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
42
（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
2019/6/18
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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。
2024届高中生物二轮复习讲义 第一篇 主题一 专题(四) 命题点2 CO2固定方式的比较及光呼吸
命题点2CO2固定方式的比较及光呼吸1．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2的方式比较(1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式相同点：都对CO2进行了两次固定。
不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。
(2)比较C3、C4、CAM途径C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
2．光呼吸(1)发生原因：Rubisco是一种双功能酶，当CO2/O2的值高时，可催化C5固定CO2合成有机物；当CO2/O2的值低时，可催化C5结合O2发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸。
(2)一定条件下光呼吸使光合效率下降25%～30%，抑制光呼吸的措施：适当降低环境中O2浓度或提高CO2浓度。
(3)光呼吸对植物有重要的正面意义，在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少。
其生理作用体现在：①光呼吸是高耗能反应，可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP。
②光呼吸的产物有CO2，可以弥补CO2不足，维系暗反应，暗反应也可以消耗掉NADPH和ATP。
③正常光照下体内产生乙醇酸是不可避免的，乙醇酸对细胞有毒害作用，而光呼吸可以消耗乙醇酸。
(4)光呼吸与细胞呼吸的比较项目光呼吸细胞呼吸(有氧呼吸)底物C2化合物糖类等有机物发生部位过氧化物酶体、线粒体、叶绿体细胞质基质、线粒体反应条件光照光或暗都可以能量消耗能量产生能量共同点消耗O2、释放CO21．(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。
这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。
回答下列问题：(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有__________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。
二氧化碳生物制
二氧化碳生物制
二氧化碳生物制（Carbon（Dioxide（Bioconversion）是指利用生物学的方法将二氧化碳 CO2）转化为有用的化学物质或生物燃料的过程。
这一过程通常涉及利用微生物、植物或其他生物体的代谢途径，将CO2固定并转化为有机化合物。
以下是一些二氧化碳生物制的主要方法和应用领域：
1.植物光合作用：（自然界中，植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气，其中光合作用中的碳固定过程是将二氧化碳转化为有机物的重要步骤。
2.微生物发酵：（一些微生物，如细菌和酵母，具有能够利用CO2进行发酵的能力。
这些微生物可以被工程改造，以生产化学品、酒精或其他有用的产物。
3.甲烷氧化细菌：（一些特定的细菌能够利用甲烷（ CH4）和二氧化碳进行代谢，产生有机化合物。
这些细菌在一些环境中发挥了重要的生态作用，并被研究用于二氧化碳生物制的应用。
4.光合细菌：（光合细菌是一类可以在没有光照的条件下进行光合作用的微生物，它们能够利用光合作用产生的氢气来还原CO2，形成有机物。
5.电合成：（通过电合成技术，使用电能将二氧化碳还原为有机化合物。
这一过程通常涉及利用电极上的微生物或催化剂进行电化学反应。
二氧化碳生物制有望在减缓气候变化、减少温室气体排放和生产可再生能源等方面发挥积极作用。
然而，目前这一领域仍然面临一些挑战，如效率提高、产物纯度、经济可行性等。
研究人员正在努力开发新的生物技术和工程方法，以推动二氧化碳生物制的发展。
1/ 1。
不同生物固定二氧化碳的方式比较-高考生物复习
典例示范
(5)C3途径的CO2固定是通过Rubisco来实现的；C4途径的CO2固定是通过 PEP羧化酶催化完成的，PEP羧化酶催化CO2连接到PEP上，形成四碳酸。 这两种酶对CO2的亲和力不同，PEP羧化酶对CO2的亲和力比Rubisco高 出60多倍，有利于玉米等植物在叶肉细胞中把大气中含量很低的CO2以 C4的形式固定下来，形成C4后进入维管束鞘细胞并释放CO2，PEP羧化 酶被形象地称为“CO2泵”。
典例示范
(6)生长在干旱地区的植物如芦荟、仙人掌等多肉植物，具有一种光合固 定CO2的附加途径——CAM途径，具 有CAM途径的植物被称为CAM植物。 据图3判断：夜晚，植物__不__能__(填 “能”或“不能”)进行卡尔文循 环。白天，植物进行光合作用的CO2 来源是_苹__果__酸__的__分__解__和__细__胞__呼__吸___。
对点精练
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2.(2024·盐城高三模拟)某些植物有如图所示CO2浓缩机制。在叶肉细胞中， 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC) 可将 HCO－ 3 转化为有机物，该有 机物经过一系列的变化，最终进 入相邻的维管束鞘细胞释放CO2， 提高了Rubisco(固定CO2的酶)附 近的CO2浓度。下列叙述错误的是
不同生物固定二氧化碳的方式比较
课标要求
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气 的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考情分析
不同生物固定二氧化碳的方 2023·湖南·T17 2021·辽宁·T22 2021·天津·T15
式比较
2021·全国乙·T29
典例示范
√D.在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
环境生物学课件 CO2固定
2. CO2固定及其资源化技术 2.2 化学法
● 化学法有矿石碳化、吸收法、化学合成等 (1) 矿石碳化：是利用CO2与金属氧化物发生反应生成稳定的碳酸盐从而将CO2永久 性地固化起来。 (2) 吸收法：则主要采用碱性溶液对CO2进行溶解分离。然后通过脱析分解分离出 CO2气体同时对溶剂进行再生，典型的化学吸收溶剂主要是K2CO3水溶 剂（再加少部分胺盐或钒、砷的氧化物）和乙醇胺类水溶液（如 MEA、DEA和MDEA等）。 (3) 化学合成：包括合成环状碳酸酯、碳酸二甲酯(DMC)、环状尿素和环状尿烷。 CO2加入到环氧化物中合成环状碳酸酯已经工业化，但催化剂的研 制工作仍在继续。
2. CO2固定及其资源化技术 2.3 生物法 ● 生物法固定CO2主要靠植物和微生物的作用。 ● 绿色植物光合作用是地球上最为普遍、规模最大的反应 过程，在有机物合成、保持碳循环的稳定等方面起很大 作用。根据高等植物光合作用碳同化途径的不同，可将 植物划分成为C3植物、C4植物、C3－C4中间植物等。 ● 微生物固碳的环境适应性高于植物。固碳效率是植物 的5－10倍。
图1.1 全球人为温室气体排放
1. CO2与全球重大环境问题 1.1 CO2排放量不断增长
海 洋 酸 化
工业化前的稳态全球C循环
1. CO2与全球重大环境问题
1.2 CO2引发的全球温室效应及其次生问题
莫纳罗亚（红色曲线）和南极（黑色曲 线）观测到的大气CO2浓度
模式仅考虑自然强迫的模拟结果；
模式同时考虑自然和人为强迫的模拟结果；
CO2 Autotrophic Microorganisms
1
Organics
2
3
Cellular components
Exopolysaccharide Heterotrophic Microorganisms
二氧化碳生物转化：从天然到人工的固碳途径
二氧化碳生物转化：从天然到人工的固碳途径二氧化碳（CO2）是地球大气中的主要温室气体，其浓度的增加导致全球气候变暖和环境恶化。
同时，CO2也是一种重要的碳源，可以通过生物或化学的方式转化为有价值的燃料和化学品，实现碳的循环利用和资源的高效利用。
因此，开发高效的CO2捕集和转化技术，是解决能源危机和环境问题的重要途径之一。
自然界中，光合作用是最主要的CO2转化机制，通过太阳能驱动，将CO2和水转化为有机物和氧气。
光合作用的关键步骤是CO2固定，即将无机的CO2转化为有机的碳骨架。
目前已知的自然界存在的CO2固定途径有六种，分别是卡尔文循环（Calvin cycle）、还原性三羧酸循环（Reductive TCA cycle，rTCA）、还原性乙酰辅酶A循环（Wood-Ljungdahl pathway，WLP）、3-羟基丙酸双循环（3-hydroxypropionate bicycle，3-HP）、二羧酸/4-羟基丁酸循环（dicarboxylate/4-hydroxybutyrate cycle，DC/4-HB）和3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环（3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate cycle，3HP/4HB）。
这些固碳途径在不同的光合生物中分布不同，具有各自的特点和优劣势。
例如，卡尔文循环是最广泛的固碳途径，存在于植物、藻类、蓝细菌和部分细菌中，但其固碳效率较低，需要消耗大量的能量和还原力；WLP是最简洁的固碳途径，只需要两步反应就可以将CO2还原为乙酰辅酶A，存在于一些厌氧细菌和古菌中，但其固碳速率较慢，且受到氧气的抑制。
除了天然的固碳途径，近年来，随着合成生物学和代谢工程的发展，人工设计和构建的固碳途径也逐渐涌现，为CO2的生物转化提供了新的可能性。
人工固碳途径的设计原则是利用已知的生物酶或反应，组合出新的碳代谢途径，以提高CO2的固定效率和产物的选择性。
2022年安徽农业大学微生物学专业《微生物学》期末试卷A(有答案)
2022年安徽农业大学微生物学专业《微生物学》期末试卷A(有答案）一、填空题1、微生物学的发展简史可分为______、______、______，现处于______。
2、革兰氏染色反应与细菌细胞壁的______和______有关。
在革兰氏染色过程中，当用95%酒精处理后，就放在显微镜下观察，革兰氏阳性菌呈______色，而革兰氏阴性菌呈______色。
3、进行自然转化的必要条件为______和______。
4、抗生素的作用机制有______、______、______和______。
5、叶绿体的构造由______、______和______三部分组成。
6、包膜中的类脂来源于______。
7、自然界的碳素循环主要包括______和______两个过程。
8、实验室常用的培养细菌的天然培养基为______，培养酵母菌的天然培养基为______，培养放线菌的组合（合成）培养基为______等，培养真菌的组合培养基为______等。
9、Calvin循环可分______、______和______3个阶段。
10、免疫T细胞分为许多亚群，能协助特异性免疫反应的辅助T细胞是______，TS细胞叫______细胞，TM细胞又称______细胞。
二、判断题11、蛭弧菌的寄生属于微生物间的寄生。
（）12、大多数放线菌和真菌都是氨基酸自养型生物。
（）13、细菌产生酒精，只有通过ED途径才能达到。
（）14、（G＋C）mol%值的差别，可作为微生物系统分类工作中正确设置分类单元的可靠依据。
（）15、螺菌是螺旋状细菌的一类，又称螺旋体。
（）16、溶酶体和微体是一类只用单层膜包裹的细胞器。
（）17、分批培养时，细菌首先经历一个适应期，所以细胞数目并不增加，或增加很少。
（）18、E.coli T偶数噬菌体的核心是由线状双链DNA构成的。
（）19、任何一种微生物的野生型菌株细胞都可以作为克隆宿主。
（）20、干扰素是高等动物细胞在病毒或干扰素诱生剂刺激下所产生的具有广谱抗病毒功能的纯蛋白。
2025年研究生考试考研植物生理学与生物化学(414)试题与参考答案
2025年研究生考试考研植物生理学与生物化学(414)自测试题(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、植物细胞中的能量转换器主要包括：A、叶绿体和线粒体B、叶绿体和液泡C、线粒体和液泡D、核糖体和液泡2、以下哪种物质是光合作用中产生氧气的直接来源：A、葡萄糖B、水C、二氧化碳D、ATP3、生物化学中，以下哪个术语表示蛋白质的氨基酸序列：A、一级结构B、二级结构C、三级结构D、四级结构4、下列哪个物质不属于植物光合作用中的电子传递链组分？B、O2C、Fe-S蛋白D、NADP+5、植物细胞内液泡中的pH值通常比细胞质基质的pH值A、高B、低C、相同D、无法确定6、下列哪个过程不属于植物光合作用的光反应阶段？A、水的光解B、ATP的合成C、NADPH的合成D、CO2的固定7、植物光合作用中，能够直接将光能转化为活跃化学能的物质是：A. ATPB. NADPHC. ADPD. NADP+8、以下哪项不是植物细胞呼吸作用中的终产物？A. 二氧化碳B. 水D. 能量9、在植物体内，以下哪种物质是光合作用的限制因子？A. 光合色素B. 水分C. 二氧化碳D. 磷酸10、以下哪种物质不是植物光合作用的直接产物？A. 葡萄糖B. 丙酮酸C. 氨基酸D. 脂肪二、实验题（植物生理学部分，总分13分）实验背景：本实验旨在研究植物叶片光合作用过程中，不同光照强度对光合速率的影响。
实验材料：成熟菠菜叶片、光强计、CO2分析仪、恒温水浴箱、秒表、剪刀、量筒等。
实验步骤：1.将菠菜叶片从植株上摘下，放入盛有蒸馏水的容器中，用剪刀剪去叶片的叶柄和主脉。
2.将处理好的叶片放入恒温水浴箱中，保持叶片温度在25℃。
3.使用光强计测量不同光照强度（如1000、2000、3000、4000、5000勒克斯）下的光照强度。
4.将叶片放入光合作用暗反应装置中，通入CO2气体，调整气体流速，使装置内的CO2浓度保持稳定。
2022年西安交通大学生物技术专业《微生物学》期末试卷A(有答案)
2022年西安交通大学生物技术专业《微生物学》期末试卷A(有答案）一、填空题1、芽孢的形成须经过7个阶段，它们是______、______、______、______、______、______和______。
2、烈性噬菌体生活史可分五个阶段，即______、______、______、______和______。
3、微生物有两种同化CO2的方式：______和______。
自养微生物固定CO2的途径主要有3条：卡尔文循环途径，可分为______、______和 ______3个阶段；还原性三羧酸途径，通过逆向的三羧酸循环途径进行，多数酶与正向三羧酸循环途径相同，只有依赖于ATP的______是个例外；乙酰辅酶A途径，存在于甲烷产生菌、硫酸还原菌和在发酵过程中将CO2转变乙酸的细菌中，非循环式CO2固定的产物是______和______。
4、从元素水平来看，微生物的有机氮源有______和______两类，无机氮源则有______、______和______三类。
5、典型蕈菌的子实体是由顶部的______、中部的______和基部的______三部分组成。
6、细菌分类鉴定的主要文献是______。
7、厌氧菌的固体培养方法有：______、______、______、______和______。
8、由霉腐微生物引起的材料劣变有______、______、______和______ 等多种。
9、细菌的质粒种类很多，其中接合性质粒如______，抗药性质粒如______，产细菌素质粒如______，诱癌质粒如______，诱生不定根的质粒如______，执行固氮的质粒如______，降解性质粒如______等。
10、补体的本质是一类______，它能被任何一种______所激活，然后发挥其______、______和______等作用。
二、判断题11、芽孢在细菌细胞体内的不同部位均可随意着生。
（）12、在基团转位运输方式中，除了在运输过程中物质发生化学变化这一特点外，其他特征均与主动运输方式相同。
生物学科名词解释
生物学科类名词解释A1.乙酸营养型（Acetotrophic）：能利用、消耗乙酸的营养型。
2.乙酰辅酶A途径（Acetyl-CoA pathway）：一种自养营养型固定CO2的途径，广泛存在于专性厌氧的产甲烷细菌、同型乙酸和硫酸盐还原细菌中。
3.酸性矿排出的水(Acid mine drainage)：微生物氧化硫铁矿产生的含有H2SO4的酸性水。
4.嗜酸菌（Acidophile）：生物体能在较低pH下生长得最好。
5.活化能（Activation energy）：使底物达到反应状态所需的能量。
6.激活蛋白（Activator protein）：一种调控蛋白，在正调控中，它与DNA上专一位点结合，激活转录。
7.急性（Acute）：短期感染，通常是以剧烈发作为特征。
8.好氧菌（Aerobe）：生物体在呼吸中利用O2，一些生长时需要O2。
9.耐氧厌氧菌（Aerotolerant）：不能呼吸氧气但是有氧气存在时也不会影响生长的微生物。
10.藻类（Algae）：光合营养型真核微生物。
11.嗜碱菌（Alkliphile）：能在高pH下生长得最好的生物体。
12.变构酶（Allosteric enzyme）：具有两个结合位点的酶。
这两个位点分别为活性位点（底物结合位点）和变构位点（效应物结合位点）。
13.阿米巴样运动（Amoeboid movement）：生物体以细胞质流动进行移动的一种运动方式。
14.氨酰-tRNA合成酶(Aminoacyl-tRNA synthetase)：一组酶，每一种酶能催化一种正确的氨基酸与tRNA连接。
15.氨基糖苷类抗生素（Aminoglcoside）：同链霉素相同的一类抗生素,含有糖苷键连接的氨基糖基团。
16.合成代谢（Anabolism）：细胞内所进行的全部生物合成反应。
17.厌氧菌（Anaerobe）：生物体在呼吸中不需O2，它们的生长可以被O2抑制。
18.厌氧呼吸（Anaerobic respiration）：由SO42－或NO3－等物质代替O2作为最终电子受体的呼吸作用。
光合作用中的碳固定与光合产物合成的生物化学途径
光合作用中的碳固定与光合产物合成的生物化学途径光合作用是指植物和一些细菌中的生物过程，通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
在光合作用中，碳固定和光合产物的合成是两个重要的生物化学途径。
一、碳固定碳固定指的是光合作用过程中，将大气中的二氧化碳（CO2）转化为有机物的过程。
碳固定分为C3、C4和CAM途径。
1. C3途径C3途径是指光合过程中的CO2固定产物为3-磷酸甘三醇（PGA）的途径。
在C3植物中，光合作用发生在叶绿体中的叶绿体基质中。
首先，光合作用的光反应阶段将光能转化为化学能，并生成能够供给C3途径的产物ATP和NADPH。
接着，C3途径中的酶RuBisCO催化CO2与RuBP（核糖骨磷酸）反应，形成PGA。
PGA接着通过一系列的酶催化反应，最终合成为三碳糖G3P，并转化为能够用于植物生长和代谢的有机物。
2. C4途径C4途径是指某些植物为适应高温、干旱或高光强环境而发展起来的一种途径。
光合作用的光反应阶段和C3途径类似，但C4植物中存在一种碳酸化作用将CO2固定为四碳化合物。
在C4植物中，CO2在叶片中首先与PEP（磷酸烯醇式吡嗪）发生反应生成草酮酸（OAA），然后草酮酸再被转化为天蓝蛋白酸（malate）并运输到鞘束鞘细胞。
在鞘束鞘细胞中，草酮酸再次被解除碳酸化，释放出CO2，在C3途径中进一步固定。
这种C4途径的存在提高了碳固定的效率，并减少了水分蒸发。
3. CAM途径CAM（Crassulacean Acid Metabolism）途径是一种适应干燥土壤和高温环境的植物光合作用途径。
在CAM植物中，光合作用的光反应阶段和C3途径类似，但在不同的时间段进行。
CAM植物在夜间开启气孔，通过光合作用将CO2固定为酸，存储在细胞液中的泡泡中。
白天时，CAM植物关闭气孔，通过泡泡中的酸分解，释放出CO2进入C3途径进行固定。
这种途径在光合作用和蒸腾作用之间实现了一种平衡，提高了水分利用效率。
微生物学第四版生物合成途径名词解释
微生物学第四版生物合成途径名词解释
以下是微生物学第四版中一些常见生物合成途径的名词解释：1.光合作用：光合作用是一种光能转化为化学能的过程，其中
植物通过光合色素（如叶绿素）吸收光能，并将二氧化碳和水转化为有机物质（如葡萄糖）。
2.有机物生物合成：有机物生物合成是指通过生物体内的代谢
途径合成复杂的有机分子，如氨基酸、脂肪酸、糖类等。
这些物质是细胞功能的基本组成部分。
3.三羧酸循环：三羧酸循环（也称为Krebs循环或柠檬酸循环）
是细胞呼吸过程的一部分。
在这个循环中，有机酸（如柠檬酸）通过氧化还原反应逐步分解，释放能量和产生二氧化碳。
4.好氧呼吸：好氧呼吸是一种通过氧气来代谢有机物的过程。
它包括三个主要步骤：糖酵解（产生少量ATP和乳酸或酒精）、三羧酸循环（产生更多ATP和CO2）、和电子传递链（最终产生大量ATP）。
5.反硝化作用：反硝化作用是一种微生物过程，其中细菌将硝
酸根（NO3-）还原为氮气（N2）或其他氮气化合物。
这是一种重要的氮循环过程，参与了氮的固定和释放。
6.生物聚合反应：生物聚合反应是指生物体内合成大分子化合
物的过程。
例如，蛋白质的合成是通过将氨基酸连结在一起形成多肽链，然后进一步折叠和修饰而实现的。
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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