《光合作用基因工程》PPT课件

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1、第十二章叶绿体基因工程光合作用绿色植物或光合细菌借助光的作用将大气中CO2转化成动植物及人类赖以生存的碳水化合物，同时向周围环境释放O2的过程，也即光合细胞捕获光能并将其转化为化学能的过程，称为光合作用。CO2+H2O＊光叶绿体（CH2O）+O2＊可用一个简单的方程式表示：光合作用是一个极为错综复杂的过程。从宏观角度看，它牵涉到细胞、个体乃至群体及外界环境等方方面面；从微观角度看，它是核基因组、叶绿体基因组及多种细胞结构协同作用的结果。正因为如此，通过光合作用基因工程来提高光合效率并非一朝一夕之事。首要问题之一便是解决与之密切相关的叶绿体基因工程的各种理论性和技

2、术性问题。光合作用的研究历史实验一：1771年，英国科学家普利斯特利把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死去了。他把两盆植物分别放到两个密闭的玻璃罩里。他发现植物能够长时间地活着，蜡烛没有熄灭，小鼠活动正常。植物可以在光下净化“坏了”的空气光合作用1782年，瑞士人有化学分析的方法弄清了光合的反应物是CO2和H2O，产物是糖和O2。但认为糖是CO2的简单聚合：实验二：实验三：1905年，Blackman研究光合效率与光强和温度的关系时，对光合过程是否一直需要光产生了疑问。也使人们对CO2的同化方式有了全新的认识。n(

3、CO2)CCCC1低光时，温度再高光合效率也不增加。说明光是必须的。2强光下，温度升高，光合加快，说明在高光强下，温度是光合的限制因素，也说明光合作用涉及酶促反应（暗反应）；3温度相同时，随光照增强，光合加快，特别是在低温时，光照增强，光合加快，说明光合作用中存在与温度无关的反应，也就是非酶促反应。（光反应）实验四：温度光合效率低光强光光合有两个反应阶段：光反应和暗反应光能吸收CO2同化1937年，希尔用体外的叶绿体和水反应得到了O2，为光反应的研究打开了大门。实验五：4Fe33++2H2O4Fe22++4H++O2光叶绿体说明叶绿体在光下可分解H2O，产生电子

4、，产生还原能力，使物质还原，即光反应可产生电子将物质还原。1951年，发现体内物质NADP＋可被光合作用还原为NADPH。实验六：NADP++H2ONADPH+H++1/2O2光叶绿体这是一个振奋人心的消息，因为科学家们早已知道，NADPH是生物体内的重要的还原剂。1954年，发现ADP在光合作用下可形成ATP。实验七：ADP+PiATP光叶绿体在光下叶绿体合成的NADPH和ATP，是用来同化CO2的。在植物细胞中,两种细胞器有自己的遗传物质DNA,分别为叶绿体和线粒体,这两个细胞器都是植物中用来进行能量转换的细胞器。叶绿体大小和人红细胞大小相似,因此也是植物细

5、胞器中的“巨人”。为了了解其奥妙所在，首先必须对叶绿体结构及功能有一个大致的认识。高等植物叶绿体多呈扁平椭球形，主要分布在叶片的栅栏组织和海绵组织中。在高等植物中叶绿体象双凸或平凸透镜，长径5~10um，短径2~4um，厚2~3um。高等植物的叶肉细胞一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%，叶绿体的数目因物种细胞类型，生态环境，生理状态而有所不同。在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等等，而且体积巨大，可达100um。叶绿体由叶绿体外被（chloroplastenvelope）、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）3部分组成，

6、叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。一、形态与结构叶绿体的形态与分布叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距5～10nm。被膜上无叶绿素，它的主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜(outermembrane)为非选择性膜，外层膜含有少量孔蛋白(porin),这些孔蛋白具有较大的通道,分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐等能自由通过。内膜(innermembrane)为选择透性膜，CO2、O2、H2O可自由通过；Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器(translocator)才能

7、通过；蔗糖、C5`C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质则不能通过。1.叶绿体被膜(chloroplastenvelope)被膜以内的基础物质称为基质(stroma)，基质以水为主体，内含多种离子、低分子的有机物，以及多种可溶性蛋白质等。基质是进行碳同化的场所，它含有还原CO2与合成淀粉的全部酶系，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)占基质总蛋白的一半以上。此外，基质中含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、脂类(糖脂、磷脂、硫脂)、四吡咯(叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等物质及其合成和降解的酶类，还含有还原亚硝酸盐和硫酸盐

8、的酶类以及参与这些反应的