CO2固定的合成生物学-生物通
2024年研究生考试考研植物生理学与生物化学(414)试卷及解答参考
2024年研究生考试考研植物生理学与生物化学(414)复习试卷(答案在后面)一、选择题（植物生理学部分，10题，每题2分，总分20分）1、下列关于光合作用中光反应的描述，错误的是：A、光反应发生在叶绿体的类囊体膜上B、光反应需要光能将ADP和无机磷（Pi）合成ATPC、光反应不涉及氧气的产生D、光反应通过水的光解产生ATP和NADPH2、在植物生物化学中，下列哪种酶通常参与蛋白质的合成？A、RNA聚合酶B、DNA聚合酶C、转氨酶D、核糖体3、以下关于植物激素的描述，正确的是：A、赤霉素的作用是促进细胞伸长，抑制种子萌发B、脱落酸的作用是促进果实成熟，抑制植物生长C、生长素的作用是促进细胞分裂，抑制细胞伸长D、细胞分裂素的作用是促进细胞伸长，抑制叶绿素合成4、下列哪种物质不是植物激素？A. 赤霉素B. 细胞分裂素C. 生长素D. 叶绿素5、在植物细胞壁合成过程中，下列哪种酶起到关键作用？A. 淀粉合酶B. 纤维素合酶C. ATP合成酶D. 氧化还原酶6、下列哪种代谢途径与植物对逆境的适应无关？A. 脱水素的合成B. 抗冻蛋白的表达C. 脂肪酸的β-氧化D. 热激蛋白的产生7、植物光合作用中，叶绿体类囊体薄膜上的光反应主要产生以下哪种物质？A、ATPB、NADPHC、CO2D、O28、在植物生物化学中，以下哪个化合物不属于植物体内的初级代谢产物？A、葡萄糖B、氨基酸C、脂肪酸D、叶绿素9、以下哪种酶催化植物细胞壁的合成？A、纤维素酶B、果胶酶C、半乳糖醛酸酶D、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶10、下列哪种物质在植物细胞内作为第二信使参与信号转导过程？A、cAMPB、RNAC、ATPD、DNA二、实验题（植物生理学部分，总分13分）题目：请设计一个实验方案，以探究植物光合作用过程中光合产物分配对植物生长的影响。
实验材料为同种植物的不同品种（品种A和品种B），实验条件为光照、温度、水分等均适宜。
实验步骤：1.将品种A和品种B的植物幼苗种植在相同的培养箱中，保证光照、温度、水分等条件一致。
生物固碳途径研究进展
·大家专版·江会锋，２００８年中科院昆明动物研究所获博士学位，攻读博士期间在美国Ｃｏｒｎｅｌｌ大学交流访问一年，之后在美国Ｃｏｒｎｅｌｌ大学进行博士后研究。
２０１２年回国受聘于中国科学院天津工业生物技术研究所，研究员，中国科学院系统微生物工程重点实验室副主任。
主要研究方向为代谢合成生物学，重点研究自然界蛋白质起源与进化的基本规律，开发蛋白质功能元件的理性改造与设计新方法。
以新酶设计为核心，发掘改造植物天然产物合成关键基因，优化酵母基因组代谢网络，构建高效的植物天然产物合成细胞工厂，为颠覆植物天然产物的生产模式奠定基础；设计创造一碳生物合成新酶，创建从一碳到多碳化学品的生物合成途径，为变革生物制造原料路线奠定基础。
近年来参与国家９７３计划、国家８６３计划、国家自然科学基金、天津市科技支撑计划等科研项目，在ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ＡＣＳＳｙｎｔｈｅｔｉｃＢｉｏｌｏ ｇｙ等期刊上发表论文４０余篇，申请国内国际专利３０余项。
基金项目：中国科学院重点部署项目（ＺＤＲＷ ＺＳ ２０１６） 作者简介：江会锋 男，研究员，博士，博士生导师。
主要研究方向为合成生物学。
Ｔｅｌ：０２２ ２４８２８７３２，Ｅ ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇ＿ｈｆ＠ｔｉｂ．ｃａｓ．ｃｎ 收稿日期：２０２０ ０２ ２３生物固碳途径研究进展江会锋１，刘玉万１，杨巧玉１，２（１．中国科学院天津工业生物技术研究所系统微生物工程重点实验室，天津 ３００３０８；２．中国科学院大学，北京 １０００４９）摘 要 生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分。
自然界已经发现了六条天然生物固碳途径，但自然途径不仅能量利用效率低下，而且人工改造提升固碳效率难度大。
随着合成生物学的发展，新的人工固碳途径不断涌现。
相对于天然途径，人工固碳途径具有路线短、耗能少、原子经济性高等优点，有望在不久的将来能够替代天然固碳途径，实现固碳效率的大幅提高，是解决人类能源与环境问题的有效途径之一。
一、生物氧化中CO2生成的方式
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（四） 解偶联剂
不阻断电子传递，但拆散氧化和磷酸化的 偶联作用。
P/O很低，甚至为零
2019/6/18
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2,4一二硝基酚（DNP）
使电子传递和ATP两个过程分离，失掉它们的 紧密联系，只抑制ATP的形成过程，但不抑制 电子传递过程
2019/6/18
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解偶联作用机制
Ｈ＋
Ｈ＋
Ｈ＋
解偶联蛋白
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旋转催化具体过程
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六、氧化磷酸化的影响因素 (一) 激素 甲状腺素 (二) ADP/ATP (三)抑制剂的作用 (四) 线粒体DNA突变
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(一) 激素 甲状腺素 促进细胞膜上的Na+-K + －ATPase 的生成，
α-磷酸甘油穿梭
苹果酸-天冬氨酸穿梭
穿梭物质 进入线粒 体前后转变 成的物质 进入呼吸链
α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮
NAD+/FADH2 琥珀酸氧化呼吸链
苹果酸、 谷氨酸 天冬氨酸、α-酮戊二酸
NAD+/NADH+ H+ NADH 氧化呼吸链
生成ATP数 存在组织
1.5/2 某些肌肉、神经组织
2.5/3 肝脏和心肌组织
FAD
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50
α-磷酸甘油穿梭
NADH
（细胞液）
磷酸二羟丙酮
NAD+
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
线
粒
体
内
FADH2
膜
3-磷酸甘油
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
2022年华南农业大学生物科学专业《微生物学》期末试卷B(有答案)
2022年华南农业大学生物科学专业《微生物学》期末试卷B(有答案）一、填空题1、产甲烷细菌的细胞壁不含______，它属于______。
2、病毒一步生长曲线有三个最重要的特征参数，即______期（包括______期和______期）和______期的长短以及______的大小。
3、一切生物，在新陈代谢的本质上既存在着高度的______，又存在着明显的______。
4、蓝细菌的培养可用______培养基。
5、酵母菌中，有性生殖可以产生的孢子有______孢子或______孢子。
6、1347年的一场由______引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3的人（约2500万人）死于这场灾难。
7、获得微生物同步生长的方法主要有两类：① ______，如______等；② ______，如______等。
8、自然界的碳素循环主要包括______和______两个过程。
9、线粒体的核糖体在大小上类似于原核生物的核糖体，线粒体与细菌之间的近缘关系，支持真核的细胞器（线粒体、叶绿体）是由______演化出来的假设。
10、IgG在木瓜蛋白酶的作用下，可产生2个相同的______（符号为______）和1个______（符号为______）。
二、判断题11、通过电子显微镜的深入研究，发现放线菌的孢子丝可通过凝聚分裂和横隔分裂两种方式形成成串的分生孢子。
（）12、实验室做固体培养基时，常加1.8%的琼脂作凝固剂，做半固体培养基时，琼脂加入量通常是0.5%。
（）13、由于固氮酶对氧的极度敏感，因此，凡能固氮的微生物都是厌氧菌。
（）14、与其他微生物相似，同种病毒粒或噬菌体个体间，也存在生长期（即年龄）和形态上的差别。
（）15、真菌的每一段菌丝都可以发展成为一个新的菌体。
（）16、在同种微生物的不同菌株间，一些非分类鉴定特征如代谢产物的种类和数量等也总是比较接近的。
（）17、至今研究过的抗生素，其效价都是定为1μg纯化合物为1个单位。
co2在生物合成中循环利用
co2在生物合成中循环利用CO2在生物合成中循环利用一、引言二氧化碳（CO2）是一种重要的温室气体，它的排放是导致全球变暖的主要原因之一。
然而，在自然界中，CO2也扮演着生物合成的重要角色，通过光合作用和其他生物过程，CO2能够被转化为有机物，并在生态系统中循环利用。
本文将探讨CO2在生物合成中的循环利用过程及其意义。
二、光合作用中的CO2循环利用光合作用是一种生物合成过程，其中植物利用太阳能将CO2和水转化为有机物（如葡萄糖）和氧气。
在光合作用中，CO2被植物吸收，并在叶绿体中与水进行反应，产生氧气并释放出化学能。
这种反应需要光能和叶绿素的催化作用。
光合作用中的CO2循环利用是地球上生物多样性的基础。
通过吸收大量的CO2，植物能够减少大气中的温室气体浓度，缓解全球变暖的问题。
同时，光合作用还能提供氧气，维持地球上动植物的生存环境。
三、细菌和植物的CO2固定除了光合作用，一些细菌和植物也通过其他途径固定CO2，将其转化为有机物。
例如，某些细菌利用化学能或热能来固定CO2，产生有机物。
此外，一些植物也能在缺氧条件下固定CO2，将其转化为有机酸。
这些细菌和植物在某些特殊环境中起到重要的生态功能，维持着生态系统的稳定。
四、CO2在生物合成中的重要性CO2在生物合成中的循环利用不仅有助于减少大气中的温室气体浓度，还能为生物提供能量和有机物。
通过将CO2转化为有机物，生物能够获得所需的碳源，并利用这些有机物进行生长和繁殖。
此外，CO2在生物合成中也起到调节生物代谢和维持生态平衡的作用。
五、CO2循环利用的应用CO2的循环利用在现代工业和农业中也具有重要意义。
例如，CO2可以用作温室气体肥料，促进植物生长。
同时，CO2还可以用于制造化学品、燃料和建筑材料等。
这些应用有助于减少CO2的排放，同时提高资源利用效率。
六、CO2循环利用的挑战和前景CO2的循环利用面临一些挑战。
首先，CO2的固定和转化过程需要消耗能量，如何提高能源利用效率是一个重要问题。
co2固定化的途径
CO2固定化的途径介绍二氧化碳(CO2)是一种被广泛认定为主要温室气体的物质，对全球气候变化和环境污染有着重要影响。
随着人类经济的发展和工业生产的增加，CO2排放速度急剧增加。
因此，寻找可行的CO2固定化途径已成为当前的热门研究方向之一。
本文将深入探讨CO2固定化的途径，并介绍相关的技术和方法。
二级标题一：生物固定化生物固定化是利用生物体或酶类催化剂将CO2转化为有机化合物的过程。
以下是一些常见的生物固定化途径：三级标题一：光合作用光合作用是指植物和一些微生物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
通过加强植被覆盖，增加森林、草原等绿地面积，可以增加光合作用过程中CO2的固定化效率。
三级标题二：微生物代谢一些微生物具有将CO2转化为有机物质的能力。
例如，甲烷生成细菌可以通过还原二氧化碳产生甲烷，这是一种可再生的燃料。
此外，有一些细菌可以利用CO2合成有机酸，如用于生产乙酸的乙酸菌和丙酸菌。
三级标题三：生物炭生物炭是利用生物质热解过程中产生的副产物，其中含有高浓度的固碳化合物。
生物炭可以作为土壤改良剂，在农业领域中应用，可有效地固定和存储CO2。
二级标题二：化学固定化化学固定化是利用化学反应将CO2转化为有机化合物或无机质的过程。
以下是一些常见的化学固定化途径：三级标题一：CO2捕捉与封存 (Carbon Capture and Storage, CCS)CCS是指将CO2从燃烧排气中捕获并封存到地下储层中的技术。
目前，已经开发出多种CCS技术，包括化学吸收、膜分离和固体吸附等方法。
CCS技术可以减少大气中CO2的浓度，同时为高排放行业提供了一种减排途径。
三级标题二：CO2电化学还原CO2电化学还原是通过加入适当的电流和电位，在电解池中将CO2还原为有机物或其他有价值的化合物的过程。
该技术可以实现CO2的高效固定化，并且产生的有机物可以用于合成燃料、化学品等。
三级标题三：人工光合作用人工光合作用是通过模仿植物光合作用过程，利用催化剂和太阳能将CO2转化为有机物。
考研植物生理学与生物化学(414)研究生考试试题及答案指导
研究生考试考研植物生理学与生物化学(414)复习试题(答案在后面)一、选择题（植物生理学部分，10题，每题2分，总分20分）1、植物体内负责CO2固定和光合磷酸化反应的细胞器是：A、线粒体B、叶绿体C、内质网D、高尔基体2、在植物生物化学中，以下哪种物质不是光合作用初级产物？A、葡萄糖B、三磷酸腺苷（ATP）C、还原型辅酶NADPHD、丙酮酸3、植物细胞中，以下哪种酶是光合作用过程中催化水的光解反应的关键酶？A、光合色素B、ATP合酶C、NADP+还原酶D、水光解酶4、题目：下列关于植物细胞呼吸的描述，错误的是：A. 植物细胞呼吸是细胞获取能量的主要途径。
B. 有氧呼吸和无氧呼吸都是植物细胞呼吸的方式。
C. 有氧呼吸产生的主要产物是水。
D. 无氧呼吸的最终产物是酒精和二氧化碳。
5、题目：以下哪种酶与植物光合作用的碳反应有关？A. ATP合成酶B. 磷酸戊糖途径中的酶C. 光合作用中的光反应酶D. 水合酶6、题目：以下哪种植物激素与植物的生长发育无关？A. 赤霉素B. 脱落酸C. 细胞分裂素D. 茁长素7、下列哪种物质是植物光合作用中的光反应阶段产生的？A. ATPB. NADPHC. ADPD. GTP8、植物细胞中，哪种酶在光合作用的暗反应中起关键作用？A. 蛋白质合成酶B. 脱氢酶C. 磷酸化酶D. 磷酸甘油酸激酶9、植物细胞中，哪种色素在光合作用中主要吸收蓝光和红光？A. 叶绿素aB. 叶绿素bC. 胡萝卜素D. 叶黄素10、下列关于光合作用过程中光反应和暗反应的描述，正确的是（）A. 光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，暗反应发生在叶绿体基质中B. 光反应需要光能，暗反应需要ATP和NADPHC. 光反应产生ATP和NADPH，暗反应消耗ATP和NADPHD. 光反应和暗反应可以独立进行，互不影响二、实验题（植物生理学部分，总分13分）题目：利用分光光度法测定叶绿素含量实验目的：学习利用分光光度法测定叶绿素含量的原理和方法。
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称...
第五章微生物的代谢一、名词解释：01.新陈代谢（metabolism）：简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种化学反应的总和，也是生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程。
包括合成代谢和分解代谢，它是推动生物一切生命活动的动力源。
02.合成代谢（anabolism）：又称同化作用。
微生物从环境吸收营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，建立生长、发育的物质基础的过程。
03.分解代谢（catabolism）：又称异化作用。
微生物分解营养物质，释放能量，供给同化作用、机体运动、生长和繁殖等生命活动所用，产生中间代谢产物，并排泄代谢废物和部分能量的过程。
04.生物氧化（biological oxidation）：分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。
05.呼吸作用（respiration）：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给电子载体，再经过电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程。
06.有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧作为氢和电子的最终受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸或有氧呼吸。
07.无氧呼吸（anaerobic respiration）：又称为厌氧呼吸，在无氧的条件下，微生物以无机氧化物作为最终氢和电子受体的生物氧化过程。
08.发酵（fermentation）：狭义发酵：在无外源氢受体的条件下，细胞有机物氧化释放的[H]或电子交给某一内源性的中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
即电子供体是有机物，而最终电子受体也是有机物的生物氧化过程。
广义发酵：泛指任何利用微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。
09.底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些有高能键的化合物，这些化合物可直接偶联A TP或GTP的合成，这种产生ATP等高能键的方式称为底物水平磷酸化。
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CO2 固定的合成生物学
巩伏雨①②, 蔡真①*, 李寅①*
① 中国科学院微生物研究所, 中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室, 北京 ② 中国科学院大学, 北京 100049 * 联系人, E-mail: caiz@; yli@
100101;
收稿日期: 2015-03-12; 接受日期: 2015-05-21 国家重点基础研究发展计划(批准号: 31470231)和国家自然科学基金(批准号: 21106175)资助
及化学品可以通过改造后的光合自养生物利用 CO2 来合成[4~11]. 其中, 产量相对较高的乙醇、乳酸等已 经达到 g/L 的量级, 展现出生物固碳的潜力.
近年来, 随着人们对天然固碳途径的挖掘和认 识日臻完善, 加上以合成生物学为代表的技术手段 迅猛发展, 生物固碳研究也不断取得新的进展. 本文 首先介绍天然的固碳途径, 然后分别从固碳途径和 能量供给方式这两个方面, 综述近年来应用合成生
巩伏雨等: CO2 固定的合成生物学
物学的从头设计或重新设计理念[12,13], 在生物固碳 领域取得的一些突出进展.
1 天然固碳途径的生物化学
自然界中已发现的天然固碳途径共有 6 种(图 1), 分 别 是 卡 尔 文 循 环 、 3- 羟 基 丙 酸 双 循 环 、 WoodLjungdahl 途径、还原性(逆向)TCA 循环、二羧酸/4羟基丁酸循环和 3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环. 在这 6 条途经中, 卡尔文循环和 3-羟基丙酸双循环及 3-羟 基丙酸/4-羟基丁酸循环是好氧的, 其他 3 条途径是厌 氧的, 这是由于这些途径中的某个酶或某些酶是严 格厌氧的[14].
将 CO2 转化为燃料或化学品, 是 CO2 资源化利 用的途径之一. CO2 中的碳为+4 价, 处于其最高的氧 化态. 而包括烃、醇、酸等在内的燃料及化学品中的 碳的化学价都低于+4 价. 因此, 将 CO2转化为燃料或
化学品, 必须输入能量和还原力. 生物体能通过光合 作用, 在常温常压下利用光能将 CO2 转化为有机物, 为 CO2 的资源化利用提供了一种可能的途径. 近年 来, 科学家对本身具备 CO2 固定能力的光合自养微 生物(蓝细菌或者微藻)进行改造, 通过代谢工程等手 段导入目标化学品的生产途径, 最终实现由 CO2 合 成燃料及化学品. 目前已有包括乙醇、丁醇、乳酸、 丙酮、异丁醛、异戊二烯、油脂等在内的数十种燃料
引用格式: 巩伏雨, 蔡真, 李寅. CO2 固定的合成生物学. 中国科学: 生命科学, 2015, 45: 993–1002 英文版见: Gong F Y, Cai Z, Li Y. Synthetic biology for CO2 fixation. Sci China Life Sci, 2016, 59, in press
关键词 碳固定 合成生物学 天然固碳途径 能量供给
能源与环境是与人类生活密切相关的两大主题. 2011 年, 全球能源消耗量已经达到 1.541011 kW·h, 较 2000 年的 1.181011 kW·h 已增长超过 30%[1], 其 中超过 3/4 来源于化石能源(如煤炭、原油、天然气)[2]. 巨量化石能源的消耗也给环境带来了巨大压力. 例 如, 由消耗化石能源排放 CO2 所带来的温室效应, 已 引起国际社会的广泛关注. 据统计, 2012 年全球 CO2 的总排放量已达 3.451010 t, 且呈逐年上升趋势[3]. 因此, 如何在化石能源日益枯竭的形势下满足人类 日益增长的能源需求, 以及如何减少 CO2 排放从而 减轻温室效应的负面影响, 是人类社会可持续发展 必须解决的问题.
摘要 将 CO2 转化为燃料或化学品, 实现 CO2 的资源化利用, 是缓解化石能源枯竭和温 室效应这两大问题的有效途径之一. 自养生物能够以光能/氢气/硫等为能量来源, 在常温常 压下将 CO2 转化为有机物, 提供了一种 CO2 资源化利用的途径. 利用经过代谢工程改造的 自养生物(如蓝藻), 已经可以实现从 CO2 生物合成十余种化学品, 但整体固碳和转化效率尚 低, 不能满足工业应用的需求. 本文首先介绍了目前已发现的 6 条天然生物固碳途径, 重点 从固碳途径及能量供给两方面总结了近年来生物固碳合成生物学研究取得的进展, 并对生 物固碳的前景和未来方向进行了展望.
1.1 好氧的天然固碳途径
卡尔文循环(图 1A)是自然界中最主要的固碳途 径, 广泛存在于高等植物、藻类、蓝细菌等生物体中, 由光能驱动. 该循环于 1942 年 Melvin Ellis Calvin 发 现, 故以其名字命名, 其实质是 3 分子的 CO2 消耗 9 分子 ATP 和 6 分子 NADPH 合成 1 分子的甘油醛-3磷酸. 该循环在自然固碳的 6 个途径中, 是固碳能耗 最高的途径. 由于农作物的生物质全部来源于其卡 尔文循环所固定的 CO2, 因此卡尔文循环的固碳效率 与粮食产量息息相关, 于是这一循环也是最受科学 家们关注的一个固碳途径, Calvin 也因此获得 1961 年 诺贝尔化学奖[15]. 该途径中直接参与固定 CO2 的酶 为核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco), 同时 也是整个循环的限速酶. 该酶对 CO2 的催化能力非 常弱, 平均酶活仅为 3.5 µmol/min/mg[14]. 同时, 空气 中广泛存在的 O2 还会和 CO2 竞争该酶的活性中心发 生氧化反应, 所生成的磷酸乙醇酸在后续代谢中反 而会放出 CO2(即光呼吸), 造成固碳效率下降.
中国科学: 生命科学 SCIENTIA SINICA Vitae
2015 年 第 45 卷 第 10 期: 993 ~ 1002
评述
中国科学院学部 科学与技术前沿论坛 RESS