1. 研究目的与意义
目前，化石资源正在消耗殆尽而且环境问题日益严重起来，开发洁净可再生资源的可持续发展战略已经成为全球共识。在这个背景下，生物质能作为唯一可以存储以及运输的可再生资源，其高效转换以及洁净利用日益受到人们的重视。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，广义上生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。
纤维素作为树木、秸秆等的主要组成部分，因产量大、易得以及价格低廉而成为最具利用潜力的生物质资源之一。纤维素在地球上的储量极为丰富，并且廉价可再生。绝大多数纤维素是由绿色植物通过光合作用合成，全球每年光合作用产生的植物生物量高达1.141012 t，其中纤维素总量约为50％。然而，这类资源并没有被充分合理地利用，不仅造成了资源的浪费，也污染了人类赖以生存的环境。随着世界人口的骤增和资源面临短缺的危机，如何有效的利用纤维素资源对解决环境污染、食品短缺及能源危机等具有重大现实意义。
纤维素酶可将纤维素水解成葡萄糖，用于生产乙醇、有机酸等化合物。利用微生物产生的纤维素酶进行纤维素的分解和转化是纤维素利用的有效途径，已经在食品工业、洗涤、造纸、纺织、饲料、医药和能源工业挥越来越大的作用。近几年利用秸秆制取葡萄糖成为世界各个国家生物质利用的重要研究方向之一。目前公认的方法即通过微生物产纤维素酶降解纤维质材料，但是纤维素酶活性低、用量大、生产成本高限制了其应用，因此，如何选育产酶高、生长快、且对培养和产酶条件要求都不高的菌株是非常重要的。从自然界筛选和分离菌株是一项复杂的工作，必须要有迅速而准确的分离和筛选的方法。所以筛选优良菌株，优化发酵工艺，提高纤维素酶产量，降低成本具有重要意义。
2. 研究内容和预期目标
研究内容
技术要求：学会菌种筛选、培养、酶活测定、培养基及转化条件优化等
设计条件：纤维素是世界上分布较多的一种可再生资源，目前主要是作为燃料、饲料、造纸等。近些年，对于农业废弃物的开发利用收到高度重视，纤维素也成为可再生利用的资源之一。但，纤维素降解是对其充分利用的瓶颈。纤维素降解方法有化学法和生物酶解法。相对而言，酶法更加温和，同时酶解液可以直接用于发酵产生其它可用性物质，比如能源物质。但酶容易失活或活性降低，离子液体可协助保持酶活，同时离子液体可溶解纤维素，有助于纤维素的降解。本研究的内容就是筛选出几株可降解纤维素并且能够耐离子液体的菌，并对此菌进行研究。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
（1）从自然界筛选获得纤维素酶产生菌；
（2）选取多种离子液体，考察纤维素酶产生菌对离子液体的耐受程度
4. 参考文献
[1] 王蒙, 崔丽虹, 李积华, 黄茂芳, 吴浩．离子液体［Ｅｍｉｍ］Ａｃ对甘蔗渣纤维素溶解性能的研究[J]．化工新型材料，2014，42(6)：122-124,128 [2]李昌志, 王爱琴, 张涛．离子液体介质中纤维素资源转化研究进展[J]．化工学报，2013,64(1)：182-197 [3]王思霖，王少君，李坤兰. 离子液体与纤维素酶在纤维素降解中的应用[J].高分子通报，2014,(1):25-31 [4] Nur Aainaa Syahirah Ramli, Nor Aishah Saidina Amin．Catalytic hydrolysis of cellulose and oil palm biomass in ionic liquid to reducing sugar for levulinic acid production [J]．Fuel processing technology．2014，128：490-498 [5] 王犇, 曹妍, 黄科林, 李会泉, 廖丹葵, 王金淑. 蔗渣纤维素在离子液体中的溶解与再生[J].化工学报, 2010,61（6）：1592-1598 [6] John M Gladden, Joshua I Park, Jessica Bergmann, Vimalier Reyes-Ortiz, Patrik Dhaeseleer, Betania F Quirino, Kenneth L Sale, Blake A Simmons, Steven W Singer. Discovery and characterization of ionic liquid-tolerant thermophilic cellulases from a switchgrass-adapted microbial community [J].Biotechnology for biofuels, 2014, 7（15）: 42-47. [7] Jiaxing Xu, Bingfang He, Bin Wu, Chenghua Wang, Lei Hu. An ionic liquid tolerant cellulase derived from chemically polluted microhabitats and its application in in situ saccharification of rice straw [J].Bioresource technology，2014, 157 :166-173 [8] Erik M. Nordwald, Roman Brunecky, Michael E. Himmel, Gregg T. Beckham, Joel L. Kaar . Charge Engineering of Cellulases Improves Ionic Liquid Tolerance and Reduces Lignin Inhibition [J].Biotechnology and bioengineering[J]，2014,111（8）：1541-1549 [9] Joshua I. Park, Eric J. Steen, Helcio Burd, Sophia S. Evans, Alyssa M. Redding-Johnson, Tanveer Batth, Peter I. Benke, Patrik Dhaeseleer, Ning Sun, Kenneth L. Sale, Jay D. Keasling, Taek Soon Lee, Christopher J. Petzold, Aindrila Mukhopadhyay, Steven W. Singer, Blake A. Simmons, John M. Gladden. A Thermophilic Ionic Liquid-Tolerant Cellulase Cocktail for the Production of Cellulosic Biofuels [J]. Plos one, 2012, 7(5):1-10. [10] Hao Zhang, Jin Wu, Jun Zhang, Jiasong He. 1-Allyl-3-methylimidazolium Chloride Room Temperature Ionic Liquid: A New and Powerful Nonderivatizing Solvent for Cellulose [J]. Macromolecules，2005,38:8272-8277 |
5. 计划与进度安排
2022.12-2022.2 文献阅读，开题报告准备，实验方案初步设计。
2022.3-2022.5 针对实验室自行筛选的纤维素酶产生菌，具体研究离子液 体存在下，菌体的生物相容性问题，选择菌体能耐受的合适的离子液体。
2022.5.1-2022.5.31 离子液体系中，纤维素酶产生菌产酶条件初步研究。
