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曲音波-微生物技术研究院

发布日期:2019-06-03 点击次数:

    【个人简介】

    曲音波,山东大学教授,博士生导师。曾任山东大学生命科学学院院长、微生物技术国家重点实验室主任、中国微生物学会副理事长、亚洲生物技术联合会咨询委员。获973计划项目首席科学家,“山东省十大杰出留学科技专家”和“山东省有突出贡献的中青年专家”等称号,享受政府特殊津贴。先后获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖等省部级二等以上科研奖励十余项,培养了近百名微生物学和微生物技术博士、硕士,为推动中国微生物学和生物工程学科的发展做出了重大贡献。

    【个人事迹】

    曲音波教授是我国最早从事利用可再生性木质纤维素资源,降解转化生产液体燃料和化学品这一领域基础研究和开发性研究的专家之一,为我国非粮生物质生物炼制产业发展做出了重要贡献。

他自主选育的青霉纤维素酶高产菌株的产酶能力达到国际先进水平,已在2家企业用于酶制剂生产,并应用于食品、造纸等行业,创造了较大经济和社会效益;在国际上创新性地提出了玉米芯等植物纤维原料生物炼制联产燃料乙醇和化学品技术路线,已在山东禹城率先建立了中国首家就地生产纤维素酶的万吨级纤维素乙醇示范工厂,这也是国际上最先实现万吨级纤维素乙醇生产的装置。

为进一步降低纤维素降解成本,他带领课题组完成了对多株青霉纤维素酶生产菌株的基因组序列测定,对其酶系和产酶调控机理进行了深入研究,利用多基因敲除和过表达技术,获得了酶系组成得到优化重构的工业菌株,为实现木质纤维素生物炼制技术的广泛应用奠定了坚实基础。

他与同事们合作,发表论文370余篇,出版专著15部,获发明专利15项,并先后获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖等省部级二等以上科研奖励十余项。培养了近百名微生物学和微生物技术博士、硕士。参与组织了大量国内外学术交流活动,为推动中国微生物学和生物工程学科的发展,为做出了重大贡献。

自上世纪70年代出现两次石油危机,以及石化消耗带来气候变暖,严重威胁着子孙后代的发展以来,开发新的可持续的替代资源已成为世界各国的紧迫任务。生物质是地球上唯一可大规模再生的有机物资源,将其中非粮的木质纤维素部分降解转化为液体燃料和大宗化学品,可以有效地缓解能源资源紧缺、促进三农发展、保护生态环境,为未来经济的可持续发展奠定坚实基础,具有十分重要的战略意义。

曲音波教授站在时代前沿,是最早从事将生物质转化为稳定、可储存、高能量的绿色液态醇类燃料——纤维素乙醇等相关技术基础研究和开发性研究的专家之一。四十年来,他致力于纤维素酶的研究和可再生资源微生物转化技术开发,为我国非粮生物质生物炼制产业发展做出了重要贡献,被誉为我国秸秆生物精炼产业的开拓者。

“纤维素乙醇是秸秆生物炼制产业最关注的产品,而高效生产能将纤维素降解成糖的廉价纤维素酶是产业发展成败的关键”。早在1979年,曲音波就筛选到一株生长迅速、酶系完整,具有较强的降解天然纤维素能力的青霉菌株,随后又诱变筛选出了具有明显抗降解物阻遏特性的纤维素酶高产菌株,使其产酶能力大幅提高。他们还利用废液废渣配制廉价培养基生产出纤维素酶,大幅降低了产酶成本,液体深层发酵的产酶速率达到了当时的领先水平。相关研究成果“青霉纤维素酶系的酶学研究”于1987年获得国家教委科技进步奖二等奖。所生产的纤维素酶制剂自1996年就开始先后被宁夏夏盛集团、甘肃白银赛诺等公司用于工业规模生产纤维素酶制剂,广泛应用于食品加工、饲料等行业,创造了较大的经济和社会效益。研究成果“纤维素酶制剂”获山东省1997年科技进步二等奖;“纤维废物液体深层发酵生产纤维素酶”先后获得了国家教委1997年科技进步一等奖、1998年国家技术发明四等奖。

为了能够进一步加以开拓应用,曲音波与同事们就中性或耐碱性纤维素酶、半纤维素酶等降解酶系也进行了系统研究,他们在国内外率先提出利用真菌和细菌木聚糖酶漂白草浆和进行酶法改性的新技术,并在企业得到推广应用,获得了2005年国家科技进步二等奖。

之后,曲音波作为首席科学家主持了国家973计划项目以及国家自然科学基金重点项目,和科研团队一起对工业生产菌株进行了基因组、转录组、蛋白分泌组等系统生物学分析,解析了青霉的产酶代谢精细调控网络,发现了酶组分之间新的协同降解作用。在此基础上,他们采用基因组理性重组的方式,获得了一批酶系合成效率大幅提高、酶系组成得到优化重构的工业菌株,使酶系的生产效率、酶解效率和纤维素转化率都得到了进一步提高。

为了解决环境污染、农业发展和能源危机等人类面临的严峻挑战,促进生物燃料行业的健康发展,纤维素乙醇成为国内外研究的热点。但是目前,多数研究均以秸秆等原料中的部分组分单纯生产乙醇一种产品,造成成本过高而未能实现产业化。曲音波在国际上率先提出农业废弃物玉米芯生物炼制概念,开发了利用玉米芯木糖加工废渣生产纤维素酶和燃料乙醇的新技术路线,,成功地利用半纤维素转化木糖醇、低聚木糖等产品的生产过程,既将原料和预处理成本转移到了高附加值产品的生产成本中,又将原来废弃的木糖渣用作主要培养基成分及易酶解的纤维素原料,现场就地生产出粗纤维素酶液,进而直接酶解木糖渣,大幅度降低了纤维素乙醇生产的用酶成本,提高了纤维素乙醇生产的经济性。同时,原料中的木质素也被提取出来生产较高值的化工产品,从而提高了生产工艺的整体经济效益,形成产品多元化的合理产业结构。

这一创新性的玉米芯生物炼制联产燃料乙醇和化学品技术路线,已形成了上下衔接的产业链,率先在国际上建成了用木糖渣年产万吨纤维素乙醇的生产示范装置,实现了在较大规模上的试生产,生产成本接近粮食乙醇生产水平,为纤维素乙醇生产创出了一条新路。这一集成创新成果于2011年获得国家技术发明二等奖,并获国家发改委批准,建设了国内首套也是目前唯一一套纤维素乙醇工业生产装置,于2012年正式投入商业化运营,使我国走在了国际纤维素乙醇技术产业化的前列。这项生物精炼新技术,非常契合国家十三五发展规划中实现秸秆综合利用85%以上、大力发展纤维素乙醇等规定要求,显示出非常光明的发展前景。

如今,立足于当前中国发展环境,曲音波等人正在为尽快“实现先进生物液体燃料技术达到国际领先水平”的目标努力,积极拓宽原料的种类和来源(玉米秸、甜高粱秸等),开发新的相对高值的生物炼制联产产品(黄腐酸类肥料、纳米纤维素材料等),推动非粮生物质炼制产业化进程,将科技成果真正地落地生根,争取为人类的可持续发展做出较大贡献。

尽管他们从事的是技术研发推广工作,但是木质纤维素降解转化技术研发追求目标比较长远,希望利用废弃可再生资源开发来解决能源永续供应、环境污染保护等世界性难题,企业在短期内很难看到较大的经济效益。所以,曲音波带领自己团队开展研发工作,也很少关注眼前的个人收益,在技术转让过程中经常是无偿地为企业提供技术服务,无私为社会做奉献。

在科学研究和社会活动都很繁忙的情况下,曲音波老师依然坚持给研究生授课,及时把学科领域内的最新研究进展介绍给研究生同学。并通过组织研究生参与教学和讨论活动,锻炼了研究生的自学和表达能力,教学相长,受到了研究生同学的欢迎。

为保证研究生的培养质量,组织了多个研究生指导小组,吸收青年教师参与研究生指导。以研究室为单位每周组织一次学术研讨会,由研究生同学介绍自己或他人的最新研究进展,集体讨论质疑,使做报告的研究生能及时得到老师和同学们的帮助指导,也启发教育了其他研究生如何开展研究工作。

通过具体指导研究生参与国家研究计划的科研工作,并关心帮助研究生解决工作学习和生活中的具体困难和问题,通过谈心了解和解决他们的思想问题,使研究生同学基本上都能顺利地完成学业。年轻博士、硕士们毕业后出国留学或就业,有些已经成长为教授或学术骨干,在各自的工作岗位上普遍受到欢迎和好评。