生物炼制发酵微生物的呋喃醛和酚醛抑制物脱毒机制和应用研究

发布时间：2020-12-19 14:03

　　预处理是木质纤维素生物炼制过程的核心环节,该过程中产生的主要抑制物呋喃醛和酚醛对后续酶解糖化环节中纤维素酶的水解效率及发酵环节中发酵菌株的生长代谢均会产生严重的抑制作用。因此,有效脱除呋喃醛和酚醛类抑制物是木质纤维素生物炼制得以高效完成的关键。生物脱毒是通过特定微生物的代谢将毒性抑制物进行降解或转化的一种抑制物脱除方式。采用专司生物脱毒的微生物在发酵前对抑制物进行脱除的方式被认为是一种有效的抑制物脱除策略,但该方法彻底脱除醛类抑制物所需时间较长,从而导致部分可发酵糖特别是木糖等半纤维素来源单糖的损失。实现醛类抑制物彻底脱除的同时有效保留可发酵单糖的一种优化生物脱毒策略是,强化生物炼制发酵菌株的抑制物降解或转化能力并在发酵阶段完成残余醛类抑制物的彻底脱除,从而实现高效的木质纤维素生物炼制发酵。本论文首先将一种干法生物脱毒工艺拓展应用至木质纤维素柠檬酸的生产过程中,然后对两株高抑制物耐受型生物炼制发酵菌株Gluconobacter oxydans DSM 2003和Corynebacterium glutamicum S9114脱除呋喃醛和酚醛抑制物的分子生物学机制和对生物炼制效率的提升进... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 木质纤维素资源及生物炼制
        1.1.1 木质纤维素资源现状及结构
        1.1.2 木质纤维素生物炼制
    1.2 木质纤维素来源抑制物的形成及抑制机理
        1.2.1 呋喃醛类抑制物的产生及其抑制机理
        1.2.2 酚醛类抑制物的产生及其抑制机理
        1.2.3 有机弱酸类抑制物的产生及其抑制机理
    1.3 微生物对木质纤维素来源抑制物的脱毒
        1.3.1 微生物对呋喃醛类抑制物的转化机理
        1.3.2 微生物对酚醛类抑制物转化机理
        1.3.3 微生物对有机弱酸类抑制物转化机理
    1.4 生物基产品的合成
        1.4.1 木质纤维素柠檬酸合成
        1.4.2 烃类化合物的合成
    1.5 本论文立题依据及主要研究内容
第2章 黑曲霉Aspergillus niger利用生物脱毒玉米秸秆生产柠檬酸
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 原料
        2.2.2 酶和试剂
        2.2.3 菌种和培养方法
        2.2.4 原料预处理和生物脱毒
        2.2.5 玉米秸秆水解液制备
        2.2.6 玉米秸秆水解液组分测定
        2.2.7 柠檬酸得率计算
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 A.niger SIIM M288对木质纤维素来源抑制物的耐受
        2.3.2 生物脱毒玉米秸秆水解液中氮源和无机盐组分对柠檬酸发酵的影响
        2.3.3 高浓度柠檬酸发酵过程中的发酵参数的优化
        2.3.4 利用生物脱毒玉米秸秆水解液进行柠檬酸放大发酵
    2.4 本章小结
第3章 氧化葡萄糖酸杆菌Gluconobacter oxydans降解呋喃醛和酚醛的转录组分析
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 实验菌株和试剂
        3.2.2 培养基和菌株培养方法
        3.2.3 呋喃醛和酚醛抑制物的耐受及降解实验
        3.2.4 分析方法
        3.2.5 DNA芯片实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 G.oxydans DSM 2003对呋喃醛和酚醛类抑制物的耐受及转化
        3.3.2 G.oxydans DSM 2003在呋喃醛和酚醛类抑制物胁迫下的转录组
        3.3.3 呋喃醛和酚醛在G.oxydans DSM 2003中的转化路径
        3.3.4 呋喃醛和酚醛的转化对葡萄糖代谢的影响
        3.3.5 呋喃醛和酚醛类的转化与物质转运
    3.4 本章小结
第4章 谷氨酸棒状杆菌Corynebacterium glutamicum降解呋喃醛和酚醛的转录水平分析
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 实验菌株和试剂
        4.2.2 培养基和菌株培养方法
        4.2.3 呋喃醛和酚醛抑制物的耐受和降解实验
        4.2.4 重组质粒构建
        4.2.5 感受态制备和阳性克隆子的筛选
        4.2.6 重组菌株的抑制物转化性能分析
        4.2.7 分析方法
        4.2.8 荧光定量PCR（qRT-PCR）实验
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 C. glutamicum S9114对呋喃醛和酚醛类抑制物的耐受和降解
        4.3.2 呋喃醛和酚醛胁迫下C.glutamicum S9114的qRT-PCR定量分析
        4.3.3 过表达重组C. glutamicum菌株对呋喃醛和酚醛的转化
    4.4 本章小结
第5章 细菌微生物中脂肪烃合成路径的构建与初步评价
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 实验菌株和试剂
        5.2.2 培养基及培养条件
        5.2.3 目的基因扩增及重组质粒构建
        5.2.4 感受态制备及阳性克隆子的筛选
        5.2.5 RED重组
        5.2.6 SDS-PAGE
        5.2.7 脂肪烃的提取与GC-MS检测
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 E.coli中脂肪烃合成路径的构建
        5.3.2 E.coli重组菌脂肪烃合成产量的提升
        5.3.3 C.glutamicum S9114中脂肪烃合成路径的构建
        5.3.4 C.glutamicum S9114重组菌中长链脂肪烃合成路径推测
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
附录Ⅰ 主要试剂
附录Ⅱ 密码子优化后基因序列
学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]用黑曲霉发酵纤维素酶解液生产柠檬酸的研究[J]. 张建安,张小勇,韩润林,刘德华,李佐虎.  微生物学杂志. 2001(03)

博士论文
[1]酚醛抑制物生物脱毒的分子生物学解析及其关键基因元器件库的构建[D]. 易霞.华东理工大学 2016

硕士论文
[1]氧化葡萄糖酸杆菌的抑制物耐受性及全糖转化探究[D]. 姚瑞苗.华东理工大学 2017
[2]玉米秸秆原料的黑曲霉发酵生产柠檬酸[D]. 孟佼.华东理工大学 2014



本文编号：2926030