【摘 要】
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随着石油资源的枯竭和全球变暖加剧,生物质丁醇已成为最有前景的替代燃料。近年来,生物质丁醇主要靠产溶剂梭菌以木质纤维素等农业废弃物为底物,进行丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵所产生。但是,木质纤维素预处理的水解液中含有大量制约菌株生长和发酵的抑制物,如糠醛等,这大大限制了生物质丁醇的工业生产,因此提高对预处理水解液中抑制物的耐受性是目前亟待解决的难题。基于此,本课题以丙酮丁醇梭菌（Clostridiu
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随着石油资源的枯竭和全球变暖加剧,生物质丁醇已成为最有前景的替代燃料。近年来,生物质丁醇主要靠产溶剂梭菌以木质纤维素等农业废弃物为底物,进行丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵所产生。但是,木质纤维素预处理的水解液中含有大量制约菌株生长和发酵的抑制物,如糠醛等,这大大限制了生物质丁醇的工业生产,因此提高对预处理水解液中抑制物的耐受性是目前亟待解决的难题。基于此,本课题以丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicm）为研究对象,诱变和糠醛胁迫驯化筛选了一株高糠醛耐受的丙酮丁醇梭菌（F-3）,该菌株可以耐受3.0g/L的糠醛。进一步对其和原始菌株的生长差异以及丁醇产量进行了检测,结果显示,当糠醛浓度≤3.0g/L时,两株菌的生长差异随着浓度的升高而升高,F-3可以在该浓度范围内形成生物被膜,而原始菌株仅最高可在含有1.0g/L的糠醛中生长且形成生物被膜;当糠醛浓度＞3.0g/L时,两株菌均不能正常生长且发酵丁醇;并且F-3在糠醛浓度为3.0g/L时的丁醇产量高达8.3g/L。为了探索F-3对糠醛耐受的分子机制,进一步对F-3和原始菌株进行了有无糠醛胁迫时的基因组、转录组、蛋白组、代谢组四组学联合解析,发现,F-3应对糠醛压力时mcp、hfq、spo0A基因在转录组的表达量显著高于其原始菌株,并且相应的在蛋白组同样发现这些蛋白的显著上调表达。结合四组学数据进一步对这些基因的功能以及代谢通路进行分析发现,菌株F-3高耐受糠醛的机制可能主要是显著增强的细菌群体效应、生物被膜形成和孢子形成过程。本文初步解析了F-3高糠醛耐受分子机制,为今后采用基因工程手段改造获得直接可以利用木质纤维素生产丁醇的丙酮丁醇梭菌提供了大量的基础数据支撑,促进生物质丁醇的工业化生产与应用提供了理论依据。
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