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【6h】

3-羟基丙醛影响克雷伯氏菌代谢及基因工程菌的构建研究

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目录

声明

摘要

主要符号对照表

1 前言

1.1 1,3-丙二醇的性质及主要应用

1.1.1 1,3-丙二醇的物理性质

1.1.2 1,3-丙二醇的化学性质

1.1.3 1,3-丙二醇的主要应用

1.2 1,3-丙二醇的生产方法

1.2.1 化学合成法

1.2.2 生物合成法

1.3 3-羟基丙醛积累影响克雷伯氏菌代谢的研究

1.3.1 中间代谢产物3-羟基丙醛积累

1.3.2 降低3-羟基丙醛积累的研究

1.4 聚羟基脂肪酸酯(PHA)的简介

1.4.1 PHA的性质及分类

1.4.2 PHA的分类

1.5 PHB的合成与生物抗逆

1.5.1 合成PHB的微生物

1.5.2 微生物合成PHA的途径

1.5.3 PHA与生物抗逆

1.6 课题研究的目的意义

1.6.1 研究目的及意义

1.6.2 论文的主要研究内容

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 菌株与质粒

2.1.2 培养基

2.1.3 主要实验设备及仪器

2.1.4 主要试剂

2.2 实验方法

2.2.1 培养方法

2.2.2 生物量的测定

2.2.3 发酵液中的底物与产物浓度测定

2.2.4 3-羟基丙醛含量的测定

2.2.5 关键酶活性的测定

2.2.6 NAD+及NADH2的测定

2.2.7 质粒的提取,酶切,切胶回收及连接方法

2.2.8 感受态细胞的制备

2.2.9 感受态细胞的转化

2.2.10 SDS-PAGE电泳

2.2.11 PHB的测定方法

3 结果与讨论

3.1 3-羟基丙醛积累对克雷伯氏菌1,3-丙二醇代谢的影响

3.1.1 克雷伯氏菌HR521发酵生产1,3-丙二醇

3.1.2 添加盐酸氨基脲对克雷伯氏菌3-羟基丙醛积累的影响

3.1.3 3-羟基丙醛对克雷伯氏菌1,3-丙二醇合成关键酶的影响

3.1.4 小节

3.2 PHB路径在克雷伯氏菌中的构建

3.2.1 重组载体pDK6-CAB的构建

3.2.2 PHB路径在大肠杆菌中的构建

3.2.3 PHB路径在克雷伯氏菌中的构建

3.2.4 小节

3.3 工程菌1,3-丙二醇发酵特性

3.3.1 工程菌PHB含量的测定

3.3.2 工程菌和野生菌发酵特性对比

3.3.3 工程菌耐3-羟基丙醛性能对比

3.3.4 小节

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读学位期间发表论文情况

致谢

附录

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摘要

1,3-丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料,其最主要的用途是合成性能优异的新型聚酯聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的重要单体,近年来,以生物柴油的副产物甘油生产高附加值的1,3-丙二醇,已成为提升生物柴油产业链经济性的重要途径。
  本论文从3-羟基丙醛(3-HPA)积累对克雷伯氏菌生理代谢的影响入手,探讨了3-HPA对克雷伯氏菌PDO代谢的影响。当甘油浓度为70g/L时,高浓度3-HPA积累,导致发酵异常终止。盐酸氨基脲可诱导3-HPA的合成,考察了不同浓度盐酸氨基脲对克雷伯氏菌发酵的影响。低浓度盐酸氨基脲可以诱导发酵过程中3-HPA浓度有小幅度提高,并促进克雷伯氏菌菌体生长;当盐酸氨基脲浓度高于10mmol/L,3-HPA在发酵液中高浓度积累,发酵异常终止。
  本文还考察了3-HPA积累对克雷伯氏菌PDO合成关键酶及辅酶的影响。在高浓度(7.05mmol/L)3-HPA积累时,甘油脱水酶活力较低浓度时(2.45mmol/L)提高一倍,甘油脱氢酶活力降低了33.33%,PDO氧化还原酶活力降低37.5%。因此,细胞内3-HPA合成速率加快,而被转化为PDO的速率降低而导致3-HPA积累。在高浓度3-HPA积累时,发酵液中NADH2仅为低浓度3-HPA时的38.49%,同时NAD+升高了43.36%,还原力不足也是导致PDO合成受阻,发酵终止的另一重要原因。
  在考察了3-HPA积累对克雷伯氏菌生理代谢影响的基础上,以提高克雷伯氏菌对3-HPA耐受性为思想基础,将聚羟基丁酸路径引入克雷伯氏菌中,构建了新型基因工程菌,在发酵过程中,经IPTG诱导,工程菌中检测到了PHB,优化的IPTG诱导浓度为0.5mmol/L。初始甘油浓度为70 g/L时,野生菌由于高3-HPA积累而发酵终止,而工程菌K.P/pCAB可耐受高浓度3-HPA,正常发酵生产PDO。发酵72h时,PDO产量可达31.30g/L,较野生菌增加了39.71%,其PDO得率为43.89%。
  本研究有助于加深对克雷伯氏菌1,3-丙二醇代谢机理的认识,为克雷伯氏菌的进一步优化提供了新的思路。

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