第27卷第5期可耳生能Vol 27 No 5009年10月renewable Energy Resources0ct.2009微生物選育技術(shù)在生物燃料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用張敏,劉慶玉,陳東雨,李金洋(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)丁程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110161)摘要:隨著全球性能源危機(jī)、糧食危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的到來(lái)燃料乙醇作為汽油的替代品日益受到關(guān)注。應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)將甘蔗、玉米、木薯和纖維類廢棄物等轉(zhuǎn)化為燃料乙醇已成為解決世界能源危機(jī)的一條理想途徑。通過(guò)對(duì)環(huán)境中各種微生物進(jìn)行篩選分離和育種,可以得到轉(zhuǎn)化能力較強(qiáng)的高效菌株,將這些高效菌株應(yīng)用于燃料乙醇生產(chǎn)中,能夠有效提高燃料乙醇的生產(chǎn)效率。文章對(duì)微生物選育技術(shù)在燃料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞:菌種選育;生物質(zhì)能源;燃料乙醇中圖分類號(hào):TK6;Q93文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1671-5292(2000050052-03Application of microorganism selecting and breeding technologyin the production of fuel ethanolZHANG Min, LIU Qing-yu, CHEN Dong-yu, LI Jin-yangCollege of Engineering, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China)Abstract: With the forthcoming of the crises of global energy, food and environmental, more andmore attention has been focused on fuel ethanol, which will be the substitute of gasoline. The con-version of sugarcane, com, cassava and fiber waste to fuel ethanol by microbial fermentation techniques has become an ideal approach to settle the worldwide energy crisis. the strains of high efficient and strong conversion ability could achieved by separating and breeding microorganism inthe environment. Production efficiency of fuel ethanol was effectively improved by applying theseand breed technology for the production of fuel ethanol was illustrated and forecasted selectingmicrobial strains to production of fuel ethanol. In this paper, application of microorganiKey words: strain breeding: biomass energy; fuel ethanol0引言研究,如日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”、美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”和目前,現(xiàn)代社會(huì)賴以生存與發(fā)展的化石能源巴西的“酒精能源計(jì)劃”等。我國(guó)是一個(gè)生物質(zhì)正日漸枯竭,已成為制約未來(lái)社會(huì)發(fā)展的潛在危資源豐富的國(guó)家,利用現(xiàn)代技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為機(jī)。開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源是解決能源危機(jī)、減少高效潔凈方便的高品位能源,對(duì)緩解能源危機(jī)環(huán)境污染、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑之一。生食品短缺和環(huán)境污染等狀況,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可物質(zhì)資源是人類賴以生存的基本物質(zhì)來(lái)源,其中持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善都具有重要意義。僅10%被人類利用作為食物和工業(yè)原料,而90%纖維素的降解是纖維素利用過(guò)程中最主要的的生物質(zhì)資源未被人類充分利用。自20世紀(jì)70化學(xué)反應(yīng)。纖維素降解主要包括酸降解堿降解年代以來(lái),工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能開(kāi)展了許多氧化降解和微生物降解等幾種類型,其中利用微收稿日期:200905-19中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師科研基金資助項(xiàng)目(20081005)。CNMHG作者簡(jiǎn)介:張敏(1978-),女博士,講師,主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源ror-mau:uuunung412@163.com5敏,等微生物選育技術(shù)在生物然料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用生物所產(chǎn)纖維素酶對(duì)纖維素進(jìn)行降解是最理想、變纖維單細(xì)胞菌,得到1株抗阻遏突變株M7,使最有效的途徑,也是當(dāng)今纖維素降解研究的熱酶產(chǎn)量成倍提高。曲音波利用篩選到的斜臥青點(diǎn)。微生物是對(duì)纖維素進(jìn)行生物處理的主體,因霉進(jìn)行抗阻遏誘變,突變株JU1的濾紙CMC酶此,只有掌握了微生物的基本生理特性、分離篩活分別達(dá)到33,234mg/(mLh門(mén)。馮培勇以1株選方法才能培育出髙效的優(yōu)勢(shì)菌種,獲得較好的綠色木霉為出發(fā)菌株,經(jīng)過(guò)亞硝基胍、硫酸二乙酯處理效果。和氯化鋰誘變處理后,得到1株產(chǎn)酶活力較高的1微生物選育的意義菌株L6,其酶活較出發(fā)菌株提高了35.7%。張秋生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成的糖類主要有葡萄糖、木糖、卓以里氏木霉ZM-4為出發(fā)菌株,研究了紫外誘阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖。充分利用這5類糖,變、硫酸二乙酯誘變以及紫外與硫酸二乙酯復(fù)合是獲得高乙醇產(chǎn)率的關(guān)鍵。開(kāi)發(fā)可發(fā)酵混合糖的交替誘變等不同誘變方法對(duì)其產(chǎn)纖維素酶能力的微生物,是促進(jìn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇工藝發(fā)展的關(guān)影響,結(jié)果表明,復(fù)合交替誘變的正突變率最高,鍵。因此,要想充分發(fā)揮微生物在纖維素轉(zhuǎn)化為乙達(dá)45.98%,其中突變株ZM4F3具有最高的產(chǎn)酶醇中的作用,提高其酶活力,除了進(jìn)一步改進(jìn)工藝能力,比出發(fā)菌株ZM-4提高了1975%,在對(duì)外,更重要的是要加強(qiáng)高效菌株的選育工作,改良ZM4F3進(jìn)行6代連續(xù)培養(yǎng)后,仍能保持較髙及菌種,以獲得適應(yīng)能力強(qiáng)、產(chǎn)酶活性高、可以大規(guī)穩(wěn)定的產(chǎn)酶能力,可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。毛培宏模應(yīng)用的高效工程菌將低能N注入枯草芽孢桿菌Hy2中,選育出了2燃料乙醇生產(chǎn)中菌株的選育方法CMCase和FPA分別提高25倍和41倍的纖維菌種選育包括根據(jù)菌種自然變異而進(jìn)行的自素酶組成型突變株Hy2-331,并研究了Hy2然選育,根據(jù)遺傳學(xué)基礎(chǔ)理論和方法,人為引起的3311的酶系組成和酶學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)Hy2-311的菌種遺傳變異或基因重組,如誘變育種、雜交育酶系發(fā)生了很大的變化,并且各酶純組分的酶學(xué)種、原生質(zhì)體融合、基因工程等技術(shù)。性質(zhì)也發(fā)生了變化,不僅提高了對(duì)可溶性纖維素2.1自然界篩選與馴化的降解能力,也提高了對(duì)不溶性纖維素的降解能從自然界直接分離篩選出高產(chǎn)乙醇降解菌株力兩。武秀琴以黑曲霉為出發(fā)菌株,通過(guò)紫外線是育種工作中最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。吳海龍通過(guò)對(duì)(15W,照射距離30cm左右,照射時(shí)間8min)和秸稈和牛糞干的增殖培養(yǎng),從中分離出42株菌硝酸的復(fù)合誘變,復(fù)篩得到纖維素酶高產(chǎn)菌株,纖株,經(jīng)濾紙條崩解試驗(yàn)、溶菌圈大小測(cè)定及CM-維素酶活力提高了6110%,濾紙酶活力提高了Case(羧甲基纖維素酶活)測(cè)定,篩選得到1株代64.01%叫。號(hào)為GNA120,對(duì)纖維素降解具有優(yōu)勢(shì)的放線菌吲。23原生質(zhì)體融合技術(shù)育種王敏釆用富集培養(yǎng)法,在高溫條件下對(duì)酵母細(xì)胞原生質(zhì)體融合技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類微生物遺進(jìn)行培養(yǎng),通過(guò)篩選得到1株在45℃高溫下生長(zhǎng)傳育種中,其作為一種更為隨機(jī)的基因重組方式,良好的菌株,發(fā)酵溫度為42℃,且發(fā)酵能力較強(qiáng),能夠克服細(xì)胞壁這一天然屏障,排除接合型的限72h失重為69g。制,實(shí)現(xiàn)多基因重組;還可直接采用生產(chǎn)性狀好的22誘變育種菌株作為親本,加速工業(yè)菌種改良進(jìn)程,為燃料乙誘變育種是利用物理或化學(xué)的方法(如紫外醇微生物菌種的選育提供了一條嶄新的途徑。毛線、X-射線、Y-射線、亞硝基胍、微波等誘變劑)處華進(jìn)行了 pickiastipitis和 Sacchromyces cerevisi-理微生物群體,促使少數(shù)個(gè)體細(xì)胞遺傳物質(zhì)(主要a屬間原生質(zhì)體融合融合子能發(fā)酵木糖產(chǎn)生酒是DNA)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使基因內(nèi)部的堿精,其在厭氧環(huán)境下發(fā)酵木糖和木糖一葡萄糖混基配對(duì)發(fā)生差錯(cuò),從而引起微生物的遺傳性狀發(fā)合液的能力明顯優(yōu)于親株,耐乙醇能力也比Pk生突變使人們可以簡(jiǎn)便、快速地篩選出各種類型 lastiputLs有所提高。 Kordowska通過(guò)研究表明,畢的突變菌株赤酵中國(guó)煤化工乙醇能力高于畢目前這方面研究的報(bào)道較多,采用的誘變手赤酵CNMHG率有所下降段各異,均取得較好的效果。wart首先用Uv誘也有把h〔H與冒獲陣切屜合起來(lái),得到的可耳生能漁2009,27(5)融合子的耐乙醇能力有所提高,但產(chǎn)乙醇能力沒(méi)糖→3-磷酸甘油醛+乙酰磷酸→乙酰CoA→乙有提高四。張華山以糖化酵母和釀酒酵母為親醛,重組酵母降低了副產(chǎn)物木糖醇的量,乙醇得本,采用單親滅活原生質(zhì)體融合技術(shù)進(jìn)行屬間融率比親株提高25%。合,同時(shí)對(duì)酵母原生質(zhì)體的形成和再生條件進(jìn)行3結(jié)束語(yǔ)了探索,取培養(yǎng)6-8h的單倍體,在30℃條件下雖然通過(guò)菌株的篩選以及基因工程等手段使用20%的蝸牛酶酶解Ih時(shí),其形成率超過(guò)乙醇產(chǎn)量得到了提高,但是纖維素原料的水解以92%,對(duì)雙親與融合子的細(xì)胞大小、DNA含量、淀及發(fā)酵木糖生產(chǎn)酒精的工業(yè)化仍存在許多挑戰(zhàn)性粉利用率及產(chǎn)酒精能力等進(jìn)行了比較研究,利用問(wèn)題,因此還須要深入開(kāi)展復(fù)合誘變劑處理微生獲得的融合子發(fā)酵可溶性淀粉,其乙醇得率可達(dá)物的誘變育種、基因工程育種技術(shù)以構(gòu)建出能大6.5%。規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)的高效工程菌等研究工作。采用2.4基因工程育種各種選育燃料乙醇微生物菌種的方法,得到優(yōu)良基因工程育種是指利用基因工程方法對(duì)菌株的菌株,將大幅度地提高乙醇的發(fā)酵產(chǎn)率及乙醇進(jìn)行改造來(lái)獲得高產(chǎn)工程菌,或者通過(guò)微生物間產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)推動(dòng)乙醇發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展具的轉(zhuǎn)基因來(lái)獲得新菌種的育種方法。與前兩種育有重要的現(xiàn)實(shí)意義。種技術(shù)相比,基因工程育種具有很好的定向性,為構(gòu)建髙效燃料乙醇生產(chǎn)菌開(kāi)辟了新途徑,最有可參考文獻(xiàn)能使纖維素的分解利用問(wèn)題得到突破性解決。[1 SHETTY J K, O J LANTERO, N DUNN-COLEMAN胡仕風(fēng)利用限制性內(nèi)切酶介導(dǎo)的基因整合Technological advances in ethanol production [J).Int技術(shù)(REMI)轉(zhuǎn)化 T koningii CICC40144,共獲得Sugar.J.,2005,107:605-60623個(gè)穩(wěn)定的突變株,經(jīng)篩選獲得了1株高產(chǎn)纖(2]吳海龍張立青方萍一株產(chǎn)纖維素酶的諾卡氏屬菌維素酶木霉突變株TK-2R-14,其Cx酶活達(dá)株篩選及產(chǎn)酶條件研究門(mén)科技通報(bào),2008,24(6):376UmL,比出發(fā)菌株提高805%,FPA酶活達(dá)3王敏,朱會(huì)霞,路玲玲,等高溫酵母的分離及其特性169U/mL,比出發(fā)菌株提高1901%叫。為了使大研究門(mén)中國(guó)釀造,2006(11):38-41.腸桿菌能夠代謝葡萄糖和木糖產(chǎn)乙醇,李學(xué)風(fēng)將4] STEWART B J, J M LEATHEWOOD Derepressed syn運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵途徑中的關(guān)鍵酶基因thesis of cellulose by Cellulomonas [J]. 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