氧气对木质纤维素来源抑制物的生物脱毒促进机制研究

基本信息
批准号:21306048
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张建
学科分类:
依托单位:华东理工大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何燕青,王霞,冉红,包艳文
关键词:
抑制物生物脱毒resinae反转录实时荧光定量PCRAmorphothecaZN1氧气
结项摘要

A variety of degradation products (including furan derivatives, organic acid and phenolic acid compounds), which have a stong inhibition on the following enzymatic hydrolysis and microbial fermentation, generated in the lignocellulose bioprocessing. Biodetoxification uses microorganisms or their secreted enzymes to metabolize these inhibitors.Compared with other detoxification methods, biodetoxification has many advantages, including complete inhibitors-removal, non-waste water disposal and etc. However, longer than 3 days biodetoxification period restricted its extensive application in the practical bioprocessing. Our previous study showed that the oxygen supply during biodetoxification could greatly improve the inhibitors degradation rates and shorten the biodetoxification period of Amorphotheca resinae ZN1 within 24 hours, but the underlying mechanisms were still unknown. This study aims to uncover the promoting mechanisms of oxygen supply from two aspects, the effect on growth of A. resiane ZN1 and the inhibitors degradation rates. For the former, the newly rapid and accurate biomass assay method for solid-state fermentation will be developed through corelation the quantity of characteristic enzyme encoding gene by qPCR to its colony forming units (CFU) in the pure synthetic medium. Then the biomass of A. resinae ZN1 during solid-state biodetoxification could be monitored by this method, thus to determine the relationship among oxygen supply, biomass and the detoxification rate. For the latter, the degradation pathway of furfural and HMF will be deduced using the sole-carbon source method, then the upregulated key enzyme encoding genes in the presence of oxygen supply will be analyzed by qRT-PCR based on the known whole-genome information of A. resinae ZN1.And further to clarify the effect of oxygen supply on the inhibitors degradation.The implementation of the current study will provide the basic knowledge for development of biodetoxification reactors and provide newly functional genes for constructing consolidated bioprocessing cells (possessing detoxification and fermentation functions).

木质纤维素在生物加工过程中会过度降解生成多种化合物(包括呋喃类、有机酸类和酚酸类物质),它们对后续的酶水解和发酵都有很强的抑制作用。生物脱毒是利用微生物或酶制剂来降解这些抑制物,具有脱毒彻底、无废水排放等优点,但3天以上的脱毒周期严重限制了该方法的应用。前期研究表明,通氧可以明显缩短树脂枝孢霉Amorphotheca resinae ZN1的脱毒时间,但其作用机制尚不清楚。本课题拟从氧气对树脂枝孢霉生长和对抑制物代谢速率的影响两方面入手,通过qPCR的方法建立菌体量与菌体特征性酶编码基因量之间的关联,实时快速监测生物脱毒过程的菌体量变化,确定氧气-菌体量-脱毒速率三者的关系;通过唯一碳源实验对抑制物的降解路径进行表征,用qRT-PCR的方法分析氧气引起的关键酶基因表达差异,阐明氧气在抑制物代谢中的作用。本项目的实施将为脱毒反应器的开发提供依据,为"脱毒-发酵"整合细胞的构建提供良基因来源。

项目摘要

木质纤维素原料在预处理过程中会过度降解生成多种化合物(包括呋喃类、有机酸类和酚酸类物质),它们对后续的酶水解和发酵都有很强的抑制作用。生物脱毒与其它脱毒方法,如“过碱化调节”和水洗相比,具有脱毒彻底、无废水排放等优点。但常规的脱毒周期太长(5-7天),严重限制了该技术的应用。本研究从表观和分子层面分析了氧气促进树脂枝孢霉A. resinae ZN1降解抑制物的规律,即氧气是抑制物降解路径关键酶的辅因子,并用qPCR的方法对这些特征性酶进行了鉴定;两种锌依赖性的醇脱氢酶基因和五种醛/酮还原酶基因负责将糠醛和5-羟甲基糠醛转化为醇的形式;而三种丙醇脱氢酶酶基因,一种NAD(P)+依赖性的醛脱氢酶基因或两种以自由氧为底物的氧化酶基因则负责将呋喃醇氧化为呋喃酸,进而进入三羧酸循环并被完全降解掉;此外,通过合成培养基中供氧降解抑制物的实验,证明了树脂枝孢霉A. resinae ZN1只有在将大部分呋喃类抑制物降解为呋喃醇后,才开始进行菌体的大量增殖,即充足的供氧并不能提高菌体的生物量;接着,我们通过过程工程的方法对脱毒过程的供氧进行了强化,将生物脱毒周期缩短至24-36小时,实现了快速脱毒的目标;并将该快速生物脱毒技术与干法稀酸预处理和高固体含量同步糖化与发酵结合起来,应用于多种不同生物燃料和生物基化学品的生产中(包括纤维素乙醇、纤维素乳酸、纤维素葡萄糖酸钠、纤维素柠檬酸等),其发酵性能(如浓度和得率)以及过程的经济性与淀粉基的生物转化过程相近,使木质纤维素的生物炼制技术真正具备了产业化的条件。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

祁连山天涝池流域不同植被群落枯落物持水能力及时间动态变化

祁连山天涝池流域不同植被群落枯落物持水能力及时间动态变化

DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2020.06.004
发表时间:2020
2

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
5

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022

张建的其他基金

批准号:31701992
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51403147
批准年份:2014
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701968
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21907060
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801887
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11704082
批准年份:2017
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30571696
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:30972944
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:30671901
批准年份:2006
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:11205128
批准年份:2012
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51578059
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30900910
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31260366
批准年份:2012
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51108076
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50175065
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:51602113
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51208035
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41201364
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11274157
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:21177075
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31270037
批准年份:2012
资助金额:87.00
项目类别:面上项目
批准号:51578139
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61705224
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30972692
批准年份:2009
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81803377
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10504012
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21562001
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:90408001
批准年份:2004
资助金额:100.00
项目类别:重大研究计划
批准号:10974088
批准年份:2009
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:30840077
批准年份:2008
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31460438
批准年份:2014
资助金额:46.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21507134
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11504370
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30471708
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:51578321
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:10904144
批准年份:2009
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51202262
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50508019
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51501145
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51778134
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81172789
批准年份:2011
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:61201445
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51709132
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81373222
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:11774158
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31471359
批准年份:2014
资助金额:110.00
项目类别:面上项目
批准号:81500315
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

氧化葡萄糖酸杆菌mPQQ-GDH对木质纤维素来源酚醛抑制物耐受性结构基础解析

批准号:21908044
批准年份:2019
负责人:张宏森
学科分类:B0812
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

构建对木质纤维水解物具有脱毒活性的产乙醇工程菌

批准号:30740045
批准年份:2007
负责人:张厚瑞
学科分类:C0104
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
3

木质纤维原料预处理抑制物化学-酶法耦合脱毒的研究

批准号:30871992
批准年份:2008
负责人:勇强
学科分类:C1604
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
4

面向木质纤维素水解液脱毒的新型渗透汽化膜的制备及传质机理研究

批准号:21706051
批准年份:2017
负责人:李敬
学科分类:B0804
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目