菊芋外切果聚糖水解酶1-FEH在酒精发酵中的应用开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

课题意义：

菊科植物（菊芋、菊苣、向日葵）由于具有耐盐碱，可轻简化栽培等优良特征广泛应用于我国盐碱地和干旱土壤的改良，同时该科植物也是良好的牧草和潜在的生物能源植物。生物质乙醇是各国目前正在大力发展的生物能源当中的一种，而菊芋是很适宜的非粮作物来源的生产生物质乙醇的原料。菊粉作为一种储备碳水化合物存在于菊芋、菊苣、大丽花和雪莲果等植物的根和茎中，这些植物的根和块茎的产量很大，干重中含有超过70%的菊粉（pandeyetal.1999）。菊芋的块茎的主要成分为菊糖，是一种多聚果糖，含量达到干物质50%至70%左右。与目前国内外普遍关注的秸秆类生物质相比，不需要复杂的预处理，且水解产物也不含难以利用的五碳糖，是我国燃料乙醇生产的良好的替代原料。

国内外研究概况：

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

酿酒酵母(saccharomycescerevisiae)以其高效的产乙醇能力和较强的乙醇耐受性成为目前广泛使用的乙醇生产菌株。然而酿酒酵母只能利用部分菊粉，所以菊粉必须经过菊粉酶水解成果糖之后，该酵母才能转化菊粉水解液发酵生产高浓度乙醇。本项目的研究目标是将菊芋1-fehs基因转入酿酒酵母中，使其能将菊粉水解产生葡萄糖和果糖，接着发酵生产高浓度乙醇这两个过程在同一个体系中完成，进行一步法发酵，简化实验步骤，并提高发酵效率。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

构建菊芋1-fehs基因的克隆载体，获得表达载体pug-pfc，将载体转入酿酒酵母中，以菊芋为原料进行发酵实验，检测是否产乙醇。

技术路线：

4. 研究创新点

1.菊芋果聚糖外切水解酶1-FEH基因是本实验室从菊芋中发现并提取的一种植物外切水解酶基因；

2.植物中1-FEH的研究无论是对于农业生产还是对于工业上应用均具有重要的意义，对其进行基因克隆、功能鉴定和调控机制的研究将进一步提高人们对其功能的认识。本项目以菊芋这种高果聚糖新型能源植物为研究材料，菊芋植物本身就是一种重要的牧草、能源植物和耐逆境植物，通过对菊芋的1-FEH的初步研究，无论是对于农业生产提高植物抗逆性还是工业化上利用1-FEH生产果糖类产品和用于酒精发酵等均具有重要的实践意义。创新：近十年来国内外利用微生物的果聚糖水解酶进行一步法发酵的研究很多，但利用高等植物的果聚糖水解酶的极少，是由于缺少关键的1-FEH基因信息、功能和调控机制的研究。通过本项目的实施，填补了相关研究的缺陷，为较新颖的实验。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

2015.03-2014.04

开题，确定试验方案。