重离子诱变谷氨酸高产菌株选育及阿莫西林诱导发酵机理研究

发布时间：2020-04-10 15:43

【摘要】：谷氨酸是世界上产量最大的氨基酸,在食品,医药,工农业等领域均有广泛的应用。发酵法是工业生产谷氨酸的重要方法,目前国内谷氨酸生产成本高、产酸水平较低,提高谷氨酸的产量及糖酸转化率能有效的降低企业生产成本,增加企业利润。国内外对谷氨酸过量产生的机理进行了大量的研究,但对于抗生素诱导的谷氨酸分泌在转录水平方面的相关机理研究尚不清楚。本论文利用兰州重离子加速器国家实验室提供的~(12)C~(6+)离子束对谷氨酸棒杆菌进行辐照诱变,根据代谢调控策略对谷氨酸棒杆菌进行平板筛选,经发酵筛选及培养基优化提高谷氨酸产量,同时初步探究了阿莫西林诱导的谷氨酸分泌机理。主要研究结果如下:采用高糖、丙二酸、磺胺胍等抗性平板对辐照诱变处理后的突变体进行平板筛选,共选育出具有高糖抗性突变菌株73株,丙二酸抗性突变菌株101株,磺胺胍抗性突变菌株89株;对选育出的突变菌株进行24孔板发酵初筛,再经过摇瓶复筛得到一株高产酸突变菌株,产酸率为90.25g/L,较出发菌株提高9.1%。利用单因素实验对发酵培养基进行优化,发现葡萄糖,玉米浆,K_2HPO_4对谷氨酸产量的影响较大,设计三因素三水平的响应面实验对葡萄糖,玉米浆,K_2HPO_4三种培养基成分进行优化,优化结果为:葡萄糖188g/L,玉米浆6.2g/L,磷酸氢二钾1.7g/L,模拟得到谷氨酸产量最高值为97.34g/L。4次实验后测得谷氨酸产量接近平均值为98.5g/L,与预测值接近。通过测定发酵过程菌株生长状况、谷氨酸含量和关键基因的相对表达水平,初步研究了阿莫西林对谷氨酸分泌的影响机理。发现细胞膜(壁)通透性的增加是谷氨酸大量分泌的必要条件;在产酸后期,过量生物素能够增强谷氨酸合成与分泌相关关键基因的转录水平,包括:pc、pepc、cs、icdh、icl、gdh、pdh、ldh、msccG、msccG2、odhA从而有助于谷氨酸的大量合成与分泌;阿莫西林能够使whcD与ACCase转录水平下降,使得细胞膜(壁)不能够正常合成,造型细胞膜(壁)通透性增强,从而激活转运蛋白,使谷氨酸能够大量向胞外分泌。
【图文】：

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谷氨酸是世界上氨基酸产量最大的品种，在食品、医药、工农业等领域具有广泛的用途。图1.1 第一款鲜味调味品 AJI-NO-MOTO 谷氨酸是味精的前体物质，味精的化学名称即为谷氨酸钠，具有增强香味的作用，味精也是近年来开始风行的复合调味品鸡精的主要原料（秦海斌等，2009）。谷氨酸钾作为常用的降氨药物可以用来治疗氨性肝昏迷，特别是因利尿导致的肝硬化腹水低钾患者，通过输注此药达到协助补钾的目的（王慎传等，1990）。最近研究发现乳果糖口服溶液联合谷氨酸钾注射液能改善精神状况，降低血氨水平，改善肝脏功能，具有治疗肝性脑病的临床疗效，并且安全性较好（殷刚等，2018）。氨基酸铜作为良好的杀菌剂既是防治果树腐烂病，又是西红柿保护性杀菌剂。谷氨酸还可以作为叶面喷洒的微肥

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生产谷氨酸的诞生，从 1950 年到 1970 年谷氨酸的产量增加了 100 倍，发酵法生产谷氨酸已经成为了现今世界最主要的生产方式（Tonouchi N., et al.,2016）。图1.2 世界味精每年总产量在发酵法生产谷氨酸诞生后，大批的公司与研究人员开始进行谷氨酸发酵的相关研究，1970年，大批的日本研究人员开始热忠于谷氨酸的相关研究，，并垄断了谷氨酸发酵的科学论文。1980年，日本研究人员对谷氨酸的相关研究呈现回落的趋势，然而，在2000年左右有了恢复。相反，对于亚洲的其它国家，尤其是中国和印度，其发表科技论文的数量从1980年开始增长。由于谷氨酸的大量需求，推动了新菌株的发现（大多数菌株属
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R915;TQ922.1

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