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微生物基因工程技术让能源环保可再生

地球上的化石能源储量正在以惊人的速度减少,迫切需要开发可再生能源以满足未来人们与日俱增的能源需求。

乙醇是目前应用广泛、可替代化石燃料的可再生生物能源。传统的乙醇生产以如玉米、木薯和小麦等高淀粉植物为原料。综合考虑制取成本和种植的普遍性,玉米脱颖而出,成为制造“乙醇汽油”的最佳原料。

将玉米提炼成乙醇、再根据调配比例加入纯汽油进行混合,就得到了用玉米做的“乙醇汽油”。乙醇汽油燃烧后产生的废气中,一氧化碳含量比普通汽油降低30.8%,碳氢化合物降低了50%,对大气环境的保护作用明显。

木糖进入微生物后,有两条途径转化为木酮糖,木酮糖进入戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径的中间代谢产物通过糖酵解途径产生丙酮酸,在厌氧环境中,丙酮酸被还原为乙醇。

迄今为止,已发现包括细菌、真菌和酵母在内的100多种参与木糖代谢的微生物。

酿酒酵母与细菌相比具有较高的乙醇耐受浓度,是工业上生产乙醇的优良菌株,其对纤维素水解液中的抑制物也表现出较高的抗性。而酿酒酵母的不足之处是不能利用木糖。此后分离得到的酵母可产生乙醇相对较多,但在乙醇产量和乙醇耐受性上都低于酿酒酵母,且要求限制性供氧,生产控制难度增大。同时还存在对水解物中低浓度抑制物敏感、副产物较多等问题。

目前还发现了能利用木糖发酵产乙醇的一些细菌和真菌,但这些菌株利用木糖转化乙醇的效率比葡萄糖等己糖发酵效率低,发酵速度慢,并产生大量副产物,难以用于乙醇工业生产。

随着转基因技术的发展,利用基因工程技术改造特定微生物,获得适于大规模乙醇工业化生产的菌株,成为目前提高燃料乙醇得率的关键手段。

参考资料:

[1]汽车多喝酒,空气就变好? 转基因30年实践(第二版),中国农业科学技术出版社,2012年11月

[2]转基因玉米与生物燃料

[3]转基因玉米研究发现:比普通玉米增产两成 毒素低三成

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