嗜热厌氧杆菌X514生长及代谢的初步研究

嗜热厌氧杆菌X514(Thermoanaerobactersp.X514)是纤维素乙醇生产中最具潜力的菌株之一。对X514在3种培养基中的生长及代谢特征进行分析后发现,培养基1190比GS-Ⅱ和2473更适合运用于X514的代谢研究及乙醇发酵。其次,分别在1190培养基中添加不同浓度的酵母提取物和葡萄糖,对X514的生长及代谢作进一步研究。结果表明,在0.5-2 g/L范围内,酵母提取物浓度的增加有助于提高X514的生物量,乙醇等产物的产量及乙醇产率,说明酵母提取物对X514生长及乙醇发酵有促进作用;在2-10 g/L范围内,葡萄糖浓度的增加可提高乙醇等产物的产量而不会改变各产物的产率;糖消耗量并不随着初始底物浓度的增加而线性增长,而是在一定阶段趋于消耗最大值。反映了X514在底物充分的条件下,只有通过改进其他制约条件,才有可能提高底物的利用率及产物的产率。     

应用响应面法优化嗜热脂肪土芽孢杆菌培养基

目的：筛选并优化嗜热脂肪芽孢杆菌CHB1液体发酵培养基。方法：通过Plackett-Burman试验和响应面分析方法,确定培养基的主要影响因素和最佳浓度。结果：利用SAS软件进行分析,确定对响应值影响最大的3个因素为豆粕、酵母粉、K2HPO4。最佳培养基组成为0.51%、豆粕浓度为0.425%、K2HPO4浓度为0.994%。根据模型预测得到的理论最大菌数为2.94×10^8cfu。在初始条件下实验,菌数为2.40×10^8cfu,在优化的最佳培养基条件下,实际的菌数为3.06×10^8cfu。菌数比优化前提高了27.3%。试验值与预测值的误差为4.08%。结论：实验值与模型预测值拟合良好。     

响应面法优化嗜热链球菌增殖培养基

目的 为了降低嗜热链球菌工业化生产成本,提高其发酵活菌数,对嗜热链球菌原始培养基的成分进行了响应面优化.方法 利用Design-Expert软件首先采用Plackett-Burman试验设计筛选出了影响嗜热链球菌生长的显著因子,再依据响应面法设计试验,得到嗜热链球菌的优化培养基配比.结果 乳糖、酵母粉和L-半胱氨酸为嗜热链球菌生长的显著性因子;优化后培养基配比由结果分析可知,当活菌数达到最大值时,即:乳糖的浓度为3.6％,酵母粉的浓度为1.74％,L-半胱氨酸的浓度为1.1％,牛肉蛋白胨1％,酪胨1％,KH2PO4 0.20％,Na2 HPO40.20％,叶温-80 0.1％活菌数为最高2.34×109 CFU/mL.结论 采用响应面分析法优化的培养基较经典TPY培养基活菌数提高了近2～3倍.     

嗜热厌氧菌乙醇耐受机制的研究进展

生物能源因其原料具有来源丰富、价格低廉和可再生的优点,作为可替代化石能源的潜在能源受到世界各国的高度重视。有些嗜热厌氧菌因为具有木质纤维素降解能力和高温发酵的成本优势,被视为生物质转化乙醇等能源物质的理想微生物而成为近年来研究的热点,但乙醇耐受性较低是限制嗜热厌氧菌在工业化生产中应用的主要因素之一。本文从以下三个方面介绍嗜热厌氧菌乙醇耐受机制的研究进展：（1）嗜热厌氧菌生产乙醇的代谢途径;（2）嗜热厌氧菌的乙醇耐受机制;（3）提高嗜热厌氧菌乙醇耐受性的方法。     

嗜热厌氧乙醇菌JW200转化条件的研究

摘要 嗜热厌氧乙醇菌遗传转化系统的缺少,制约了对该菌理论基础和应用领域的进一步研究。利用聚乙二醇（PEG6000）转化和电转化技术国际首次实现了嗜热厌氧乙醇菌JW200外源基因的导入。PEG转化效率很低,因此选择对电转化条件进行优化,转化效率从4±3.2个转化子/μg质粒DNA提高到50±7.4个转化子/μg质粒DNA。实验表明获得较高的转化效率的必要条件是在细胞密度为OD660 0.2时添加甘氨酸与蔗糖后继续培养2h以及细胞在电击前的收集与洗涤保持低温。本研究为利用基因工程手段改造嗜热厌氧乙醇菌和从分子水平研究胞内乙醇代谢途径奠定了基础。     

一株嗜热厌氧杆菌的分离、鉴定及其代谢特征

【目的】分离、保护油藏嗜热微生物资源,解析其主要的代谢特征。【方法】利用Hungte厌氧分离技术从大港油田埕海一区油层采出液中分离出厌氧菌株BF1。通过生理生化特征分析、16S rRNA基因序列比对与电化学分析,确定BF1的分类地位及其S元素代谢对腐蚀电流的影响。【结果】菌株BF1为严格嗜热厌氧革兰氏阴性杆菌,顶端产芽孢、不运动,菌体大小为0.42μm×(1.6 5.4)μm,单生、成对或成串生长。其温度生长范围为45°C 75°C(最适温度60°C);pH生长范围在4.5 8.5(最适pH 6.5)之间,比生长速率(μm)0.99 h 1,倍增时间为42 min。能利用葡萄糖、松三糖、棉子糖、甘露糖、乳糖、纤维二糖、果糖、核糖等碳水化合物,利用葡萄糖发酵的产物是乙醇、乙酸、CO2及少量的H2。菌株BF1能还原亚硫酸盐与硫代硫酸盐产生H2S,其耐受上限分别为50 mmol/L和75 mmol/L;还原硫代硫酸钠(50 mmol/L)后其极化电阻由2 099/cm2降低至776/cm2,腐蚀电流由9.936e-006 A提高至3.25e-005 A。细胞膜脂肪酸主要由高级饱和脂肪酸组成,含量最丰富的为十五烷酸占70.6%。菌株BF1的DNA(G+C)mol%含量为34.0%,其16S rRNA与Thermoanaerobacter pseudethanolicus DSM 2355T相似性最高,为98.3%,与T.brockii subsp.brockii DSM 1457T次之,为98.0%。菌株BF1的许多生理、生化特征与T.pseudethanolicus DSM 2355T和T.brockii subsp.brockii DSM 1457T有着明显的差别,如倍增时间、最适生长温度及底物利用等;而菌株BF1的细胞膜脂肪酸组成与T.pseude-thanolicus DSM 2355T也不相同。【结论】菌株BF1可能是Thermoanaerobacter属中的一个新种,其确切分类地位还需要进一步进行DNA分子杂交;其代谢元素硫提高腐蚀电流密度,可能会对油田管道与设备造成腐蚀。     

响应面法优化嗜热链球菌AR333电转化条件

【背景】嗜热链球菌AR333是本实验室从发酵乳中筛选出的一株高产活性胞外多糖乳酸菌。【目的】建立嗜热链球菌AR333高效电转化体系。【方法】通过单因素试验和Box-Behnken响应面法优化电转化条件。【结果】嗜热链球菌AR333最优电转化条件为甘氨酸浓度8.3g/L,OD_(600)为0.8,10%甘油(体积比)和0.5 mol/L蔗糖的电转缓冲液,pIB184质粒80 ng,电场强度14 kV/cm,0.4 mol/L山梨醇、2 mmol/L CaCl_2和20 mmol/L MgCl_2的LM17复苏培养基,复苏时间5 h。【结论】在最优电转化条件下,嗜热链球菌AR333电转化效率达到3.68×10~5 CFU/μg-DNA,比优化前提高了14倍,实现了嗜热链球菌AR333的高效遗传转化,为其功能解析和基因工程改造奠定基础。     

响应面法优化玉米秸秆同步酶解发酵产乙醇条件

对汽爆玉米秸秆同步酶解发酵生产乙醇的条件进行优化。首先利用Fractional Factorial设计法对影响乙醇产量的7个因素进行评价,筛选出具有显著效应的3个因素,即反应温度、酶添加量、总反应时间,再以Box—Behnken设计法及响应面分析法确定主要因素的最佳水平,即反应温度37℃,每g纤维素添加纤维素酶32u,反应时间87h,此时乙醇体积分数达到3．69％。新工艺条件实验结果表明,乙醇体积分数在87h可达到3．76％,和原工艺相比,反应时间缩短了9h,乙醇体积分数提高了13％。     

嗜热乙醇杆菌中醛/醇脱氢酶的双启动子分析

克隆了嗜热乙醇杆菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)中乙醇代谢的关键酶之一醛/醇脱氢酶(alcohol/acetaldehydedehy drogenase,AdhE)基因的上游假定启动子序列,并进行了结构分析。结果表明,adhE的上游序列是启动子,能启动报告基因在大肠杆菌中持续表达。首次发现adhE的启动子序列中存在两个独立的启动子(P172和P37)和核糖体结合位点(SD172和SD37),分别都具有完整功能,但其活性均低于完整的启动子序列。由此推测嗜热乙醇杆菌中adhE的表达受这两个启动子协同调控。     

嗜热厌氧乙醇杆菌α-葡萄糖苷酶基因的表达及酶学性质的研究

用PCR方法从嗜热厌氧乙醇杆菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)JW200中扩增出编码a-葡萄糖苷酶的基因,将其克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pTrc99A上并获得表达a-葡萄糖苷酶的大肠杆菌重组菌。重组菌经IPTG诱导表达,SDS-PAGE检测出蛋白相对分子量约89kDa,经阴离子交换层析和凝胶层析纯化后的a-葡萄糖苷酶最适反应温度为70℃,最适反应pH为5～5.5,且在pH 5.5～6.5之间有较高的稳定性。重组a-葡萄糖苷酶在70℃下105 min后酶活仍达到80%。     

响应面法优化重组hCu,Zn-SOD改构体发酵培养基

目的:优化已构建的重组hCu,Zn-SOD改构体基因工程菌的发酵培养基,提高重组hCu,Zn-SOD改构体活性蛋白产量.方法:单因素实验筛选发酵培养基的碳源和氮源,Plackett Burman设计筛选影响hCu,Zn-SOD活性的重要影响因子,最陡爬坡实验逼近重要影响因子的hCu,Zn-SOD活性的最大响应区域,Box-Behnken及响应分析法进行回归分析.结果:重组hCu,Zn-SOD改构体发酵培养基重要影响因子的最优取值为:酵母提取物7.4646g.L,NaNO3 0.7129g/L,Na2HPO4·12H2O30.4876g/L,KH2PO4 4.1830g/L,优化后的hCu,Zn-SOD活性是1470700U/L,较初始培养基提高了1.04倍.结论:响应面法优化重组hCu,Zn-SOD的发酵培养基提高了hCu,Zn-SOD的活性和产量,为重组hCu,Zn-SOD的工业化生产提供依据.     

Optimization of Medium Components for Production of Cellulases by Melanocarpus sp. MTCC 3922 under Solid-state Fermentation

Summary The medium components for the production of extracellular cellulases by Melanocarpus sp. MTCC 3922 were optimized using solid-state fermentation. Melanocarpus sp. cultured in optimized medium containing 1.5% urea, and 0.12% KH₂PO₄ along with a trace element solution and surfactant (Tween 20), produced endoglucanase (142.4 U/g of substrate), Avicel-adsorbable endoglucanase (27.0 U/g of substrate), Avicelase (0.65 U/ g of substrate), FPase (39.9 U/g of substrate) and β-glucosidase (109.0 U/g of substrate) activities. The presence of sulphate ions in traces stimulated endoglucanase yields. The IEF fractionation of the crude proteins from Melanocarpus sp. showed the expression of 3, 1 and 11 isoforms of endoglucanase, β-glucosidase and xylanase, respectively.     

假丝酵母YQ5产S-腺苷甲硫氨酸的发酵培养基优化

利用单因子实验和正交实验对假丝酵母(Candida sp.)突变菌株YQ5摇瓶发酵产生S-腺苷甲硫氨酸的培养基成分进行了优化。单因子实验结果表明, 发酵最适pH值为6.0, 最佳碳源为 8%蔗糖, 最佳氮源为1.5%胰蛋白胨, 酵母粉最适浓度为2%, MgSO4·7H2O、CaCl2、FeSO4·7H2O、CoCl2、CuSO4·5H2O、H3BO3等作为无机离子对胞内S-腺苷甲硫氨酸的积累均有促进作用。利 用正交实验获得了最终的发酵培养基配方。在最适条件下发酵48 h, S-腺苷甲硫氨酸含量可达1740.0 mg/L。     

利用根霉和酿酒酵母转化生玉米粉为高浓度酒精

利用从自然界中新分离得到的生淀粉酶产生菌-根霉W-08,并首次采用固态和液态相结合的培养方法,使生淀粉糖化酶活量达到72IU/mL,然后以生玉米粉为底物,利用根酶W-09和酿酒酵母Z-06采用同步糖化与发酵工艺,30℃,48h,发酵醪酒精浓度达到21%(V/V),转化率为理论转化率的94.5%。     

响应面法快速优化曲霉Aspergillus sp.F044产脂肪酶培养条件

运用逐因子试验(Seriatim-Factorial Experiment)、Plackett-Burman、Response Surface Methodology(RSM)和单因子试验(Monofactorial Experiment)分析对产脂肪酶曲霉Aspergillus sp.F044产酶培养条件进行了快速优化。首先运用逐因子试验确定Aspergillus sp.F044产脂肪酶最适碳源和氮源,分别为麦芽糖和牛肉膏。在此基础上,通过Plackett-Burrman设计对影响其产酶相关因素进行评估并筛选出具有显著效应的橄榄油、牛肉膏、硫酸镁三个因素。然后通过实验拟合上述三因素与发酵液脂肪酶活力的一阶线性模型,沿着一阶模型给定的路径进行最速上升试验,在上升最高点处由中心组合试验和向应面分析确定其最优培养基组成;最后通过单因子试验确定最适发酵温度和摇床转速。试验优化的最优培养条件为:麦芽糖1.5%(w/v),硫酸铵7‰(w/v),磷酸氢二钾1‰(w/v),牛肉膏1.25%(w/v),硫酸镁2.11‰(w/v),橄榄油1.41%(v/v),自然pH,250r/min和30℃培养72h酶活达32.15U/mL。与初始11.18U相比,酶活提高2.88倍。     

拟除虫菊酯农药降解菌HP-S-01培养基的筛选及优化

通过比较高氏合成1号培养基、查彼氏培养基、马铃薯葡萄糖培养基、燕麦片培养基和理查德培养基等5种培养基对拟除虫菊酯农药降解菌Streptomyces sp.HP-S-01生长的影响,确定了高氏合成1号培养基为菌株生长最适宜的培养基.以高氏合成1号培养基为基础培养基,采用中心组分旋转设计法(RRCD)和响应曲面法(RSM),优化了培养基关键组分中可溶性淀粉、硝酸钾和磷酸氢二钾的组成,以降解率为主要衡量指标,最佳配方包括可溶性淀粉25.9549 g/L、硝酸钾1.9975 g/L和磷酸氢二钾0.9505 g/L,最终优化出的培养基处理1 d后对50 mg/L高效氯氰菊酯的降解率达到99.61%,与期望降解率99.92%相一致,比优化前84.10%提高了15.51%.     

Optimization of Process Conditions Using Response Surface Methodology (RSM) for Ethanol Production from Pretreated Sugarcane Bagasse: Kinetics and Modeling

Based on a five level central composite design (CCD) involving the variables substrate concentration (C), pH (P), incubation temperature (T) and fermentation time (H), a response surface methodology (RSM) for the production of ethanol from pretreated sugarcane bagasse by cellulase and yeast Kluyveromyces fragilis was standardized. The design contains a total of 31 experimental trials in which the first 24 organized in a factorial design and from 25 to 31 involving the replications of the central points. Data obtained from RSM on ethanol production were subjected to the analysis of variance (ANOVA) and analyzed using a second order polynomial equation. Maximum ethanol concentration (32.6 g/l) was obtained from 180 g/l pretreated sugarcane bagasse at the optimized process conditions (temperature 35°C, pH 5.5) in 72 h aerobic batch fermentation. Various kinetic models such as logistic model, logistic incorporated leudeking piret model and logistic incorporated modified leudeking piret model have been evaluated and the constants were predicted.     

Bacillus sp.fmbJ224发酵产新型抗菌肽培养基的优化研究

采用Plackett-Burman设计(Plackett-Burman Design,PB)法,对影响Bacillus sp．fmbJ224产新型抗菌肽的17个因素进行了筛选。结果表明：影响该菌发酵产新型抗菌肽的主要培养基成分为葡萄糖、NH4NO3、谷氨酸、CaCl2、MnSO4。在此基础上,再采用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)对其5个显著因子的最佳水平范围进行研究。通过对二次多项回归方程求解得知,在上述自变量分别为葡萄糖8．13g／L、NH4NO36．14g／L、谷氨酸4．2g／L、CaCl23．98mg／L、MnSO44．87mg／L时,新型抗菌肽的产量从1304．2μg／mL提高到了1487．58μg／mL。     

响应面法优化褐藻胶降解菌Cobetia sp.20发酵培养基

为了提高褐藻胶降解菌株Cobetia sp.20产褐藻胶裂解酶的能力,利用响应面法优化其发酵产褐藻胶裂解酶的培养基。首先利用单因素法分别对发酵培养基中的不同碳源、碳源添加量、不同氮源、氮源添加量以及氯化钠添加量、磷酸二氢钾添加量、硫酸镁添加量和pH进行探究,研究各因素对产酶的影响。在单因素实验的基础上,通过Plackett-Burman试验确定Cobetia sp.20发酵培养基中影响产酶的主要因素。通过响应面试验建立回归方程。研究结果表明,Cobetia sp.20最优发酵培养基配方为褐藻胶15.00 g/L、硫酸铵7.50 g/L、氯化钠15.00 g/L、硫酸镁0.50 g/L、磷酸二氢钾5.30 g/L、硫酸亚铁0.01 g/L、pH值7.58。优化后酶活为142.79 U/mL,比优化前提高了26.36%。褐藻胶裂解酶活的提高,为褐藻胶裂解酶的工业化生产提供了参考。