暹罗芽孢杆菌高产γ-聚谷氨酸的发酵条件优化

【背景】γ-聚谷氨酸（poly-γ-glutamic acid,γ-PGA）产生菌多为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）等,而暹罗芽孢杆菌（Bacillus siamensis）相关研究较少。【目的】研究暹罗芽孢杆菌产γ-PGA的液体发酵条件。【方法】以自行分离的暹罗芽孢杆菌CAU83为出发菌株进行液体发酵,通过单因素试验和正交试验法研究了碳氮源、前体物质、发酵温度及pH对菌株生产γ-PGA的影响。【结果】经摇瓶优化,γ-PGA的最适碳源、氮源和前体物质分别为乳糖30g/L、酵母提取物5g/L和L-谷氨酸钠60 g/L,最适培养条件为发酵温度37℃和pH 7.0,γ-PGA产量由8.4 g/L提升至30.1 g/L,比优化前提高了260%。经分批补料发酵,60 h时γ-PGA产量最高为59.5 g/L,比摇瓶提高了98%,产率为0.99 g/（L·h）。所产γ-PGA分子量为3.8×10⁶ Da,聚合度较高。【结论】...     

聚γ-谷氨酸高产菌的选育与培养基优化

利用合成培养基为筛选培养基,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B6-1为出发菌株,经过三轮紫外线诱变和一轮硫酸二乙酯诱变得到了聚γ-谷氨酸高产突变株枯草芽孢杆菌W003,摇瓶液体发酵的聚γ-谷氨酸产量由出发菌株的10.9 g/L提高到20.5 g/L.单因素实验结果表明,该菌产聚γ-谷氨酸的合适碳源为葡萄糖,氮源为硫酸铵.通过正交实验得到了优化的培养基配方,经36h液体发酵,聚γ-谷氨酸产量可达到45.3 g/L.     

不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成

【背景】不同分子量的γ-聚谷氨酸在农业、化妆品和医药领域具有重要的应用价值,开发不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺已成为研究热点。【目的】在γ-聚谷氨酸生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的合成。【方法】分别克隆表达不同来源的水解酶,包括B.subtilis来源的γ-聚谷氨酸水解酶PgdS和YwtE,以及地衣芽孢杆菌来源的SGH。研究不同来源水解酶对B. subtilis KH2产γ-聚谷氨酸分子量的影响。通过改变水解酶处理条件获得不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺。【结果】PgdS、YwtE和SGH均可降低γ-聚谷氨酸的分子量,其中PgdS水解效果最好,可以将γ-聚谷氨酸分子量由原来的1 600 kDa降低为180 kDa。通过优化PgdS的添加量与添加时间,在B. subtilis KH2中获得了分子量为210–600 kDa的γ-聚谷氨酸。【结论】利用水解酶处理,可以在B. subtilis KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成。该方法反应条件温和、分子量可控区间宽,具有良好的应用前景。     

枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径相关基因功能研究

聚谷氨酸(polyglutamic acid, PGA)作为一种天然多功能的聚合物,近年来成为研究的热点。由于很难通过化学方法合成,微生物发酵是目前生产聚谷氨酸的有效途径。【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径中degS、degQ、degU、swrA、rocA、putM基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的调控。【方法】以枯草芽孢杆菌为出发菌株,通过对代谢途径中相关基因进行敲除或过表达,分别构建degS、degQ和degU基因缺失的重组菌,swrA、rocA和putM基因过表达的重组菌,借助菌株胞外聚谷氨酸积累的变化分析影响途径的关键节点。【结果】在摇瓶发酵条件下,重组菌Bacillus subtilis 168-swrA、Bacillus subtilis 168-rocA、Bacillus subtilis 168-putM的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.28倍、1.47倍和1.37倍。重组菌Bacillus subtilis 168-ΔdegS、Bacillus subtilis 168-ΔdegQ、Bacillus subtilis 168-ΔdegU的胞外...     

一株γ-聚谷氨酸合成菌的筛选与鉴定

从土壤中筛选分离获得一株γ-聚谷氨酸合成菌PGS-1,经鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),在富含谷氨酸和葡萄糖的培养基中可大量合成γ-聚谷氨酸,摇瓶发酵产量达26 g/L,不同于大多文献报道的微生物合成的γ-聚谷氨酸具有较高的分子量,该菌株合成的γ-聚谷氨酸分子量较低(3×105-4×105 kD),分子量分布较窄,可适用于低分子量要求的应用领域,如作为药物的控缓释载体,值得深入开发研究。     

重组Bacillus subtilis产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵优化

利用本研究室已构建的重组菌Bacillus subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase对产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵产酶进行了优化,考察了培养基中重要成分:碳源、有机氮源、无机氮源、有机与无机氮源质量比、碳源与氮质量比、金属离子种类等单因素对该重组菌产α/β-CGTase的影响,并采用正交实验对发酵培养基进行优化,对优化结果分析可知,重组菌B.subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase发酵产α/β-CGTase的最优培养基成本为:葡萄糖5 g/L,氮源(鱼骨蛋白胨∶NH4Cl=3∶1)25 g/L,1 mmol/L Mg^2+。在最优条件下发酵培养,α/β-CGTase的酶活由原来TB发酵培养基的9.20 U/mL提高至20.32 U/mL,是优化前酶活的2.2倍,为α/β-环糊精葡萄糖基转移酶的工业应用提供了理论支持。     

枯草芽胞杆菌甘露聚糖酶发酵条件优化

旨在以枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis J为生产菌株,发酵生产β-甘露聚糖酶,通过优化产酶条件,以达到提高β-甘露聚糖酶产量的目的。利用DNS比色法检测β-甘露聚糖酶活力,采用单因素试验,研究碳氮源种类及碳氮源浓度、温度、pH、接种量和装液量对菌株Bacillus subtilis J发酵产β-甘露聚糖酶的影响,结合响应面试验设计确定菌株Bacillus subtilis J发酵产甘露聚糖酶的最优发酵培养条件。单因素试验和响应面试验得到最优的发酵条件为魔芋粉28 g/L,胰蛋白胨21 g/L,K₂HPO₄ 6 g/L,MgSO₄·7H₂O 1 g/L,温度31℃,pH值8.5,接种量1%(体积分数),装液量50 mL/250 mL,发酵周期24 h。利用优化后的培养基生产β-甘露聚糖酶,其酶活力达到84.38 U/mL,是初始发酵培养基产酶活力的3.36倍。通过对发酵条件的优化,大幅度提高了β-甘露聚糖酶的产量,为其工业生产提供参考。     

高分子量聚谷氨酸的微生物合成及其发酵过程的研究

目的：以枯草芽孢杆菌纳豆亚种为出发菌株,考察不同碳氮源及NaCl浓度、谷氨酸、种龄、接种量对微生物发酵产1-聚谷氨酸的影响,以提高γ-聚谷氨酸的产量。方法：该菌菌种活化后,接入种子培养基,于37℃、200r／min震荡培养18h,然后按2％接种量接入不同发酵培养基进行发酵培养。γ-聚谷氨酸分离纯化后,根据其产量筛选最适发酵培养基组成及发酵条件,并对产物进行分析测定。结果：①最佳碳氮源分别为葡萄糖、蛋白胨,NaCl浓度为30g／L、种龄15h、接种量3％,且需在培养基中添加谷氨酸。②该菌株在最适条件下发酵56h时,γ-聚谷氨酸产量达32．7g／L,凝胶渗透色谱分析其相对分子质量为426kDa,呈多分子质量聚集体形式。③γ-聚谷氨酸的合成与菌体生长并非完全同步。结论：γ-聚谷氨酸作为一种天然的、可生物降解的、对环境和人体无害的多聚物,可由微生物发酵合成,且在此适宜条件下产量较高。     

地衣芽胞杆菌WX-02联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇培养基的优化

聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇是两种重要的化合物,广泛运用于能源、医药、农业等领域。地衣芽胞杆菌WX-02具有同时合成聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的能力。优化了地衣芽胞杆菌WX-02联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的发酵培养基,并进行了50 L发酵罐小试放大。分批发酵结果显示,采用优化后的培养基,聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的产量分别为42.5 g/L和76.13 g/L,比优化前分别提高了26.5%和188%。在联产发酵中聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的产量能够分别达到单独合成这两种物质的水平,为工业化联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇奠定了基础。     

Mn2+浓度对地衣芽孢杆菌产不同构型聚-γ-谷氨酸机理分析

【目的】分析Mn~(2+)对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)WBL-3产不同比例聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)的机理。【方法】以枯草芽孢杆菌(B.subtilis)KH-2为对照菌株,克隆表达L-谷氨酸和D-谷氨酸代谢关键酶,分别为谷氨酸消旋酶(GR)、D-丙氨酸转氨酶(D-DDT)和谷氨酰胺合成酶(GS)。通过体外酶活实验与体内转录水平分析,初步探讨Mn~(2+)浓度对不同比例γ-PGA的生成机理。【结果】当Mn~(2+)浓度为0与0.6 mmol/L时,γ-D-PGA所占的比例分别为22%和67%。在0.6 mmol/L Mn~(2+)浓度下,B.licheniformis WBL-3中GR的催化活性(k_(cat)/K_m值)比未添加Mn~(2+)时高,GS只有在Mn~(2+)存在下才具有催化活性。实时荧光定量PCR结果表明,Mn~(2+)提高了GR、D-DDT和GS的转录水平,提高倍数分别为2.16、4.44和1.84倍。【结论】Mn~(2+)激活了GR、D-DDT与GS的表达,促进L-谷氨酸的代谢,使得菌体内D-谷氨酸比例升高,从而提高了γ-D-PGA的比例。     

玉米原料高产γ-聚谷氨酸优良菌株的选育及发酵条件优化

以实验室筛选到的一株枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）B-1为出发菌株,采用紫外诱变技术对出发菌株进行反复诱变,得到一株能够利用玉米原料生产γ-聚谷氨酸的优良高产菌株B-115,摇瓶发酵γ-聚谷氨酸的产量由原菌株的12.5g/L提高到19.5g/L。再以该菌株为研究对象利用响应面法进行碳源、氮源、谷氨酸钠、金属离子等发酵条件的优化实验,经48h摇瓶发酵,γ-聚谷氨酸产量达到40.98g/ L。     

Sulfolobus acidocaldarius ATCC 33909麦芽寡糖基海藻糖合成酶在Bacillus subtilis中的重组表达和发酵优化

为实现Sulfolobus acidocaldarius ATCC 33909来源的麦芽寡糖基海藻糖合成酶(MTSase)基因tre Y在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中的重组表达,以质粒p ET-24a(+)-tre Y为模板PCR扩增得到目的基因,并与表达载体pHY300PLK连接,转入表达宿主Bacillus subtilis CCTCC M 2016536中,重组菌在TB培养基中培养48 h后MTSase酶活达到17.5 U/m L;在此基础上对重组菌发酵条件进行优化,通过单因素实验(氮源种类、氮源复配、氮源浓度、碳源种类、葡萄糖浓度、初始pH、诱导温度)和正交实验(氮源浓度、葡萄糖浓度、初始pH、诱导温度)确定其摇瓶发酵产酶的最适培养基和培养条件为:氮源(工业蛋白胨∶棉籽粉=3∶1)48.0 g/L、葡萄糖为10.0 g/L、培养基初始pH为7.0,最适培养温度为30℃;在此条件下,MTSase的酶活可达41.5 U/m L,是优化前的2.4倍。     

保水功能菌枯草芽胞杆菌LX-1固态发酵的工艺优化

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)对土壤保水和提高植物抗逆性具有明显作用,为了利用农产品加工下脚料发酵生产含有γ-PGA的保水功能肥料,对福建省微生物研究所环境微生物研究室分离到的产γ-PGA的枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)LX-1的固态发酵培养基配比进行优化。实验以发酵产物的荧光素双醋酸酯酶(FDA)酶活和增比黏度为指标,在通过单因素实验选定固态发酵料的碳源、氮源、无机盐溶液的最佳配比以及无机盐较佳添加量的基础上,通过拟水平均匀设计U₇*(7⁴)试验,得出菌株LX-1固态发酵的最佳培养基配方：V豆粕：V麦麸：V无机盐溶液=6：4：4,其中无机盐溶液的最佳配方为K₂HPO₄·3H₂O 5.24 g/L、MgSO₄·7H₂O 0.78 g/L、NaCl 11.67 g/L。为利用农产品加工下脚料发酵生产含γ-PGA保水肥料提供参考。     

聚谷氨酸批式生物合成的主要影响因素研究

采用Bacillus subtilisNX-2菌株,在5 L发酵罐批式操作过程中生物合成γ-聚谷氨酸,实验考察了搅拌转速(300~1 000 r/min)及底物质量浓度对生物合成γ-聚谷氨酸产率的影响。结果表明:转速为400 r/min时,γ-聚谷氨酸产率最高,可高达21.78 g/L。在转速400 r/min的条件下,考察了葡萄糖和谷氨酸浓度对聚谷氨酸生物合成的影响,根据葡萄糖初始质量浓度为40 g/L的实验数据建立了动力学方程。并在葡萄糖初始质量浓度为30,40,50,60g/L的范围内,验证所建动力学方程的稳定性和实用性。结果表明,在以上葡萄糖初始质量浓度范围内,所建模型对B.subtilisNX-2批式生物合成γ-聚谷氨酸产率的预测值与实验值能较好的吻合。     

谷氨酸棒杆菌一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、生物医药等领域具有广泛的应用,目前主要的生产菌株是谷氨酸依赖型菌株,在生产过程中需要添加谷氨酸作为前体,因而生产γ-聚谷氨酸的成本较高。文中主要研究从糖质原料一步法发酵合成γ-聚谷氨酸的生产工艺。首先,从产γ-聚谷氨酸的菌株枯草芽孢杆菌中克隆γ-聚谷氨酸合成酶的基因簇pgs BCA,在谷氨酸棒杆菌模式菌株ATCC13032中进行诱导型和组成型表达,结果显示,仅诱导型表达菌株可以积累γ-聚谷氨酸,产量为1.43 g/L。进一步对诱导条件进行优化,确定诱导时间为2 h,IPTG浓度为0.8 mmol/L,γ-聚谷氨酸产量为1.98g/L。在此基础上,在一株高产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌F343中外源表达pgs BCA,对重组菌进行发酵,结果表明,在摇瓶发酵中γ-聚谷氨酸产量达到10.23g/L,在5L发酵罐中产量达到20.08g/L;继而对γ-聚谷氨酸进行分子量测定,结果显示,产自F343重组菌的γ-聚谷氨酸的重均分子量比产自枯草芽孢杆菌的提高34.77%。文中构建了一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸的新途径,同时为开发其潜在应用奠定了基础。     

一株γ-多聚谷氨酸生产菌的分离筛选与鉴定

从菜园土壤中取样,在含有谷氨酸的筛选培养基上采用梯度稀释涂布、平板划线的方法,以菌落/菌液黏稠度为指示,分离筛选生产γ-多聚谷氨酸的菌株。利用氨基酸分析仪测定提取纯化后的γ-多聚谷氨酸的产量,并通过形态学、生理生化特征以及16S rDNA基因序列分析鉴定该菌株,并对其合成γ-多聚谷氨酸的功能基因进行PCR扩增。结果表明:筛选到1株产γ-多聚谷氨酸的细菌C1,其液体摇瓶发酵产量为18.4 g/L,相对分子质量为1.8×106;该菌株为革兰氏阳性,菌落黏稠、菌体呈杆状、产芽胞、且形成荚膜;主要生理生化特点为能利用葡萄糖和蔗糖发酵,水解淀粉,H2O2酶阳性,产吲哚等;经16S rDNA鉴定与Bacillus amyloliquefaciens ATCC23350同源性为100%,故命名为Bacillus amyloliquefaciens C1,且拥有γ-多聚谷氨酸合成的相关基因pgsA、pgsB和pgsC。     

黄芩愈伤组织培养条件的研究

在暗培养条件下,黄芩愈伤组织生长和次级代谢物合成的最佳培养条件:在基本培养基MS中氮源浓度为60mmol/L(NH4 ∶NO3-为1∶1),KH2PO41.5mmol/L,附加80g/L蔗糖,0.3mg/LIAA、2mg/L6-BA和200mg/L蛋白胨,(25±1)℃。培养40d后收获愈伤组织生物量达28.7g/L,总黄酮的含量为354.6mg/g,黄芩苷的含量为167.4mg/g。并发现蔗糖作为一种最佳碳源,在黄芩次级代谢物合成过程中起着至关重要的作用。     

香蕉根际土壤解磷细菌的筛选、鉴定及解磷能力

【目的】以磷矿粉为难溶态磷,以期从香蕉根际土壤筛选出高效的解磷细菌。【方法】采用透明圈法和钼锑抗比色法分离筛选解磷细菌,通过形态学特征、生理生化试验结合16S rRNA基因序列分析及系统发育树比对鉴定其种属,并利用单因素试验方法研究不同碳源、氮源及C/N比值(40:1、20:1和8:1)对菌株溶解磷矿粉能力的影响。研究不同菌株解磷能力和培养介质pH值的变化关系。【结果】分离具有解磷能力的细菌8株,筛选出具有代表性的3个菌株B3-5-6、M-3-01和T1-4-01,初步鉴定菌株B3-5-6为嗜气芽孢杆菌(Bacillus aerophilus),M-3-01为虫内生沙雷氏菌(Serratia nematodiphila),T1-4-01为艾博丽肠杆菌(Enterobacter asburiae)。B3-5-6解磷能力与介质pH值之间存在线性负相关性(|r|=0.949 66>0.735),其相关性达到极显著水平;B3-5-6在碳源为蔗糖、氮源为(NH4)2SO4、C/N为40:1,M-3-01在碳源为葡萄糖、氮源为(NH4)2SO4、C/N为20:1,T1-4-01在碳源为乳糖、氮源为蛋白胨、C/N为20:1条件下解磷效果较好。解磷效果与初筛相比分别提高了1.12、1.17、2.55倍。【结论】不同的碳氮源、C/N值会直接影响磷细菌的解磷能力;筛选出一株解磷能力与培养介质pH之间存在着极显著相关性的细菌,其解磷机理有待进一步研究。     

1株四环素降解菌的分离鉴定及降解特性研究

应用微生物降解四环素具有经济有效和环境友好特点,已成为当前研究的热点。采用选择性培养基,从鸡粪中分离出1株能以四环素作为唯一碳源生长的菌株TC-1,培养7 d降解率为56.2%,初步鉴定为蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus)。从碳氮源组合、培养基初始pH、Na Cl浓度和装液量四方面研究了TC-1降解四环素的特性。结果表明,TC-1在以葡萄糖和酵母粉为碳、氮源生长时效果最优,培养7 d时OD600达2.17;但最优降解率出现在蔗糖和大豆蛋白胨的碳氮源组合中,为46.8%。当培养基初始pH为7时,菌株TC-1生长最好,OD600为0.44,四环素降解率为92.3%。当培养基中Na Cl浓度达15 g/L时,TC-1生长受到抑制,降解率仅为28.6%;培养基装液量为40%时降解率最高,为56.2%。     

双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD在谷氨酸棒杆菌JNR中的功能

【目的】通过改造谷氨酸棒杆菌JNR中双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD,减弱尿苷酰去除酶的活性,增强NH_4~+的转运和利用,提高L-精氨酸的合成。【方法】本文对来源于谷氨酸棒杆菌的突变菌株JNR中的双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD进行整合突变,采用同源重组的方法将H_(414)和D_(415)位点突变为两个丙氨酸AA,在此菌株的基础上过量表达PII蛋白GlnK,并对其进行尿苷酰化研究,离子色谱检测摇瓶发酵过程中NH4+的浓度,并对最终的改造菌株进行连续流加发酵分析。【结果】该双功能尿苷酰转移/去除酶在谷氨酸棒杆菌中成功进行整合突变,有效减弱了尿苷酰去除酶的活性;同时过表达PII蛋白GlnK,其酰基化程度明显增强。摇瓶发酵结果表明菌株L4消耗NH_4~+增加,L-精氨酸产量为36.2±1.2 g/L,比对照菌株L3高出22.7%。5-L发酵罐实验结果显示改造菌株L4的L-精氨酸的产量为52.2 g/L,较野生型菌株L0提高了25.3%。【结论】谷氨酸棒杆菌合成L-精氨酸的过程中氮源是必不可少的。减弱GlnD尿苷酰去除酶的活性后,胞内尿苷酰化的GlnK-UMP增加,GlnK-UMP与氮转录调控因子AmtR结合,转运至胞内的NH_4~+浓度提高,促使L-精氨酸产量显著提高。