一株高产丙酮丁醇梭菌菌株的诱变筛选及特性研究.ppt

一株高产丙酮丁醇梭菌菌株的诱变筛选及特性研究 产物抑制是限制生物丁醇工业化生产的主要阻碍之一 采用传统的批式发酵，丁醇浓度12~13g/L； 总溶剂产量≤20 g/L 1.使用诱变剂亚硝基胍对出发菌株进行诱变 2.使用添加了不同浓度丁醇的平板培养基对诱变菌株进行筛选，得到具有一定丁醇耐受能力突变菌株 3.对突变菌株耐受丁醇的能力进行验证 4.对高丁醇耐受菌株进行发酵实验，测定溶剂产量 5.进一步提高溶剂产量，研究不同底物浓度对溶剂生成的影响 外源添加丁醇对菌株生长的影响 结论与展望 实验结果证明提高菌株对丁醇的耐受性可以达到提高菌株发酵性能的目的。使用传统的批式发酵，丁醇产量很少能够超过12~13g/L，总溶剂产量≤20g/L。通过亚硝基胍诱变获得的丁醇耐受菌株在批式发酵条件下能够利用80g/L葡萄糖生成15g/L的丁醇，总溶剂产量达到了23.47g/L。然而，进一步提高底物浓度则不利于提高溶剂产量。因此，提高菌株利用底物的能力将有可能进一步提高丁醇产量，降低丁醇的生产成本。 * * 石油资源是现代社会的能源和资源基础 石油资源紧缺而导致的石油价格持续上涨已成为不可逆转的趋势 车用燃油占我国石油消费总量的三分之一 我国石油储量只有全球的2% 2010年进口依存度51.4%~52.6% 车用燃油消耗每年递增15-16% 尽管中国目前已经拥有4000万辆私人汽车的存量，但考虑到中国的人口基数和发达国家的汽车保有率，这一数字将继续增长。 迫切需要寻找性能相近、廉价、清洁、可再生的车用替代燃料！ 丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料 汽油 丁醇 乙醇 甲醇 热值 Btu/gallon 114,000 110,000 84,000 64,000 汽油 丁醇 乙醇 甲醇 辛烷值 96 94 92 91 亲水性弱，腐蚀性小，便于管道输送 能与汽油任意比混合 含氧量与甲基叔丁基醚(MTBE)相近 DOE，2005年，1万英里丁醇汽车试验 Sugar Fermentation Metabolic Engineering BIOMASS BIOBUTANOL WORLDWIDE FUEL MARKETS Biofuel Blends Plant Feedstocks Performance Fuels Butanol 杜邦公司和英国石油公司2006年6月23日宣布： 建设3万吨/年燃料丁醇装置，用于英国市场 丁醛、丁酸 丙烯酸丁酯 (溶剂) 邻苯二甲酸二丁酯 脂肪族二元酸二丁酯 (增塑剂) 丁二烯 醋酸丁酯 (溶剂) 丁胺 丁醇还是一种重要的平台化合物 酯化、取代、消去、氧化、还原…… 2007年我国消费量预计将 130万吨/年 丁醇 聚丁二烯橡胶 丁苯橡胶 丁醇对梭菌的毒性 破坏细胞内外pH值梯度 抑制膜结合ATPase活性 降低细胞对葡萄糖的吸收 细胞停止生长 溶剂产量不高 降低细胞内部ATP水平 产量低 胁迫抵抗能力 提高丁醇产量 二、主要研究内容 0.31 0.35 95.0% 18.4 12.4 1.4 4.5 突变菌株 0.22 0.30 78.1% 13.1 8.9 0.8 3.4 出发菌株 溶剂生成速率(g/L/h) 溶剂转化率 (g/g) 葡萄糖利用率 总溶剂产量(g/L) 丁醇 (g/L) 乙醇 (g/L) 丙酮 (g/L) 图1. 出发菌株的溶剂产量 图2.突变菌株的溶剂产量 图3. 外源添加丁醇对出发菌株生长的影响 图4. 外源添加丁醇对突变菌株生长的影响 0.33 溶剂生成速率（g/L/h) 0.35 溶剂转化率（g/g) 90.1% 葡萄糖利用率 23.5 总溶剂产量（g/L) 15.0 丁醇产量（g/L) 突变菌株 0.24 溶剂生成速率（g/L/h) 0.31 溶剂转化率（g/g) 72.0% 葡萄糖利用率 16.9 总溶剂产量（g/L) 11.5 丁醇产量（g/L) 出发菌株 80g/L