[发明专利]一株利用木聚糖为唯一碳源直接生产丁醇的菌株及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一株利用木聚糖为唯一碳源直接生产丁醇的菌株。

背景技术

作为燃料，丁醇具有能量密度大，对水的稳定性高、可直接用于内燃机、运输方便等优点，在能源危机日益严峻的今天，丁醇作为燃料有着广阔的发展前景。丁醇又是重要的有机化工原料，广泛应用于油漆、表面涂料、皮革处理、塑料等领域。

丁醇的生产方法主要有乙醛缩合法，丙烯羰基合成法和发酵法等。乙醛缩合法工艺流程长，收率低，成本较高，目前在国外已被淘汰；丙烯羰基合成法生产丁醇的原料为石化下游产品丙烯；随着石油价格飞涨和资源加速枯竭，发酵法生产丁醇受到了广泛的重视，逐渐成为生物能源的研究热点之一。

传统的发酵法生产丁醇主要以粮食或其它淀粉质农副产品为原料，经水解得到发酵液，然后在发酵菌的作用下得到丙酮、丁醇、乙醇的混合物。目前用来生产丁醇的菌株大都为溶剂梭菌，如拜式梭菌，丙酮丁醇梭菌等，一般利用葡萄糖等单糖为碳源，且培养温度不超过37℃。由于其不能利用木质纤维素为碳源，其生产成本大大提高，不利于工业生产。谷物秸秆中的主要成分为纤维素和半纤维素，其中半纤维素的主要组分为木聚糖，能以木聚糖为唯一碳源生产丁醇可以大大降低生产成本，并且还可以变废为宝。此外，嗜热菌较嗜温菌而言，有诸多优势：可以大大降低发酵过程中染菌情况的发生，可以更好地维持厌氧环境，可以降低发酵过程中冷却设备带来的成本等等。故寻找能够利用木质纤维素为碳源生产溶剂的嗜热菌株受到越来越多的关注。目前为止，已报道的能够直接利用木质纤维素直接生产丁醇的菌株只有Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum，但野生菌的丁醇产量基本都在0.1g/L以下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一株利用木聚糖为唯一碳源直接生产丁醇的菌株。

本发明还要解决的技术问题是提供上述菌株的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一株利用木聚糖为唯一碳源直接生产丁醇的菌株，其分类命名为热解糖高温厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)，菌株号为M5，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期为2017年2月27日，保藏号为：CCTCC NO：M 2017072，保藏地址为：中国.武汉.武汉大学。

本发明所述的菌株M5，其16S rDNA的核苷酸序列如序列表中SEQ ID NO：1所示。

本发明所述的Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M5筛选方法为：在以木聚糖为唯一碳源的培养基中，对从内蒙古草原草堆中采取回的土样进行筛选。

具体地，以含木聚糖的平板作为培养基，在厌氧的高温条件下进行培养，55-65℃培养3-5天，进行划线纯化5-7次，最终能在平板上生长的菌株进行验证，并将其发酵，考察其发酵产物和性能，发现其可以利用很多碳源进行生长，并且可以直接利用木聚糖产生丁醇。

本发明所述的Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M5可以通过木聚糖酶降解木聚糖得到木糖，并在木糖异构酶和木酮糖激酶的作用下得到3-P-甘油醛，从而进入三羧酸循环，得到丙酮酸，在经过一系列酶的催化最终可以得到乙酸，乙醇，丁酸，丁醇等产物。并且这些酶都具有较强的温度耐受性，对工业生产具有很高的价值。

一种含有本发明所述的能利用木聚糖为唯一碳源生产丁醇的菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M5 16S rDNA序列的克隆载体。

所述的重组克隆载体，优选出发载体为pMD19T。

含所述的菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M5 16S rDNA序列的基因工程菌Escherich coli DH5α(pMD19T-16S)。

所述的基因工程菌Escherich coli DH5α构建方法：利用引物27F：