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文檔簡介
1、化石能源正以驚人的速度被消耗,有關專家預計全球的石油資源將在50年內消耗殆盡;煤炭資源按當前的消費水平,也只能維持200年左右的時間;天然氣資源若是年開采量維持在2.3萬億立方米,則將在80年內枯竭?;剂系拇罅渴褂?使 CO2的濃度持續(xù)增加,對環(huán)境造成了嚴重危害。面對化石能源的枯竭和環(huán)境的污染,尋找具有競爭力的可再生清潔能源得到了廣泛的關注,可再生能源的開發(fā)利用已經成為人類發(fā)展非常迫切的需求。
以合成氣(CO、CO2和 H
2、2)為原料制造乙醇、丁醇等大宗化學品技術日益受到了人們的重視。同時,合成氣發(fā)酵產業(yè)的發(fā)展能夠推動工業(yè)原料路線的戰(zhàn)略轉移,從源頭控制工業(yè)污染源,對于破解環(huán)境污染和資源制約具有重大意義。合成氣合成的方法分為兩種,化學合成法和微生物發(fā)酵法。相較于化學合成法,微生物發(fā)酵法具有成本低廉,適應性廣,操作簡單和產物的特異性好等優(yōu)點。
自然界中存在一類名為產乙酸菌的厭氧微生物,可利用 H2+CO2或者/和 CO作為碳源進行自養(yǎng)生活,它們在自養(yǎng)
3、生活的過程中可以合成如乙醇、丁醇等液體燃料以及其它具有工業(yè)應用價值的代謝終產物。使其成為合成氣微生物發(fā)酵過程中理想的催化劑。
本研究以實驗室保藏的 C. carboxidivorans P7菌株為研究對象,該菌屬于產乙酸菌的一種,代謝產物有乙醇、丁醇、己醇、乙酸和丁酸。產物代謝途徑主要包括兩個階段:碳固定與產物合成兩個階段。通過 Wood-Ljungdahl途徑利用 CO2或 CO合成重要中間代謝物乙酰輔酶A,它既可以被用來合
4、成細胞骨架,也可以通過產物代謝途徑生成乙醇、丁醇、己醇、乙酸和丁酸。
我們研究了高濃度鋅元素條件下C. carboxidivorans P7合成氣發(fā)酵的調控特征及其分子機制。一定濃度范圍之內,隨著初始鋅離子濃度的增加(0~560μM),C. carboxidivorans P7發(fā)酵的生物量和醇類物質的產量都隨之增加。利用熒光定量 PCR研究了鋅離子添加量為280μM體系下,菌株 C. carboxidivorans P7的Wo
5、od-ljungdahl途徑以及酸醇代謝途徑中的各功能基因的表達水平變化發(fā)現參與固碳功能的 acsA,fdhⅡ,fdhⅢ,fdhⅤ,以及產物合成途徑中 buk和 bdh35基因相對表達量有顯著升高的現象。同時,adh基因和 CoAT基因也有明顯提升。說明在鋅脅迫條件下,C. carboxidivorans P7是通過提高參與固碳功能基因以及醇脫氫酶基因的表達水平來實現合成氣發(fā)酵整體效率的提升。
在Wood-ljungdahl途
6、徑以及酸醇代謝途徑中,大部分酶的功能中心含金屬元素。因此我們還選擇了在C. carboxidivorans P7合成氣發(fā)酵途徑中重要酶類的必須金屬元素——鋅、鉬、鎳進行培養(yǎng)基的優(yōu)化實驗以提高C. carboxidivorans P7產物中醇含量,為工業(yè)化生產以及金屬元素在生物體內的作用提供理論依據。結果表明,單一金屬元素的培養(yǎng)基優(yōu)化結果來看,當培養(yǎng)基中去除鉬元素,鎳元素為8.4μM時,C. carboxidivorans P7生物量積累
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