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利用秸秆生产酒精不但可以缓解能源危机,还能减轻粮食生产酒精造成的粮食紧张问题。应用混合发酵方法降解秸秆生产酒精的过程中,酒精的积累会对木质纤维素降解菌和降解酶产生抑制作用,目前很少有木质纤维素降解菌酒精耐受性的报道,对木质纤维素降解酶的酒精耐受性更是几乎没有资料提及。本实验针对木质纤维素降解菌的酒精耐受性问题,进行了菌种和木聚糖酶的一系列研究。 通过筛选培养基和酒精平板实验等方法,筛选到一株能耐受一定浓度酒精且可以高产木聚糖酶的细菌DT83。经生理生化鉴定和16SrDNA鉴定,确定DT83为短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)。 为了研究短小芽孢杆菌DT83产木聚糖酶的发酵条件和酒精耐受度,本实验首先对该菌的生长条件进行优化,得到了该菌的最适培养条件。然后对短小芽孢杆菌DT83酒精耐受度分析得出:短小芽孢杆菌DT83在固体平板上可以耐受10%酒精,在液体培养基中可以耐受8%酒精,明显好于大肠杆菌的酒精耐受度,甚至达到某些酿酒酵母的耐受程度。 利用液体发酵培养对DT83的产木聚糖酶条件进行分析得出,短小芽孢杆菌DT83产木聚糖酶的最适诱导碳源为木聚糖,最佳单因子氮源为蛋白胨,最适产酶温度为28℃,最适培养基pH值为8.5左右。实验选取4种氮源进行正交优化分析得出最佳的氮源组合为蛋白胨0.2%、酵母粉0.4%、硝酸铵0.4%、硫酸铵0.6%。DT83所产的木聚糖酶最适温度为50℃,最适pH值为6.5。木聚糖酶的酒精耐受性分析得出,在5%的酒精溶液中该木聚糖酶依然可以保持90%以上的活性,在10%的酒精溶液中可以保持75%以上的酶活,这是该领域首次提及酶的酒精耐受性问题。 本实验克隆到了DT83的木聚糖酶基因(xynA),序列分析结果表明这是一条新的序列。将xynA构建到pET-28a(+)载体上转化大肠杆菌(E.coli)BL21进行非融合表达。对转化子分泌胞外木聚糖酶的产酶条件分析得出:转化子产木聚糖酶的高峰在48h~60h,并且转化子的较高产酶能力可以保持20d以上;转化子产酶的最佳IPTG诱导浓度为0.02mmol/L,最适产酶温度为25℃~28℃;转化子木聚糖酶活最高可达到250IU以上,其中胞外可达到208IU。该转化子胞外酶活远远超过其他木聚糖酶外源表达的胞外酶活,为目前报道的国内外最高水平。利用SDS-PAGE分析转化子表达木聚糖酶情况得出:转化子胞内在4h即可表达出目的蛋白,胞内目的蛋白表达量在12h达到高峰;从SDS-PAGE电泳图可以看出转化子分泌的木聚糖酶分子量与短小芽孢杆菌DT83分泌的木聚糖酶分子量大小一致,与蛋白预测的22.7kD相符。 本文对产木聚糖酶的菌株和木聚糖酶在酒精耐受方向的研究,为利用木质纤维素生产酒精开辟了一个新的研究方向。同时,本试验研究了木聚糖酶基因的克隆和表达,实验得到的转化子能高效的合成木聚糖酶,并且大量分泌到胞外,胞外酶活值在该方向上处于国内外领先的水平,为木聚糖酶基因工程菌在工业上的应用迈出了重要的一步。