CN105802887B - 具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株及其应用。该菌株分类命名为运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），其保藏编号为CGMCC No.11888，保藏日期为2015年12月17日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。本发明保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），可以在含有20 g/L以上的盐培养液迅速生长，这使本发明的运动发酵单胞菌可在较高盐浓度的条件快速下进行乙醇及其他生物基产品的发酵。

Description

具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株及其应用
技术领域
本发明涉及一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株及其应用，属于微生物技术领域。
背景技术
运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）作为唯一一种通过ED代谢途径（兼性厌氧）发酵葡萄糖的微生物，具有较高的乙醇发酵效率和乙醇耐受性等优势，已成为构建产乙醇工程菌及其他生物基产品的的优选宿主之一（Biotechnology for Biofuel, 2014, 7:101）。尽管Z. mobilis能耐受高浓度的糖(可达200 g/L葡萄糖)和13%的乙醇，但与之相比，该菌对盐比较敏感，在含有15 g/L NaCl 的液体培养基中菌株生长受到极大抑制。而目前，一些耐盐植物已经用于改良盐碱地，这些植物资源也可作为一种潜在的生物质资源而加以利用。已有的研究也初步表明：这些耐盐植物中具有一定浓度的盐分（如钠盐等），如耐盐植物叶片中Na+可达10.327 mg/g以上，K+可达39.390 mg/g以上，Cl-可达24.241 mg/g以上。这些生物质水解后，其盐分依然存在于水解液中，可抑制运动发酵单胞菌对这些生物质水解液的发酵。另外，在生物柴油加工工程中形成的副产物甘油等，也含有较高浓度的盐分，阻碍了其进一步的应用。因此，构建具有高盐耐受性的运动发酵单胞菌将为其利用奠定技术基础。
但由于盐对该菌影响机理的复杂性，目前还难以通过传统的基因工程手段构建具有高盐耐受性的工程菌株，也未见通过基因工程手段及其它手段提高盐耐受性的相关报道。目前，通过转座子突变技术已成为一种备受关注的菌种改造方法，通过转座子的随机突变，不仅可以选育具有抗逆性的微生物工程菌株，同时也可以了解其可能的分子机制。但目前该方法还较少应用于运动发酵单胞菌的性状改良，也未见该方法用于提高盐耐受性的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的运动发酵单胞菌难以耐受高浓度盐的缺陷，提供一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株及其应用。本发明可以在高浓度盐存在条件下快速高效的进行乙醇及其他生物基化学品的发酵。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株，其特征在于：该菌株分类命名为运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），其保藏编号为CGMCC No.11888，保藏日期为2015年12月17日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株的应用，其特征在于：将保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）用于发酵生产生物基化学品。
所述保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）用于发酵生产生物基化学品中，发酵过程的全部或者部分在不低于20 g/L的盐浓度下进行。
所述保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）用于发酵生产乙醇。
所述保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）用于发酵生产乙醇的方法如下：
（1）、将原料预处理，获得水解液；
（2）、向水解液中接种保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），进行发酵，得到发酵液；
（3）、从发酵液中分离乙醇。
所述步骤（1）中，预处理使水解液含有不低于20 g/L的盐。
所述步骤（2）中，保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）的接种量为发酵体积的10%。
采用本发明的优点在于：
本发明保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），可以在含有20 g/L以上的盐培养液迅速生长，这使本发明的运动发酵单胞菌可在较高盐浓度的条件快速下进行乙醇及其他生物基产品的发酵。
具体实施方式
实施例1
生物材料保藏
本发明所述菌株来源于实验室模式运动发酵单胞菌ZM4，通过TN5转座子随机突变技术及BioScreening C高通量筛选，最终获得一株具有高盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株ZMT2。该菌株分类命名为运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis），其保藏编号为CGMCCNo.11888，保藏日期为2015年12月17日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
本发明的运动发酵单胞菌菌株ZMT2能在培养基中含有高浓度盐的条件下快速高效的发酵生产生物基化学品。
以下以发酵生产乙醇为例，对发酵生产生物基化学品进行说明。
发酵生产乙醇所用的原料没有特别的要求，可以为常规的各种含有纤维素的原料、糖蜜、生物柴油甘油废弃副产物等。
其中，发酵条件没有特别的要求，可以为常规的各种用于制备乙醇的发酵条件，由于本发明的保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）对盐具有优异的耐受性，优选地，所述运动发酵单胞菌的发酵条件包括：发酵过程的全部或者部分在不低于20 g/L的盐浓度下进行。
发酵生产乙醇的方法包括如下步骤：（1）将含有一定盐浓度的纤维素生物质水解液、糖蜜、生物柴油甘油废弃副产物等进行预处理等，获得水解液；（2）向所述水解液中接种耐盐运动发酵单胞菌发酵菌种，进行发酵，得到发酵液；（3）从所述发酵液中分离乙醇；所述发酵菌种含有如上所述的运动发酵单胞菌。
其中，所述发酵生产乙醇所用的原料预处理技术没有特别的要求，但含有一定浓度的盐份。所述步骤（2）中，保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）的接种量为发酵体积的10%。
其中，由于保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）对盐具有优异的耐受性，优选地，酶解的条件使得所述酶解液含有不低于20 g/L的盐。
实施例2
本制备实施例用于说明含有盐的RM培养基的制备，以及由含有纤维素的原料（玉米秸秆）制备酶解液的过程。
按照20.0 g/L 葡萄糖、10.0 g/L 酵母粉、1.0 g/L MgCl2、1.0 g/L (NH4)2SO4和1.0 g/L KH2PO4的配方配置得到基础RM培养基。在基础RM培养基中添加20 g/L的NaCl，得到RM调整培养基。
将玉米秸秆等切成2厘米左右的小段，然后加水调节含水量为40重量％；输送至保温压力装置中，在195℃、1.6兆帕下进行蒸汽爆破，并收集蒸汽爆破产物，并将所得蒸汽爆破产物与70℃的水按照重量比1:3搅拌混合30分钟，然后加入浓度为72重量％的硫酸溶液使硫酸的浓度稀释到2重量％，30℃下搅拌30分钟，得到稀酸处理产物。对稀酸处理产物进行酶解，以每克含纤维素的原料的干重计，纤维素酶的用量为18酶活力单位，温度为52℃，时间为38小时，pH值为4.0；得到酶解液，然后添加浓度为20 g/L的NaCl，得到测试培养基。
实施例3
本实施例为测试实施例。将保藏编号为CGMCC No. 11888的运动发酵单胞菌接种于灭菌后的RM调整培养基中，于30℃条件下静止培养72小时，发酵24小时后每隔12小时进行取样。利用紫外分光光度计在600 nm处测定其生长情况，利用HPLC测定不同发酵时间的葡萄糖消耗情况及乙醇生产情况。结果如表1和表2所示。
表1
表2
从表1和2的数据可以看出，本发明的保藏编号为CGMCC No. 11888的运动发酵单胞菌具有较高的盐耐受性，具有较快的生长速率、较高葡萄糖利用速率及较高的乙醇产率。
实施例4
本实施例为又一测试实施例。将保藏编号为CGMCC No. 11888的运动发酵单胞菌接种于灭菌后的制备实施例2得到的酶解液（由玉米秸秆制备得到，盐浓度为20 g/L）中。接种的浓度为104CFU/mL，于30℃下于发酵罐中搅拌培养40小时。在100℃蒸馏所得发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3℃下二次蒸馏可得乙醇，按照下式计算乙醇产率。
乙醇产率＝100％×乙醇重量/秸秆干重
计算结果显示，在相同的发酵条件下，本发明的保藏编号为CGMCC No. 11888的运动发酵单胞菌乙醇产率达到27.8重量%，而野生型运动发酵单胞菌菌株的乙醇产率仅14.8重量%，由此可以看出，在较高盐浓度条件下，本发明的保藏编号为CGMCC No. 11888的运动发酵单胞菌可生成更多的乙醇。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (2)

1.一种具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株的应用，其特征在于：将保藏编号为CGMCCNo.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）ZMT2，保藏日期为2015年12月17日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，用于发酵生产乙醇，方法如下：
（1）、将原料预处理，获得水解液，水解液含有不低于20 g/L的盐；
（2）、向水解液中接种保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）ZMT2，进行发酵，得到发酵液；
（3）、从发酵液中分离乙醇。
2.根据权利要求1所述的具有盐耐受性的运动发酵单胞菌菌株的应用，其特征在于：所述步骤（2）中，保藏编号为CGMCC No.11888的运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）ZMT2的接种量为发酵体积的10%。
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