常压室温等离子体诱变选育L-精氨酸生产菌及发酵条件优化

【目的】通过常压室温等离子体诱变技术选育L-精氨酸高产菌株,利用响应面设计探索突变菌株生产L-精氨酸的最佳发酵条件。【方法】采用常压室温等离子体生物诱变系统对实验室保藏的Corynebacterium glutamicum GUI089进行系列诱变,选育L-高精氨酸和8-氮鸟嘌呤抗性菌株。在单因子实验的基础上,应用Plackett-Burman设计从7个因素中筛选出对L-精氨酸合成具有显著效应的(NH4)2SO4、葡萄糖和尿素3个因素。基于上述结果,进一步采用响应面设计优化出主要影响因素的最佳参数水平。【结果】经过一系列的诱变和筛选,选育出一株L-高精氨酸(15 g/L)和8-氮鸟嘌呤(0.7 g/L)抗性菌株,并将此菌株命名为C.glutamicum ARG 3-16。此菌株的L-精氨酸产量比出发菌株提高了49.79%,且发酵液中杂酸的浓度明显降低,特别是L-脯氨酸、L-谷氨酸和L-缬氨酸。在经响应面优化后的最佳发酵条件下,L-精氨酸的产量达到39.72±0.75 g/L,比优化前提高了10.49%。【结论】通过常压室温等离子体诱变技术成功选育出一株L-精氨酸高产菌株,利用响应面法有效地优化了发酵条件,实验结果表明突变株ARG 3-16具有潜在的生产应用价值。     

常压室温等离子体快速诱变产油酵母的条件及其突变株的特性

采用新型常压室温等离子体射流诱变产油酵母,结合快速突变产油酵母操作条件及基于96孔板的高通量筛选手段,获得了一系列增殖速度和产油量发生变化的突变株。在等离子体对菌株致死率为99％的条件下获得的以突变株增殖速度为指标的正突变率达到27.2％。用含酵母粉 (10 g/L)、蛋白胨 (10 g/L) 及葡萄糖 (20 g/L) 的酵母膏胨葡萄糖培养基进行发酵实验表明,筛选得到的高产突变体产油量从对照株的1.87％ (W/W) 增加到4.07％ (W/W)。     

常压室温等离子体技术在微生物诱变中的应用进展

微生物是人类赖以生存的重要资源,为提高微生物的生产效率或者赋予其新的生物学功能,需要通过理化方法进行诱变或通过分子生物学技术对其进行定点突变。在目前的理化诱变方法中,常压室温等离子（atmospheric and room temperature plasma,ARTP）诱变技术具有操作简单、条件温和、安全性高、诱变快速等优点,成为倍受青睐的新方法。基于此,综述了ARTP诱变技术的原理及其在微生物诱变育种方面的应用,以期为选育性能优越的微生物菌种的诱变育种相关研究提供借鉴。     

灰树花菌株的复壮及常压室温等离子体诱变

【背景】实验室所用灰树花菌株系长期继代培养,易出现菌株退化。【目的】通过菌株复壮的方法实现菌株的生物学活性及性状的恢复,并借助高效诱变仪对菌株实施诱变,以期得到活性更高、遗传稳定的诱变株。【方法】分别以PDA加富培养基和PDA-板栗壳培养基为培养基质,采用尖端菌丝分离法进行菌株复壮,得到回复菌株原有的生物学活性及性状的复壮株P-2,为了进一步提高菌株的高产性能,利用常压室温等离子体(atmosphericroomtemperatureplasma,ARTP)诱变技术作用于复壮株P-2菌丝体,最终筛选到一株性能优良、遗传稳定性高的诱变株b-35。【结果】复壮后的菌株P-2菌丝干重和多糖含量分别达到1.18%和19.01%,较出发株分别提高35.17%和35.11%,通过发酵罐验证菌株的发酵周期由48h缩短至32h,菌株发酵活性及效率明显提高。诱变株b-35菌丝干重和多糖含量分别达到1.56%和25.07%,较复壮株P-2分别提高了40.15%和39.33%。【结论】ARTP诱变方法易操作、无污染且诱变效率高,是获得灰树花高产菌株的重要方式。     

常压室温等离子体诱变高效利用木糖产丁二酸菌株

大肠杆菌Escherichia coli AFP111是E. coli NZN111 (△pflAB△ldhA) 的ptsG自发突变株,其转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中净产生1.67 mol ATP,但是转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中实际需要2.67 mol ATP,因此在厌氧条件下,ATP的供给不足导致E. coli AFP111不能代谢木糖。采用常压室温等离子体射流诱变产丁二酸大肠杆菌菌株,在厌氧条件下,利用以木糖为碳源的M9培养基,筛选得到一株可以代谢木糖并积累丁二酸的突变株DC111。该突变菌株在发酵培养基中,72 h内可以消耗10.52 g/L木糖产6.46 g/L的丁二酸,丁二酸的得率达到了0.78 mol/mol。而且突变株中伴有ATP产生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PCK) 途径得到加强,PCK的比酶活相对于出发菌株提高了19.33倍,使得其在厌氧条件下能够有足够的ATP供给来代谢木糖发酵产丁二酸。     

常压室温等离子体诱变扭脱甲基杆菌AM1高产吡咯喹啉醌

吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)作为一种新型的氧化还原酶辅酶,在医药和食品等领域有广阔的应用前景。为改善扭脱甲基杆菌Methylobacterium extorquens AM1 PQQ生产性能,采用常压室温等离子体(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)进行诱变,结合高通量快速筛选方法,得到以PQQ产量为指标的正向突变株。ARTP诱变的菌株正突变率为31.6%,筛选得到的较优正突变株M.extorquens AM1(E-F3),PQQ产量达到54.0 mg/L,是出发菌株的近3倍。系统的高通量方法筛选ARTP诱变菌为后续进一步提高M.extorquens AM1菌株PQQ的产量奠定了基础,亦为改善菌株生产性能提供了新思路。     

常压室温等离子体-紫外复合诱变选育β-法尼烯高产菌株

【背景】大肠杆菌(Escherichia coli)由于生长性能优良、遗传背景清楚、遗传操作手段成熟,是合成β-法尼烯的合适生产菌,但其合成β-法尼烯的产量目前仍不能满足工业化生产的需求。【目的】通过诱变筛选技术选育β-法尼烯高产突变株。【方法】采用常压室温等离子体(atmosphericand room temperature plasma,ARTP)诱变技术和紫外线照射对出发菌株大肠杆菌EC-16进行复合诱变,并以异戊烯焦磷酸耐受性为选择压力进行平板初筛,之后进行摇瓶复筛,最后进行发酵罐验证。通过连续多代培养筛选到的高产突变菌株,观察其遗传稳定性。【结果】经复合诱变选育筛选出一株β-法尼烯高产突变株E.coliHVK-9,其产量高达22.1g/L,相比出发菌株提高了168.74%。【结论】采用ARTP-紫外复合诱变,再结合异戊烯焦磷酸抗性筛选的集成方法,使得诱变菌株的正突变率大大提高,可以有效地提高诱变菌株的β-法尼烯产量。突变株HVK-9作为工业化发酵生产菌种具有较好的遗传稳定性,为β-法尼烯的工业化生产和应用奠定了良好的基础。     

基于核糖体工程理论的常压室温等离子体诱变筛选多杀菌素高产菌

利用核糖体工程理论,采用常压室温等离子体(ARTP)诱变对刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)进行诱变筛选。以刺糖多孢菌QYLZ 88912菌株为出发菌株,对其进行ARTP诱变,选取三个不同致死率的照射时间,将孢子悬液混合,以增加抗性筛选几率。然后基于核糖体工程技术理论对混合孢子悬液进行初筛,最终筛选出了1株多杀菌素高产菌Sg200Rif110St40Er90-028。该菌株同时具有磺胺胍、利福平、链霉素、红霉素的多重抗性,摇瓶发酵试验表明,发酵7d后多杀菌素浓度可达到1 516.93 mg/L,较出发菌株QYLZ 88912的产量610.75 mg/L提高了148.37%,且遗传性稳定。以得到的高产菌Sg200Rif110St40Er90-028作为出发菌株,对发酵培养基进行响应面优化实验,优化后的培养基(g/L):葡萄糖46.97、麦芽糊精35、酵母粉40.36、水浸棉籽粉32.88、碳酸钙3,多杀菌素的产量为2 361.81 mg/L,比出发菌株的产量提高了286.71%。     

常压室温等离子体诱变选育类胡萝卜素高产菌株及其性质研究北大核心CSCD

采用新型常压室温等离子体(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变产类胡萝卜素菌株Deinococcus wulumuqiensis R12,通过深孔培养板进行高通量筛选,并结合菌株类胡萝卜素含量复筛获得突变菌株M1。与出发菌株相比,突变菌株M1的类胡萝卜素含量检测为612μg/g细胞干重(Dry cell weight,DCW),是出发菌株类胡萝卜素含量(212μg/g DCW)的2.8倍,且遗传性稳定;突变菌株M1类胡萝卜素的高铁离子还原能力(OD700=0.52)高于出发菌株类胡萝卜素的高铁离子还原能力(OD700=0.34),且M1的类胡萝卜素对DPPH自由基清除率为33.33%高于出发菌株类胡萝卜素的清除率(23.09%),结果显示突变菌株M1具有更强的抗氧化能力;在相同γ辐射与UV辐射剂量下突变菌株M1具有比出发菌株更高的存活率。研究表明突变菌株M1在类胡萝卜素产量、菌株抗氧化性能及抗辐射性能方面均优于出发菌株D.wulumuqiensis R12。     

常压室温等离子体(ARTP)诱变介导的赤藓糖醇生产菌的筛选与优化

赤藓糖醇是一种天然多元醇类甜味剂,具有热量较低、无致龋齿性、口感佳、非吸湿性以及对糖尿病患者安全等优点,已成为大多数保健食品成分的优先选择。与化学合成方法相比,赤藓糖醇的微生物发酵生产过程温和,易于控制,具有更多的生产优势。在本研究中,笔者从蜂巢、土壤和花粉等物质中筛选出了一株赤藓糖醇高产菌株,鉴定其为Moniliella sp.MU1。用常压室温等离子体(ARTP)生物育种系统对该菌株进行突变并从中挑选出4种菌株进行发酵并优化发酵条件,结果发现：不同种类的碳源、葡萄糖浓度和金属离子条件都会影响赤藓糖醇的产量,高浓度的葡萄糖有利于赤藓糖醇的生产;同时,当提供300 g/L葡萄糖和25 mmol/L Ca²⁺时,菌株YE-A27的赤藓糖醇产量达到97.6 g/L。     

Breeding L-arginine-producing strains by a novel mutagenesis method: Atmospheric and room temperature plasma (ARTP)

A plasma jet, driven by an active helium atom supplied with an atmospheric and room temperature plasma (ARTP) biological breeding system, was used as a novel method to breed L-arginine high-yielding strains. A mutant with resistance to L-homoarginine and 8-azaguaine, ARG 3-15 (L-HA^r, 8-AG^r, L-His^-), was screened after several rounds of screening. The L-arginine production of these mutants was more than that of the original strain, increased by 43.79% for ARG 3-15. Moreover, N-acetyl-L-glutamate synthase activity of these mutants was also increased. After a series of passages, the hereditary properties of these mutants were found to be stable. Interestingly, beet molasses was utilized in a co-feeding fermentation and benefited to increase the productivity by 5.88%. Moreover, the fermentation with 1.0 g/L betaine could produce 9.33% more L-arginine than without betaine. In fed-batch fermentation, C. glutamicum ARG 3-15 began to produce L-arginine at the initial of logarithmic phase, and continuously increased over 24 hr to a final titer of 45.36 ± 0.42 g/L. The L-arginine productivity was 0.571 g/L/hr and the conversion of glucose (α) was 32.4% after 96 hr. These results indicated that C. glutamicum ARG 3-15 is a promising industrial producer.     

一株分离自绿化废弃物堆肥枯草芽孢杆菌的常压室温等离子诱变及其发酵条件

【背景】为了提高堆肥降解有机废弃物的效率,高效堆肥菌剂成为了研究热点,其中以真菌应用的研究为多,但真菌也有对氧气和底物敏感等缺点,细菌对堆肥的作用开始被研究。本实验室以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为底物,从绿化废弃物堆肥中筛选得到枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis,B.subtilis) BL03,它具有较好的纤维素分解能力,能提高绿化废弃物堆肥中纤维素降解和腐殖质合成的速度。【目的】进一步提高B.subtilisBL03的纤维素酶生产能力。【方法】利用常压室温等离子(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变BL03菌,通过CMC-刚果红固体培养基观察水解透明圈,以及液体发酵后检测酶活力的方法进行3轮筛选;通过连续多代培养观察突变株的遗传稳定性;通过梯度温度、p H培养研究突变株发酵的最适生长温度、培养基初始pH;利用正交设计方法研究适合突变株发酵培养的工业级原料配方。【结果】筛选到2株正突变株,酶活力分别提高了69%和72%;连续10代培养稳定,验证了突变株的遗传稳定性;其中酶活力最高的突变株BLA3890最适培养温度为37°C、培养基初始pH为5.0-6.5,研究得到较经济的发酵培养基配方。【结论】ARTP诱变B. subtilis BL03后得到的突变株BLA1973和BLA3890在绿化废弃物堆肥或其他纤维素降解行业具有进一步研究和应用的价值。     

等离子体作用结合氧限制模型选育利福霉素SV高产菌株

利福霉素SV毒性低、疗效高、抗菌谱广,主要由地中海拟无枝酸菌发酵生产,其发酵过程属于耗氧发酵,供氧直接影响产物形成.为减少发酵过程氧限制影响,进一步提高利福霉素发酵产量,通过构建定向氧限制模型,将常温常压等离子体诱变和无水亚硫酸钠氧限制筛选模型相结合,建立了利福霉素生产菌株24孔板快速培养的高通量筛选方法,高效选育出能...     

Atmospheric and room temperature plasma mutagenesis and astaxanthin production from sugarcane bagasse hydrolysate by Phaffia rhodozyma mutant Y1

In this study, atmospheric and room temperature plasma and ultraviolet mutagenesis was studied for astaxanthin overproducing mutant. Phaffia rhodozyma mutant Y1 was obtained from the selection plate with 120 μmol/L diphenylamine as selection agent, and its carotenoid concentration and content were 54.38 mg/L and 5.38 mg/g, which were 19.02 % and 21.20 % higher than that of the original strain, respectively. Sugarcane bagasse hydrolysate was used for astaxanthin production by mutant Y1 at 22 °C and 220 rpm for 96 h, and the biomass and carotenoid concentration reached 12.65 g/L and 88.57 mg/L, respectively. Ultrasonication and cellulase were used to break cell wall and the parameters were optimized, achieving an astaxanthin extraction rate of 96.01 %. The present work provided a novel combined mutagenesis method for astaxanthin overproducing mutant and a green cell wall disruption process for astaxanthin extraction, which would play a solid foundation on the development of natural astaxanthin.     

常压室温等离子体诱变育种与微生物液滴培养筛选技术应用进展

安全和高效的微生物突变及高通量筛选技术是微生物功能发掘、功能创制和生物产业技术创新的重要方向及重要支撑.有效的生物育种技术及高通量筛选技术成为该领域研究人员的关注点.其中,常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)因具有活性粒子种类多、操作可控性强、基因...     

高产青霉素酰化酶巨大芽胞杆菌的诱变选育及产酶条件优化

【目的】选育高产青霉素G酰化酶(PGA)工业菌株。【方法】采用LiCl-紫外线复合诱变以及常压室温等离子体(ARTP)诱变技术对巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium) ATCC 14945进行处理。处理菌体涂平板后,将长出的菌落接种到液体培养基中,向培养6 h后的二代菌液中添加终浓度为0.1%的苯乙酸,28 °C、250 r/min条件下诱导培养40 h。对离心后获得的上清(粗酶液)采用NIPAB法测定PGA酶活力。以PGA酶活力最高的菌株为材料,对苯乙酸最佳添加量和最佳诱导时间进行优化,采用NIPAB法测定PGA酶活力。采用SDS-PAGE检测诱变前后巨大芽胞杆菌粗酶液中PGA的蛋白特性。【结果】从诱变菌落中筛选到PGA酶活力为39.60 U/mL的菌株12-4,酶活力比出发菌株提高了8.5倍。该菌株在液体培养6 h后添加终浓度为0.2%的苯乙酸,继续培养50 h后,PGA酶活力可达78.45 U/mL,比出发菌株提高了16.8倍。诱变前后菌株培养液中的PGA蛋白均具α、β亚基;诱变后菌株PGA α亚基的量没有明显变化,β亚基的量明显增多;α、β亚基之间的蛋白条带明显增多。【结论】采用诱变技术可提高巨大芽胞杆菌PGA活性,获得的诱变菌株12-4及培养条件对PGA工业化生产具有重要价值。     

常压室温等离子体(ARTP)诱变及高通量筛选那西肽高产菌株

采用新型常压室温等离子体(ARTP)诱变活跃链霉菌(Streptomyces actuosu),并应用抑菌圈和48孔板培养方法高通量筛选高产那西肽菌株。研究表明抑菌圈径的大小与48孔板效价之间以及48孔板效价与摇瓶效价之间均有较好的相关性,系数R分别达到0.534和0.896。通过多轮ARTP诱变及高通量筛选最终获得了3株相对效价提高50%以上的遗传性能稳定的突变株。ARTP诱变技术作为获得那西肽高产菌株的有效途径,与传统摇瓶发酵筛选相比,48孔板及抑菌圈法能显著提高那西肽高产菌株的筛选效率。