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《分子生物学与基因工程》课程论文

第一篇：《分子生物学与基因工程》课程论文植物基因工程研究进展摘要：自1983年美国人首先成功地获得抗卡那霉素的烟草再生植株开始，人类就开始了植物基因工程的研究。至今已在逾200种植物中成功地获得了转基因植株,并有近1000例转基因植物获准进行田间试验,更有十余种转基因植物(如转基因棉花.大豆)已进入商业化种植.转基因产品已进入人们日常生活。植物基因工程的应用已进入蓬勃发展阶段。下面是我从植物基因工程改善生物质能利用的研究进展做一说明。关键词：木质纤维素细胞壁水解酶近几年来全世界对能源的需求量急剧增加加速了对有限的不可再生矿物质能源的消耗资源的利用也增加了CO2及粉尘的排放,造成环境破坏和全球气候变化[1]可再生的清洁的生物质能成为人们关注的热点。其中的燃料乙醇工业,近年来在世界范围内得到了广泛的发展,我国也大力支持发酵乙醇用作能源[2]。目前,绝大部分乙醇来源于玉米淀粉发酵生产。但是由于淀粉本身又作为食品和饲料,产量有限,成本较高,阻碍了乙醇工业的发展。于是,人们把注意力转移到谷物秸秆等廉价的含有大量的木质纤维素的生物质材料上希望能够被充分利用[3]。但由于木质纤维素本身难以分解,许多研究利用基因工程方法改善植物,使自生产生的多糖资源更利于降解,用于发酵产乙醇。1.木质纤维素发酵生产乙醇发展现状在中国,大约每年会产生10t亿农林业废弃物这些资源用于造纸、纺织或者直接作为燃料这些占到很少一部分。绝大部分被废弃了木质纤维素是光合作用的基本产物,也是生物圈产生的最充足的可再生生物资源被认为是地球上最丰富的生物高分子聚合[4]。大部分的高等植物细胞壁由胶联多糖、糖蛋白和木质素组成双子叶植物,如拟南芥等,细胞壁多糖主要有三种:纤维素半、纤维素和果胶质,包埋在非纤维多糖基质(半纤维素和果胶)中的纤维素网络,与木质素和结构蛋白共同构成植物细胞壁的聚合液晶结构[5]天然状态下由于木质素的保护作用,阻碍了水解纤维素酶与纤维素的接触并发挥作用,成为影响纤维素水解的重要因素[3,4]。YangB等人发酵降解实验证明,虽然半纤维素对纤维素。也有一定保护作用,但木质素的去除对于纤维素有效降解是最关键的[6]。一般对木质纤维素材料的利用,首先要进行粉碎,然后预处理(酸碱处理等),最后添加微生物来源的纤维素复合水解酶类,使之与处理过的木质纤维充分接触,将其降解为单糖,从而用于乙醇发酵。现在虽然前期的粉碎和预处理工艺研究取得了很大进展但成本仍然较高，而且后期发酵分解处理。要添加来源于微生物的纤维素水解复合酶,价格仍十分昂贵[7]。这些因素导致目前用木质纤维素作为这些因素导致目前用木质纤维素作为原料发酵产乙醇,成本较高发展缓慢因此,现在对木质纤维素进行高效降解使用,仍然是个很大的难题。2.植物基因工程与植物木质纤维素利用近年来随着生物技术的不断进步,人们开始尝试利用植物基因工程方法来解决植物木质纤维素有效利用问题研究主要集中在改善植物细胞壁木质纤维素结构和含量比例等方面,使植物多糖资源利于降解使用，或者利用植物作为生物反应器,在植物内表达微生物来源的强活性纤维素降解酶,使植物自身表达高活性纤维素水解酶类等研究。2.1改善植物细胞壁的结构与组成过去几十年的研究,改善木质素含量及细胞壁已成为可能。利用基因工程方法,控制植物内木质素合成相关基因的表达,可以改变木质素结构和含量木质素对纤维素形成的保护作用是导致纤维素资源利用的主要障碍,降低木质素含量或改变其结构,将利于纤维素的分解[8]。虽然植物体木质素的合成过程还不是十分清楚,但近几年的研究,已使大量降低木质素含量成为可能。在玉米和苜蓿的研究中发现,木质素合成单体之一的芥子醇,其前体的甲基化合成酶基因COMT(caffeate/5-hydroxyferulateO-methyltransferase),如果被抑制表达,芥子单体含量会明显减少,可导致木质素含量降低[9,10]但是在杨树中抑制这种酶的表达却不能够改善材质,木质素含量反而增加[11]。LiL等人在杨树中研究发现,通过反义表达4CL基因(4-coumarate-CoAligase)时,木质素含量了减少了约40%,并且导致10%的纤维素含量的增加，如果正义表达控制木质素组成单体紫丁香基丙烷(syringyl)和愈疮木基丙烷(guaiacyl)比率的CAld5H基因(Coniferaldehyde5-hydroxylase),可导致紫丁香基丙烷的量明显增高,但木质素含量没有变化[12]。当两基因同时转化时,木质素含量减少可达53%,紫丁香基丙烷含量进一步增加,而纤维素含量能够增加30%。Cano-DelgadoA等人研究拟南芥CESA3突变体发现,纤维素合成酶受损时,导致了木质素大量合成[13]这表明在植物木质部细胞中可能存