基于转录组测序数据对Weissella confusa XU1中低聚木糖代谢系统的分析（英文）

【目的】近年来由于在发酵方面的良好特性,低聚木糖的益生作用越来越得到公众的关注。研究发现相比于葡萄糖和木糖WeissellaconfusaXU1在以低聚木糖为唯一碳源时生长情况最好。本文将对WeissellaconfusaXU1中低聚木糖的代谢机制进行研究。【方法】本研究分别以葡萄糖、木糖和低聚木糖作为唯一碳源对Weissella confusa XU1进行转录组测序并进行比较分析。【结果】通过转录组分析发现以低聚木糖为唯一碳源的处理中部分编码MFS转运蛋白和糖基水解酶的基因转录水平显著上升,WeissellaconfusaXU1中的糖酵解过程和磷酸戊糖途径也得到显著增强。【结论】本研究根据转录组数据分析得出Weissella confusa XU1中的低聚木糖代谢机制。本研究首次在革兰氏阳性菌中发现MFS转运蛋白参与到低聚木糖转运的过程,为提高微生物对木聚糖利用效率进行分子改造提供了改造方向,该机制为低聚木糖代谢的研究和Weissella的工业化应用提供了新的思路。     

嗜水气单胞菌中转录因子AHA_1581对细菌生理功能调控机制的研究

[目的] LuxR家族转录因子能够抑制或刺激不同功能类型基因的表达,来维持细胞功能的稳定性。嗜水气单胞菌是水产养殖中重要的致病菌之一,目前对该菌中的LuxR家族转录因子功能的研究还较少。[方法] 本研究利用含有sacB标记的自杀载体pRE112和同源重组技术敲除LuxR家族转录因子AHA_1581基因。[结果] 生理表型测定结果发现,ΔAHA_1581的运动与胞外蛋白的酶活增强、生物被膜形成能力降低,且耐受低温、卡那霉素、庆大霉素胁迫,但是对K₂Cr₂O₇更加敏感。进一步对野生型Ah和ΔAHA_1581的定量蛋白质组学分析,共鉴定到2654个蛋白,其中59个蛋白下调表达,142个蛋白上调表达。生物信息学分析表明AHA_1581参与调控双组分调节系统、丙酮酸代谢、碳代谢、TCA循环等细菌重要生理过程,以及细菌耐药基因和毒力因子的差异表达。[结论] 了解AHA_1581基因在调控细菌毒力以及生物过程中所起的重要作用,对预防和控制嗜水气单胞菌引起疾病的发生和传播可能具有重要的科学意义。     

携带Paenibacillus polymyxa WLY78固氮基因簇(nif)的重组大肠杆菌Escherichia coli78-7转录组分析

[目的]来自Paenibacillus polymyxa WLY78的固氮基因簇（nifBHDKEfNXhesAnifV）可以转化入Escherichia coli中表达并使重组大肠杆菌合成有固氮活性的固氮酶。本文拟通过对重组大肠杆菌E.coli 78-7的转录组分析以提高其固氮能力。[方法]对固氮条件（无氧无NH₄⁺）和非固氮条件（空气和100 mmol/L NH₄⁺）培养的重组大肠杆菌E.coli 78-7进行转录组分析。[结果]nif基因在两种培养条件下显著表达,说明在重组大肠杆菌中可规避原菌中氧气和NH₄⁺对nif基因的负调控。对于固氮过程必需的非nif基因,如参与钼、硫、铁元素转运的mod、cys和feoAB,这些基因在两种培养条件下表达水平有差异。而参与铁硫簇合成的suf和isc基因簇在两条件下表达水平差异巨大。此外,参与氮代谢的基因在固氮条件下显著上调。[结论]重组大肠杆菌中与固氮相关的非nif基因在该菌的固氮过程中具有较大影响,本文对在异源宿主中调高固氮酶活性研究具有重要意义。     

多酶融合表达体系以木聚糖为辅助底物高效合成(S)-苯乙二醇

[目的] 利用木聚糖为辅助底物加强手性催化反应中的辅酶循环,构建来源于近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis）CCTCC M203011的（S）-羰基还原酶II（SCRII）、枯草芽孢杆菌（Bacillussp.）YX-1葡萄糖脱氢酶突变体Ala258Phe/GDH和里氏木霉（Trichoderma reesei）Rut C-30木聚糖酶（XYN2）在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21（DE3）中的融合表达体系,高效合成（S）-苯乙二醇。[方法] 调节3种酶编码基因在pET-28a载体上的位置,运用重叠延伸PCR技术,构建了E.coli/pET-SCRII-A258F-XYN2和E.coli/pET-A258F-SCRII-XYN2两种重组菌,研究了其合成（S）-苯乙二醇的最适反应条件。[结果] 重组菌株E.coli/pET-SCRII-A258F-XYN2在底物2-羟基苯乙酮与辅助底物木聚糖的比例为1：1、35℃、pH为7.0条件下,（S）-苯乙二醇的产率达98.8%（W/W）;而重组菌株E.coli/pET-A258F-SCRII-XYN2在底物与辅助底物的比例为2：1、35℃、pH为7.0条件下,（S）-苯乙二醇的产率达95.6%（W/W）,两者合成产物的光学纯度均>99%。[结论] 通过构建3种酶的融合表达体系,成功将木聚糖酶和葡萄糖脱氢酶突变体介导的辅酶再生循环体系引入不对称生物合成反应,提高了手性转化效率,为将大自然中丰富的木聚糖用于手性催化奠定了较扎实的研究基础。     

Mstn基因干扰通过上调基因Cpt1b促进肌间脂肪的β氧化

肌生长抑制素(myostatin,Mstn)也被称为生长/分化因子-8(GDF-8)。敲减或敲除Mstn基因可促进肌肉发育、降低脂肪含量。本研究利用RNA干扰技术制备Mstn干扰小鼠,随后对其骨骼肌形态、骨骼肌甘油三酯(triglyceride,TG)含量、脂肪酸组成及含量进行了分析。结果显示,与对照组相比,Mstn干扰小鼠肌肉中Mstn的表达减少。小鼠骨骼肌肌纤维的横截面积显著增大,而TG含量显著降低,n-3/n-6和不饱和/饱和脂肪酸比值显著升高。通过实时荧光定量PCR检测脂肪酸代谢相关基因的表达,结果表明脂肪酸分解和转运相关基因表达上调,而脂肪酸合成相关基因表达下调。在这些基因中,与β氧化相关的基因Cpt1b的上调尤为明显。对骨骼肌中CPT1的酶活性进行了检测,结果与基因表达情况一致。为探讨其进一步作用机理,通过染色质免疫沉淀实验发现,Mstn基因下游转录因子SMAD3可与Cpt1b基因的启动子直接结合。上述结果表明,Mstn敲减后主要通过调控其下游转录因子SMAD3与Cpt1b基因启动子的结合,上调Cpt1b的表达,从而促进肌内脂肪酸的β氧化代谢。     

mhbR和mhbT基因移码突变对3-羟基苯甲酸代谢的影响*

Klebsiellapneumoniae M5a1菌株能以 3 羟基苯甲酸作为唯一碳源和能源生长 ,编码分解代谢 3 羟基苯甲酸的基因被克隆至一 8kb的DNA片段上 (pBSI质粒 ) ,含有该质粒的大肠杆菌获得了以 3 羟基苯甲酸作为唯一碳源和能源生长的能力。经测序并与GenBank中的已知基因产物进行氨基酸同源性比较后 ,发现其中的mhbR与转录调节基因和mhbT与底物转运基因具有较高同源性 ,推断可能具有相应的功能。含有mhbR的移码突变子或     

不同碳源诱导下牦牛瘤胃厌氧真菌Orpinomyces sp. YF3的产酶机制

为探究体外发酵牦牛瘤胃源厌氧真菌Orpinomyces sp. YF3在不同碳源诱导下的产酶机制，本研究利用厌氧培养管在10 mL基础培养基中分别添加不同碳源复杂度的葡萄糖(glucose, Glu)、滤纸(filter paper, Flp)、微晶纤维素(avicel, Avi)各8 g/L作为唯一碳源进行体外发酵，检测发酵液中的纤维降解酶活性和挥发性脂肪酸，并利用转录组学探究Orpinomyces sp. YF3的产酶机制。结果表明葡萄糖诱导下的发酵液中羧甲基纤维素酶、微晶纤维素酶、滤纸酶和木聚糖酶的活性，及乙酸的比例显著升高(P＜0.05)，丙酸、丁酸、异丁酸的比例显著降低(P＜0.05)。进一步分析发现与纤维降解酶相关的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)在Glu组中显著上调。基因本体论(gene ontology, GO)功能富集显示DEGs主要集中在木聚糖酶、纤维素酶、葡萄糖和碳水化合物等的分解代谢过程及相关酶活性，京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路分析富集到的纤维降解酶相关的差异通路主要是淀粉和蔗糖代谢途径、其他聚糖降解途径。以上结果表明，以葡萄糖为碳源底物的Orpinomyces sp. YF3可增加纤维素降解酶活性，提高乙酸比例，通过调控纤维降解酶基因的表达及相关代谢通路来提高对底物的降解能力，提高能量利用效率。这为Orpinomyces sp. YF3在实际生产中的应用提供了理论基础。     

基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。     

温度与CO2浓度升高对集胞藻PCC 6803修复UV损伤的关键基因转录量的影响

通过Taqman探针绝对定量法研究了集胞藻PCC 6803在5种不同的环境条件下:(1)25℃+400μmol/mol CO₂,(2)29℃+400μmol/mol CO₂,(3)25℃+800μmol/mol CO₂,(4)29℃+800μmol/mol CO₂,(5)25℃+1200μmol/mol CO₂,其phrA/psbA1/psbA2/psbA3等UV修复基因和16S rRNA基因的转录本拷贝数的变化情况。结果表明:温度与CO₂浓度的升高可以导致集胞藻PCC 6803的psbA2/psbA3基因和16S rRNA转录本拷贝数的大幅减少,说明温室效应将有可能导致蓝藻的UV损伤修复能力与核糖体合成能力的下降;温度升高和CO₂浓度升高对psbA2/psbA3基因和16S rRNA转录本拷贝数的联合作用表现为互相抵消,说明温度升高与CO₂浓度升高的联合作用的机制较复杂,值得深入研究。     

木酮糖激酶表达水平对酿酒酵母木糖代谢产物流向的影响

在酿酒酵母中分别引入真菌和细菌的木糖代谢关键酶,木糖还原酶基因XYL1、木糖醇脱氢酶基因XYL2和木糖异构酶基因xylA. 并在此基础上以共转化策略超表达下游关键酶木酮糖激酶基因XKS1. 与亲本菌株相比,用pMA91和YEp24质粒表达XKS1的重组菌株,木酮糖激酶（xylulokinase,XK）活性分别提高了14和6.7倍. 在限氧条件下,重组菌株对木糖和葡萄糖的共发酵结果显示,表达XYL1,XYL2以及XKS1的重组菌株HSXY-251木糖消耗为12.4 g/L,提高了120.9%,乙醇产量达到9.4 g/L,提高了36%,副产物木糖醇产量为0.7 g/L,下降了84.9%.     

马克斯克鲁维酵母GX-UN120糖转运蛋白基因的克隆及表征

【背景】马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)具有完整的木糖代谢途径,可以高效利用木质纤维素中的木糖,因此对其糖转运蛋白基因的研究或可有效解决酵母木糖转运的相关问题。【目的】根据马克斯克鲁维酵母DMKU3-1042中KLMA＿70145和KLMA＿80101基因位点的功能预测,获得马克斯克鲁维酵母GX-UN120相应的糖转运蛋白基因序列并探究其功能。【方法】将转运蛋白基因分别克隆表达至酿酒酵母EBY.VW4000中考察重组菌株生长特性,以此间接评价对应转运蛋白的转运能力。【结果】Km＿SUT2基因编码的糖转运蛋白可有效提高宿主细胞转运木糖、阿拉伯糖、山梨糖、核糖、乳糖和葡萄糖的能力,但却不能转运甘露糖、果糖、蔗糖和半乳糖。类似地,Km＿SUT3基因编码的糖转运蛋白可提高细胞转运木糖、阿拉伯糖、山梨糖、半乳糖、核糖、乳糖和葡萄糖的能力,但却不能转运甘露糖和果糖。然而在葡萄糖存在的条件下,重组菌株对各种碳源的利用均受抑制,但Km＿SUT3转运木糖和核糖过程中受葡萄糖的抑制作用较小。【结论】马克斯克鲁维酵母GX-UN120中转运蛋白Km＿SUT2和Km＿SUT3可...     

可同化阿拉伯糖的木糖还原酿酒酵母菌株构建

[目的] 以秸秆等木质纤维素类生物质为原料生产液体生物燃料乙醇,目前生产成本高,大规模工业化生产尚有较大难度。构建能同化阿拉伯糖进行木糖还原生产木糖醇的重组酿酒酵母菌株,以实现原料中全糖利用、生产高附加值产品,实现产品多元化。[方法] 首先,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术依次向出发菌株中导入阿拉伯糖代谢途径和木糖还原酶基因,使菌株获得代谢阿拉伯糖和将木糖转化为木糖醇的能力;其次,通过适应性驯化的进化工程手段,提高重组菌株对阿拉伯糖的利用效率;最后,通过混合糖发酵验证重组菌株利用阿拉伯糖和还原木糖产木糖醇的能力。[结果] 通过导入植物乳杆菌的阿拉伯糖代谢途径,酿酒酵母菌株获得了较好的利用阿拉伯糖生长繁殖的能力;进一步导入假丝酵母的木糖还原酶基因后,重组菌株在葡萄糖作为辅助碳源条件下可高效还原木糖产木糖醇,但阿拉伯糖的利用能力下降。利用以阿拉伯糖为唯一碳源的培养基进行反复批次驯化,阿拉伯糖的利用能力得以恢复和提升,得到表型较好的重组菌株KAX3-2。该菌株在木糖（50 g/L）和阿拉伯糖（20 g/L）混合糖发酵条件下发酵72 h时,对阿拉伯糖和木糖利用率分别达到42.1%和65.9%,木糖醇的收率为64%。[结论] 本研究成功构建了一株能有效利用阿拉伯糖并能将木糖转化为木糖醇的重组酿酒酵母菌株KAX3-2,为后续构建、获得阿拉伯糖代谢能力更强、木糖醇积累效率更高菌株的工作奠定了基础。     

Improvement of xylose utilization in Clostridium acetobutylicum via expression of the talA gene encoding transaldolase from Escherichia coli

Clostridium acetobutylicum ATCC 824 was metabolically engineered for improved xylose utilization. The gene talA, which encodes transaldolase from Escherichia coli K-12, was cloned and overexpressed in C. acetobutylicum ATCC 824. Compared with C. acetobutylicum ATCC 824 (824-WT), the transformant bearing the E. coli talA gene (824-TAL) showed improved ability on xylose utilization and solvents production using xylose as the sole carbon source. During the fermentation of xylose and glucose mixtures with three xylose/glucose ratios (approximately 1:2, 1:1 and 2:1), the rate of xylose consumption and final solvents titers of 824-TAL were all higher than those of 824-WT, despite glucose repression on xylose uptake still existing. These results suggest that the insufficiency of transaldolase in the pentose phosphate pathway (PPP) of C. acetobutylicum is one of the bottlenecks for xylose metabolism and therefore, overexpressing the gene encoding transaldolase is able to improve xylose utilization and solvent production.     

酒醅中精氨酸利用菌株的分离筛选及其对浓香型白酒中瓜氨酸积累的影响

【目的】分析浓香型白酒酒醅发酵过程中氨基甲酸乙酯前体物质瓜氨酸含量显著增加的原因,确定酒醅中能够利用精氨酸并积累瓜氨酸的微生物,为解析白酒中氨基甲酸乙酯的形成机制提供研究基础和理论依据。【方法】采用高通量筛选技术,从浓香型白酒酒醅中分离具有高精氨酸利用能力和高瓜氨酸积累特性的菌株,并通过基因型和表现型验证以及模拟窖内发酵验证它们对瓜氨酸积累的贡献。【结果】共筛选获得20株具有高精氨酸利用能力的菌株,其中Lactococcus garvieae LD3,Bacillus amyloliquefaciens BG5,Pediococcus acidilactici PH7和Staphylococcus pasteuri SH11具有较高的瓜氨酸生成能力,并可使酒醅中瓜氨酸含量显著增加。【结论】筛选获得的4类微生物均能够通过ADI途径代谢积累瓜氨酸,是导致酒醅瓜氨酸含量增加的原因。     

基于比较转录组分析海洋弧菌X511的褐藻胶代谢途径

【目的】从北海涠洲岛海域腐烂的马尾藻中分离得到的海洋弧菌(Vibrio X511)具有较强的利用褐藻胶能力,本文利用转录组测序的方法以研究弧菌X511的褐藻胶代谢途径。【方法】采用Illumina Hi Seq2500测序平台对菌株在褐藻胶及葡萄糖培养下的转录组进行测序;比较和分析差异转录本,利用荧光定量PCR验证测序结果;采用GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)对差异转录本进行功能和Pathway注释。【结果】经比较发现,菌株在褐藻胶培养下相对于葡萄糖的培养共有2024个差异表达基因,其中1066个基因上调,958个基因下调;某些普遍存在于代谢途径中的基因在不同培养条件下也存在差异表达;海洋弧菌X511中涉及褐藻胶利用的所有基因以及合成乙醇的关键基因其转录量均有一定程度的上调;此外,通过分析发现该菌株具有独特的褐藻胶利用方式,其中的一个代谢过程尚未在弧菌中被报道。【结论】成功解析了海洋弧菌X511的褐藻胶代谢途径,丰富了生物方法降解褐藻胶的研究,为大型海藻生物质能源的研究提供有价值的数据支持。     

嗜热链球菌IMAU20246胞外多糖基因簇及其表达分析北大核心

【目的】嗜热链球菌IMAU20246是一株具有良好发酵特性且高产胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的菌株,但其EPS基因簇及合成途径尚不清晰。因此可通过全基因组测序及生物信息学分析菌株基因组序列,探究EPS合成及调控机制。【方法】本实验对嗜热链球菌IMAU20246进行全基因组测序并进行生物信息学分析,解析EPS生物合成相关基因簇及EPS合成途径,同时采用实时荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)对其不同时间点EPS基因簇的表达进行定量分析。【结果】嗜热链球菌IMAU20246基因组中有一个18.1 kb的EPS生物合成基因簇,编码15个与EPS生物合成相关的基因。嗜热链球菌IMAU20246通过转运葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、乳糖、海藻糖、纤维二糖及蔗糖合成UDP-葡萄糖、dTDP-葡萄糖、dTDP-鼠李糖、UDP-半乳糖、UDP-呋喃半乳糖、UDP-N-乙酰葡萄糖胺和UDP-N-乙酰半乳糖胺等7种糖核苷酸。qRT-PCR的结果表明,EPS基因簇中的基因在细胞生长阶段均能表达,特别是糖基转移酶基因epsE、epsF、epsH和epsJ在培养6 h时表达量最高,此时EPS产量达到最高。【结论】本研究从基因组解析了嗜热链球菌IMAU20246 EPS基因簇及其合成途径,为菌株的进一步开发提供了理论依据。     

广叶绣球菌不同生长阶段栽培基质中代谢物差异分析

【背景】栽培基质的利用是广叶绣球菌(Sparassis latifolia)栽培中重要的生理过程，但栽培过程中基质代谢物的变化尚不清楚。【目的】通过不同生长阶段栽培基质中差异代谢物分析挖掘关键代谢物，为广叶绣球菌基质利用机理研究提供理论参考。【方法】利用UHPLC-MS/MS技术分析广叶绣球菌菌丝(Myc)、原基(Pri)和子实体(FB)生长阶段栽培基质中代谢产物的变化，通过不同数据库进行代谢物注释并进行KEGG通路富集分析。利用LC-MS/MS技术检测不同发育阶段绣球菌中植物类激素含量。【结果】三个不同栽培阶段基质中共鉴定出代谢产物1 360个。不同比较组(Pri vs. Myc、FB vs. Myc和FB vs. Pri)间共有的差异代谢产物179个，含量最高的50个代谢物主要包括氨基酸、脂质、吡喃酸、吡喃酮和植物类激素等物质。其中氨基酸含量在Myc、Pri和FB阶段基质中逐渐降低，而吡喃酸和吡喃酮类化合物含量逐渐升高。植物类激素中的赤霉素在Pri和FB阶段基质中含量较高，茉莉酸在Myc阶段基质中含量较高。对不同发育阶段绣球菌植物类激素进行检测，发现赤霉素GA7仅在原基中检测到，1...     

巢湖铜绿微囊藻Chao 1910的基因组学和磷代谢通路分析

【背景】铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)广泛分布于温带湖泊,因产生微囊藻毒素且易成为蓝藻水华优势藻株而备受关注。【目的】基于全基因组序列分析和基因转录水平验证,阐明从巢湖新分离的铜绿微囊藻Chao 1910的主要代谢通路和磷营养高效利用机制。【方法】通过第三代测序技术拼接获得Chao1910的全基因组序列,完成主要代谢通路的基因注释,并对与蓝藻水华优势藻株形成相关的磷代谢通路进行深入分析。【结果】比较基因组学表明,Chao1910藻株与日本铜绿微囊藻NIES-843的亲缘关系最近,其糖酵解、磷酸戊糖途径和核苷酸合成等代谢通路的基因组成非常保守,同时具有完整的磷转运、磷吸收、多聚磷酸盐合成/分解等磷营养高效利用的通路。不同于其他铜绿微囊藻,Chao 1910藻株不具有微囊藻毒素合成基因簇,推测其主要依靠对磷营养的高效利用获取生存竞争优势。【结论】Chao1910藻株是巢湖首株完成全基因组测序的铜绿微囊藻,这将有助于揭示其获得生存竞争优势的分子机制,为遏制巢湖蓝藻水华暴发提供依据。     

基于代谢组学分析的O-琥珀酰-L-高丝氨酸发酵调控

【目的】O-琥珀酰-L-高丝氨酸(O-succinyL-L-homoserine, OSH)是合成L-蛋氨酸、L-草铵膦等重要前体，在医药、农药、食品等领域具有重要的应用前景，其绿色高效制造受到广泛关注。本研究通过解析OSH发酵过程代谢途径和代谢产物变化规律，建立OSH发酵调控策略，提升其产量和糖酸转化率。【方法】运用代谢组学技术，系统考察OSH生产菌在发酵不同时间段的代谢物变化情况，探究与OSH合成显著关联的代谢途径，通过在不同时间外源添加关键代谢物，平衡关键代谢物及其前体通量，减少旁路途径对前体的竞争性利用。【结果】在5 L发酵罐中产量达70.1 g/L，糖酸转化率达0.52 g/g (葡萄糖)。【结论】研究结果表明，基于代谢组学分析技术的OSH发酵体系优化和发酵过程调控显著提升了目标产物生产效率，奠定了OSH的产业化基础。     

拉曼光谱分析技术在资源微生物发酵性能评价中的应用

微生物发酵过程是细胞新陈代谢进行物质转化的过程,为了提高目标产物的转化率,需要对微生物发酵动态特性进行实时分析,以便实时优化发酵过程。拉曼光谱(Raman spectroscopy)量化测试作为一种有应用前景的在线过程分析技术,可以在避免微生物污染的条件下,实现精准监测,进而用于优化控制微生物发酵过程。【目的】以运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)为例,建立微生物发酵过程中葡萄糖、木糖、乙醇和乳酸浓度拉曼光谱预测模型,并进行准确性验证。【方法】采用浸入式在线拉曼探头,收集运动发酵单胞菌发酵过程中多个组分的拉曼光谱,采用偏最小二乘法对光谱信号进行预处理和多元数据分析,结合离线色谱分析数据,对拉曼光谱进行建模分析和浓度预测。【结果】针对运动发酵单胞菌,首先实现拉曼分析仪对单一产品乙醇发酵过程的精准检测,其次基于多元变量分析,建立葡萄糖、乙醇和乳酸浓度变化的预测模型,实现对发酵过程中各成分浓度变化的准确有效分析。【结论】成功建立了一种评价资源微生物尤其是工业菌株发酵液多种组分的拉曼光谱分析方法。该方法为运动发酵单胞菌等工业菌株利用多组分底物工业化生产不同产物的实时检测,以及其他微生物尤其工业菌株的选育和过程优化提供了新方法。