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木质素的微生物解聚与高值转化

微生物学报 2020年第12期60卷 2717-2733页

作者：赵一全张慧张晓昱谢尚县华中科技大学生命科学与技术学院环境资源微生物技术研究所湖北武汉430074

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... 详细信息

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。

关键词：木质素生物解聚多元生物转化

合成生物学助力废弃塑料资源生物解聚与升级再造

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合成生物学 2021年第2期2卷 161-180页

作者：钱秀娟刘嘉唯薛瑞刘豪杰闻小红杨璐徐安明许斌信丰学周杰董维亮姜岷南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京211816 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京211816

石油基合成塑料因高分子量、高疏水性及高化学键能等特性难以被生物降解,在环境中不断累积,由此导致的"白色污染"已经成为一个全球性环境问题。填埋和焚烧是目前塑料垃圾处置最简单、常用的方法,但随之带来的是更为严重的环境二次污染... 详细信息

石油基合成塑料因高分子量、高疏水性及高化学键能等特性难以被生物降解,在环境中不断累积,由此导致的"白色污染"已经成为一个全球性环境问题。填埋和焚烧是目前塑料垃圾处置最简单、常用的方法,但随之带来的是更为严重的环境二次污染问题。为解决这一问题,开发绿色高效的废塑料资源回收利用技术,从源头解决塑料污染,成为发展塑料循环经济的关键。利用微生物/酶将塑料降解为寡聚体或单体,或进一步转化为高值化学品,因反应条件温和、不产生二次污染等优点将成为废塑料污染治理与资源化的新途径。本文详细介绍了废塑料生物解聚与转化方面的最新研究进展,包括塑料降解微生物和酶的挖掘、混菌/多酶体系的设计与构建、塑料解聚机制,以及塑料解聚物到化学品、能源、材料等高附加值产品的转化。然而,废塑料生物降解过程中仍存在降解元件匮乏、降解效率低、降解物难以利用等技术瓶颈。随着合成生物学的快速发展,利用高通量筛选、进化代谢、生物信息学等先进的生物技术,解析降解关键酶的催化机制、定向设计与改造降解酶、研究混菌体系中菌株间互利共生关系与适配机制、设计并构建不同塑料降解物的代谢通路成为废塑料生物降解研究的重点方向。通过建立废塑料生物降解与高值化利用平台,可为巨量的废塑料资源循环利用提供新的理论基础和关键技术,为我国塑料循环经济发展提供经济、环保、可行的技术支撑。

关键词：废塑料生物解聚生物转化混菌/多酶升级再造

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聚乙烯废弃塑料生物解聚与高值化转化

生物加工过程 2022年第4期20卷 428-438页

作者：刘先睿赵怡琳苏海佳北京化工大学生命科学与技术学院北京市生物加工过程重点实验室北京100029

聚乙烯废弃塑料在环境中日益积累不仅导致视觉污染,也形成潜在的生态污染问题,开发回收和高值化转化聚乙烯废弃塑料的新方法是大势所趋。近年来,废弃塑料生物处理技术因其绿色可持续等优点,成为国内外研究热点,有望成为未来废弃塑料回... 详细信息

聚乙烯废弃塑料在环境中日益积累不仅导致视觉污染,也形成潜在的生态污染问题,开发回收和高值化转化聚乙烯废弃塑料的新方法是大势所趋。近年来,废弃塑料生物处理技术因其绿色可持续等优点,成为国内外研究热点,有望成为未来废弃塑料回收管理的重要手段。本文重点综述了聚乙烯废弃塑料生物解聚技术的研究进展,并对聚乙烯废弃塑料化学高值化和生物高值化产品的差异进行分析,在此基础上,总结和展望了目前聚乙烯废弃塑料生物解聚与生物高值化中的挑战以及相应的解决方案,期望联合多学科交叉技术协同生物技术实现聚乙烯废弃塑料的升级循环。

关键词：聚乙烯废弃塑料生物解聚高值化转化可持续废物处理

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基于关键酶基因改造真菌解聚褐煤研究

基于关键酶基因改造真菌解聚褐煤研究

作者：徐佰超中国矿业大学

学位级别：硕士

褐煤是一种低阶煤,中国褐煤储量丰富。然而,高灰分、高水分、低热值以及自燃特性,使得褐煤的常规转化面临诸多问题。由于微生物对褐煤的生物转化在温和条件下进行,这使其在褐煤转化上具有很大优势。但在自然条件下,褐煤的生物转化效率低... 详细信息

褐煤是一种低阶煤,中国褐煤储量丰富。然而,高灰分、高水分、低热值以及自燃特性,使得褐煤的常规转化面临诸多问题。由于微生物对褐煤的生物转化在温和条件下进行,这使其在褐煤转化上具有很大优势。但在自然条件下,褐煤的生物转化效率低下,因此利用微生物高效解聚褐煤实现洁净利用亟需解决。本文针对褐煤的生物转化现状,利用高效转化褐煤的真菌WF8(Ascomycota Hypocera lixii,Gen Bank accession ***806366)为研究菌株,优化真菌解聚硝酸预处理褐煤(NL)的工艺参数,构建褐煤模型化合物(LMCs),利用转录组学分析确定真菌解聚过程的关键酶基因,并构建关键酶基因过表达菌株,提升真菌对NL的转化能力,实现对褐煤的高效解聚,为褐煤的生物转化提供了技术支撑。首先,对NL的真菌液化与转化进行了工艺优化;确定了生物液化NL的最佳参数为:液化时间2 d,NL粒度14-18目,NL添加量32 g/m;利用神经网络确定NL的生物转化最佳工艺参数为:29℃、初始p H 7.0、180 rpm、0.6 mmol/L的Cu SO、0.4 mmol/L的Mn SO、6.4μmol/L的藜芦醇、10-14目及7 mg/m L的NL添加量;考察了腐殖酸(HAs)的释放动力学,确定最佳工艺参数下HAs的生物释放遵循Zero-order模型,倾向于扩散和溶胀机制;元素分析、红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、热重分析(TGA-DTG)揭示了WF8在NL生物转化过程中以芳基醚为特征作用位点。其次,确定了NL的特征LMCs;探究了13种LMCs的生物降解率分别为:苯甲酸99.10%、苯乙醚(PE)98.19%、苯甲酸乙酯95.52%、异丁基苯98.50%、4-苯氧基苯甲酸(4-PBA)86.98%、二苯并噻吩56.82%、喹啉18.90%、1,3-二(4-氨苯氧基)苯89.91%、刺芒柄花素69.40%、9,10-二丁氧基蒽(9,10-DBO)39.45%、6-甲氧基-2-(4-甲氧苯基)苯并[b]噻吩83.44%;吸附研究显示WF8菌体对LMCs的吸附动力学符合pseudo-first order,热力学符合Freundlich方程,为多分子层物理吸附;结合UV-vis、FTIR、SEM、气相色谱-质谱联用(GC/MS)分析及酶活测定,确定菌体先吸附LMCs释放生物酶,再进一步降解的吸附-协同生物降解机制;确定了特征LMCs为PE、4-PBA、9,10-DBO。再次,筛选了WF8在解聚LMCs过程中的关键酶基因;探究了加入特征LMCs后WF8的生物酶活性、胞外蛋白浓度、菌体干重,确定转录组送测时间为第5 d;通过转录组测序分析,共获得超过25151个clean reads;KOG功能注释中O类占比11.5%;基因差异分析,确定了添加特征LMCs后,基因分别上调319、576、382个;KEGG通路富集分析,确定了5种关键酶基因,实时荧光定量PCR(q RT-PCR)证实了RNA-seq测序结果的准确性,最终确定了多铜氧化酶编码基因XP＿024770568.1为关键酶基因。最后,构建了关键酶基因的过表达菌株;将筛选的多铜氧化酶基因通过农杆菌转化法导入WF8中构建关键酶基因过表达菌株WF568;考察了WF568对NL的生物转化能力,结果显示:HAs产量提高21.27%、富里酸产量提高6.34%、酶活性提高42.03%,证实了WF568对NL的强解聚能力;探究WF568对的NL的生物液化能力,元素分析、UV-vis、FTIR、接触角、TGA-DTG、SEM、GC/MS确定了WF568在液化NL过程中具有更好的加氢能力,更强的渗透能力,释放更多的极性基团,液化产物以酯类为主,证实了基因工程菌在褐煤生物转化领域的可行性。该论文有图104幅,表39个,参考文献162篇。

关键词：褐煤生物解聚模型化合物转录组基因过表达