烟草生物质的用途制造技术

本发明专利技术公开了一种发酵生产乙醇的方法，包括提供低烟碱重组烟草植物或其部分，将植物或其部分置于发酵容器中发酵足够长的时间以从中生产乙醇；然后从发酵容器中收集乙醇。本发明专利技术还公开了一种维持动物对象的方法，包括给动物体饲以低烟碱重组烟草植物或其部分。本发明专利技术还公开了一种从植物生物质中生产蛋白级分的方法，包括提供低烟碱重组烟草植物或其部分，随后从低烟碱重组烟草植物或其部分中收集蛋白级分。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了将低烟碱烟草用作(除了其他用途外)蛋白，纤维，乙醇和动物饲料来源的方法。
技术介绍
烟草植物可被有效地用以获得大量生物质。这些生物质可以通过在田地里将烟草种子简单而紧密地直接种植在一起来生产。由于烟草在割除后再生旺盛，因此种植烟草的田地可以在烟草植物长至18至24英寸的高度时即进行收割(传统烟草植物一般在大约4英尺时收割)，稠密的新生植物即会替代被刈除的植物。如果植物在每一个收割季节按这样的方式被收割3至4次，那么每英亩即可生出大约100吨的烟草生物质。在脱去80％至90％的水分后，正如大部分植物包含的，保留的干燥固体重量大约为10-20吨。除了能高效生产生物质以外，烟草还是一种具有非常多用途的植物。与谷类，如小麦和玉米不同的是，烟草不缺乏必需氨基酸。烟草是一种基本无过敏原的蛋白来源，所述蛋白含有对人类和大部分家畜非常重要的全部20种氨基酸，而且含有高比例的可消化糖和淀粉。烟草还是一种高级食用纤维源，反刍动物对其有比羊茅(fescue hay)更好的消化能力。烟草的纤维容量要比苜蓿和麦麸高很多。通过种植烟草生物质，优质农田可转向种植其他农植物这对耕地有限的国家或地区具有重要的意义。因此，提供一种以多产、有效和无毒的方式利用这一植物的新方法具有重要价值。专利技术概述本专利技术基于如下认识低烟碱重组烟草能很好地适用于多种替代用途，包括但不限于(a)作为给家畜及类似动物的草料农作物；(b)作为动物的饲料或饲料成分；(c)作为蛋白来源；(d)作为添加至动物饲料和食品中的纤维来源；(e)作为乙醇发酵生产中的底物；(f)作为通过“分子农业(molecular farming)”技术生产的重组或转基因蛋白来源；(g)为完成两个或两个以上前述用途的基于单一植物，或批量或大批量植物的联合步骤。通常，用于实施本专利技术的低烟碱重组烟草植物包含并表达至少编码烟草中烟碱生物合成所需酶的一个片段的异源DNA，该烟草植物与未转化的对照植物相比，表现为减低的酶水平和减低的烟碱含量。在一个优选实施例中，该烟草植物与未转化的对照植物相比，更进一步表现为还原糖水平的增加。本专利技术的第一个方面为一种生产乙醇的方法，包括提供上述低烟碱重组烟草植物；将该植物置于发酵容器中发酵足够长的时间以从中生产乙醇；随后从发酵容器中收集乙醇。术语“植物”包括其物理和化学部分，比如植物各部分以及植物提取物，水解产物等。本专利技术的第二个方面为一种维持动物对象的方法，包括饲以动物体上述低烟碱重组烟草。饲养可以采用任何适用的方式，如饲以动物体包含烟草的饲料农作物；饲以动物烟叶；饲以动物包含烟草的青贮饲料；和/或饲以动物包含烟草的食品，可任意地与至少一种附加营养剂联合使用。本专利技术的第三个方面为一种食品，其包括低烟碱重组烟草植物。该食品可被制成任何适用形式，如青贮饲料或与至少一种附加营养剂联合使用的烟草植物。该食品可包括叶子(即，来自植物的可辨别的叶子或叶子碎片或植物碎片)或其他从植物中分离的级分。本专利技术的第四个方面为一种从植物生物质中生产蛋白级分的方法(举例来说，级分I蛋白和/或级分II蛋白)，包括如下步骤提供上述低烟碱重组烟草植物，然后从重组烟草植物中收集蛋白级分。本专利技术的更进一步的方面包括将上述低烟碱重组烟草植物用作分子农业的用途。本专利技术的前述和其他目标及方面将在如下表述中给出更详细的解释。优选实施例详述用于本方法的植物为烟草属植物，或烟草，包括但不限于普通烟草(Ntabacum)，黄花烟草(Nrustica)，心叶烟草(Nglutinosa)。此处涉及的“烟草”意指和包括烟草属的任意植物，种类，或杂合体。任何品系或种类的烟草都是可用的。优选的是已经表现为低烟碱含量的品系，如Nic1/Nic2双突变体。该植物通过下面更为详述的转基因方法进行修饰以减低其烟碱含量。如本文所使用的，涉及的“低烟碱”意指包含少于生产转基因植物的非转基因亲本(或无修饰的对照)植物中烟碱含量一半，优选少于25％，更优选少于20％或少于10％烟碱含量的重组(或转基因)烟草。与相应非修饰对照植物相比，可以在本专利技术所用的转基因植物中保留至少1％或5％级别的低水平的烟碱残余量。需要特别指出的是，纳入本文作为参考的全部美国专利均为整体引用。A.低烟碱烟草植物用来实施本专利技术的低烟碱烟草植物一般地为包含并表达异源核酸的重组烟草植物，所述异源核酸的表达可以减量调节植物中的酶，如喹啉酸转磷酸核糖基酶(quinolate phosphoribosyl transferase)(QPRTase)，腐胺甲基转移酶(PMTase)，精氨酸脱羧酶，鸟氨酸脱羧酶，S-腺苷甲硫氨酸合成酶，NADH脱氢酶，或磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶，从而可以减少植物中烟碱的生成。适用的植物已被公开于M.Conkling等的PCT申请WO98/56923(1998年12月17日公布)和M.Timko的PCT申请WO00/67558(2000年11月16日公布)中，这一公开的内容纳入本文作为参考。一般的，异源核酸包括编码待减量调节的酶的核酸的至少一个片段，该片段以有义或反义方向存在。优选地，低烟碱烟草还包括减低的(例如，至少90％，95％或99％重量百分比，或更高)烟草特异的亚硝胺水平，这一减低是与没有相应烟碱减少的植物中所含量相比较而言的。本专利技术的一个实施例中利用了与非转化对照植物相比具有减低的喹啉酸转磷酸核糖基酶(QPRTase)表达水平的低烟碱重组植物，所述重组植物包含重组植物细胞，该细胞包含外源DNA构建体，该DNA构建体包含，从5’至3’方向，在所述植物细胞中可操作的启动子和编码喹啉酸转磷酸核糖基酶mRNA的至少一个片段的异源DNA，所述异源DNA可操作性地与所述启动子联合，且所述异源DNA可以是有义或反义方向；所述植物与非转化对照植物相比表现为喹啉酸转磷酸核糖基酶(QPRTase)表达水平的减低和烟碱含量的减低。本专利技术的另一个实施例可以用与非转化对照植物相比具有减低的腐胺N-甲基转移酶(PMTase)表达水平的低烟碱重组植物，所述重组植物包含重组植物细胞，该细胞包含外源DNA构建体，该DNA构建体包含，从5’至3’方向，在所述植物细胞中可操作的启动子和编码植物PMT mRNA的至少一个片段的异源DNA，所述异源DNA可操作性地与所述启动子联合，且所述异源DNA可以是有义或反义方向的；所述植物与非转化对照植物相比表现为PMT表达水平的减低和烟碱含量的减低。其他实施例同样可以用上面列举的其他酶用上述相似的方法来实施。前述核酸构建体可包括上游(5’端)和/或下游(3’端)的绝缘子元件，举例来说，正如Thompson等的美国专利6,100,448和6,037,525中指出的那样。另外，前述构建体可包括上游和/或下游的基质(或支架)结合区域，举例来说，正如Thompson等的美国专利5,773,695和5,773,689中指出的那样。虽然本文所述植物通常被描述为含有一个能减量调节烟碱合成途径中单个酶的单个重组核酸，但很清楚，本专利技术所使用的植物也可含有多种能减量调节烟碱合成途径中多个酶(例如，PMTase和QPRTase)的重组核酸。所述包含单个重组核酸的植物因此也包括那些含有多个重组核酸的。因此，本专利技术的另一个实施例中使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发酵生产乙醇的方法，该方法包括以下步骤：　　　　提供低烟碱重组烟草植物或其部分；　　　　将所述植物或其部分置于发酵容器中，以足以从中生产乙醇的时间进行发酵；然后　　　　从所述发酵容器中收集所述乙醇。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J潘多尔菲诺，
申请(专利权)人：二十二世纪有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]