天然橡胶生物合成相关基因表达与橡胶产量的相关性

胶乳被认为是橡胶树的一种与伤害应答相关联的保护物质。割胶可以显著促进橡胶生物合成,且此促进作用与激活乳管细胞中橡胶生物合成相关基因的表达相关,但相关性大小尚不清楚。本文通过qPCR分析了正常割胶条件下,6个橡胶生物合成相关基因HbHRT2、HbSRPP、HbREF、HbHMGR1、HbHRT1、HbGAPDH在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981'IRRDB种质胶乳中的表达情况。结果显示:这6个基因在魏克汉种质中的表达水平显著高于1981'IRRDB种质,分别是后者的1.05～14.62、0.97～4.26、1.46～12.56、0.83～2.99、0.43～7.54、1.92～11.31倍,平均值是后者的7.54、2.55、5.69、1.71、2.71、4.91倍。相关性分析表明,这些基因的表达与橡胶树干胶产量呈正相关,其中,HbREF和HbGAPDH的表达水平与干胶产量之间的相关性最高,有望作为橡胶树产量育种的分子指标。

橡胶树橡胶生物合成调控相关基因的表达相关性分析

该文通过q PCR获得了正常割胶条件下,9个茉莉酸信号途径关键环节基因Hb COI1、Hb JAZ1、Hb JAZ2、Hb JAZ3、Hb MYC1、Hb MYC2、Hb MYC3、Hb MYC4、Hb MYC5和6个橡胶生物合成相关基因Hb HRT2、Hb SRPP、HbREF、Hb HMGR1、Hb HRT1、Hb GAPDH在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981’IRRDB种质胶乳中的表达数据;通过皮尔逊相关系数分析了这15个基因彼此间的表达相关性,分别获得105对基因的双变量相关系数(r12)和偏相关系数(r12.3),所有105对基因的双变量相关系数(︱r12︱)和偏相关系数(︱r12.3︱)的平均值分别为0.486±0.220和0.304±0.211,达到0.05的差异显著水平。其中,r12与r12.3方向相同的63对(60%),方向相反的42对(40%);︱r12︱<︱r12.3︱的23对(21.905%),︱r12︱>︱r12.3︱的82对(78.095%);双变量相关显著性P<0.05的76对(72.38%),P<0.01的59对(56.19%);偏相关显著性P<0.05的21对(20%),P<0.01的16对(15.24%)。结果显示,这两条途径中的基因表达彼此相关,这为基因表达谱分析中普遍采用的前提假设"功能相关基因的表达相关"提供了进一步的实验证据,可用于挖掘、筛选和预测与橡胶生物合成相关的未知基因,为研究橡胶树产量形成的分子调控机理提供理论基础。

橡胶树橡胶生物合成调控相关基因表达丰度比较

蛋白质是构成生命系统的基本元件之一,是大部分生物学功能的执行者。蛋白质丰度与其生物学功能息息相关,其丰度受基因表达过程中各环节严格精密的调控。其中,蛋白质丰度与其相应mRNA丰度存在较强的相关性,蛋白质丰度差异的40%可由mRNA丰度来解释。茉莉酸信号途径调节巴西橡胶树中的天然橡胶生物合成,但相关基因彼此间的表达丰度差异尚待阐明。该文比较了S/2D d3割胶制度下,15个橡胶生物合成调控相关基因COI1、JAZ1、JAZ2、JAZ3、MYC1、MYC2、MYC3、MYC4、MYC5、GAPDH、HMGR1、SRPP、REF、HRT1、HRT2以及2个常用内参基因18S、ACTIN1在10个橡胶树种质胶乳中的表达丰度差异;将ACTIN1的表达丰度设定为1,以此为标准计算出样品中其他基因的表达丰度。结果表明:相同个体中不同基因的转录丰度差异明显,不同个体中相同基因集的丰度大小排序存在一定差异;同一基因在不同个体中的转录丰度差异明显,这16个基因的最大丰度分别是最低丰度的9.43、6.04、10.02、12.29、18.82、9.22、38.46、112.83、121.36、15.34、19.09、13.54、10.05、19.80、24.83、11.82倍,他们的变异系数分别为73.05%、55.19%、69.09%、67.37%、66.59%、53.87%、83.25%、122.02%、166.34%、59.89%、70.59%、75.67%、74.20%、68.34%、84.23%、78.59%;总的来说,在群体水平上,16个基因的转录丰度从高到低依次为18S>SRPP>HMGR1>REF>MYC2/HRT1>COI1>MYC1/MYC4>GAPDH/JAZ1/MYC5>JAZ2>HRT2/MYC3/JAZ3,他们的群体平均丰度依次为ACTIN1的28382.26、43.64、11.39、7.16、5.47、5.10、1.07、0.75、0.74、0.45、0.42、0.33、0.12、0.06、0.06、0.04倍。值得注意的是,无论在个体水平还是群体水平上,18S的丰度毫无疑问是最大的,在mRNA中,SRPP的丰度最大,JAZ1大于JAZ2和JAZ3,MYC2大于MYC1、MYC3、MYC4、MYC5,HRT1大于HRT2。综上结果表明,结构基因和功能基因的丰度高于调控基因。在基因相对表达分析中,常对目的基因和内参基因作均一化处理,从而掩盖了不同基因间的真实丰度差异,因此,在基因表达分析中,既要关注基因的相对表达量,也要关注基因间的丰度差异,这有助于更全面地理解基因的功能。

通过胶乳转录组分析探析巴西橡胶树橡胶生物合成的研究

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)是天然橡胶(顺式-聚异戊二烯)商业化生产中栽培最为广泛的一个物种。本研究中,为了深入分析并了解胶乳转录谱,尤其是橡胶生物合成相关基因的转录表达情况,我们从橡胶树的胶乳这种代表单一细胞类型的胞质成分中分离得到10 040个表达序列标签(ESTs),经ESTs序列编辑组装之后共获得3 441个独立转录本(UTs)。基于标准基因词汇体系对这些UTs进行功能分类的结果显示,它们中的73.8%均与未知功能的基因相关。在高度表达的ESTs中,编码橡胶生物合成及应激或防御相关蛋白的ESTs占有相当大的比例,其中编码分属三个蛋白质家族的橡胶粒子膜蛋(RPMPs)的序列其所占ESTs的比例即高达12%。从这些ESTs中还鉴定出了九种RPMP异型体(7.9～27KDa),其中包括14 Kda的REF(橡胶延伸因子)及22 Kda的SRPP(小橡胶粒子蛋白)。试验中利用抗REF及SRPP抗体也检测到了胶乳中多种RPMP异型体的表达。此外,EST及定量逆转录-多聚酶链式反(QRT-PCR)分析均证实REF和SRPP为胶乳中最丰富的转录产物。除橡胶生物合成之外,比较序列分析结果显示,RPMPs与植物界存在的应激相关蛋白序列具有高度相似性。最后,本文还根据转录本丰度及差异基因表达就RPMP在顺式-聚异戊二烯生物合成中的功能作了进一步的探讨和推测。

硅橡胶膜生物反应器及其用于乙醇连续发酵的研究

简述硅橡胶膜生物反应器应用于生物转化、生物降解和生物发酵的过程原理和研究现状,重点介绍乙醇连续发酵硅橡胶膜生物反应器的技术特点及应用研究进展,提出实现中试或工业规模生产需要解决的主要问题,包括高性能硅橡胶复合膜的研发,生物发酵反应动力学和膜分离传质动力学研究,以及反应器系统的结构设计,并报道了四川大学膜工程研究室在提高膜性能方面取得的突破进展。

利用cDNA微阵列分离橡胶胶乳生物合成相关基因的研究

天然橡胶是中国重要的热带经济作物,关系到国计民生的重要战略物资。通过对橡胶叶与胶乳mRNA的提取,及其逆转录产物cDNA经Cy3、Cy5荧光染料标记后,进行芯片杂交,杂交数据经分析结果显示,在橡胶胶乳中表达上调达显著的基因有105个,其中表达极显著的基因有44个,包括elongation factor Tu(延伸因子基因),thioredoxin H-type1(硫氧还蛋白H型1基因),4个zinc finger(C3HC4-type RING finger)family protein(锌指蛋白基因)等。在橡胶叶中表达显著的基因有151个,其中表达极显著的有34个。研究结果对于发现橡胶胶乳表达相关基因有着重大的实践作用,对研究橡胶生物合成相关基因具有重要的参考作用,这将为研究橡胶生物合成机理奠定基础。

硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造乙醇放大实验及该发酵系统的基本性能

设计构建了发酵罐体积为5L,单张膜有效面积为0.08m2的平板硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵系统,实验研究了该系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性能。当发酵罐中乙醇浓度在30～60g·L-1时,得质量浓度为17%～28%的冷凝渗透液。在连续运行中,细胞浓度维持在10～24.8g·L-1,料液罐中葡萄糖浓度大约为30～50g·L-1,乙醇的体积产率为2.33～3.99g·L-1·h-1,膜的渗透通量和分离因子分别为800～1050g·m-2·h-1和5.1～8.6。在连续269h运行中,得到乙醇1999g,基质转化率为87.2%,碳回收率为89.5%,产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22.2%左右。

橡胶籽生物柴油与橡胶材料的相容性研究

对橡胶籽生物柴油与氟橡胶、丁腈橡胶等8种橡胶材料的相容性进行研究,结果表明,所有橡胶样品在橡胶籽生物柴油中均发生不同程度的物性变化(质量、体积、表面边长增大,硬度发生变化),变化程度由大到小的顺序为:天然橡胶>三元乙丙橡胶>氯丁橡胶>聚丙烯酸酯橡胶>丁腈橡胶>氢化丁腈橡胶>氟硅橡胶>氟橡胶;对比研究橡胶籽生物柴油、调合橡胶籽生物柴油及石化柴油对橡胶材料相容性的影响,结果表明,油品中橡胶籽生物柴油含量越低,橡胶材料质量、体积、硬度等物性变化越小;对调合橡胶籽生物柴油与典型车辆用O型密封圈相容性研究的结果表明,两者具有良好的相容性;同时,对不同含胶率的丁腈橡胶与橡胶籽生物柴油的相容性研究的结果表明,含胶率不同,丁腈橡胶物性变化也不同,可以通过调整橡胶材料的含胶率来减少橡胶籽生物柴油对其质量、体积、硬度等物性变化的影响。

硅橡胶膜生物反应器降解甲苯的细胞生长动力学

用新型硅橡胶膜生物反应器和假单孢菌(Pesudomonas putida mt-2)作为降解微生物,研究了溶解于废水中的甲苯的生物降解。实验测定了废水中甲苯的浓度,培养液中的细胞浓度和溶解氧浓度等。根据废水中甲苯浓度变化计算出的甲苯降解率在废水对培养液流量比为200/100mL h-1时达到93%,根据细胞浓度变化和甲苯浓度变化计算出的细胞比产率在流量比为30/100mL h-1时达到0.00221OD660 (mg L-1) -1。对细胞生长情况进行的分析表明,Monod方程难于描述这种反应器中的细胞生长动力学表现。在关于膜传质动力学问题研究的基础上,通过质量平衡方法构造了一个关于细胞生长的反应动力学模型,用模型进行的细胞生长理论计算与实验结果有较高的吻合程度。

硅橡胶膜生物反应器苹果原汁发酵研究(I)——微生物与膜器

基于细胞生长更新和产物原位分离的思想,设计了一套硅橡胶膜生物反应器进行苹果原汁的发酵实验,对2种自然选育的苹果酒酵母和一种工业化的酿酒高活性干酵母进行驯化,筛选出了一株较为理想的发酵菌株2401(驯化糖度为13%)。发酵-渗透蒸发耦合实验表明,25℃时细胞密度24 h即可达到108个/ml,经过渗透气化分离出产物后,细胞浓度有所提高;发酵96 h,残糖浓度下降到4%以下;膜渗透蒸发分离出的渗透液中轻组分浓度w(当量乙醇)最高可达28%,渗透通量超过1000 g/(m2.h)。改变膜器结构和扩大膜面积后进行了发酵实验。自制的硅橡胶复合膜表现出优良的性能。结果表明,该膜生物反应器系统用于苹果原汁发酵在产物原位分离和发酵液封闭循环及反应条件控制等方面具有独特优点,在苹果加工制造苹果白兰地和发酵苹果汁软饮料方面具有工业开发前景。

橡胶籽生物柴油在柴油炊事装备上的应用研究

将橡胶籽生物柴油应用在电控立式柴油燃烧器、炊事挂车、自行炊事车、野战给养器材单元等装备上,并与常规矿物柴油进行对比试验。结果表明,橡胶籽生物柴油在着火性、火焰状态、燃烧稳定性、火焰温度等方面与原使用矿物柴油性能相当,但在烟气排放中,CO排放量显著低于矿物柴油,同时橡胶籽生物柴油燃烧效率较矿物柴油高,排放烟气温度低,燃油消耗量低。因此,在不改变炊事装备结构的情况下,用橡胶籽生物柴油完全可以替代常规矿物柴油,且使用橡胶籽生物柴油更有利于环保和节能。

橡胶籽生物柴油在柴油发动机上的应用研究

以0#轻柴油、-10#军用柴油为对比燃油,对调和生物柴油B5、B20(橡胶籽生物柴油含量分别为5%、20%,常规柴油含量分别为95%、80%)在WD61550柴油发动机上进行适应性研究,考察了柴油机燃用不同燃油时的外特性、负荷特性,测定了功率、扭矩、油耗等性能指标。研究结果表明,发动机使用调和生物柴油的外特性、负荷特性参数变化趋势与所用对比燃油一致;使用调和生物柴油B5时,发动机动力性、经济性与0#轻柴油几乎无区别,与-10#军用柴油相比略有下降;使用B20时,发动机动力性与0#轻柴油、-10#军用柴油相比稍有下降,油耗略有增加。总体来看,在不改变发动机结构情况下,调和橡胶籽生物柴油B5、B20可以替代0#轻柴油。

硅橡胶膜生物反应器在苹果原汁发酵过程中的膜分离性能

利用硅橡胶膜生物反应器进行了苹果原汁发酵-渗透汽化分离实验,研究了苹果发酵液中的主要风味成分及其渗透汽化分离性能。发酵液中的主要芳香成分与传统苹果酒接近,但酯类物质的含量较低。硅橡胶膜对发酵液中的挥发性轻组分表现出良好的选择透过性,高级醇、酯类和醛类的分离率分别达到90%、76%和67%;而乳酸乙酯、β-苯乙醇和乙酸被不同程度地截留。非挥发性有机酸被截留在膜上游发酵液中。草酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸得到不同程度地浓缩;苹果酸、酒石酸和乳酸在分离过程中可能被微生物细胞所消耗,其含量有所降低。硅橡胶复合膜在选择性地分离挥发性轻组分的同时有效地保护了发酵液中的有机酸等非挥发性营养成分,研究结果进一步证明了采用硅橡胶膜生物反应器同时生产苹果白兰地和果汁发酵饮料的可行性。

用硅橡胶膜生物反应器系统选育高性能酿酒酵母

应用硅橡胶膜生物反应器的发酵-渗透汽化耦合功能,进行长期封闭循环发酵,使酵母在这种特定环境下完成适应性自然进化,从而获得优势的突变株。以工业安琪酵母ADY为原始菌株,进行每一轮500h的封闭循环发酵,在发酵终点取菌悬液做平板筛菌,分离出遗传约200代的相对强势的新菌株,再转移新菌株进行同样的发酵和终点筛选实验。如此的发酵-筛选-转移实验共进行了3轮。试验结果表明:ADY遗传超过600代的菌株S33,在500h封闭循环发酵残液配制的培养基条件下,表现出了明显的环境适应性遗传优势,其细胞生长速率、产物乙醇的比生成速率和糖转化率都相对原种菌ADY分别提高了约71.8%、53.6%和52.7%。

橡胶籽生物柴油氧化安定性及改性研究

对橡胶籽生物柴油用SH/T 0690,SH/T 0175,EN 14112等方法,通过过氧化值、运动粘度、酸值、碘值、不溶物、诱导期等指标评价其氧化安定性。结果表明,氧化过程中橡胶籽生物柴油的过氧化值、运动粘度、酸值、不溶物增加,碘值降低,其中异辛烷不溶物比总不溶物量大很多,对于高度氧化的橡胶籽生物柴油与非极性物质如矿物柴油混合时应引起重视。同时,未经改性的橡胶籽生物柴油氧化安定性差,诱导期远远不能满足国家标准要求,但经添加抗氧剂进行改性后,橡胶籽生物柴油氧化安定性得到明显改善,诱导期能够满足国家标准要求。所研究的5种抗氧剂均能改善橡胶籽生物柴油的氧化安定性,其中抗氧剂BS-100效果最好。

橡胶籽生物柴油性能研究

对橡胶籽生物柴油润滑性、燃烧性、与橡胶相容性、氧化安定性、低温流动性等性能进行了研究。结果发现:橡胶籽生物柴油润滑性优于石化柴油,使用橡胶籽生物柴油发动机磨损小;橡胶籽生物柴油十六烷值高,燃烧性能好;橡胶籽生物柴油与橡胶材料的相容性较差,可选择性使用橡胶材料以满足要求;橡胶籽生物柴油氧化安定性很差,经加入抗氧剂后能明显改善,且能满足国家标准要求;橡胶籽生物柴油低温流动性较石化柴油差,但调和使用时,石化柴油的低温流动性所受影响有限。

利用硅橡胶膜生物反应器适应性进化培育耐持久力酵母菌株

酵母是影响乙醇发酵的关键因素之一。本实验设计了一种通过适应性进化改进酵母菌株性能的方法:将工业酵母菌株接种到硅橡胶膜生物反应器中进行长期封闭循环连续发酵,通过递进转移的方式进行适应性培养并筛选出优势酵母菌株。硅橡胶膜渗透汽化同步分离乙醇使发酵过程长期连续运行,发酵代谢产物中多种非透过性物质连续累积,发酵液不断恶化的环境为酵母适应性进化提供了选择压力。通过实验发现,从每轮500 h连续发酵终止时分离繁衍约200代的菌株,在残液培养基中具有更高的生长速率和乙醇产率,表现出明显的适应性进化特征。研究表明,采用这种方法选育的酵母菌株,延长封闭循环发酵的时间并维持较高的乙醇得率是可行的,对推进封闭循环乙醇发酵生产工艺的发展有利。

硅橡胶膜生物反应器生物转化制备香草醛

在硅橡胶膜生物反应器(SRMBR)系统中用丁香油为原料和大豆酯氧化酶(SBLOX)为催化剂,进行了生物转化制备香草醛的实验研究。与摇瓶发酵实验相比,在SRMBR中的发酵由于硅橡胶膜的渗透萃取即时分离,在很大程度上消除了产物香草醛的氧化损失和酶的产物抑制,原料丁香油转化率从0.038%提高到1.01%。高效液相色谱(HPLC)分析表明,香草醛在膜下游萃取液中的最高质量浓度达到了121.53 mg/L,远高于摇瓶实验的8.14mg/L,香草醛的峰面积比为70.08%。又在反应器中加入活性炭吸附剂,使转化率进一步提高到1.14%,膜下游萃取液最高质量浓度为140.27 mg/L,香草醛的峰面积比达到93.53%。

新型生物工程橡胶的设计和制备

以1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、癸二酸和衣康酸4种单体为原料,采用熔融缩聚的方法合成新型生物工程橡胶聚(丁二醇/丙二醇/癸二酸/衣康酸)(PBPSI)共聚酯,并采用傅立叶转换红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热仪等对其结构和性能进行表征。结果表明,PBPSI具有较高的相对分子质量、远低于室温的玻璃化温度、优异的物理性能和良好的环境稳定性。

微生物凝固天然橡胶的硫化动力学研究

微生物凝固的天然橡胶(MCNR)具有质量一致性好和硫化胶拉伸强度高的优点,对其硫化过程进行研究可以为天然橡胶原料及制品生产提供指导依据。采用硫化仪及回归分析方法,对MCNR的硫化反应动力学进行了研究,结果表明:MCNR凝块熟化不同时间的样品的硫化反应级数均接近1;其凝块熟化时间和盐酸羟胺(HAHC)均不影响硫化反应历程,但影响硫化反应速率;随着熟化时间延长,硫化反应速率常数均明显增大;而在鲜天然胶乳中加入0.1%的HAHC会降低硫化反应速率常数,表明HAHC抑制了天然胶乳中微生物的活动。