| 基于代谢组学的微藻产能与厌氧消化过程研究 | |
| 杨大伟 | |
| Thesis Advisor | 郭荣波 |
| 2013-11 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Discipline | 化学工程 |
| Abstract | 生物能源对于解决人类面临的能源短缺和全球变暖两大危机具有重要的意义。生物能源产品主要有液态的生物乙醇和生物柴油，气态的沼气和氢气等多种能源产品。本文主要将代谢组学技术应用于微藻生物能源和秸秆基生物燃气中，对这些生物能源产品生产的瓶颈进行了探讨。本文研究内容主要集中于三方面：⑴ 代谢组学在绿藻光照制氢中的研究；⑵ 微藻营养胁迫下的脂类组学研究；⑶ 代谢组学在厌氧发酵过程中的研究。主要研究结果如下： （1）克隆得到莱茵衣藻、小球藻、斜生栅藻和卵配衣藻的氢化酶基因，分别将其与丙酮丁醇梭菌成熟因子hydE、hydF和hydG共表达，并引入六联组氨酸序列，构建了4种氢化酶在大肠杆菌BL21（DE3）中的异源表达载体。同时将基因改组技术应用于绿藻的[Fe]氢化酶改良研究，建立了四种绿藻氢化酶从DNA片段化到有引物PCR扩增的方法，并获得了卵配衣藻和斜生栅藻为引物的氢化酶改组基因，从而可以获得更多的氢化酶资源。 （2）绿藻光照制氢尤其是羰基氰化物间氯苯腙（CCCP）诱导制氢过程中的机制并不是很清楚，本文用代谢组学研究了莱茵衣藻在CCCP诱导产氢中的代谢途径变化。在莱茵衣藻CCCP诱导产氢中，CCCP抑制了糖酵解途径和淀粉合成途径，而莱茵衣藻本身所含的淀粉非常少，所以微藻产氢中的电子来源与糖酵解途径和淀粉无关。而三羧酸循环（TCA）保持正常运行，所以推测产氢机制是TCA产生NADH的转移到PQ中，然后再通过电子传递链传递到PS I，最后通过铁氧化还原蛋白传递给氢化酶从而导致氢气的产生。同时，CCCP诱导产氢中氨基酸的代谢途径对CCCP的诱导非常敏感，而且大多数的氨基酸的含量都会降低。这些结果对了解绿藻光照制氢的关键节点和代谢工程改造微藻提供了理论基础。 （3）微藻在营养胁迫条件下会积累油脂，但具体的脂类代谢途径变化并不是很清楚。本文以莱茵衣藻为研究对象，建立了一个基于芯片全自动电喷雾进样系统联用线性离子阱质谱来快速分析微藻中复杂脂类组学的分析平台。并将其应用于莱茵衣藻在氮缺乏和硫缺乏条件下的脂类代谢变化中，主成分分析发现莱茵衣藻在正常培养条件下和硫缺乏或者氮缺乏培养条件下的脂类代谢有明显不同，但是莱茵衣藻在营养缺乏下的脂类代谢并没有显著差异。莱茵衣藻在氮和硫营养缺乏下，含有不饱和键的甘油三酯的含量会提高而含有饱和脂肪酸链的会降低。在氮缺乏条件下含有奇数碳和偶数碳的单个甜菜碱DGTS脂类分子的变化趋势是相反的。这些都说明莱茵衣藻在营养胁迫培养时，某一种脂类的变化趋势和单个脂类分子的变化趋势不一定完全一致。 （4）分析微生物群落胞内代谢物对于研究微生物群落功能具有重要作用，对观察、评价和优化厌氧过程也非常有帮助。在本论文中第一次利用代谢组学的方法用于秸秆厌氧发酵过程中的微生物菌群功能研究。研究中首先针对厌氧发酵菌群代谢物组学分析的样品淬灭方法进行了优化比较，实验证明60%冷甲醇淬灭的方法适合复合菌群的样品预处理。其次优化了四种胞内代谢物提取方法包括乙腈/甲醇/水（2:2:1）、甲醇/水（1:1）、纯甲醇和水/异丙醇/甲醇（2:2:5），发现乙腈/甲醇/水的混合液是最好的提取方法。然后，将这个代谢组学的方法应用于两相发酵过程中，发现复合菌群在产酸相中胞内的脂肪酸含量比较多，而在产甲烷相中糖和糖醇的含量比产酸相高。结果表明由于微生物菌群结构的变化，在两相发酵中其代谢途径发生了很大的变化。 |
| Department | 生物制氢与沼气团队 |
| Subject Area | 生物制氢与沼气 |
| Date Available | 2014-04-03 |
| Subtype | 博士 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/1768 |
| Collection | 工业生物燃气研究组 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 杨大伟. 基于代谢组学的微藻产能与厌氧消化过程研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2013. |
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| 基于代谢组学的微藻产能与厌氧消化过程研究（7522KB） | 学位论文 | 1 | 开放获取 | CC0 | Application Full Text | |
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