转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母的构建及产木糖醇能力研究

将人工合成的树干毕赤酵母（Pichia stipitis）的木糖还原酶基因XYL1插入酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）表达载体pYES2中,然后将重组质粒pYES2-XYL1导入酿酒酵母INVSc1中,构建转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母菌株INVSc1/pYES2-XYL1,最后采用营养缺陷培养基筛选转木糖还原酶基因酿酒酵母并对其产木糖醇的能力进行检测。结果表明,成功获得2株转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母菌株INVSc1/pYES2-XYL1-01、INVSc1/pYES2-XYL1-02,当两菌株以50 g/L木糖及10 g/L半乳糖为碳源发酵5 d后,木糖醇产量分别高达（13.68±2.37）g/L、（12.09±1.45）g/L,显著高于非转基因酿酒酵母INVSc1的木糖醇产量（1.08±0.37）g/L（P＜0.05）,说明XYL1基因的导入显著提高了酿酒酵母INVSc1生产木糖醇的能力（P＜0.05）。为采用基因工程酿酒酵母制备食用木糖醇提供了理论及技术基础。     

稳定高效表达木糖还原酶基因工业酿酒酵母的构建及木糖醇发酵的初步研究

将树干毕赤氏酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶基因XYL1连接到适用于酿酒酵母工业菌株的多拷贝整合载体pYMIKP中,构建得到表达质粒pYMIKP-XYL1,转化酿酒酵母工业菌株Saccharomyces cerevisiae6508。在G418平板上筛选转化子,得到含高拷贝木糖还原酶基因的酿酒酵母重组菌株XGH2,,该菌株的木糖还原酶比活力为0.8 U/mg(蛋白),比出发菌株提高了80倍以上,表明外源基因在工业菌株中实现了高效表达。摇瓶发酵结果显示,重组菌株XGH2木糖消耗为27.9 g/L,木糖消耗率为51%;木糖醇产量为30.2 g/L,木糖醇的转化率大于1.0 g/g木糖。     

重组大肠杆菌BL21（DE3）-pET28a（＋）-bgl诱导表达β-葡聚糖酶的条件优化

研究自行构建的产β-葡聚糖酶的工程菌E.coli BL21(DE3)-pET28a(+)-bgl在LB培养基中的生长特性,考察种子液的菌龄、培养基起始pH、接种量及诱导起始时发酵液菌浓度等对β-葡聚糖酶产生水平的影响;通过正交试验确定诱导剂IPTG及乳糖添加量、诱导温度及诱导剂作用时间.结果表明:培养基起始pH 7.0,对数生长中期的种子液(OD600为0.35)以接种量(体积分数)10%接入摇瓶发酵培养,37 ℃,200 r/min培养约3 h,菌液OD值达到1.0左右,添加终浓度分别为0.033 6 mmol/L的IPTG及10 mmol/L乳糖,24℃诱导6 h,发酵液清液中酶活达到最高(336.33 U/mL),菌体生长量为1.12 g/L,发酵液中总酶活达到459.32 U/mL,是原始菌株在相同条件下所产酶活的6.62倍.采用优化培养条件及诱导剂作用条件,重组菌在TB培养基中酶活水平进一步提高,诱导剂作用10 h,发酵清液中酶活为1 090.31 U/mL,总酶活1 570.83 U/mL,是原始菌在该条件下酶活的19.73倍,显示出重组菌具有广阔的工业化应用前景.     

尖孢镰刀菌发酵生产木糖醇的工艺研究

木糖醇是一种功能性甜味剂.本文研究了不同发酵温度、pH、装液量、接种量、转速等对尖孢镰刀菌(Fusarium xysporum)发酵木糖的影响.结果表明:F. xysporum有较强的转化木糖的能力.在温度28～30 ℃,初始pH 5.0～6.0,装液量50%,接种量10%,转速160 r/min的优化条件下,在含木糖10 g/L培养液中添加1%甲醇时,木糖转化为木糖醇的产率为3.81%,表明用丝状真菌发酵产木糖醇是一条新的途径.     

基于低拷贝质粒的高产紫色杆菌素谷氨酸棒杆菌的构建和发酵

该研究以公认安全（Generally Recognized as Safe,GRAS）的谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）为宿主,构建高产紫色杆菌素的重组菌株。利用谷氨酸棒杆菌天然大质粒pTET3的复制与分配元件,构建了低拷贝质粒pOK12CG1,该质粒在谷氨酸棒杆菌中的拷贝数约为6拷贝/基因组,且与谷氨酸棒杆菌常用质粒pEC-XK99E和pXMJ19兼容。以低拷贝质粒pOK12CG1为骨架构建了携带紫色杆菌素合成操纵子（vioABCDE）的质粒pCGvio,并分别以谷氨酸棒杆菌标准株ATCC 13032和插入序列（Insertion Sequence,IS）元件删除株为宿主,构建了7株合成紫色杆菌素的重组菌株。通过初步筛选,发现基于低拷贝质粒的重组菌株ATCC 13032/pCGvio,其紫色杆菌素产量（508.24 mg/L）高于基于中高拷贝质粒的重组菌株ATCC 13032/pECvio（376.16 mg/L）,而基于低拷贝质粒的IS元件删除重组菌株ISDM023/pCGvio紫色杆菌素产量达到了610.13 mg/L。进一步采用正交实验设计对重组菌株ISDM023/pCGvio进行培养基体积比（VLB:VBHIS）、诱导时间和IPTG诱导剂浓度这3个因素的发酵条件优化。结果表明,在VLB:VBHIS 为1:2、诱导时间为18 h、IPTG浓度为0.75 mmol/L的优化条件下,紫色杆菌素的摇瓶发酵产量可达了1 007.47 mg/L。该研究成功构建了紫色杆菌素的谷氨酸棒状杆菌重组菌株ISDM023/pCGvio,为谷氨酸棒状杆菌高效合成紫色杆菌素奠定了实验基础,也为其它产物的高效合成提供参考。     

土壤中产木糖醇酵母菌株的筛选其发酵条件优化

本文以木糖为唯一碳源从土壤中筛选得到可以耐受高浓度木糖的菌株,再经过复筛选出一株高产木糖醇的酵母菌株Y-9。经高效液相色谱(HPLC)和红外扫描分析,确定菌株Y-9发酵利用木糖转化得到的主要产物为木糖醇。通过单因素实验、正交试验等手段,对菌株Y-9发酵产木糖醇的培养基组分和发酵条件进行了优化,进一步提高了目的菌株的木糖醇产率和转化率,确定了菌株Y-9摇瓶发酵木糖转化木糖醇的最优培养基和发酵条件。在木糖初始浓度为200 g/L,氮源为酵母膏3.0 g/L,硫酸铵2.0 g/L,玉米浆10.0 mL/L,硫酸镁0.1 g/L,初始pH为6.0,转速为180 r/min,接种量为4%的条件下,菌株Y-9的木糖醇产率为160 g/L左右,木糖醇生成速率为1.67 g/L.h,木糖/木糖醇转化率达到80%以上,是一株具有良好工业化研究开发价值的木糖醇生产菌株。     

热带假丝酵母(Candida tropicalis)HDY-02发酵玉米芯半纤维素水解液产木糖醇的研究

通过发酵罐批次发酵实验,对C.tropicalis HDY-02发酵木糖合成木糖醇的几个重要发酵参数进行了考察。结果显示,发酵最适温度为35℃,最适发酵pH6.0,最适初始木糖浓度为80 g/L,氧传递系数为KL a 16.5 h-1和18.3 h-1时分别获得最大木糖醇得率为0.73 g/g和最大产率为0.84 g/L·h。因此,为获得更高的木糖醇得率和产率,在发酵过程中采用两阶段的通气策略(0~24 h,KL a为18.3 h-1;24 h之后KL a改为16.5 h-1)。在两阶段通气条件下采用发酵温度35℃,发酵pH6.0,初始木糖浓度80 g/L进行批次发酵,72 h时木糖醇浓度和木糖消耗浓度均达最大值,获得了62.1 g/L木糖醇,0.86 g/L·h产率和0.77 g/g得率。     

代谢工程改造Escherichia coli生产3-羟基丙酸

以提高3-羟基丙酸的产量为目标,对实验室构建的基因工程大肠杆菌进行改造,敲除形成副产物1,3-丙二醇的主要酶基因——乙醛脱氢酶基因yqh D,得到E.coli W3110Δyqh D(p CDFDuet-tac-gpd1-TUkgsadh/p ACYCDuet-tac-dha B1-4),该工程菌摇瓶发酵产量达到2.53 g/L,相比未敲除yqh D基因的菌株,产量提高了5.8倍。另外,敲除了甘油代谢途径中的抑制因子glpR基因,得到E.coli W3110ΔglpR(p CDFDuet-tac-gpd1-TUkgsadh/p ACYCDuet-tac-dha B1-4),该工程菌摇瓶发酵产量达到2.86 g/L,相比未敲除glpR基因的菌株,产量提高了6.7倍。后经5 L罐发酵培养后,3-羟基丙酸的产量提升到15.4 g/L。该实验为进一步利用大肠杆菌工程菌发酵生产3-羟基丙酸提供了研究基础。     

ptsG/mglB双基因敲除对大肠杆菌发酵混合糖产L-乳酸的影响

为增强大肠杆菌（Escherichia coli）JH16利用混合糖产L-乳酸的能力,通过Red同源重组技术敲除葡萄糖转运酶基因ptsG和半乳糖转运基因mglB,构建重组菌E. coli JH2705。结果表明,以8%混合糖（5.6%葡萄糖和2.4%木糖）为碳源,ptsG/mglB双基因缺陷重组菌E. coli JH2705同时可利用葡萄糖和木糖,大幅减小葡萄糖效应带来的不利影响,其木糖利用速率为0.60 g/（L·h）,L-乳酸生产强度为1.27 g/（L·h）,较出发菌株E. coli JH16分别提高50%和79.1%,E. coli JH2705的糖酸转化率高达70%,为利用木质纤维素等可再生原料高效生产L-乳酸提供技术参考。     

大肠杆菌ptsG基因缺陷菌株的构建及其发酵混合糖产L-丙氨酸

为了增强大肠杆菌（Escherichia coli）JH-B2利用混合糖产L-丙氨酸的能力,通过Red同源重组技术敲除了转运葡萄糖的关键基因ptsG,构建新菌株JH-B3。结果表明,以10%混合糖（5%葡萄糖和5%木糖）为碳源,ptsG基因缺陷菌株JH-B3同时利用葡萄糖和木糖,且在32 h时利用完葡萄糖,表明了ptsG基因的敲除大幅减弱了葡萄糖效应;而菌株JH-B2在发酵24 h时利用完葡萄糖,在28 h时才开始利用木糖,表现出葡萄糖效应。发酵至98 h,ptsG基因缺陷菌株JH-B3已经利用完木糖,其丙氨酸产量为94.1 g/L,生产强度为0.96 g/（L·h）,而菌株JH-B2在同等时间内还剩18.10 g/L木糖未利用,其丙氨酸产量为77.6 g/L,生产强度为0.79 g/（L·h）。ptsG基因缺陷菌株JH-B3的丙氨酸生产强度较JH-B2提高了21.5%,能够同时利用混合糖发酵产丙氨酸,为利用木质纤维素糖源生产丙氨酸提供了工业应用基础。     

响应面法优化大肠杆菌生产顺,顺-粘康酸

运用响应面法对大肠杆菌ATCC69875生产顺,顺-粘康酸(CCMA)的发酵条件进行了优化研究。首先利用单因素实验,研究大肠杆菌在不同起始菌体浓度、底物葡萄糖浓度以及诱导剂IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)浓度下对CCMA生产的影响。在此基础上,综合考虑3个因素对大肠杆菌ATCC69875产CCMA的影响,采用Box-Behnken设计以及响应面分析法,确定其优化后发酵条件为:菌体浓度为17.85 OD,葡萄糖为15.93 g/L,IPTG为0.15 mmol。优化后CCMA产量为3.94 g/L,比优化前产量提高了3倍。     

The level of glucose-6-phosphate dehydrogenase activity strongly influences xylose fermentation and inhibitor sensitivity in recombinant Saccharomyces cerevisiae strains

Disruption of the ZWF1 gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) has been shown to reduce the xylitol yield and the xylose consumption in the xylose-utilizing recombinant Saccharomyces cerevisiae strain TMB3255. In the present investigation we have studied the influence of different production levels of G6PDH on xylose fermentation. We used a synthetic promoter library and the copper-regulated CUP1 promoter to generate G6PDH-activities between 0% and 179% of the wild-type level. G6PDH-activities of 1% and 6% of the wild-type level resulted in 2.8- and 5.1-fold increase in specific xylose consumption, respectively, compared with the ZWF1-disrupted strain. Both strains exhibited decreased xylitol yields (0.13 and 0.19 g/g xylose) and enhanced ethanol yields (0.36 and 0.34 g/g xylose) compared with the control strain TMB3001 (0.29 g xylitol/g xylose, 0.31 g ethanol/g xylose). Cytoplasmic transhydrogenase (TH) from Azotobacter vinelandii has previously been shown to transfer NADPH and NAD(+) into NADP(+) and NADH, and TH-overproduction resulted in lower xylitol yield and enhanced glycerol yield during xylose utilization. Strains with low G6PDH-activity grew slower in a lignocellulose hydrolysate than the strain with wild-type G6PDH-activity, which suggested that the availability of intracellular NADPH correlated with tolerance towards lignocellulose-derived inhibitors. Low G6PDH-activity strains were also more sensitive to H(2)O(2) than the control strain TMB3001.     

采用响应面法优化木糖醇发酵培养基

将Plackett-Burman和响应面设计相结合,对木糖醇发酵培养基进行了优化。结果表明,初始木糖浓度、酵母膏添加量以及MgSO4.7H2O浓度是影响木糖醇转化率的主要因素。优化得到的培养基组成为(g/L)木糖100.7,酵母膏5.302,NaCl6.0,MgSO4.7H2O0.379,KH2PO43,(NH4)2HPO44;通气条件为装液量100mL/250mL。此条件下木糖醇的转化率为0.784g/g。     

特基拉芽孢杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶的异源表达及高密度发酵

L-天冬氨酸α-脱羧酶（L-aspartate α-decarboxylase,PanD）能选择性脱去L-天冬氨酸的α-羧基生成β-丙氨酸,具有重要的工业应用价值。以特基拉芽孢杆菌（Bacillus tequilensis）PanD37的基因组为模板,扩增PanD表达基因panD,构建表达质粒pET32a（＋）-panD,转入Escherichia coli BL21（DE3）成功实现异源表达。利用摇床和发酵罐优化培养条件实现高密度发酵,确定最佳培养条件为：37?℃培养8?h,加入终浓度0.5?mmol/L的异丙基硫代-β-D-半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside,IPTG）降温至26?℃诱导,采用葡萄糖为碳源并控制初始质量浓度为5?g/L,发酵过程中采用pH-stat方式补料。在此基础上利用5?L发酵罐进行发酵产酶,酶活力最高可达1?109.8?U/mL,OD600?nm达到106.3。全细胞催化100?g/L?L-天冬氨酸,反应10?h物质的量转化率为99.2%。构建的重组菌经发酵优化后具有较高的细胞浓度和PanD活力,为生物法β-丙氨酸的工业化生产与应用提供理论支持。     

乳糖诱导极耐高温木聚糖酶基因B在大肠杆菌中的表达

以融合极耐高温木聚糖酶基因B(XynB)的大肠杆菌(E coli)BL2 1(DE3)为研究对象,研究了以IPTG和乳糖作为诱导剂时重组目的产物的诱导表达规律。在摇瓶发酵条件下研究了诱导剂浓度、诱导时机、诱导培养时间、诱导培养温度及初始pH对目标蛋白表达的影响。实验结果表明,IPTG诱导时酶活力达到16 18U/ 10 0mL。乳糖诱导的最优发酵条件为:初始培养基pH 7 0 ,当OD60 0 为2 5时加入0 5 %的乳糖,在37℃条件下诱导培养10h ,收获时OD60 0 达3 5 5 ,酶活力为2 5 91U/ 10 0mL。     

重组麦芽糖转葡萄糖基酶工程菌发酵条件的优化

对重组麦芽糖转葡萄糖基酶工程菌的发酵条件进行优化,通过单因素试验确定该菌株产麦芽糖转葡萄糖基酶的最佳发酵培养基为：糖蜜0.025g/mL、胰蛋白胨0.015g/mL、MgSO4 ·7H2O与K2HPO4的质量为7:1、FeSO4 ·7H2O 0.5g/L;以葡萄糖氧化酶法为指标测得最佳摇瓶发酵条件为：装液量100mL/250mL、转速200r/min、接种量5%、初始pH 7.0、最佳温度37℃、诱导阶段OD600nm=0.6、诱导温度30℃、诱导时间5h、诱导剂异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)浓度1mmol/L。经优化,重组麦芽糖转葡萄糖基酶的酶活力可达950U/mL,比初始条件下提高了近7倍。     

热带假丝酵母发酵生产木糖醇的研究

对热带假丝酵母 (C tropicalis )As2 1 776发酵木糖醇的营养条件进行了初步研究。初始木糖浓度在 80g/L附近时木糖醇转化率较高 ,限制性供氧条件下有利于木糖醇积累。酵母膏和蛋白胨是比较适合产木糖醇的有机氮源 ,而酵母膏更利于酵母细胞生长。培养基中添加 2 g/L的(NH4 ) 2 HPO4 、2～ 6g/L的NaCl、1～ 3g/L的KH2 PO4 、0 1～ 0 3 g/L的MgSO4 ·7H2 O能提高木糖醇的转化率