利用纖維素及木糖的重組假單胞菌的構(gòu)建和PHA發(fā)酵研究的開題報告

利用纖維素及木糖的重組假單胞菌的構(gòu)建和PHA發(fā)酵研究的開題報告一、選題背景與意義隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，塑料制品的需求日益增長。然而，由于傳統(tǒng)石化塑料的制造和使用所帶來的環(huán)境污染、資源浪費等問題日益嚴重，因此綠色、環(huán)保、可持續(xù)的塑料替代品成為當今國家和全球的研究重點和發(fā)展方向。PHA聚羥基烷酯是一類由生物發(fā)酵制成的可生物降解塑料。由于其在生產(chǎn)、使用后能夠自然分解降解而不會對環(huán)境造成污染，因此，其在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展領域有著極高的應用前景。目前，已經(jīng)有大量的PHA生產(chǎn)微生物和生產(chǎn)方法被開發(fā)出來。然而，要實現(xiàn)PHA生產(chǎn)的工業(yè)化應用，需要從下面幾個方面加強研究：1、構(gòu)建高PHB積累的發(fā)酵菌株，提高PHA生產(chǎn)效率；2、開發(fā)PHA的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)量和品質(zhì)；3、選擇適合的原料，并實現(xiàn)廢棄物的回收再利用。利用纖維素及木糖的重組假單胞菌的構(gòu)建和PHA發(fā)酵研究，正是基于以上的研究需求而提出的一個有實際應用價值的課題。二、研究內(nèi)容和方案（一）研究內(nèi)容1、構(gòu)建具有高PHB積累能力的重組假單胞菌本研究中選擇了假單胞菌Pseudomonasputida作為研究對象。針對該菌株存在的PHB合成速率低、積累量少等問題，選擇合適的載體，構(gòu)建重組假單胞菌（如pBBR1MCS-2/PphaC-T7），用于提高PHB積累量。2、采用纖維素和木糖作為PHA生產(chǎn)原料纖維素和木糖是常見的生物質(zhì)原料，在當前研究中備受關注。本研究將優(yōu)先選擇木糖，探討PHA在木糖與磷酸鹽等微量元素的共同作用下的合成積累情況。進一步，通過對纖維素的預處理，采用混合基質(zhì)發(fā)酵PHA，并探究纖維素轉(zhuǎn)化率與PHA解理率之間的關系。（二）研究方案1、構(gòu)建pBBR1MCS-2/PphaC-T7重組假單胞菌利用PCR擴增PHA合成酶phbC和phbA并克隆到pBBR1MCS-2載體上，轉(zhuǎn)化進假單胞菌Pseudomonasputida中，得到含有phbC和phbA的重組假單胞菌（P.putida/phbCphbA）。2、優(yōu)化PHA生產(chǎn)條件基于木糖和纖維素作為PHA生產(chǎn)的原料，設計PHA的生產(chǎn)條件。在木糖發(fā)酵中探究以不同濃度的磷酸鹽為輔助物質(zhì)的PHA合成積累情況，并嘗試在木糖基質(zhì)中加入纖維素發(fā)酵，探究不同添加量的纖維素轉(zhuǎn)化率和PHA解理率之間的關系。（三）研究預期目標1、構(gòu)建一株高PHB積累能力的Pseudomonasputida假單胞菌，其PHB積累量能達到10g/L以上；2、優(yōu)化PHA的生產(chǎn)條件，得到經(jīng)濟、高效、可再生的PHA生產(chǎn)工藝；3、以纖維素和木糖為原料，實現(xiàn)PHA生產(chǎn)的可持續(xù)性和循環(huán)利用。三、研究的意義和貢獻1、通過優(yōu)化PHB積累腰斬和PHA的生產(chǎn)條件，為PHA的工業(yè)化應用提供了重要的技術和科學基礎；2、將生物質(zhì)材料纖維素和木糖作為PHA的生產(chǎn)原料，實現(xiàn)了生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展的目標；3、對木糖和纖維素作為PHA生產(chǎn)原料的研究，為生物質(zhì)材料的高效利用提供了借鑒和啟示。四、預期的研究難點1、構(gòu)建高PHB積累能力的假單胞菌，提高PHB合成速率、積累量；2、探究纖維素和木糖混合基質(zhì)的PHA生長、合成、積累以及代謝過程等方面，解決原料初始轉(zhuǎn)化速率較慢、轉(zhuǎn)化過程需要時間等瓶頸問題；3、在實驗操作和數(shù)據(jù)處理中