若HA 长链遭受攻击会被分解为短链，则关节软骨容易磨损
而患上骨关节炎。科研人员通过改造谷氨酸棒杆菌获得几种工程菌生产HA，几种工程菌所产生的HA 产
量和分子量如下图，相关说法不正确的是（ ）
A．应选择工程菌株3 进行扩大培养
B．工程菌接种前需要扩大培养
C．接种工程菌前培养基需要灭菌
D．发酵过程需要及时检测温度和pH
【答案】A
【分析】由题意可知，HA 长链遭受攻击会被分解为短链，则关节软骨容易磨损而患上骨关节炎，所以应
选择产生HA 分子量较大，且产量较高的工程菌。
【详解】A、由题意可知，应选择产生HA 分子量较大，且产量较高的工程菌，所以应选择工程菌株2 进
行扩大培养，A 错误；
B、为了获得更多的菌种，接种前需要，将菌种多次扩大培养，B 正确；
C、为了避免污染，接种工程菌前培养基需要灭菌，C 正确；
5
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D、菌株的生长需要特定的温度和pH，所以发酵过程需要及时检测温度和pH，D 正确。
故选A。
8．橄榄油的主要成分是甘油三酯。研究者利用“橄榄油平板透明圈法”筛选获得两株产脂肪酶的菌株X
和Y， 检测结果如表。下列相关叙述不正确的是（ ）
酶活性（U•mL-1）
透明圈
空白
-
菌株X
6.9
菌株Y
7.7
A．可将样液梯度稀释后涂布于平板进行筛选
B．培养基中的橄榄油提供微生物生长的碳源
C．图中透明圈大小仅与酶活性的大小成正比
D．以上两株菌株均可将脂肪酶分泌至细胞外
【答案】C
【分析】选择培养原理：人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH 等)，同时抑制或阻止
其他微生物生长。
【详解】A、可利用稀释涂布平板法将样液梯度稀释后涂布于平板进行筛选，A 正确；
B、橄榄油的主要成分是甘油三酯，要筛选产脂肪酶的菌株X 和Y，则培养基中的橄榄油提供微生物生长
的碳源，B 正确；
C、图中透明圈大小不仅与酶活性的大小成正比，也和产酶量相关，C 错误；
D、两株菌株均可将脂肪酶分泌至细胞外，对培养基中的橄榄油进行分解，D 正确。
故选C。
9．研究者从土壤中分离得到多株细菌，筛选出对草莓灰霉病病原体（G 菌）有显著抑制作用的菌株Z，Z
菌株的发酵液对G 菌的抑制效果如下。
下列相关说法错误的是（ ）
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A．从土壤中分离获得Z 菌单菌落时可使用平板划线法
B．使用平板培养Z 菌株后提取该菌株的发酵液
C．对照组应加入等量培养Z 菌株的无菌培养基
D．实验组、对照组G 菌接触发酵液前菌落直径应相同
【答案】B
【分析】微生物分离和纯化的方法：平板划线法和稀释涂布平板法。
【详解】A、分离菌落时既可以选用平板划线法，也可以使用稀释涂布平板法，A 正确；
B、使用平板培养Z 菌株后应挑取菌落，而不是提取该菌株的发酵液，B 错误；
C、为排除培养基成分对实验的影响，对照组应加入等量培养Z 菌株的无菌培养基，C 正确；
D、实验组、对照组G 菌接触发酵液前菌落直径应相同，以排除菌落直径不同带来的影响，D 正确。
故选B。
10．科研人员分离并筛选发酵能力强的酿酒酵母，以提高葡萄酒产量及品质。以下说法错误的是（ ）
A．可从新鲜葡萄表面获得天然酵母
B．可通过稀释涂布平板法纯化菌株
C．根据菌落的形态等特征初步筛选酵母D．有氧条件下检测菌株产气速率鉴定其发酵能力
【答案】D
【分析】1、参与果酒制作的微生物是酵母菌，其新陈代谢类型为异养兼性厌氧型。果酒制作的原理：
（1）在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
（2）在无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳；
2、稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养
基表面，进行培养；在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而能在培养
基表面形成单个菌落。
【详解】A、新鲜葡萄表面会有酵母菌附着，因此可从新鲜葡萄表面获得天然酵母，A 正确；
B、稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养
基表面，进行培养，可以得到纯化菌株，B 正确；
C、观察并记录菌落颜色与形态，然后在显微观察记录细胞大小、形态，根据菌落的形态等特征初步筛选
酵母，C 正确。
D、酵母菌在有氧和无氧条件都能产生CO2，因此不能根据菌株产气速率鉴定其发酵能力，D 错误。
故选D。
11．以下实验操作能达成所述目标的是（ ）
A．用淀粉、淀粉酶、碘液探究pH 对酶活性的影响
B．用平板划线法对培养的微生物进行分离和计数
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C．用次氯酸对外植体进行消毒可杜绝微生物污染
D．制作腐乳时向豆腐接种毛霉可以加快发酵进程
【答案】D
【分析】1、20 世纪60 年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的。
2、接种、分离、纯化微生物的方法：平板划线法和稀释涂布平板法。微生物数量测定方法：稀释涂布平
板法和显微镜直接计数。
3、外植体的消毒方法：先用流水冲洗，酒精消毒30s，无菌水冲洗2 到3 次，次氯酸钠溶液处理30min，
无菌水冲洗2 到3 次。
4、多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。传统发酵计数中，
毛霉主要来自空气中的毛霉孢子。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通
过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。
【详解】A、酸能催化淀粉水解，所以不能用淀粉、淀粉酶探究pH 对酶活性的影响，A 不符合题意；
B、平板划线法不能用为微生物计数，B 不符合题意；
C、外植体的消毒方法：先用流水冲洗，酒精消毒30s，无菌水冲洗2 到3 次，次氯酸钠溶液处理30min，
无菌水冲洗2 到3 次，用次氯酸对外植体进行消毒可能不能杜绝微生物污染，C 不符合题意；
D、为了缩短发酵时间，确保品质稳定，制作腐乳时向豆腐接种毛霉，D 符合题意。
故选D。
二、非选择题
12．古人为防止肉类腐烂变质，发明了腊肉这一保存方法，其中酵母菌在防腐和提升风味方面发挥重要作
用。研究者从农家腌制的腊牛肉中获取A 酵母菌（来源于A 地区腊牛肉）和B 酵母菌（来源于B 地区腊牛
肉），进行系列实验。
(1)以下为获取A、B 酵母菌的实验步骤：
①配制选择培养基，经 处理杀死全部微生物；
②将两种腊牛肉块分别浸泡在无菌水中，一段时间后，取等量浸泡液置于不同平板上，用无菌 涂抹
均匀；
③将接种好的平板放置在恒温培养箱中，一段时间后，挑取单菌落，以获得目的酵母菌。
(2)研究者用多种香辛料腌制牛肉，腌制过程中加入0.01%亚硝酸钠防腐，再用上述两种目的酵母菌分别发
酵处理。检测发酵牛肉的水分含量，结果如图1 所示，并测定其他理化指标，结果如下表所示。
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组别
A 酵母菌处理组
B 酵母菌处理组
A 地区腊牛肉
B 地区腊牛肉
蛋白质含量（%）
18.09
22.19
25.11
29.89
pH
5.51
5.41
5.44
4.80
亚硝酸盐（mg/kg）
25.21
25.33
5.44
4.76
N-二乙基亚硝
胺NDEA（μg/kg）
39.70
40.60
49.15
65.55
①据图1 可知，纯化的酵母菌 ，可使腊肉拥有更长的保质期。
②据表可知，农家腊牛肉中蛋白质含量相对较高，原因是在自然发酵时，酵母菌 ，合成并释放蛋白
酶少，产生的氨基酸量减少，影响风味。
③两种菌株产生的亚硝酸盐还原酶，将亚硝酸盐转化为NO，NO 与肉中的肌红蛋白结合，最终使肉制品呈
现鲜亮的红色。NDEA 是致癌物质之一，其主要形成途径如图2 所示。
两种菌株发酵过程中NDEA 形成最可能的是 途径。与A、B 地区农家腊牛肉相比，纯化菌株在发酵
中通过 提高产品的安全性。
【答案】(1) 湿热灭菌（高压蒸汽灭菌） 涂布器
(2) 降低水分含量效果更好 与杂菌竞争，数目较少 A 亚硝酸盐还原酶促进亚硝酸盐转
化为NO，减少NDEA 的生成
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【分析】1、分离、纯化微生物的方法有稀释涂布平板法和平板划线法。
2、消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。灭菌则是指使
用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。常用的消毒方法有煮沸消毒、巴氏消毒
等；灭菌方法有湿热灭菌、干热灭菌和灼烧灭菌等。
【详解】（1）①灭菌则是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。培养基
常用的灭菌方法是湿热灭菌（高压蒸汽灭菌）。
②本次实验目的是获取A、B 酵母菌单菌落，则要用稀释涂布平板法接种，接种工具为涂布器。因此，要
用无菌涂布器把浸泡液涂抹均匀。
（2）①据图1 可知，经纯化的A、B 酵母菌处理后的牛肉，水分含量少，说明纯化的酵母菌降低水分含量
效果更好。
②与用纯化酵母菌处理相比，在自然发酵时，起作用的菌是混合菌，酵母菌与杂菌竞争，数目较少，合成
并释放蛋白酶少，产生的氨基酸量减少，影响风味。
③据表中数据可知，A、B 酵母菌处理组pH 呈现酸性，因此两种菌株发酵过程中NDEA 形成最可能的是通
过A 途径形成。依题意，两种菌株产生的亚硝酸盐还原酶，将亚硝酸盐转化为NO。结合图2 可知，与
A、B 地区农家腊牛肉相比，纯化菌株在发酵中通过亚硝酸盐还原酶促进亚硝酸盐转化为NO，减少通过图
2 中A 途径生成NDEA，以提高产品的安全性。
13．灵芝是一种真菌（见图1），生长缓慢，其中的药用成分灵芝酸（A）具有抗癌作用。为提高A 的产
量，科研人员进行了系列探索。
(1)传统获得A 的方式是从灵芝子实体和孢子中直接提取。近年来，利用菌丝体发酵生产A 被广泛应用，其
优势包括___。
A．缩短生产周期
B．提高A 的产量
C．无需提纯处理
(2)科研人员改进了全程振荡培养菌丝的方法，将锥形瓶中振荡培养2 天的培养液倒入培养皿中静置培养14
天，检测发现静置培养时A 的含量显著高于全程振荡培养；进行显微观察，结果如图2。
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①振荡培养2 天后，不在锥形瓶中继续静置培养，而是分装到多个培养皿中静置培养的原因是 。
②结合图2 结果推测，A 的合成与细胞 密切相关。
(3)在静置培养基中添加（Ca2+能进一步提高A 产量，为验证Ca2+通过C 酶促进A 的合成。请选择以下材料
设计实验补充证据（预期结果用“+”的量代表“A”的量）。
a.C 酶 b.C 酶抑制剂 c.CaCl2溶液 d.无菌水
组别
菌种
实验处理
检测指标
预期结果
1 组
野生型菌
株
①
A 含量
②
2 组
d
++
3 组
③
④
4 组
⑤
⑥
(4)经进一步研究，科研人员构建Ca2+促进A 合成的机制，如图3。Cr 可入核与F、S、L 酶基因的启动子结
合调控其表达，图4 显示，在不同培养条件下，检测A 合成途径中相关酶基因的表达。综合以上研究，评
价构建图3 中调控和代谢途径的证据是否充分 。
【答案】(1)AB
(2) 增加培养液与空气的接触面积，增加培养液中的溶氧量 分生孢子（无性生殖）
(3) a +++ c +++ bc ++
(4)否
【分析】灵芝酸不是灵芝生长所必需的，一般在灵芝特定的部位中，并在一定的环境和时间条件下才进行
合成，属于次生代谢物，具有产量低，应用广泛的特点。
【详解】（1）灵芝生长缓慢，且灵芝酸属于次生代谢产物，具有产量低，作用广的特点，采用菌丝体发
酵产生灵芝酸的方法可以不用等待灵芝生长成熟，直接通过发酵工程体外培养菌丝体，采取适当的提取、
分离和纯化措施来获得灵芝酸，能缩短生产周期，提高A 的产量。AB 正确，C 错误。
故选AB。
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（2）①灵芝是需氧型生物，振荡培养能增加培养液中的溶氧量，静置培养后，培养液与空气的气体交换
速率下降，因此换做多个培养皿静置培养，能增大培养液与空气的接触面积，增大培养液中的溶氧量。
②相较于震荡培养，静置培养中菌丝数量较少，分生孢子数量较多，因此推测，A 的合成与细胞中的分生
孢子（无性生殖）密切相关。
（3）本实验自变量应为是否用钙离子处理，以及用钙离子处理后细胞中C 酶是否能发挥作用，因变量为
A 的含量。表格中2 组处理方式为无菌水，应为空白对照组，则1 组用C 酶处理，证明C 酶增多是否可以
促进A 的合成，根据假说，预期结果A 含量应高于2 组；3 组用CaCl2溶液处理，证明钙离子处理是否可
以提高A 的含量，根据假说，3 组用钙离子处理后，能够通过C 酶促进了A 的合成，产量也应高于2 组；4
组则在添加了钙离子的基础上，添加C 酶抑制剂，证明钙离子是否通过C 酶促进A 的合成，根据假说，C
酶抑制剂抑了C 酶的功能，钙离子无法通过C 酶促进A 的合成，且4 组结果应与2 组相当（或略低于2
组）。
（4）图4 中自变量为是否添加C 酶抑制剂和是否添加钙离子，因变量分别检测了F 酶基因、S 酶基因、L
酶基因的相对表达量，由结果可知，添加C 酶抑制剂，F 酶基因、S 酶基因、L 酶基因的表达量均降低，说
明C 酶可促进上述三种酶基因的表达，添加钙离子后，F 酶基因、S 酶基因、L 酶基因的表达量均上升，说
明钙离子可促进上述三种酶基因的表达。通过题（3）可证明钙离子是通过C 酶促进A 的合成，通过题图
（4）结果可证明酶C 可促进F 酶基因、S 酶基因、L 酶基因的表达，但综合上述信息，无法证明C 酶促进
F 酶基因、S 酶基因、L 酶基因的表达是否与Cr 有关，也无法证明F 酶基因、S 酶基因、L 酶基因的表达产
物能促进乙酰辅酶A 转化为A。因此综合以上研究，评价构建图3 中调控和代谢途径的证据不充分。
14．学习以下材料，回答（1）~（4）题。
构建“动态调控”的工程酵母菌
酿酒酵母作为极具潜力的细胞工厂，经遗传改造后被广泛的应用于生物燃料、化工产品、医药保健品等的
合成，但代谢途径改变常造成细胞生长受损即存在“生长”与“生产”之间的矛盾。为解决这一矛盾，我
国研究者在酿酒酵母中构建了群体密度调控的蛋白降解系统。
在酿酒酵母中表达拟南芥的细胞分裂素合成酶和细胞分裂素受体．并使细胞分裂素响应途径与酵母菌内源
的Ypd1-Skn7 信号转导途径结合，构建出群体密度感应系统，如图。当菌体密度增至足够高时，扩散到胞
外的细胞分裂素浓度达到一定阈值，会进入细胞与受体结合，引起Skn7 与特定启动子中一段重复序列
（SD）结合，导致下游基因从低表达状态显著上调表达水平，通过选择适当的下游基因，实现了细胞分裂
素信号的正反馈激活。研究者利用绿色荧光蛋白基因（GFP）作为报告基因进行检测，发现当酵母菌菌体
数量达到一定值时，荧光强度开始随菌体数量增加而显著增强。
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生长素受体与生长素（IAA）结合后，可进一步结合特定蛋白并导致特定蛋白的降解。这些特定蛋白中共
同的氨基酸序列称为IAA 蛋白降解决定子。研究者在酵母菌中表达生长素受体，并将IAA 蛋白降解决定子
与目标蛋白融合表达，构建了IAA 诱导的蛋白降解系统。
法尼烯是喷气燃料的替代品。酿酒酵母可利用F 酶将法尼基焦磷酸（FPP）合成为法尼烯，E 酶会与F 酶竞
争FPP 催化合成麦角固醇，麦角固醇过少时严重影响菌体数量增加。研究者将群体密度感应系统和IAA 诱
导的蛋白降解系统整合，使工程酵母菌生长到一定密度后，才启动E 酶的降解，实现对其代谢的动态调控，
提高了生产效率。
(1)研究者从拟南芥中 目的基因，构建 后再导入酿酒酵母，经检测鉴定后获得工程菌。
(2)如何通过提高细胞分裂素浓度实现其信号的正反馈激活，请选择适宜的基因和启动子填在图中。①
② ③ 基因A： 基因B：
a．持续表达下游基因的启动子
b．能结合细胞分裂素的启动子
c．含有SD 的启动子
d．细胞分裂素合成酶基因
e．细胞分裂素受体基因
(3)为将群体密度感应系统和IAA 诱导的蛋白降解系统整合入酿酒酵母，从而解决法尼烯生产中的问题，一
方面需要将群体密度感应系统中的 基因替换为IAA 合成酶基因，一方面还需导入 基因替换酵母菌
内源的E 酶基因。
(4)综合所学知识和文中信息，以下说法正确的是____。
A．利用酿酒酵母工业生产法尼烯涉及发酵工程和基因工程技术
B．文中的两个系统均属于转录水平的代谢调控手段
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C．工程菌大量增殖后，细胞分裂素合成多，IAA 合成少，利于F 酶催化FPP 合成法尼烯
D．通过引入两个系统，实现了工程菌生长和生产的平衡，有利于提高法尼烯生产效率
E．该策略也可推广至酿酒酵母多种代谢途径的调控，应用前景广阔
【答案】(1) 筛选和获取 基因表达载体
(2) a c c e d
(3) 荧光蛋白 IAA 蛋白降解决定子对应的DNA 序列与E 酶基因的融合
(4)ADE
【分析】基因工程的基本操作程序四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因
导入受体细 胞、目的基因的检测与鉴定。在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或 获得预
期表达产物等的基因就是目的基因。获取目的基因的方法有多种。在我国首批具有较高抗 虫活性的转基
因抗虫棉的培育过程中，科学家人工合成了 目的基因。现在，常用PCR 特异性地快速扩增目的基因。构
建基因表达载体，是基因工程的核心工作。构建好的基因表达载体需要通过一定的方式才能进入受体细胞。
目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗 传特性，只有通过检测与鉴定才能知道，包括分子
水平检测和个体水平检测。
【详解】（1）题干信息：在酿酒酵母中表达拟南芥的细胞分裂素合成酶和细胞分裂素受体．并使细胞分
裂素响应途径与酵母菌内源的Ypd1-Skn7 信号转导途径结合，构建出群体密度感应系统；可见目的基因从
拟南芥中筛选与获取，然后构建基因表达载体，接着导入酿酒酵母，经检测鉴定后获得工程菌。
（2）题干信息：当菌体密度增至足够高时，扩散到胞外的细胞分裂素浓度达到一定阈值，会进入细胞与
受体结合，可知基因A 应该为细胞分裂素受体基因，①应该为持续表达下游基因的启动子，启动细胞分裂
素受体基因转录；Skn7 与特定启动子中一段重复序列（SD）结合，导致下游基因从低表达状态显著上调
表达水平，通过选择适当的下游基因，实现了细胞分裂素信号的正反馈激活，可知基因B 为细胞分裂素合
成酶基因，②和③是含有SD 的启动子。
（3）分析题图酵母菌群体密度感应系统可知，只有荧光蛋白基因可以被替换，故为将群体密度感应系统
和IAA 诱导的蛋白降解系统整合入酿酒酵母，需要将群体密度感应系统中的荧光蛋白基因替换为IAA 合成
酶基因；题干信息IAA 诱导的蛋白降解系统，需要IAA 蛋白降解决定子与目标蛋白融合基因，故还需导入
IAA 蛋白降解决定子对应的DNA 序列与E 酶基因的融合基因替换酵母菌内源的E 酶基因。
（4）A、利用酿酒酵母工业生产法尼烯涉及酵母菌培养和群体密度感应系统和IAA 诱导的蛋白降解系统，
而前者属于发酵工程，后者属于基因工程技术，A 正确；
B、转录是由DNA 到RNA 的过程，由mRNA 到蛋白质的过程是翻译；文中的两个系统均属于翻译水平的
代谢调控手段，B 错误；
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C、依据题意可知，工程菌大量增殖后，细胞分裂素合成多，IAA 合成多，利于F 酶催化FPP 合成法尼烯，
C 错误；
D、题干信息可知，酿酒酵母可利用F 酶将法尼基焦磷酸（FPP）合成为法尼烯，E 酶会与F 酶竞争FPP 催
化合成麦角固醇，麦角固醇过少时严重影响菌体数量增加；通过引入两个系统促进E 酶降解有利于法尼烯
的合成，由此可知，通过引入两个系统，实现了工程菌生长和生产的平衡，有利于提高法尼烯生产效率，
D 正确；
E、题干信息：酿酒酵母作为极具潜力的细胞工厂，经遗传改造后被广泛的应用于生物燃料、化工产品、
医药保健品等的合成；综合上述研究者的工作，可推测该策略也可推广至酿酒酵母多种代谢途径的调控，
应用前景广阔，E 正确。
故选ADE。
15．人类肠道微生物具有限制病原体在肠道定植的能力，称为定植抵抗力。科研人员开展了相关研究。
(1)将含有荧光素酶基因的 导入病原菌，获得转基因菌株Al，该菌株产生的荧光素酶可催化底物
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发荧光。通过检测荧光强度可以确定 。
(2)将10 种非致病肠道微生物（B1—B10）在适宜条件下进行体外培养。加入Al 共培养2 天，实验结果如
图1，结果表明 。
(3)进一步将不同菌种组合与Al 共培养，实验结果如图2，结果显示 ，说明微生物多样性导致的定
植抵抗依赖B5。
(4)为证明体外研究的结论适用于体内。研究者使无菌小鼠被肠道微生物定植，检测Al 感染1 天后Al 菌的
浓度。结果支持以上结论。但哺乳动物肠道中实现相同的定植抵抗效果需更高的微生物多样性。将实验结
果（106、108、109）填入下表对应位置。
B5
－
＋
＋
－
其他肠道微生物
无
10 种
50 种
10 种
50 种
Al 菌浓度
1010
i
ii
iii
108
(5)Al 和B5 能利用半乳糖醇而其他肠道微生物不能。B5 的突变体b5 失去了该能力。科研人员利用B5、b5
和其他肠道微生物进行实验，结果如图3。除半乳糖醇外，培养基还应含有 营养物质。据图3 实
验结果，下列推测合理的是 。
A．③显著低于①，说明b5 对营养的需求与Al 重叠度高于其他9 种微生物
B．④显著高于③的原因是半乳糖醇对b5 有害
C．⑥显著低于④是因为B5 能利用半乳糖醇
D．生态位重叠度越高，竞争越激烈
(6)结合本研究及所学知识，阐述滥用抗菌药可能带来的风险（两点）。
【答案】(1) 重组质粒（基因表达载体） Al 菌体浓度/数量
(2)B5 比其他微生物抵抗Al 的能力强，十种微生物共同抵抗Al 的效果最好（定植抵抗力主要取决于微生物
的多样性）
(3)随微生物种类增加，加B5 组Al 浓度明显降低，而不加B5 组Al 浓度变化不显著
(4)108、106、109
(5) 水、其它碳源、氮源、无机盐 ACD
(6)滥用抗菌药会降低肠道微生物的多样性，对病原体的定植抵抗作用下降；对病原菌进行选择，易形成耐
药菌；抗菌药也是药物，可能会对身体产生副作用
【分析】1、目的基因：主要指编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。获得目的基
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因的方法：①从基因文库中获取 ②利用PCR 技术扩增 ③人工合成（化学合成）；
2、限制性核酸内切酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。其能够识别双链DNA 分子的某种特定的核苷
酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。结果是经限
制酶切割产生的DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。DNA 连接酶连接的是两个核苷酸之
间的磷酸二酯键。在构建基因表达载体时，DNA 连接酶将目的基因和质粒重组；
3、将目的基因导入动物细胞的方法：显微注射技术（最有效一种方法）。具体操作程序：目的基因表达
载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的子宫或输卵管内发育
→新性状动物。
【详解】（1）要获得转基因菌株Al，就需要将荧光素酶基因与质粒构建基因表达载体，然后将该基因载
体导入病原菌，就可以得到转基因菌株Al；该菌株产生的荧光素酶可催化底物发荧光。因此通过检测荧光
强度可以确定菌株Al 的数量或浓度；
（2）由图1 可以看出，B5 比其他微生物抵抗Al 的能力强，十种微生物共同抵抗Al 的效果最好（定植抵
抗力主要取决于微生物的多样性）；
（3）由图2 可以看出，随微生物种类增加，加B5 组Al 浓度明显降低，而不加B5 组Al 浓度变化不显著，
说明微生物多样性导致的定植抵抗依赖B5；
（4）由于微生物多样性导致的定植抵抗依赖B5，且定植抵抗力主要取决于微生物的多样性，因此加入B5
后，10 种肠道微生物的Al 菌浓度比50 种肠道微生物的高，而不加B5 时A1 菌的浓度高于加B5 时的情况，
因此ⅰ、ⅱ、ⅲ对应的浓度依次为108、106、109。
（5）A、利用B5、b5 和其他肠道微生物进行实验，结果如图3。除半乳糖醇外，培养基还应含有水、其
它碳源、氮源、无机盐等营养物质；由图3 可知，③显著低于①，说明b5 对营养的需求与Al 重叠度高于
其他9 种微生物，A 正确；
B、④显著高于③的原因是突变体b5 不能利用半乳糖醇，B 错误；
C、⑥显著低于④是因为B5 能利用半乳糖醇，C 正确；
D、生态位重叠度越高，生物共同资源越相似，竞争越激烈，D 正确。
故选ACD。
（6）滥用抗菌药会降低肠道微生物的多样性，对病原体的定植抵抗作用下降；对病原菌进行选择，易形
成耐药菌；抗菌药也是药物，可能会对身体产生副作用。
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