微生物解聚木质素合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸脂(PHAs)作为一种具高生物降解性和易加工性的细胞内储能物质,有希望代替石油基塑料,在全球生物塑料市场受到越来越多的关注。木质素作为地球上最为丰富的天然可再生芳香聚合物,可作为底物通过微生物降解转化为苯酚等单环芳香化合物,然后芳香化合物进一步转化,最终合成PHAs。综述了木质素降解转化合成PHAs的微生物及其相关途径,阐述了目前存在的问题和困难。深入探讨了提高木质素降解转化合成PHAs的生产效率及产物性能的研究进展。同时提出了木质素转化合成PHAs面临的挑战以及对未来发展的展望。     

细菌降解木质素的研究进展

木质素是自然界最丰富的芳香化合物,其分解与陆地上碳循环密切相关。提取木质纤维素中的葡萄糖使其转化成乙醇,是生产第二代生物能源的关键步骤。但是由于木质素是一种非常稳定的化合物,难以降解是实现生物乙醇转化的主要屏障,因此关于木质素的生物降解研究具有非常重要的意义。真菌降解木质素的研究已经深入的进行了多年,并取得丰富的成果,但是关于细菌降解木质素的研究还处在初级阶段。由于广泛的生长条件和良好的环境适应能力,细菌在木质素降解方面深受研究人员的关注。本文通过总结前人的研究成果,讨论了木质素的降解机制、代谢途径及细菌降解木质素的工业应用前景,同时还展望了分子生物学及生物信息学在木质素降解方面的应用前景。     

木质素在海洋中的生物转化及其对海洋碳循环的影响

微型生物参与的海洋碳汇是海洋重要的储碳途径,可调节全球气候变化。木质素是地球上第二大光合而成的碳库,其在海洋中的生物地球化学过程与海洋碳循环密切相关。异养微生物所主导的代谢活动是木质素生物转化的主要途径。近年来,迅速发展的高通量测序技术与传统微生物技术相结合,在探索自然生境中木质素代谢菌群,发现木质素代谢新物种,挖掘相关功能基因等方面已取得一系列成果。然而绝大多数的研究主要集中于陆地生态系统,对于海洋生态系统的研究仍较少。陆源有机碳在海洋中的转化过程仍是一个"谜",故解析海洋木质素碳转化是海洋碳循环研究的重要任务。本文综述了参与海洋木质素转化的功能微生物、木质素代谢机理以及微生物碳代谢活动与海洋碳汇过程的内在联系,为今后的研究提供参考。     

木质素生物炼制研究进展

木质素为天然的芳香族聚合物,是自然界第二大丰富的可再生碳源,占木质纤维素干重的15%~30%。因木质素富含芳香族结构,故其具有极高的应用价值。生物法转化利用木质素具有专一性强和环境友好等特点,使得木质素生物炼制成为研究热点。本文根据国内外研究进展,从木质素降解酶的研究现状、芳香族化合物胞内代谢途径及木质素生物基化学品研究进展等几个方面做了综述。     

酵母对玉米秆木质素的降解

自然界中存在着大量的可再生的木质纤维素,这些生物量是生产能源、化学产品和动物饲料蛋白的潜在来源。这些物质包括人材(锯屑)、废纸、市政垃圾、农业和工业废物,主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。利用这些原料的主要障碍是木质素的存在。木质素是聚酚化合物组成的大分子聚合物,通常与半纤维素和纤维素结合在一起,增加了降解时的障碍。在玉米杆用酸水解时,木质素是不溶性的残渣;用碱水解时,木质素被转化为可溶性物     

生物炼制过程中木质素高值转化研究进展

木质素高值转化对于提升生物炼制经济性,促进社会经济绿色发展具有重要意义。然而,木质素结构复杂且不均一,其高值化利用仍存在技术壁垒,使得木质素应用尚未形成规模。文中首先综述了当前生物炼制过程中木质素高值转化面临的主要挑战。然后通过比较不同预处理技术对木质素分离、性质及其利用的主要影响,详细阐述了基于生物炼制理念发展的新型组合预处理技术。其次,针对木质素本征结构特性导致其利用效率低等问题,进一步详述了溶剂分级、膜分级、梯度沉淀分级等分级利用策略对克服木质素不均一性,改善其可加工性能的重要影响。再次,针对木质素利用策略,系统比较了木质素热化学转化和生物转化,结合生物质预处理及木质素分级,阐述了以生物炼制理念进行木质素高值转化的新策略。最后,总结了木质素利用过程中存在的挑战性问题,展望了木质素高效分离、分级及转化过程发展的新策略和新趋势。     

木质素能源转化的研究进展

木质素具有较高的碳含量和热值,其最直接的利用方式是转化为各种能源产品,包括燃料和电能。因此,以来源丰富的木质素为原料转化制备生物质能源具有重要的意义。本文概述了近年来木质素转化为生物质能源的研究进展,包括木质素来源及提取、木质素热化学转化为生物燃料以及木质素发电技术,着重介绍了木质素的热解反应、气化反应、液化反应以及催化加氢脱氧反应,并总结了直接木质素燃料电池发电的最新研究成果。最后对木质素能源转化的研究前景进行了展望,提出实现工业化生产需根据目标产物需求开发新型催化剂、优化转化过程、建立低能耗且高效率的产物分离方法并加强木质素产电中电极材料、电池设计等研究,为木质素高值化、资源化和能源化利用提供参考。     

生物催化5-羟甲基糠醛高值化转化进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一个重要的生物基平台化合物。近年来,化学催化其高值化转化受到了广泛关注,并取得了较大进展。尽管生物催化具有反应条件温和、高选择性及环境友好等优点,但是生物催化HMF转化仍处于初步发展阶段。本文中,笔者主要就近年来生物催化HMF氧化、还原、还原氨化、缩合及酯化等方面的研究进行综述,以期为建立高效制备HMF高附加值衍生物的生物催化途径提供参考。     

生物技术在控制氯化有机污染物方面的突破

木质素(一种几乎可抗拒一切东西作用的物质)是一种聚合物,它可以保护木质细胞内较易损坏的纤维素和半纤维素免遭生物和化学侵蚀。在过去的80年中,化学家们要想对木质素作一彻底了解是很难的,尽管有可能获得很大的经济和商业效益。在一些造纸厂和塑料、炸药、合成纤维以及用纤维素制成其它任何东西的制造厂中,木质素已成为棘手的问题。用于控制木质素作用的一些化合物会引起广泛性水污染问题,尤其是造纸工业。     

木质素芳香族化合物降解菌Sphingobium sp. SYK-6的研究进展

木质素是木质的主要成分之一,在自然界中,高分子木质素被真菌的胞外酶分解成低分子芳香族化合物,然后土壤细菌将其完全降解为二氧化碳。由此可见,木质素的完全降解过程是真菌和细菌的共同作用。研究细菌的降解机制,一方面可以理解芳香族化合物在生态系中的碳素循环,另一方面可以为木质素的有效利用提供基因和酶工具,将可再生资源的木质素转化成高附加价值的工业产品。Sphingobium sp.SYK-6是1987年从造纸厂废水中以木质素中的联苯化合物(5,5’-脱氢联香草酸)作为唯一碳源分离出的木质素化合物降解菌。在长达25年以上的研究中我们阐明了一系列芳香族化合物的代谢途径,克隆了相关基因,2012年随着基因组测序的完成,整个降解功能的全貌展现出来。介绍内容:(1)基因组信息;(2)芳醚化合物代谢;(3)联苯化合物代谢;(4)阿魏酸代谢;(5)木质素化合物降解过程中四氢叶酸依赖型机制;(6)原儿茶酸4,5开环途径;(7)3-甲氧基没食子酸代谢的多样性;(8)应用研究。我们希望SYK-6菌株成为一个让人们理解木质素化合物降解的模式菌株。最后结合课题组现在的研究课题展望了木质素化合物的降解研究的发展方向。     

木质纤维素资源化主要途径及半纤维素优先资源化利用策略

木质纤维生物质是地球上最丰富的可再生资源,可转化为能源、化学品和材料,开发木质纤维生物质有利于废弃物的高值化利用和缓解目前面临的环境污染等问题。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,将其主要组分进行高效分离,是实现多元化、高值化生物精炼的基础。基于此,笔者简要总结了目前主要的木质纤维素资源化途径,如基于纤维素资源化、基于半纤维素资源化、基于木质素资源化、基于碳水化合物资源化以及全组分资源化的研究策略。依据半纤维素在植物细胞壁中承担的角色,结合前期的研究基础,提出半纤维素优先原位催化转化的木质纤维素生物炼制新策略,实现半纤维素的高选择性溶出和高效转化,保留结构完整的纤维素和木质素分级转化为小分子化学品和材料,最终实现资源生物量全利用,多元化产品联产的目的。     

微生物产生的土腥味化合物及其清除方法

自然界中存在许多具有土腥味的化合物,以Geosmin和MIB为代表,它们的嗅阈值极低,即便含量极微,也能嗅到浓烈的土腥味、土臭味、泥土味和霉味。这些土腥味挥发性物质主要是放线菌和藻类的次生代谢产物,不同生物具有不同的合成途径。它们极易影响饮用水的品质,也给渔业和食品业带来极大危害。通过物理、化学和生物处理等方法,可以控制或清除土腥味化合物,其中微生物降解法是最有应用前景的净化方法。综述了土腥味化合物的来源、生物合成途径、分析检测技术及净化方法。     

木质素的微生物解聚与高值转化

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的“生物漏斗”式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。     

温和酸催化解聚木质素磺酸盐产物的分离与分析北大核心CSCD

木质素解聚产物是异常复杂的混合物体系,本文以温和酸催化条件下的木质素磺酸盐解聚产物为研究对象,建立分离和分析测试木质素磺酸盐解聚产物和解聚效率的有效方法。采用超高效凝胶渗透色谱对解聚产物实现了高效分离,结果表明木质素磺酸盐高分子获得了高效解聚,解聚获得的产物分子量组成主要分布在三个低聚物区间;采用GC-MS鉴定了主要的木质素基单酚和双酚类官能团化合物9种,约占解聚液的30 wt%,表明解聚产物中含有大量的单体化合物;采用SEM和EDS分析测试木质素解聚后残渣,其结果也进一步证实了在温和酸催化条件下,木质素磺酸盐在解聚过程中还原位脱除了磺酸盐。木质素磺酸盐由于具有特有的Cα-SO3M基团,在酸催化条件下β-O-4键易于断裂,促进了木质素磺酸盐快速解聚,获得了解聚效率达95 wt%以上的解聚产物。     

温和酸催化解聚木质素磺酸盐产物的分离与分析

木质素解聚产物是异常复杂的混合物体系,本文以温和酸催化条件下的木质素磺酸盐解聚产物为研究对象,建立分离和分析测试木质素磺酸盐解聚产物和解聚效率的有效方法。采用超高效凝胶渗透色谱对解聚产物实现了高效分离,结果表明木质素磺酸盐高分子获得了高效解聚,解聚获得的产物分子量组成主要分布在三个低聚物区间;采用GC-MS鉴定了主要的木质素基单酚和双酚类官能团化合物9种,约占解聚液的30 wt%,表明解聚产物中含有大量的单体化合物;采用SEM和EDS分析测试木质素解聚后残渣,其结果也进一步证实了在温和酸催化条件下,木质素磺酸盐在解聚过程中还原位脱除了磺酸盐。木质素磺酸盐由于具有特有的Cα-SO3M基团,在酸催化条件下β-O-4键易于断裂,促进了木质素磺酸盐快速解聚,获得了解聚效率达95 wt%以上的解聚产物。     

木质纤维素生物炼制的研究进展

木质纤维素是一种广泛存在的可再生生物质资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。如何更有效地综合利用木质纤维素是当前面临的世界性难题。本文中,笔者梳理了木质纤维素生物化学法转化生产以燃料乙醇为代表的生物基产品,特别是转化过程中关键技术环节的研究现状及难点,深入探讨了木质素的生物转化利用趋势,并综述了合成生物学在这些领域的研究趋势和最新成果。本文力图描绘出木质纤维素生物炼制研究全景,为后续研究提供潜在思路。     

手性源、手性池和手性农药中间体的开发研究

介绍手性源、手性池和手性分子化合物的基本概念;由手性池化合物制备手性衍生物;比较了手性化合物生物加工与化学加工过程的优、缺点,寻求高效、经济和最合理的综合工艺流程。     

比利时VIB研究所发现木质素生物合成途径的关键酶

2013年8月15日,比利时VIB研究所宣布,在植物细胞壁主要成分之一的木质素生物合成途径中,发现了编码caffeoyl shikimate esterase（CSE）酶的新基因。木质素是在用植物类生物质生产生物燃料过程中提取纤维素糖时的障碍,由于发现了新基因,以更高效率生产生物燃料出现了可能性。     

栓皮栎林下主要丝状真菌的分解能力

利用纯培养试验方法 ,研究了栓皮栎林下凋落物中可培养的 10种主要丝状真菌对群落建群种栓皮栎 (Quercus variabilis)和林下主要伴生树种山胡椒 (L indera glauca)叶片的分解能力。结果表明 :在 10种真菌的作用下 ,9周时间内 ,栓皮栎叶片的平均失重率是山胡椒叶片的 2倍 ;两种叶片前期 (前 5周 )失重率均显著高于后期 (后 4周 )。分析结果显示叶片失重率与叶片初始木质素 /氮素、碳素 /氮素的比值成反比。根据每个菌株对每种叶片在前期和后期的重量失重率 (W)、木质素失重率 / W和木质素失重率 /全碳化合物失重率的值的相互关系 ,分解菌可以分为如下类型 :Trichoderma sp.1和 Cladosporium berbarum是对全碳化合物有一定利用能力的分解菌 ;Trichoderma sp.2、 Aspergillus fumigatus、Alternaria sp.、Penicillium sp.2对木质素、全碳化合物都有分解能力但偏向全碳化合物的分解 ,是分解能力相对较强的真菌 ;Chaetomium bostrychodes、Pestalotia sp.对木质素、全碳化合物都有分解能力并偏向木质素的分解 ,但分解能力较弱 ;Aspergillus niger、Penicillium sp.1只在试验分解前期内对木质素、全碳化合物都有一定的分解能力。不同真菌对叶片的分解能力不同 ,即使是同属真菌之间也有显著的差异     

恢复东湖水生生态系统途径初探

借鉴国内外其他湖泊的治理经验 ,讨论了如何恢复东湖水生生态系统的一些途径 ,其中探讨了①物理方法 :截污 ,清淤与引水冲污 ;②化学方法 :化学除磷与抑藻或杀藻 ;③生物方法 :用生物量输出氮磷与用生物方法对小型浮游藻类进行控制。