《藍細菌捕集二氧化碳直接轉化生物燃料的研究》是依託山東大學，由王曙光擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：藍細菌捕集二氧化碳直接轉化生物燃料的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王曙光
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近年來全球範圍的能源短缺與氣候變化問題引起了廣泛的關注。研究表明，基於木質纖維素類碳源的生物燃料可以作為一條解決能源危機的潛在途徑，但該技術無法有效緩解CO2類溫室氣體的排放。如何在生物燃料合成的同時控制環境中CO2類溫室氣體的含量是當前亟待解決的難題。目前，藍細菌捕集CO2合成生物燃料的研究取得了長足進展，然而研究沒有將生物燃料合成與CO2捕集有機結合，很少從整個代謝過程的碳通量入手開展工作。基於此，本研究兼顧CO2捕集和生物燃料合成，以CO2捕集為起點，以碳的轉移為軌跡，逐步開展藍細菌捕集CO2合成生物丁醇的研究。本研究旨在探索一種可以有效捕集CO2、合成生物燃料的新型生物技術：探索環境因素與代謝產物對CO2捕集與丁醇合成的影響，篩選兼具CO2捕集和生物丁醇合成功能的藍細菌工程菌並揭示其生理學原理，為進一步開展生物燃料的研究提供理論基礎，為緩解全球能源危機和氣候變化問題提供技術支持。
結題摘要
藍細菌是一種典型的光合自養微生物，它可以直接以CO2為底物合成生物燃料。本項目以藍細菌捕集CO2和生物燃料合成過程為研究對象，探索了兼顧CO2有效捕集和生物燃料合成新技術，調控藍細菌代謝過程強化其對有機碳源的利用，提高CO2捕集效率，並對藍細菌的環境回響機制和生態效益進行深入研究。主要研究成果如下： （1）開發了一種包含PBAD誘導模組和阿拉伯糖代謝模組的分子生物工具包。在PBAD啟動子作用下，藍細菌可以利用相對廉價的阿拉伯糖進行生長。此外，該工具包還可以對下游基因的表達和代謝強度進行調控，最佳化藍細菌作為合成生物能源的平台。 （2）構建了兼養型藍細菌工程菌，利用有機碳源，如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等進行生長，並實現了黑暗條件下連續生長。通過轉錄組學分析，探索外源糖代謝通路的引入對全局基因的變化。 （3）研究發現E.coli中的GroE體系能夠促進原核基因在釀酒酵母中的表達，這為釀酒酵母真核基因在藍細菌中的有效表達提供了技術支撐。 （4）研究通過導入核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶/加氧酶和磷酸核酮糖激酶，實現了釀酒酵母與卡爾文循環的整合。該工程菌株釋放的CO2含量降低。這使生產生物燃料過程中，降低溫室氣體的排放成為可能。 （5）發現了低濃度抗生素能夠導致藍細菌的聚集現象。由於低濃度抗生素引起藍細菌膜表面zeta電位的升高，胞外蛋白與多糖的比值下降從而導致藍細菌的聚集。此外，在pH為5或特定濃度Na+、Mg2+下，抗生素的誘導效果更加明顯。研究還探索了低濃度的抗生素對藍細菌生物膜形成的影響。適當濃度抗生素的存在能夠促進藍細菌生物膜的形成，受光合作用調節的鈣化過程可能會上調。 （6）研究表明，藍細菌對亞甲基藍的吸附性能隨滲透壓的增加而增強，這主要是由壓力脅迫下，胞外多糖的過量分泌和碳酸酐酶的上調導致。 （7）通過將alsS、ilvC、ilvD、kivd、YqhD五個外源基因以及adhII、pdc 2個外源基因引入藍細菌中，成功構建了產乙醇和異丁醇的藍細菌工程菌，並通過調節氮源、鹽度等條件，發現外界環境壓力對異丁醇產量的影響，為增加生物能源的產量提供一種新的思路。
