生物降解塑料PHB的研究概况

论述了生物降解塑料PHB的生产状况、PHB的性能、生物降解性以及PHB在工农业生产特别是在医学领域中的应用。说明PHB在替代化学合成塑料、缓解环境危机和提供新型功能性生物医用材料等方面具有重要意义。     

发酵生产PHB动力学模型的研究

用２Ｌ机械搅拌式发酵罐培养真养产碱杆菌９２０,得到菌体生长、基质消耗和产物ＰＨＢ合成的动力学曲线。通过分析建立了发酵生产ＰＨＢ的动力学模型,根据实验数据确定模型参数,将模型预测值与实验值进行比较,结果表明模型预测值与实验值较吻合。     

生物技术生产生物可降解塑料PHB的前景

生物技术生产生物可降解塑料ＰＨＢ的前景谢安勇,宋艳茹（中国科学院植物研究所,北京１０００４４）ＰＲＯＳＰＥＣＴＯＦＰＲＯＣＵＣＩＮＧＰＨＢ,ＡＢＩＯＤＥＧＲＡＤＡＢＬＥＰＬＡＳＴＩＣＢＹＵＳＩＮＧＢＩＯＴＢＣＨＮＯＬＯＧＹ￥ＸｉｅＡｎ－ｙｏｎｇ;Ｓｏ...     

High-cell-density production of poly-β-hydroxybutyrate (PHB) from methanol by Methylobacterium extorquens: production of high-molecular-mass PHB

Methylobacterium extorquens ATCC 55366 was successfully cultivated at very high cell densities in a fed-batch fermentation system using methanol as a sole carbon and energy source and a completely minimal culture medium for the production of poly--hydroxybutyrate (PHB). Cell biomass levels were between 100 g/l and 115 g/l (dry weight) and cells contained between 40% and 46% PHB on a dry-weight basis. PHB with higher molecular mass values than previously reported for methylotrophic bacteria was obtained under certain conditions. Shake-flask and fermentor experiments showed the importance of adjusting the mineral composition of the medium for improved biomass production and higher growth rates. High-cell-density cultures were obtained without the need for oxygen-enriched air; once the oxygen transfer capacity of the fermentor was reached, methanol was thereafter added in proportion to the amount of available dissolved oxygen, thus preventing oxygen limitation. Controlling the methanol concentration at a very low level (less than 0.01 g/l), during the PHB production phase, led not only to prevention of oxygen limitation but also to the production of very high-molecular-mass PHB, in the 900–1800 kDa range. Biomass yields relative to the total methanol consumed were in the range 0.29–0.33 g/g, whereas PHB yields were in the range 0.09–0.12 g/g. During the active period of PHB synthesis, PHB yields relative to the total methanol consumed were between 0.2 g/g and 0.22 g/g. M. extorquens ATCC 55366 appears to be a promising organism for industrial PHB production.     

生物技术生产生物可降解塑料PHB的研究进展

本文综述了ＰＨＢ的合成和降解途径及其关键酶的基因克隆,比较了细菌发酵法及遗传吃力菌生产ＰＨＢ的优缺点并讨论了发酵法生产及ＰＨＡｓ的前景。随着近年来植物基因工程的发展,用植物大规模生产生物可降解塑料已成为可能,但然后存在许多障碍,本文进一步探讨了转基因植物生产ＰＨＢ的限制因素和克服方法。     

植物生产新型生物聚合物PHB的研究进展

聚-β-羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate,PHB)是一种可完全生物降解和具有良好生物相容性的高分子材料,可作为传统塑料的替代品,在塑料、化学药品和饲料市场上具有巨大的商业应用价值。近年来,用植物生产新型生物聚合物PHB的技术取得一定进展,可望通过农业生产提供可再生的工业原料,这使得它具有广泛的发展前景。采用转基因方法可以大幅度提高用植物生产PHB的产量,包括控制启动子来驱使转基因表达,减少内源性酶在竞争性代谢途径中的活性,通过插入的基因来增加聚合物的碳含量。这些研究成果增加了我们对碳的可获取性的了解和区分不同的植物细胞器、细胞和器官类型的能力,推动了用植物生产PHB及其他产物的进展。     

紫外线诱变选育高产PHB解聚酶的菌株

以降解聚-β羟基丁酸酯(PHB)的青霉(Penieillium sp．)DS9713a为出发菌株,通过紫外线(UV)诱变分生孢子,采用透明圈初筛和摇瓶复筛,获得酶活高于原始菌株的突变株5株,其中DS9713a-CS01突变株的PHB解聚酶活力高于对照97．42％,并对其酶学性质进行了初步研究。     

尼罗蓝在筛选PHB高产菌株中的应用研究

建立一种简便、高效、可靠的初筛方法是PHB高产菌株筛选的关键。以芽孢杆菌(BacillusP-9)为试验材料,对各种PHB产生菌筛选方法进行了比较,最终确定尼罗蓝染色法为一种最佳方法。并且对试验程序进行了优化,确定尼罗蓝染液的最佳浓度为0.225mg/L,菌株的最佳染色时间为培养后96h。进一步证实了尼罗蓝染色法为一种值得推广的PHB产生菌初筛方法。     

利用糖蜜发酵生产生物降解塑料PHB的研究

由Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｌａｔｕｓ经单菌落分离,从中筛选到一株高效利用糖蜜产聚羟基丁酸（ＰＨＢ）的优良菌株１０１８。在６Ｌ台式发酵罐（Ｎ.Ｂ.Ｓ）中,进行了该菌利用甜菜糖蜜和甘蔗糖蜜积累ＰＨＢ的分批补料培养的研究。结果表明,培养５４ｈ左右发酵液中细胞干重达７０～８５ｇ／Ｌ,ＰＨＢ含量占细胞干重的６０％～７０％,生产强度１．０ｇＰＨＢ／Ｌ／ｈ以上;发酵液经非有机溶剂提取制得ＰＨＢ产品,纯度９５％,提取收率８０％以上。     

从球衣细菌中分离提取PHB的研究

球衣细菌发酵56h,PHB含量可占菌体干重的26％,而且营养要求简单,具有潜在的应用价值。本文在球衣细菌的纯培养,生理生化特性、最适生长条件和PHB的提取方面做了初步的研究。     

High production of poly-β-hydroxybutyrate (PHB) by an Azotobacter vinelandii mutant altered in PHB regulation using a fed-batch fermentation process

A mixed fermentation strategy based on exponentially fed-batch cultures (EFBC) and nutrient pulses with sucrose and yeast extract was developed to achieve a high concentration of PHB by Azotobacter vinelandii OPNA, which carries a mutation on the regulatory systems PTSNtr and RsmA-RsmZ/Y, that negatively regulate the synthesis of PHB. Culture of the OPNA strain in shake flaks containing PY-sucrose medium significantly improved growth and PHB production with respect to the results obtained from the cultures with the parental strain (OP). When the OPNA strain was cultured in a batch fermentation keeping constant the DOT at 4%, the maximal growth rate (0.16 h⁻¹) and PHB yield (0.30 g_PHB g_Suc⁻¹) were reached. Later, in EFBC, the OPNA strain increased three fold the biomass and 2.2 fold the PHB concentration in relation to the values obtained from the batch cultures. Finally, using a strategy of exponential feeding coupled with nutrient pulses (with sucrose and yeast extract) the production of PHB increased 7-fold to reach a maximal PHB concentration of 27.3 ± 3.2 g L⁻¹ at 60 h of fermentation. Overall, the use of the mutant of A. vinelandii OPNA, impaired in the PHB regulatory systems, in combination with a mixed fermentation strategy could be a feasible strategy to optimize the PHB production at industrial level.     

PHB颗粒在红豆草根瘤细菌发育中的动态变化

红豆草根瘤胞间隙和侵入线中另有个别细菌含有PHB颗粒,而且数量很少,一个细菌通常仅有一个。随着细菌被从侵入线中释放到寄主细胞中,这些PHB颗粒立即消失。幼龄细菌不含PHB颗粒,成熟细菌一般也不含这种内含物。当细菌衰老时,它们又再度出现,并大量增加,而后很快减少,直至完全消失。从未发现这种颗粒存在于解体细菌中,尽管它们处于各种不同的解体状态。PHB颗粒在细菌发育中的变化表明,它的多少不仅与根瘤细菌发育密切有关,而且也受制于根瘤品种。     

生物合成材料聚β-羟基丁酸(PHB)的研究进展

聚β-羟基丁酸(PHB)是原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下,作为碳源和能源贮存在生物体内的一类热塑性聚酯.它作为微生物合成的可降解材料,除了具有与化学合成高分子相似的性质外,还具有一般化学合成高分子没有的性质,如光学活性好、透氧性低、抗紫外线辐射、生物可降解性、生物组织相容性、压电性和抗凝血性等,具有广阔的应用前景,越来越受到人们的关注.国内外的许多公司和科研机构纷纷开展可降解塑料的研发工作.着重介绍了PHB的理化性质、检测方法、生物合成、降解以及基因改良菌种方面的研究进展,同时对其应用、目前存在的问题以及可能的解决方案进行了讨论.     

紫外线和硫酸二乙酯复合诱变选育PHB高产菌株

【目的】获得高产聚β-羟基丁酸酯(Poly-β-hydroxybutyricacid,PHB)菌株。【方法】以假单胞菌属Pseudomonas koreensis PK3菌株为出发菌株,采用硫酸二乙酯和紫外线相结合的诱变方法进行多轮诱变。【结果】经过初筛和复筛得到一株高产PHB突变菌株,命名为Pseudomonas koreensis UVCN-18。连续传代9次后,发酵28 h条件下,PHB产量达到15.94 g/L,占细胞干重69.54%,较原出发菌株Pseudomonas koreensis PK3(4.42 g/L)提高了2.61倍,并且该菌株具有良好的遗传稳定性。【结论】采用硫酸二乙酯和紫外线相结合的诱变方法,成功获得了一株高产PHB突变菌株。     

钩端螺旋体聚Beta羟基丁酸(PHB)生物合成途径分析

【目的】致病型问号钩端螺旋体(问号钩体, Leptospira interrogans)和腐生型双曲钩体(L. biflexa)能够大量合成菌体内贮藏物, 这可能是钩体在营养贫瘠环境中长时间存活的主要原因之一。本研究对钩体聚Beta羟基丁酸(PHB)贮藏物进行定性定量测定, 通过基因组分析补充定义PHB合成主要功能基因, 并采用分子生物学方法初步证明PHB合成途径的完整性, 为进一步研究PHB合成与钩体抗逆能力的关系奠定基础。【方法】采用脂类特异性尼罗红染色法和浓硫酸氧化-紫外分光光度计测定法, 对问号钩体和双曲钩体的PHB贮藏物进行定性定量测定; 采用生物信息学方法(BLAST和InterProscan/InterPro2Go), 通过同源性分析和功能结构域搜索寻找钩体基因组中的PHB合成相关基因; 最后采用克隆测序和定量RT-PCR技术检测相关基因表达情况, 初步验证生物信息学预测结果。【结果】尼罗红染色和氧化后比色定量实验证明钩体合成细菌常见贮藏物PHB, 问号钩体合成量为菌体干重的42%?45%, 双曲钩体合成量为64%?68%。尽管已公布的多个钩体基因组中均没有定义完整的PHB合成途径, 但本研究通过综合生物信息学分析, 在问号钩体和双曲钩体中鉴定了PHB合成途径的主要功能基因(phbC)。克隆测序和定量RT-PCR证实钩体转录表达大部分PHB合成相关基因(phbA/B/C), 说明钩体内该生物途径基本完整, 且部分高水平表达基因可能是钩体主要的PHB合成相关基因。【结论】问号钩体和双曲钩体均可合成PHB贮藏物, 且具有基本完整的PHB合成生物途径。     

聚3-羟基丁酸酯（PHB）生物降解过程的研究

利用DS9701菌株对聚3-羟基丁酸酯(PHB)膜进行降解,对降解到不同程度的PHB膜采用扫描电子显微镜观察其表面形态结构的变化,并对其降解产物进行分析测定.结果表明,PHB的生物降解首先发生在PHB表面的非晶部分,随后结晶部分开始降解,并且降解首先发生在球晶的中心部分.DS9701菌株所产生的PHB解聚酶主要降解PHB的第二个酯键,降解产物为二聚体.     

活性污泥积累PHB (Poly-β-hydroxybutyrate)及其菌群多样性分析

【目的】通过调整活性污泥在驯化过程中碳、氮、磷比例以及供氧模式, 以提高其积累PHB的能力。应用PCR-DGGE定期对驯化期间菌群动态进行分析。【方法】以乙酸钠为碳源, 在SBR (Sequencing batch reactor) 内以厌氧/好氧 (A/O) 交替的驯化模式, 逐级提高碳源浓度, 限制氮源浓度, 人为创造营养不均衡条件来逐步提高活性污泥积累PHB的能力。【结果】当碳浓度逐步提高, COD升高至1 200 mg/L, COD/N/P为1 200/9.6/30时, 活性污泥中PHB积累量达到最大, 占细胞干重的64.2%。【结论】驯化过程中逐步提高COD负荷, 并增加COD/N的值有利于PHB积累, 利用苏丹黑和Albert法染色显示菌群内产PHB菌占很大比例, 透射电镜显示菌体胞内含有大量白色PHB颗粒。经DGGE菌群动态分析, 发现驯化过程中菌群种类出现较为明显的演替, 而在一个反应周期(6 h)内菌种数量也有一定改变。驯化获得的高产PHB的菌群中含Acinetobacter、Bacillus、Bacteroidetes、Chryseobacteria 及proteobacteria等5个属的微生物, 菌群多样性较为丰富。     

透明颤菌血红蛋白基因在产PHB重组大肠杆菌中的引入

将透明颤菌血红蛋白基因 (vgb)采用插入染色体的方式引入产聚 β 羟基丁酸酯(PHB)重组大肠杆菌VG1 (pTU1 4)中 ,以从分子水平上提高克隆菌对氧的利用率 ,解决PHB发酵生产过程中的供氧矛盾 ,透明颤菌血红蛋白的一氧化碳差光谱分析明表 ,vgb基因可以在VG1 (pTU1 4)中成功表达 ,且其表达量受溶氧水平的调控。Vgb基因的引入可以同时促进菌体生长和PHB产品的积累 ,且溶氧水平越低 ,VHB表达量越高 ,这种促进作用就越明显     

阻断集胞藻6803 PHB合成途径提高胞内NADPH含量

蓝藻是探索利用太阳能生产化学品的重要微生物,但产量低限制了蓝藻化学品的工业应用。提高宿主还原力水平是提高微生物合成化学品产量的重要手段。为提高集胞藻细胞内NADPH含量,利用同源重组方法,获得敲除聚羟基丁酸酯PHB合酶编码基因phaC和phaE的集胞藻Synechocystis sp. PCC 6803突变体S.DphaC&E。PCR结果证明突变体S.DphaC&E基因组中phaC和phaE已完全被氯霉素抗性基因取代。生长曲线结果显示S.DphaC&E的生长与野生型无明显差异,说明敲除phaC和phaE对