合成微生物群落用于木质纤维素生物质转化的研究进展

木质纤维素在自然界中的储量可观,是生物燃料生产的重要来源。联合生物加工(consolidated bioprocessing)指在不添加酶的情况下,将木质纤维素“一步”转化为生物燃料的过程,在能源危机日益严重的今天具有重要的应用价值。合成微生物群落(synthetic microbial consortia)是由两种或多种纯培养微生物(野生菌株或工程菌株)共同培养而形成的菌群,具有复杂性低、稳定性高等优点,通过协调微生物之间的相互作用以及整个生态系统的稳定,从而实现特定的功能。近年来,合成生物学的快速发展有利于开发新的方法和工具用于合成微生物群落的构建及优化,促进其在联合生物加工方面的应用。本文聚焦于木质纤维素的联合生物加工,综述了合成微生物群落在该领域的研究进展。简单介绍了系统生物学为合成微生物群落的设计提供指导,详细介绍了合成微生物群落的设计原则、优化工具和在实际生产中的应用与挑战,为木质纤维素的联合生物加工提供借鉴意义。     

复合菌系降解玉米秸秆过程中群落演替与秸秆降解的关系

[目的] 为了获得木质素降解复合菌系LDC降解玉米秸秆的适宜条件,明确秸秆降解过程中可能发挥重要作用的功能微生物类群。[方法] 以培养温度、pH、培养基装液量和接菌量等单因素试验结果为依据,采用响应面法优化复合菌系降解玉米秸秆的培养条件,利用Miseq高通量测序技术,分析不同降解时期复合菌系的群落结构变化规律。[结果] 复合菌系对秸秆最佳降解条件为：培养温度32℃、初始pH为8.2、装液量为40%,接菌量为10%。此条件下木质素最大降解率为44.5%,相比未优化处理提高13.3%。在门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）是复合菌系LDC的优势菌门。在玉米秸秆降解过程中,降解初期的优势菌属为Proteiniphilum（11.9%）、Sphaerochaeta（8.4%）、Ruminofilibacter（8.4%）、Pannonibacter（6.7%）、Pseudomonas（6.1%）和Rhizobium（5.7%）;在降解高峰期时,Anaerocolumna（24.0%）、Caenispirillum（9.2%）和Thauera（7.0%）的丰度显著上升,分别是其在降解初期的16.5倍、3.0倍和5.9倍,而Ruminofilibacter（10.9%）的丰度仍然很高且排在第二位。在降解末期的优势菌属为Ruminofilibacter（25.4%）、Pseudomonas（9.7%）、Sphaerochaeta（8.8%）、Caenispirillum（8.4%）、Pannonibacter（4.3%）、Thauera（4.0%）以及Desulfomicrobium（3.4%）。[结论] 明确了玉米秸秆降解复合菌系的最佳培养条件以及在不同降解时期微生物群落结构变化规律,在玉米秸秆降解过程中发挥重要作用的微生物类群为Pseudomonas、Pannonibacter、Thauera、Ruminofilibacter和Anaerocolumna。