Use of Zymomonas mobilis and Saccharomyces cerevisiae mixed with Kluyveromyces fragilis for improved ethanol production from Jerusalem artichoke tubers

Jerusalem artichoke mashed tubers were fermented using single yeasts and a bacterium as well as mixed culture of microorganisms. Kluyveromyces fragilis, a yeast with an active inulinase, was used together with either a commercial distillery yeast, Saccharomyces cerevisiae, or the bacterium Zymomonas mobilis. After batch fermentation the best ethanol concentration of 0.48 g g(-1) for the mixed population and 0.46 g g(-1) for the single population can be obtained. The theoretical yield of the mixed cultures was 2-12% higher than for the single microorganism.     

Considerazioni su Gelsi Ingialliti per Fame

Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), an important crop, containing over 50% inulin in its tubers on a dry weight basis is an agricultural and industrial crop with a great potential for production of ethanol and industrial products. Inulin is a good substrate for bioethanol production. Saccharomyces cerevisiae 6525 can produce high concentrations of ethanol, but it cannot synthesize inulinase. In this study, a new integration vector carrying inuA1 gene encoding exoinulinase was constructed and transformed into 18SrDNA site of industrial strain S. cerevisiae 6525. The obtained transformant, BR8, produced 1.1 U mL^? 1 inulinase activity within 72 h and the dry cell weight reached 12.3 g L^? 1 within 48 h. In a small-scale fermentation, BR8 produced 9.5% (v/v) ethanol, with a productivity rate of 0.385 g ethanol per gram inulin, while wild-type S. cerevisiae 6525 produced only 3.3% (v/v) ethanol in the same conditions. In a 5-L fermentation, BR8 produced 14.0% (v/v) ethanol in fermentation medium containing inulin and 1% (w/v) (NH4)₂SO₄. The engineered S. cerevisiae 6525 carrying inuA1 converted pure nonhydrolyzed inulin directly into high concentrations of ethanol.     

混合糖发酵重组酿酒酵母的菌株构建和菊芋秸秆同步糖化发酵研究

【目的】构建可用于纤维素乙醇高效生产的混合糖发酵重组酿酒酵母菌株,并利用菊芋秸秆为原料进行乙醇发酵。【方法】筛选在木糖中生长较好的酿酒酵母YB-2625作为宿主菌,构建木糖共代谢菌株YB-2625 CCX。进一步通过r DNA位点多拷贝整合的方式,以YB-2625 CCX为出发菌株构建木糖脱氢酶过表达菌株,并筛选得到优势菌株YB-73。采用同步糖化发酵策略研究YB-73的菊芋秸秆发酵性能。【结果】YB-73菌株以90 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源进行混合糖发酵,乙醇产量比出发菌株YB-2625 CCX提高了13.9%,副产物木糖醇产率由0.89 g/g降低至0.31 g/g,下降了64.6%。利用重组菌YB-73对菊芋秸秆进行同步糖化发酵,48 h最高乙醇浓度达到6.10%(体积比)。【结论】通过转入木糖代谢途径以及r DNA位点多拷贝整合过表达木糖脱氢酶基因可有效提高菌株木糖发酵性能,并用于菊芋秸秆的纤维素乙醇生产。这是首次报道利用重组酿酒酵母进行菊芋秸秆原料的纤维素乙醇发酵。     

不同生育期菊芋叶片过氧化物酶同工酶表达特点的研究

用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)法,分离了不同生育期菊芋叶片过氧化物酶(Helianthus tuberosus.1eves peroxidase,HLP)同工酶,并测定了HLP的酶活性;比较了菊芋叶及其他4种植物POD的特点。结果表明:(1)同一植株不同部位的HLP酶活性大小顺序为,中部成熟叶(6.89×103U/g)>底部衰老叶(5.38×103U/g)>上部嫩叶(2.82×103U/g);由嫩叶→成熟叶→衰老叶的发育过程中,HLP同工酶酶带共有9条,出现的方式有稳定型(Rf 0.81带)、酶活性先弱后强型(Rf0.52、0.67、0.74、0.85带)、酶带先有后无型(Rf 0.70、0.72带)、酶带先无后有型(Rf 0.77)4种。(2)几种植物POD的酶活性的大小顺序是:甘蔗叶>竹笋壳>菊芋叶>大豆壳;POD同工酶电泳最大迁移率(Rf)大小顺序是:菊芋叶(0.85)>甘蔗叶(0.70)>竹笋壳(0.61)>大豆壳(0.57)>辣根(0.55),HLP同工酶属阴离子型。探讨了菊芋POD的表达特点。     

Isolation of microsatellite loci in artichoke (Cynara cardunculus L. var. scolymus)

We report the development of nine microsatellite markers in globe artichoke (Cynara cardunculus L. var. scolymus). Four markers were obtained from sequences available in GenBank and five were isolated using a biotin/streptavidin capture technique for (CA)_n and (CT)_n motifs directly from artichoke genomic DNA. Polymorphism was explored in 15 artichoke accessions that represent the genetic variation within cultivated varietal types. Inter‐specific amplification was tested using cultivated cardoon (C. cardunculus L. var. altilis DC.) and wild cardoon (C. cardunculus L. var. sylvestris Lam.). Primers and conditions for polymerase chain reaction (PCR) amplification of detected loci are described.     

灌水频率对河西走廊绿洲菊芋生活史对策及产量形成的影响

灌水频率对作物产量形成和生活史对策具有重要影响,但对于收获地下块茎的经济作物的研究非常少见。以菊芋为材料,分别在苗期(seedling, S)、枝繁叶茂期(lush foliage, L)、现蕾期(budding, B)和开花期(flowering, F)施加不同灌水组合,包括苗期600m³/hm² (S600,相当于天然降雨量)处理组J1、S600+L600为J2、S600+B600为J3、S600+L300+B900为J4、S600+L900+B300为J5、S600+L600+B300+F900为J6以及全生育期不浇水的对照组CK,测定菊芋产量及生物量分配变化。结果表明,低灌水频率显著降低菊芋产量和干物质积累,苗期到枝繁叶茂期是株高增长速度最快的时期,到枝繁叶茂期之后显著性下降,表明枝繁叶茂期是营养生长的高峰期。不同灌水频率处理组之间菊芋产量和干物质积累量有显著性差异,表现为J1相似文献   

萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应

土壤盐碱化是影响全球农业生产和生态环境的重要问题。在农田、轻度盐碱草地和重度盐碱草地设置样地以块茎种植菊芋,次年5月块茎萌发阶段取块茎样品测定丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖含量以及抗氧化酶活性并进行蛋白质组学分析,分析了萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应。0—20 cm土层的电导率(表征土壤可溶盐含量)表明从农田到轻度、重度盐碱草地土壤盐碱胁迫逐渐增强,丙二醛含量变化反映出菊芋块茎受害程度逐渐增加,并且基于游离脯氨酸的渗透调节能力也在逐渐增强。蛋白质组学分析结果显示与遗传信息加工相关的差异蛋白数量最多(占28.75%)且多为表达上调,意味着DNA复制和转录、蛋白质合成和折叠的相关蛋白在响应盐碱胁迫中发挥关键作用。碳水化合物及多糖代谢(占15%)、氨基酸代谢(占11.25%)以及能量代谢(占7.5%)相关的差异蛋白数量也较多,说明调节物质代谢平衡在萌芽菊芋块茎应对盐碱土壤胁迫过程中有重要作用。这些结果为揭示萌芽菊芋块茎适应盐胁迫的生理机制奠定了基础。     

钙离子对菊芋海水胁迫的缓解效应研究

以南芋2号为材料,设计1/2Hoagland(H)、1/2H 10mmol·L-1CaCl2、1/2H 30%海水、1/2H 30%海水 10mmol·L-1CaCl2、1/2H 30%海水 5mmol·L-1EGTA5个处理水平,研究了Ca2 对海水胁迫下菊芋鲜重以及菊芋叶片中MDA含量、相对电导率、叶绿素含量和净光合速率(Pn)的影响,以探索Ca2 对缓解植物海水胁迫作用机制。结果表明:正常生长条件下外施10mmol·L-1Ca2 对菊芋的生长没有显著影响;在1/2H 30%海水处理下,菊芋的正常生理代谢明显受到抑制;在1/2H 30%海水 10mmol·L-1CaCl2处理下,与1/2H处理相比菊芋生物产量、叶绿素含量和Pn显著增加,与1/2H 30%海水相比菊芋生物产量、叶绿素含量和Pn显著增加,MDA含量和相对电导率显著降低。由此证明外源Ca2 可有效缓解海水胁迫所致的氧化损伤,抑制脂质过氧化作用,增加叶绿素含量,维持较高的光合速率,促进干物质积累,从而使生物产量增加。     

菊芋生长发育动态及光合性能指标变化研究

以‘青芋1号’菊芋为材料,通过田间试验对菊芋全生育周期的器官生长发育、干物质积累分配动态以及光合性能指标变化进行了连续观察研究。结果表明,地上部器官生长量与干物质积累量均在第18周达到峰值,之后开始迅速转向块茎生长,块茎膨大速率在第18周和第2I周有2个高峰,块茎干物质积累则经过了块茎形成、块茎形成与膨大并行、块茎迅速膨大3个阶段,峰值出现在第21周;第18周干物质开始从地上部器官向块茎转移,此时总干物质量达到峰值,之前干物质主要暂时贮存在茎内。收获时,块茎干物质量达到15．76t·hm^-2,收获指数在0．65以上;叶面积指数、光合势、净同化率与叶绿素含量在植株快速生长期和地上部干物质开始向块茎转移前一段时期均有高峰出现。