Development on ethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae

Xylose is the second major fermentable sugar present in lignocellulosic hydrolysates, so its fermentation is essential for the economic con- version of lignocellulose to ethanol. However, the traditional ethanol production strain Sacch- aromyces cerevisiae does not naturally use xy-lose as a substrate. A number of different ap-proaches have been used to engineer yeasts to reconstruct the gene background of S. cerevi- siae in recent years. The recombinant strains showed better xylose fermentation quality by comparison with the natural strains. This review examines the research on S. cerevisiae strains that have been genetically modified or adapted to ferment xylose to ethanol from three aspects including construction of xylose transportation, xylose-metabolic pathway and inhibitor toler-ance improvement of S. cerevisiae.

代谢木糖生产乙醇的基因工程菌研究进展

木糖广泛存在于林业及农业废弃物中 ,木糖发酵生产乙醇是再生资源的有效利用。文中报道了近几年来在利用基因工程菌发酵木糖生产乙醇方面的研究进展。重点介绍了大肠杆菌、酿酒酵母、树干毕赤酵母及运动发酵单胞菌的基因改造情况。

休哈塔假丝酵母对半纤维素戊糖和己糖的同步发酵

休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的改良菌种R能同时将半纤维素中的戊糖和己糖发酵成乙醇。当酵母细胞浓度高于8g/L和木糖含量高于总糖的20％时,较易代谢的己糖对木糖所产生的抑制作用可被消除。在30℃～40℃和限制供氧的条件下,90％以上的单糖得到了利用,乙醇得率为0.43～0.48g/g消耗的糖。厌氧发酵导致木糖的不完全利用和木糖醇的积累,而供氧过量则导致酵母细胞增殖并降低乙醇得率。该菌种对半纤维素水解液(如亚硫酸盐制浆废液、玉米秆水解液和落叶松浸提液)中的发酵抑制物有较高的忍耐能力,有重要的工业应用前景。

木糖发酵酒精代谢工程的研究进展

木糖发酵是生物转化木质纤维素产生酒精及其他化工产品最为重要的一环,但自然界中缺少能将上述生物质有效转化为乙醇的微生物菌种.近年来,根据代谢工程原理,利用基因工程技术对酵母和细菌进行遗传改造,或将木糖代谢途径引入传统的酒精发酵菌酿酒酵母及高酒精产生菌运动发酵单胞菌中,从而拓展其底物利用范围;或使原本可以利用多种糖底物的细菌获得选择性产生酒精的能力,构建了各种不同类型的木糖发酵重组菌株.虽然这些重组菌株在木糖转化酒精方面均显示出良好的应用前景,但仍存在诸多问题.有必要在对木糖代谢调控机制深入系统研究的基础上,进一步改造现有菌株,并结合生化工程技术对重组菌株发酵条件进行优化,以实现高效生物转化木质纤维素原料制取乙醇.本工作介绍了近年来代谢工程改造微生物菌种发酵木糖生产酒精的研究进展.

木糖发酵微生物的研究进展

木糖广泛存在于林业及农业废弃物中,木糖发酵生产乙醇是再生资源的有效利用。简述了木糖发酵微生物和木糖代谢工程菌的种类及研究进展。

木糖发酵重组菌研究进展

木糖发酵是植物纤维原料生物转化制取乙醇商业化生产的基础和关键 ,但自然界存在的微生物菌株不能满足商业化生产的需要。利用基因工程技术对细菌和酵母进行改造 ,以提高它们在厌氧条件下的木糖发酵能力成为目前研究和开发的重点。通过转基因和基因删除技术 ,主要对Escherichiacoli、Zymomonasmobilis、Pichiastipitis和Saccharomycescerevisiae等典型的乙醇发酵菌株实施基因改造 ,构建出一系列不同类型的木糖发酵重组菌株。与野生型菌株相比 ,重组菌株在厌氧条件下的木糖发酵能力得到了不同程度的改善 ,但是它们仍然未能投入于商业化生产。

重组酵母发酵半纤维素水解液生产酒精的研究

玉米秸秆中的半纤维素主要由五碳糖组成,普通的酿酒酵母不能发酵五碳糖。今利用基因重组酵母Sacchromyces cerevisiae ZU-10发酵玉米秸秆半纤维素水解液生产酒精,针对半纤维素水解液中的主要发酵抑制物,研究了硫酸根离子、乙酸、糠醛对重组酵母生长的影响,发现S.cerevisiae ZU-10细胞对SO42·,乙酸和糠醛的耐受浓度分别为5g·L·1、0.25g·L·1和0.08g·L·1。对玉米秸秆半纤维素的水解工艺进行了比较研究,结果表明,玉米秸秆采用1%H2SO4(固液比1:10),在95℃水解12h,其中的半纤维素水解率达到93%,发酵抑制物相对较少。半纤维素水解液经石灰中和、真空浓缩及离子交换处理后,可用于酒精发酵。半纤维素水解液的糖浓度与浓缩倍数及发酵抑制物浓度成正相关,对于重组酵母S.cerevisiae ZU-10,半纤维素水解液的适宜糖浓度为80g·L·1。在此浓度下,接种量1.2g·L·1(细胞干重计)、30℃、厌氧发酵96h,酒精浓度为31.05g·L·1,水解液中的木糖利用率达到95.85%。该研究结果对于促进半纤维素资源的转化利用,加速秸秆酒精的产业化进程具有重要意义。

木糖代谢工程菌的研究进展

木糖广泛存在于农副产业及林产业的木质废弃物中，利用微生物转化木糖产生乙醇的研究，对生物质再生资源的全利用有着重要意义。本文介绍了木糖代谢工程菌的研究进展和策略。

树干毕赤酵母发酵半纤维素稀酸水解液生产乙醇的研究进展

木质纤维原料经稀酸预处理后可得半纤维素水解液,水解液中主要含有木糖、葡萄糖和少量的其他糖,另外还含有一些乙酸、糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制物。综述了稀酸预处理条件、脱毒方法和树干毕赤酵母(Pichia stipitis)发酵水解液生产乙醇的国内外研究进展。

重组运动发酵单胞菌发酵木糖产乙醇的研究

用大肠杆菌的木糖代谢基因xylA、xylBt、ktAt、alB构建转座载体pXT,用于转座运动发酵单胞菌而使其获得新的代谢途径,能发酵木糖产乙醇。经转座获得的重组菌ZM-mtc9xt能在以木糖为唯一碳源的培养基上生长;在23%(质量体积比,下同)葡萄糖、6%(质量体积比,下同)木糖发酵中最高乙醇产量分别为98.3 g·L-1、24.1 g·L-1;在17%葡萄糖+6%木糖混合糖发酵中乙醇产量为88.9 g·L-1,比原始菌提高了22%。与原始菌相比,重组菌产生乙醇的速度显著加快,能在更低的营养条件和更高的温度下发酵生产乙醇。

纤维燃料乙醇生产中木糖发酵的研究进展

木糖是木质纤维质水解产物中含量仅次于葡萄糖的单糖,由半纤维素水解生成。研究表明,将木质纤维素原料中的木糖发酵生成乙醇,可提高纤维燃料乙醇的转化效率25%左右。天然菌种在发酵过程中具有副产物多、乙醇得率低、易污染、耐乙醇能力差等缺点,难以工业化应用。近年来许多研究者构建了可以高效代谢五碳糖和六碳糖的基因重组菌。虽然这些重组菌株在木糖转化酒精方面均显示出良好的应用前景,但仍存在诸多问题。本文介绍了近年来代谢工程改造微生物菌种发酵木糖生产酒精的研究进展,以期为利用农作物秸秆转化燃料乙醇研究提供参考依据。

葡萄糖对树干毕赤酵母发酵木糖的影响

对树干毕赤酵母Pichia stipitis间歇发酵和连续发酵木糖葡萄糖混合液进行了研究。结果表明,间歇发酵时葡萄糖对木糖发酵影响较小,当发酵液中葡萄糖质量浓度小于10.0 g.L-1时,树干毕赤酵母同步发酵利用葡萄糖和木糖。连续发酵木糖和葡萄糖时,葡萄糖对木糖发酵影响较大,以30.0 g.L-1葡萄糖和15.0 g.L-1木糖为发酵底物,当稀释率D=0.08 h-1时,木糖利用率为9.40%,乙醇质量浓度为12.55 g.L-1;当稀释率D=0.04 h-1时,木糖利用率达66.07%,乙醇质量浓度达16.93 g.L-1。

弱化乙醇途径关键酶活性减少酿酒酵母在丙酮酸发酵过程中副产物乙醇的积累

C4二元羧酸广泛应用于食品、医药和化工等产业。酿酒酵母被认为是生产C4二元羧酸的潜在最适微生物,但在高糖浓度及有氧条件下,它会产生大量的乙醇,对于以C4二元羧酸为目标产物来说,这会导致碳代谢流和辅助因子的损失。通过敲除PDC1和ADH1两个关键基因可同时弱化Pdc和Adh的活性,但导致菌体生长较弱。在最佳的培养基组成和培养条件下,双基因突变株的最大生物量与野生型菌株接近,发酵48 h时,最大乙醇产量为2.1 g/L,较野生型菌株最大乙醇产量下降了63.8%,此时,丙酮酸产量为2.0 g/L,而野生型菌株几乎不产丙酮酸。通过弱化乙醇途径关键酶活性可以有效减少乙醇形成,为解决利用酿酒酵母生产C4二元羧酸及其它有机酸中副产物问题提供了一个可供选择的策略。

木糖发酵重组酿酒酵母研究进展(英文)

近年来针对木质纤维素类原料生物转化乙醇的研究引起了广泛关注。乙醇的高产依赖于木质纤维素水解液中六碳糖和五碳糖的共同发酵。但是,传统产乙醇酵母酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae既不能发酵木糖,也不能利用该五碳糖生长。因此,研究人员尝试各种方法构建重组酵母菌以提高木糖发酵能力。作者综述了木糖发酵重组酿酒酵母菌的研究进展,包括天然木糖发酵微生物、木糖代谢途径、S.cerevisiae的代谢工程、原生质体融合以及基因组改组技术,同时也对目前研究存在的问题及研究前景进行了讨论。

木糖乙醇发酵技术研究进展与前景

本文对木糖乙醇发酵技术的国内外研究进展状况进行了综述。阐述了半纤维素(占纤维质的20%-35%)的充分利用是植物纤维质资源生产燃料乙醇经济可行的关键,其中成熟的木糖乙醇发酵技术是实现纤维质能源产业化的关键技术。并针对目前国际上木糖发酵生产乙醇技术的研究现状和最新进展,提出了未来的研究方向。

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。

微生物木糖发酵产乙醇的代谢工程

利用木质纤维素发酵生产乙醇具有广泛的应用前景。而自然界中缺少有效转化木糖为乙醇的微生物是充分利用纤维素水解产物、提高乙醇产率、降低生产成本的关键因素。多年来研究者利用分子生物学技术对微生物菌株进行了代谢工程改造,使其能更有效地利用木糖生产乙醇。以下主要对运动发酵单胞菌、大肠杆菌和酵母等候选产乙醇微生物的木糖代谢工程研究进展进行了概述。

代谢工程与全基因组重组构建酿酒酵母抗逆高产乙醇菌株

将酿酒酵母海藻糖代谢工程与全基因组重组技术相结合,改良工业酿酒酵母菌株的抗逆性和乙醇发酵性能。对来源于二倍体出发菌株Zd4的两株优良单倍体Z1和Z2菌株进行杂交获得基因组重组菌株Z12,并对Z1和Z2先进行(1)过表达海藻糖-6-磷酸合成酶基因(TPS1),(2)敲除海藻糖水解酶基因(ATH1),(3)同时过表达TPS1和敲除ATH1,经此三种基因工程操作后再进行杂交获得代谢工程菌株的全基因组重组菌株Z12ptps1、Z12Δath1和Z12pTΔA。与亲株Zd4相比,Z12及结合代谢工程获得的菌株在高糖、高乙醇浓度与高温条件下生长与乙醇发酵性能都有不同程度的改进。对比研究结果表明:在高糖发酵条件下,同时过表达TPS1和敲除ATH1的双基因操作工程菌株胞内海藻糖积累、乙醇主发酵速率和乙醇产量相对于亲株的提高幅度要大于只过表达TPS1,或敲除ATH1的工程菌。结合了全基因组重组后获得的二倍体工程菌株Z12pTΔA,与原始出发菌株Zd4及重组子Z12相比,主发酵速率分别提高11.4%和6.3%,乙醇产量提高7.0%和4.1%,与其胞内海藻糖含量高于其它菌株、在胁迫条件下具有更强耐逆境能力相一致。结果证明,海藻糖代谢工程与杂交介导的全基因组重组相结合,是提高酿酒酵母抗逆生长与乙醇发酵性能的有效策略与技术途径。

休哈塔假丝酵母转化木糖和葡萄糖为乙醇的发酵转录谱

【目的】探究木糖发酵典型菌株休哈塔假丝酵母在己糖和戊糖发酵中的转录谱及差异,筛选出与木糖利用和乙醇发酵代谢途径及调控相关的关键性酶和功能蛋白质基因。【方法】应用新一代高通量测序技术454 GS FLX Titanium分别构建了休哈塔假丝酵母木糖、葡萄糖发酵的cDNA文库,并进行De novo转录组的表达序列标签大规模测序和序列比较分析,进而挖掘出该酵母中参与木糖代谢和乙醇发酵的相关基因。【结果】分别对木糖和葡萄糖发酵样本进行二分之一RUN测序并各自得到60万条reads,序列平均长度400 bp。共拼接得到7250条(木糖)和7168条(葡萄糖)contigs,并利用BLAST对木糖样品和葡萄糖样品中的2421个基因(contig)和2456个基因(contig)进行了功能注释和GO分类。通过两个文库间的序列对比分析,共发现158个基因属于差异表达状态(P<0.05)。基于经典的糖酵解及乙醇发酵途径筛选出与木糖乙醇发酵相关的候选基因,并且比较分析其转录水平的差异。【结论】基于大规模转录谱测序和比较分析首次筛选出休哈塔假丝酵母中参与木糖代谢和乙醇发酵的基因群,可为后续的分子生物学及代谢调控研究提供基础数据。