2016生物工程学院曹钰赴美国访学回国小结
 来源:国交处   管理员  发布日期:2017/04/07 11:12:44  浏览次数:

受江苏省教育厅高校优秀中青年教师境外研修项目的资助以及明尼苏达大学的邀请,我于2016年2月10日抵达美国中北部明尼苏达州首府双城市开始了为期一年多的访学经历。我所在的研究室属于食品农业自然资源科学与工程(College of Food, Agriculture, Nature Source, CFANS)学院下的生物产品和生物系统工程系(Bioproducts and Biosystems engineering),导师胡波副教授主要研究方向集中在利用微生物技术及电化学技术将农业副产物和废物转化为高附加值的产物及降低环境污染。

在访学期间,根据研究室的课题进展需要,开展了“PHO途径基因缺失对玉米乙醇发酵中植酸降解影响的研究”工作,该项目隶属于增加玉米乙醇发酵经济性,改善DDGS生物可利用性,减少环境中有机磷排放的项目。实验室有3个不同的课题小组,实验室由多学科背景的人才构成。本组为植酸组,成员还包括两个博后,一位博士生,一位研究新生。胡波老师治学比较严谨,管理很严格,研究室的每周会开组会给位师生进行工作任务简报,每一个月每人轮流PPT汇报研究结果进展。

通过文献检索阅读、组内交流及工厂参观,了解到中美两国在玉米乙醇发酵生产工艺中的不同,中国由于采用先浸泡的湿法粉碎法使得玉米籽粒中的植酸被部分抽提,而美国采用的是干法粉碎工艺,玉米醪液中含有籽粒中全部的植酸,会导致发酵副产物DDGS中植酸含量远高于喂饲生物的利用能力,带来严峻的排泄物引发的环境磷排放问题,同时由于植酸的螯合作用也不利于DDGS中矿物质的生物利用。课题组已建立起采用化学工程的方法从DDGS中提取回收植酸转化生产高附加值肌醇的副产物新路线,为匹配这一新策略,需要研究在乙醇发酵中酵母代谢植酸的基因对植酸降解的影响,为今后配合高值副产物肌醇的生产着手工业酵母菌株的遗传改良明确目标打基础。

作为真核模式生物的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的植酸代谢途径(PHO Pathway)研究已经比较透彻明确,我的研究中选择了PHO途径中的编码酶基因(pho5、pho3)以及高磷浓度下的正负调控因子(pho2、pho4、pho80、pho85)共6个基因作为研究对象进行敲除,研究缺失酵母菌在玉米乙醇发酵中的发酵特性及植酸降解特性。其中有几个基因的缺失菌的生长代谢特性已有在YPD上的研究,但缺乏对发酵特性的考察。而着眼于工业发酵生产特性研究的PHO途径基因基本集中在pho5这一编码主要的酸性植酸酶的过表达上。

在完成了实验室安全培训后进入实验室,熟悉环境和各种仪器设备使用,然后开始我的第一阶段研究工作,着手进行S. cerevisiae CEN. PK 113-7 菌株pho5基因的敲除,在完成pho5 的敲除盒的构建工作进行酵母菌的转化。在该阶段的工作进展讨论中发现

EUROSCARF(European Saccharomyces cerevisiae Archive for Functional Analysis) 另一实验酵母菌BY4741 基因组中的每个基因的缺失敲除菌株有商品化文库,虽然该实验菌株的发酵性能不及CEN. PK113-7 菌株,但为快速开展PHO 途径中的多个基因缺失对玉米乙醇发酵的影响研究,因而调整研究菌株,订购了BY4741 和基于其相应的PHO 基因缺失株。

第二阶段的工作就是围绕BY4741 及其6 株缺失菌的玉米乙醇发酵特性实验,并与工业化二倍体菌株进行性能比较,各批次的研究结果发现pho80Δ、pho85Δ菌株的植酸降解性能和基于途径的预测趋势一致,有30~45%的增加,并且乙醇发酵性能有所提高,尤其是pho85Δ菌株的发酵性能提高接近2%。在此阶段结果的基础上比较了BY4741 外加植酸酶与pho80Δ、pho85Δ菌株的发酵特性及植酸降解特性比较,发现缺失菌发酵性能的提高不仅仅是因为植酸酶的表达增加有关,还可能与细胞的生理特性有关,涉及到细胞周期蛋白依赖型蛋白激酶的多功能性。基于BY4741 中的研究结果,目前研究室后续将在其他实验酵母菌中开展进一步验证和深入探讨,以期应用于工业菌株,实现在提高乙醇发酵特性的基础上降低DDGS 中植酸的含量,有助提高DDGS 的营养价值和降低环境污染。

UMN 是一个科研驱动力很强大的学校,因而非常重视科研成果技术的转化,积极参与到本州的经济发展。我有幸参加了CFANS 请学校科研成果转化机构的专业人士开设成果转化的研讨课,逐一针对性的给出前期指导性意向和长期的沟通交流,协助成果转化的专业人士和科研工作者之间良好的合作推动了UMN 在各个领域中的价值和影响力。UMN 和CFANS 以及各个研究室和学术机构会有常规性的学术活动和讲座和展览,学科交叉交流非常形式多样,每学期研究生的论坛报告,教授基于共同研究兴趣组织的社团演讲,女性团体的讲座谈话类交流,在州大型活动State Fairs 上的推广活动,我参加了多种形式的学术及交流活动,不仅开拓了视野,也从中学习到如何寻求帮助与合作。

在研究交流之余,作为承担本科教学的教师,我很关注中美教师的课堂教学模式,以及为何中国学生总是不提问或者说提不出问题的内因。在秋季学期争取到了旁听分子和细胞生物学专业和食品专业本科生的《微生物学》课程5 周,并参加课堂测验,从中体验了

中美师生在课堂教学中的不同。教师和助教构成的教学团队提前给出讲课内容的框架内容,并预留关键的需要记录的知识点,师生随时随地的询问和回答的课堂习惯,学生在课后能按要求完成教师的学习任务,在课堂测验时诚实面对自己的学习和努力状况,并能养成主动与老师沟通求助的教学关系。

作为国际学者,为进一步提高英语水平和了解体验美国文化,我参加ISSS(International Student and Scholar Serevices)和HCC(Hospitality Chinese Centre)机构组织的多项交流和各类活动,如洪磊领事关于中美关系的演讲,焙烤烹饪、油画、射箭、滑雪、短途旅行,每周三晚参加ESL 提升英语听说能力,以及参观科学博物馆、植物园动物园、州政府大厦、圣保罗大教堂、公立小学、武器展销、美国节假日游行,体验圣诞音乐会,参观大选投票站了解美国的制度文化和价值观。这些活动和体验让我对美国文化中各种现象有了更理性客观的认识,同时也更坚定地认为每个国家都只能找寻和完善符合自身国情的制度政策,不能简单复制他国。

在这一年的访学经历中,深切地感受到母校这些年的发展水平的快速提升和发展前景,也看到中美在不同研究领域的差距,以及两国人尤其是青年的生活态度的不同,在时间、健康、目标等自我管理上学习到了很多。美国高校中师生平等观念、分享意识,深入人心的服务意识,尤其是UMN对学生的各个方面的专业性指导和关怀,以及对领导力培养等方面给我留下非常深刻的感受。但从近年来对访问学者的生活、工作、资源方面的诸多限制也从另一层面反映美国民众在面对日益发展强大的中国时整体国民心态的微妙变化,值得深思。

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