摘要:生物基化学品是生物经济和生物制造的核心内容之一。本专刊综述了国内外生物基化学品的重要研究进展，包括：丁二酸、己二酸、乳酸、3-羟基丙酸、葡萄糖二酸、甘油、木糖醇、高级醇、乙烯等生物基化学品的代谢工程和发酵调控，直接利用木质纤维素生产生物基化学品的菌株构建，生物基乳酸的衍生和生物转化技术，生物基化学品的盐析萃取分离纯化技术等。同时，本专刊也包括了国内学者在丁二酸、D-甘露醇、苹果酸、5-氨基乙酰丙酸、1,3-丙二醇和丁醇方面的研究论文。

摘要:木质纤维素材料具有储量丰富、原料成本低及可再生等优点，人们期望其能替代石油作为原料来生产多种燃料和化学品，如生物柴油、生物氢、生物乙醇等，而木质纤维素解聚过程的高成本成为实现这一过程的主要障碍。一体化生物加工过程 (Consolidated bioprocessing，CBP) 是指在不添加任何外源水解酶的情况下，直接将木质纤维素原料一步转化为生物化学品的生物加工过程。通过基因工程，将水解酶的生成、木质纤维素的降解和生物产品的生产等功能集成到一个生物体上。对于CBP，人们通常有两种策略可供选择，即本地策略和重组策略。文中重点介绍了基于重组策略的CBP的原理、两种不同的应对方式、合成生物学及代谢工程对其的贡献以及未来所面临的挑战与展望。

摘要:人类正面临日益严峻的化石资源枯竭与环境恶化等问题，利用可再生的生物质资源生产高附加值平台化合物受到越来越多的关注。文中主要讨论了代谢工程大肠杆菌Escherichia coli生产各种高附加值有机酸 (琥珀酸、3-羟基丙酸、葡萄糖二酸)、醇 (甘油、木糖醇) 的最新研究进展。此外，还简述了2,5-呋喃二甲酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、乙酰丙酸、3-羟基-γ-丁内酯、山梨糖醇等几种平台化合物的应用及生产方式，到目前为止未见使用E. coli生产这些化合物的报道。

摘要:己二酸是六碳二元羧酸，主要用于生产尼龙、化纤和工程塑料等聚合物，年需求量近300万吨。目前己二酸的工业生产主要是利用硝酸氧化芳烃合成己二酸等化学法获得，不仅污染严重，而且是个不可持续的过程，需要发展可行的替代合成方法。近年来，随着合成生物学和代谢工程的发展，绿色、洁净的己二酸生物合成方法逐渐受到人们的关注和重视。文中就己二酸及其前体物的生物合成研究进展进行了综述，并对可能的合成新途径做了展望。

摘要:丁二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物，广泛用于生物高分子、食品与医药等行业，市场潜在需求量巨大。文中从3个方面归纳了国内外生物基丁二酸研究进展：能够过量积累丁二酸的微生物的发现和筛选，产丁二酸工程菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术，丁二酸发酵过程控制与优化。最后，讨论了微生物法生产丁二酸今后的研究方向。

摘要:乳酸是重要的工业平台化学品。随着聚乳酸产业的兴起，对高质量L-乳酸的需求量也不断增加。为了进一步降低L-乳酸发酵成本，提高菌株的工业适应性，各种现代生物技术已经应用到L-乳酸发酵菌种的改造上来。文中简要综述了近年来使用乳酸菌、酵母、大肠杆菌及米根霉等基因工程菌株发酵生产L-乳酸的技术进展。

摘要:乳酸的发酵生产技术已取得了长足的进步，作为一种重要生物基化学品，乳酸除了可用于食品工业及生产聚乳酸外，亦可作为一种重要的平台化合物，用于生产丙烯酸、丙酮酸、1,2-丙二醇、乳酸酯等。文中重点综述了以生物基乳酸为原料经脱水、脱氢、还原及酯化反应生产乳酸衍生物的生物转化工艺，对该领域的发展趋势进行了展望。

摘要:高级醇疏水性好，能量密度高，能与汽油随意混合；用微生物发酵可再生材料生产高级醇燃料替代矿物燃料是发展趋势。文中综述了构建合成高级醇的酿酒酵母和大肠杆菌细胞工厂的研究和相关技术平台。重点介绍了依赖CoA的梭菌途径和α-酮酸介导的非发酵途径的构建，分析了各自的特点，总结了生产高级醇的微生物细胞工厂的构建策略；提出高级醇工业化生产要解决的问题和研究方向。

摘要:乙烯是世界上需求最大的化工原料，随着石油资源的日益枯竭和原油价格的不断攀升，生物乙烯迎来了重大发展机遇。文中主要比较两条生物乙烯合成途径——生物乙醇脱水制备乙烯途径 (即间接途径) 和生物乙烯的直接合成途径，重点论述了直接合成途径和途径中关键酶的性质、利用微生物直接合成生物乙烯的基因工程策略、工程化制造生物乙烯的前景及成功事例，并指出直接合成生物乙烯替代石化乙烯具有较大的市场潜力。

摘要:廉价生物质的生物炼制研究主要集中在菌种和发酵方面，对下游分离研究较少。廉价生物质资源的利用导致发酵液中引入更多杂质，成分较单糖发酵更复杂，致使生物基化学品的下游分离过程成为其工业化生产亟需解决的关键问题。文中介绍了一种基于两相分配差异分离亲水性生物基化学品的盐析萃取技术及其在生物基化学品分离方面的应用,重点阐述了短链醇和盐对双水相形成的影响，并对1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙偶姻、乳酸等的盐析萃取研究进展进行了总结和展望。盐析萃取技术可有效地回收发酵液中的小分子亲水性产品，同时除去大多数的杂质 (细胞和蛋白质等)，在生物基化学品的分离过程中将是一种有前景的分离技术。

摘要:D-甘露醇广泛应用于食品、制药、化学品工业等领域。从野生型大肠杆菌出发，将来自假肠膜明串珠菌Leuconostoc pseudomesenteroides ATCC 12291菌株的甘露醇脱氢酶与果糖转运蛋白编码基因整合到大肠杆菌ATCC 8739的染色体中，并失活其他的发酵途径 (丙酮酸甲酸裂解酶、乳酸脱氢酶、富马酸还原酶、乙醇脱氢酶、甲基乙二醛合成酶和丙酮酸氧化酶) ，构建了一株遗传稳定的D-甘露醇生产菌株。使用无机盐培养基和葡萄糖果糖作为混合碳源，厌氧发酵6 d，D-甘露醇产量达1.2 mmol/L。基于细胞生长和D-甘露醇合成的偶联，进一步通过代谢进化技术提高细胞合成D-甘露醇的生产能力。经过80代的驯化，D-甘露醇产量提高了2.6倍，甘露醇脱氢酶的活性提高了2.8倍。构建获得的遗传稳定的工程菌能直接发酵糖生产D-甘露醇，不需添加抗生素、诱导剂和甲酸，在工业化生产时有一定优势。

摘要:利用可再生生物质特别是木质纤维素水解液来生产平台化合物丁二酸，是目前研究的热点。虽然许多研究者相继报道了木质纤维素水解液对菌株生长和丁二酸生产存在一定抑制作用，但并没有水解液中各种抑制物对菌株影响的相关动力学研究及机理研究。我们选择了两种代表性木质纤维素水解液抑制物，即糠醛和5-羟甲基糠醛，系统研究了它们对大肠杆菌的生长和丁二酸生产的影响。结果表明：糠醛和5-羟甲基糠醛的初始抑制浓度均为0.8 g/L。当糠醛浓度大于6.4 g/L，5-羟甲基糠醛浓度大于12.8 g/L时，菌株生长完全受到抑制。在最高耐受浓度下，糠醛的存在使菌株生物量比对照菌株下降77.8%，丁二酸产量下降36.1%。5-羟甲基糠醛的存在使菌株生物量比对照菌株降低13.6%，丁二酸产量降低18.3%。糠醛和5-羟甲基糠醛具有明显的协同作用。体外酶活测定表明丁二酸生产途径中关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、苹果酸脱氢酶、富马酸还原酶均受糠醛和5-羟甲基糠醛抑制。研究结果对丁二酸生产用纤维素水解液的预处理和脱毒工艺开发具有指导作用，有利于实现丁二酸发酵生产的工业化。

摘要:丁二酸是一种重要的C4化合物平台，可以合成一系列重要化合物。文中对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes GXAS137发酵生产丁二酸培养基成分进行优化。通过单因素和Plackett-Burman试验设计筛选出影响丁二酸发酵的重要参数，采用最陡爬坡实验逼近最大丁二酸生产区域后，利用Box-Behnken设计确定重要参数的最佳水平。筛选结果表明，影响丁二酸产量的重要参数是葡萄糖、酵母提取物和碱式碳酸镁浓度。最佳条件为(g/L)：葡萄糖70.00，酵母提取物9.20，碱式碳酸镁58.10。优化后丁二酸产量达到47.64 g/L。与初始条件 (36.89 g/L) 相比，丁二酸浓度提高了30 %。在最佳工艺条件下得到的试验结果与模型预测值很吻合，说明建立的模型是有效的。

摘要:苹果酸广泛应用于食品、化工行业。文中通过在酿酒酵母内敲除丙酮酸脱羧酶PDC1，并通过构建胞质内还原TCA的路径，即超表达丙酮酸羧化酶和苹果酸脱氢酶，成功地实现了苹果酸的生产。在野生型菌株中基本检测不到苹果酸的生成，而在工程菌株，苹果酸发酵浓度达到了45 mmol /L，同时副产物乙醇的产量也降低了18%。进一步通过发酵调控提高第二信使Ca2+的浓度使苹果酸的产量提高了7 %，在此基础上提高丙酮酸羧化酶的辅酶生物素浓度，使苹果酸的产量达到52.5 mmol /L，较原始菌株提高了16%。

摘要:5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 是生物体内四吡咯类化合物的合成前体，在农业及医药领域应用广泛，是极具开发价值的高附加值生物基化学品。目前利用外源C4途径的重组大肠杆菌发酵生产ALA的研究主要利用LB培养基并添加葡萄糖和琥珀酸、甘氨酸等合成前体，成本较高。琥珀酸在C4途径中以琥珀酰辅酶A的形式直接参与ALA的合成。文中在以葡萄糖为主要碳源的无机盐培养基中研究了琥珀酰辅酶A下游代谢途径琥珀酸脱氢酶编码基因sdhAB和琥珀酰辅酶A合成酶编码基因sucCD缺失对ALA积累的影响。与仅表达异源ALA合成酶的对照菌株相比，sdhAB和sucCD缺失菌株ALA的产量分别提高了25.59%和12.40%，且ALA的积累不依赖于琥珀酸的添加和LB培养基的使用，从而大幅降低了生产成本，显示出良好的工业应用前景。

摘要:以生物柴油的副产物甘油生产高附加值的1,3-丙二醇，现已成为提升生物柴油产业链经济性的重要途径，而中间代谢产物3-羟基丙醛积累造成细胞死亡，发酵异常终止是生物法生产1,3-丙二醇过程中的关键问题。不同于传统的降低3-羟基丙醛积累的思路，本文从增强克雷伯氏菌对3-羟基丙醛的抗逆性出发，改善克雷伯氏菌1,3-丙二醇的生产性能，首次将聚羟基丁酸路径引入克雷伯氏菌中，构建了新型基因工程菌，并对其1,3-丙二醇发酵性能及聚羟基丁酸代谢进行了初步的研究。经IPTG诱导，工程菌中检测到聚羟基丁酸，其含量随IPTG浓度增加而增大。优化的IPTG浓度为0.5 mmol/L。初始甘油50 g/L时，野生菌可正常发酵生产1,3-丙二醇，1,3-丙二醇浓度达到22.1 g/L，其质量得率为46.4%。当初始甘油达到70 g/L时，由于高浓度3-HPA积累，野生菌发酵终止，而工程菌可正常发酵生产1,3-丙二醇，PDO产量可达31.3 g/L，其质量得率为43.9%。同时检测到聚羟基丁酸积累。研究结果有助于加深对克雷伯氏菌1,3-丙二醇代谢机理的认识，为克雷伯氏菌的进一步优化提供了新的思路。

摘要:本研究以玉米秸秆水解液为原料，通过萃取发酵技术生产燃料丁醇，以提高丁醇产量，降低生产成本。通过对萃取剂的筛选与条件优化，确定纤维丁醇发酵的萃取剂为油醇，添加时间为发酵0 h，添加比例为1:1 (V/V)。该条件下发酵32 g/L糖浓度的玉米秸秆水解液，丁醇和总溶剂产量分别为3.28 g/L和4.72 g/L，比对照分别提高958.1%和742.9%。以D301树脂脱毒后5%总糖浓度的玉米秸秆水解液进行丁醇萃取发酵，丁醇和总溶剂产量分别达到10.34 g/L和14.72 g/L，发酵得率为0.31 g/g，与混合糖发酵结果相当。研究结果表明萃取发酵技术能够显著提高原料的利用率和丁醇产量，为纤维丁醇工业化生产提供了技术支撑。

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