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		積累藍藻素的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物

　　可生物降解塑料也能通過聚合氨基酸合成。例如，聚7谷氨酸、聚天冬氨酸，聚γ賴氨酸都可用來生產(chǎn)水凝膠和用作加厚劑或分散劑。藍藻素是另一種高分子聚合物(25～125KDa)，經(jīng)溫和水解可生成聚天冬氨酸的同型共聚體(圖2)。在自然界，許多藍細菌細胞能合成和大量積累藍藻素。催化藍藻素合成的關(guān)鍵酶是藍藻素合成酶。該酶催化連接天冬氨酸殘基的肽鍵形成，也催化精氨酸與天冬氨酸羥基之間形成異肽鍵。合成生物可降解塑料的重要原料——聚天冬氨酸是可溶和無毒的，在任何有機體中都不能合成。因此，可利用基因工程技術(shù)，使藍藻素合成酶基因在生物量大的植物中表達，在農(nóng)作物組織中高水平合成積累藍藻素，再提取和回收，以用于聚天冬氨酸和生物可降解塑料的生產(chǎn)。

　　Neumann等成功地將細菌藍藻素合成途徑導(dǎo)入煙草和馬鈴薯，獲得了大量合成藍藻素的轉(zhuǎn)基因株系。他們從一種藍細菌(Thermosynechococcus elongatus) BP-1菌株分離到藍藻素合成酶基因(cphA)。將該基因編碼區(qū)域序列插入植物組成性表達載體，然后將該表達載體導(dǎo)人煙草(Nicotiana tabacum)和馬鈴薯(Solanum tuberosum)基因組。在CaMV35S啟動子的驅(qū)動下，藍藻素合成酶基因在轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯組織細胞中大量表達。檢測發(fā)現(xiàn)，在其細胞質(zhì)和細胞核中均有藍藻素合成酶作用的產(chǎn)物，即藍藻素的積累(不含靶向信號)。在轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物組織細胞中，合成積累的藍藻素有兩種形式，即水溶性和非水溶性的。從轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物組織中分離的水溶性聚合物能被藍藻素酶和異天冬氨酰二肽酶所切割，進一步說明在轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物組織細胞中所積累的聚合物就是藍藻素，最大聚合度大約是125(即藍藻素分子量與主要單聚體β－ Asp—Arg分子量的比率)。轉(zhuǎn)基因煙草葉組織所合成的藍藻素最大含量是葉干重的1．14％(其中0．37％是可溶性的，O．77％是不溶性的)。在這些轉(zhuǎn)基因煙草株系的后代葉組織中，藍藻素平均含量大幅上升，但可溶性藍藻素的數(shù)量卻降低。轉(zhuǎn)基因馬鈴薯葉片中藍藻素最大量是干重的0．24％(其中0．05％是可溶性的．0．19％是不溶性的)。轉(zhuǎn)基因馬鈴薯植物塊莖中產(chǎn)生的藍藻素含量是葉組織含量的8．4倍。在電子顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯葉片以及馬鈴薯塊莖中積累的藍藻素均為疏松聚集。

　　從表型上看，積累藍藻素的轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯具有比野生型葉片厚的斑片。轉(zhuǎn)基因植物葉綠體的基粒片層數(shù)量少，體積小，生長速度緩慢。這些不良表型，可能是由于藍藻素的大量合成導(dǎo)致細胞組織中氨基酸源庫的虧損，或者是由于藍藻素聚集干擾了細胞質(zhì)的正常功能。這樣的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物要商業(yè)化推廣，還需要作進一步改進。改進的策略包括把藍藻素合成酶基因定向?qū)说狡渌毎魅缛~綠體中，并使該基因高效表達。也可向這些轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物導(dǎo)人其他提高氨基酸合成的基因，以滿足藍藻素積累對氨基酸的大量需求。還可考慮從其他藍細菌(如Acinetobaaer或Desulfitobacterium hafniense)分離更多的藍藻素合成酶基因，并進行遺傳轉(zhuǎn)化研究，以培育能更有效地大量合成和積累藍藻素的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。

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