真养产碱杆菌积聚-β-羟基丁酸发酵条件的研究

igenes eutrophus培养过程的研究表明,氮源的限制或缺乏可刺激细胞大量积累聚-β-羟基丁酸(PHB),但PHB合成期氮源的完全缺乏,会导致细胞的PHB合成速率迅速下降;氧的限制也可刺激A.eutrophus合成PHB,但胞内PHB的积累量远小于氮源控制下的情况。在细胞的不同生长期限制氮源的供应会明显影响PHB的发酵过程,当残留菌体浓度达到20g/L至30g/L时停止流加氨水,可以得到较好的发酵水平,细胞干重,PHB含量和PHB浓度可分别达到61.9g/L、80.5%和49.0g/L。     

氮源流加对Alcaligenes eutrophus 积累聚β-羟基丁酸的影响

以真养产碱杆菌（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ）为聚β－羟基丁酸９ＰＨＢ）的生产菌株,在分析了ＰＨＢ发酵过程参数变化的基础上,进一步探讨了ＰＨＢ合成期不同的硫酸铵流加速度对ＰＨＢ合成的影响。研究结果表明,在ＰＨＢ合成阶段,培养基中氮源的完全缺乏。导致细胞合成ＰＨＢ能力的下隆;在ＰＨＢ合成期,不同的氮源流加速率对ＰＨＢ合成过程存在着显著的影响,当流加速率较小时,尽管最终胞内ＰＨＢ含量很高     

利用基因工程菌VG1(pTU14)产聚β-羟基丁酸酯的研究

本文对透明颤菌血红蛋白基因(vgb)和λ噬菌体裂解基 因(SＲＲz)在不同宿主大肠杆菌中的外源表达及其在聚β羟基丁酸酯(PHB)生产中的应用进行了研究。实验结果表明,同时携带vgb、SＲＲz和phbCAB三种基因的产PHB基因工程菌VG1(pTU14),经过82h的摇瓶补料分批培养,菌体浓度可以高达25.9g/L,PHB百分含量则可在52h时达到95%以上;此外,该菌株不仅可以实现摇瓶高密度发 酵培养和PHB产品的大量积累,还可以同时实现菌体细胞的可诱导裂解破壁,因此是一株具有潜在工业应用价值的多功能PHB生产菌株。     

转修饰cry1Ac基因籼稻明恢81经花药培养获得抗虫DH系

对基因枪法获得的明恢81转修饰的cry1Ac基因当代植株进行花药培养,共接种花药2600枚,获得83份花培植株,其中双倍体植株43份,单倍体植株40份。 PCR结果表明含有cry1Ac基因的植株55份,花培植株群体中转基因与非转基因植株的比值为2∶1（55/28）。进一步结合Southern blot和ELISA分析,于花培植株当代筛选到转基因纯合株系36份。外源蛋白表达量上,花药来源于同一克隆的DH系的不同植株之间基本一致,最高的Cry1Ac含量达0.25%。田间抗虫性试验表明,经花药培养纯合获得的部分转基因纯合系植株对二化螟(Chilo suppressalis)表现出高抗,而且主要农艺性状保持不变。以上结果表明水稻花药培养可以加速转基因的纯合与育种利用。     

真养产碱菌利用高果糖浆积累聚β-羟基丁酸的研究

真养产碱菌(Alcaligenes eutrophus)H16能以果糖为碳源在无机合成培养基上积累聚p-羟基丁酸(PHB)。将该菌用富含果糖的高果糖浆(HFS)培养,PHB的积累可达到果糖发酵水平,但发现高浓度的果糖和葡萄糖对菌体生长及PHB积累有抑制作用。采用补料分批培养技术可降低果糖和葡萄糖的抑制。并可大幅度提高产量,菌体干重达16—20g/L,PHB产量7.0—7.6g/L,PHB的产率达0.24g/g果糖。     

利用重组Pichia pastoris生产腺苷甲硫氨酸

为改造甲醇利用型酵母Pichia pastoris来生产腺苷甲硫氨酸（SAM,S-adenosylL-methionine）,我们将一个带有SAM合成酶基因的胞内表达质粒转化入Pichia pastoris菌株GS115,经过G418抗性筛选得到一株有两个基因拷贝的转化子。该菌在含有甲醇和甲硫氨酸的培养基中生长5d后,其细胞内的SAM的产量比原始菌株提高了30余倍。对该菌生产SAM的培养基中的碳源与氮源进行了优化,结果显示碳源的控制对该菌SAM产量的影响很大。在试管水平,该菌在含有0.75％的L-methionine并且碳源和有机氮源经过一定程度优化的培养基中,生长6d后SAM产量达到1.58g/L。     

枯草芽孢杆菌中性内切β-甘露聚糖酶的纯化及性质

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BM9602产生的中性内切β甘露聚糖酶(endoβ1,4Dmannan mannanohydrolase,EC,3.2.1.78)经硫酸铵分级沉淀、DEAE纤维素(DE22)离子交换柱层析,得到电泳纯的样品,提纯了455倍,收率为59%。用SDSPAGE测得该酶的分子量为35kD。用PAGEIEF测得其等电点pI为45。酶反应的最适pH为5.8,最适温度为50℃。该酶在pH60～80,50℃以下稳定。金属离子Hg2+和Ag+对酶活性强烈抑制。酶对槐豆胶、羟丙基瓜胶、田菁胶和魔芋粉的Km值分别为38、149、113和24mg/mL,Vmax值分别为245、865、384和198μmol.min-1mg-1。酶水解甘露聚糖为甘露寡糖(不含单糖)。     

透明颤菌血红蛋白的表达对酵母中麦角固醇合成的影响

构建了含透明颤菌（Vistreoscilla）血红蛋白基因vgb和酵母遗传霉素（G418）抗性基因的重组质粒pVgbkanMX4,转化至酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae 1190中,经过分析,基因vgb在酵母细胞中得到表达。对重组菌和野生菌进行了摇瓶培养及5 L发酵罐培养的研究。在摇瓶实验中,重组菌的麦角固醇产量比野生菌有显著提高,在野生菌中的含量为0.573%、而在重组菌中的产量为1.07%。 经过30 h发酵罐培养的实验,野生菌中麦角固醇含量为0.9%,重组菌中其含量为1.38%,验证了摇瓶实验的结果。结果证明vgb基因有利于酵母中麦角固醇的合成。     

转基因水稻中转录水平cry1Ab 基因的沉默及其阶段复活

以田间环境释放条件下农杆菌介导法转化而成的转cry1Ab 基因水稻为研究对象, 利用GUS组织化学染色法、Western杂交技术, 在不抗虫转基因中8215株系后代中筛选到一个无cry1Ab 蛋白表达产物株系. 分子杂交结果证实, 转基因cry1Ab 在中8215株系后代中发生了转录水平沉默, 整合过程中基因重排使两个拷贝的ubiquitin启动子同时插入到水稻基因组中. 甲基化分析证实ubiquitin启动子区域发生了甲基化, 从而导致cry1Ab基因沉默. 利用去甲基化试剂5-氮胞苷处理转基因沉默水稻种子, 并在苗期、分蘖期、孕穗期、灌浆期及成熟期检测了其对沉默基因的复活效应, 结果表明：5-氮胞苷处理使沉默的cry1Ab 基因在灌浆期恢复表达活性, 复活率约为8%~30%, 且以低浓度(45 mg/L处理1, 2 d)处理的复活率及恢复表达水平较高, 复活基因表达的cry1Ab 蛋白最高可达可溶性总蛋白的0.147%.     

利用克雷伯肺炎杆菌限制性底物发酵生产1，3-丙二醇

研究了克雷伯肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）批式流加发酵生产1,3-丙二醇的发酵工艺,根据1,3-丙二醇的生产和菌体生长相关的特点,采用营养基质限制性流加的发酵工艺,通过控制氮源氯化铵以保持细胞稳定生长。结果表明：过低的氮源浓度,细胞生长受到限制,影响产物1,3-PD的合成;过高的氮源浓度,细胞比生长速率增加,但1,3-PD关于消耗甘油的得率降低,用于生长和维持代谢所消耗的甘油量增加。以0.41 g/(L·h)的氮源流加速率,残余氯化铵浓度在0.1 g/L时,转化率和生产强度最高。发酵25 h～28 h后,1,3-丙二醇最终浓度达到52.03 g/L,生产强度为2.04 g/(L·h),相对于甘油的摩尔转化率为0.66,分别比氮源限制前提高了28.0 ％、35.1 ％及29.4 ％。通过限制性流加氯化铵,控制细胞的比生长速率,使底物甘油有效转变为发酵的目标产物1,3-PD,有效实现产物1,3-PD的高生产强度以及对甘油的高转化率。     

真养产碱杆菌二级连续培养系统中稀释率对聚β－羟基丁酸合成的影响

在研究真养产碱杆菌WSH3一级连续培养动力学的基础上,采用二级连续培养系统对不同稀释率下聚β－羟基丁酸的生产进行了研究。结果表明：在一级连续培养系统中,当稀释率为0．2lh^-1时,细胞干重最大值达27．1g／L;二级培养系统中,稀释率为0．14h^-1时细胞干重最大值为47．6g／L;在稀释率为0．12h^-1时,PHB的生产强度达到最大值为2．50g／(L.h)．但胞内PHB含量仅为47．6％;在稀释率为O．075h^-1时,产物对基质的转化率达到最大值为0．38g／g'此时PHB的生产强度达2．14g,(L·h)和胞内PHB含量±72．1％;随着细胞比生长速率的增长,细胞中PHB含量和单位菌体合成PHB的量不断下降。     

营养条件和流加发酵对放射型根瘤菌（Rhizobium radiobacter）产辅酶Q10的影响

利用放射型根瘤菌WSH2601（Rhizobium radiobacter WSH2601）重点考察了葡萄糖、蔗糖、玉米浆和蛋白胨、添加物以及流加发酵对细胞生长和产辅酶Q₁₀的影响,结果表明, 葡萄糖和蔗糖适合于生产辅酶Q₁₀的最佳浓度分别为30 g/L和40 g/L;辅酶Q₁₀发酵时玉米浆和蛋白胨的最适浓度分别为11g/L和16g/L;添加蕃茄汁、玉米浆能提高发酵液的生物量,玉米浆、异戊醇、L-甲硫氨基酸等能促进辅酶Q₁₀的积累;与分批发酵相比,在7L罐上流加蔗糖其细胞生物量（DCW）和辅酶Q₁₀积累量增加,若在流加蔗糖的同时流加适当浓度的玉米浆能显著提高辅酶Q₁₀的产量,最大产量达到52.4 mg/L;最大生物量（DCW）和胞内辅酶Q₁₀含量（C/B值）分别达到26.4 g/L和2.38 mg/g-DCW,比不流加的分批发酵分别提高53%和33%,比只流加蔗糖分别提高24%和26%。     

hprK 基因敲除及对其枯草芽孢杆菌核黄素发酵的影响

枯草芽孢杆菌在葡萄糖丰富的环境中,胞内糖分解代谢物浓度的提高将引起碳分解代谢物阻遏效应（CCR）及糖吸收 的抑制,对核黄素等发酵过程产生不利影响。通过缺陷细胞的分解代谢物控制蛋白A（CcpA）可以解除CCR效应,但不能解除糖吸收的抑制。磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统（PTS）是枯草芽孢杆菌主要的糖吸收方式,HPr蛋白和双功能的HPr激酶/HPr-Ser46-P 磷酸酶（HprK/P）参与PTS系统的调控。在葡萄糖丰富的条件下,K96SRQ 的激酶活性受1,6二磷酸果糖激活,催化HPr蛋白46位丝氨酸残基磷酸化,形成HPr-Ser46-P.HPr-Ser46-P抑制某些碳源透过酶基因的表达;同时HPr-Ser46-P难以被酶I在His15磷酸化,不能在PTS系统中发挥转移磷酸基团的作用,使细胞的糖吸收受到抑制。在CcpA缺陷的背景下,敲除核黄素生产菌株B.subtilis24Al/Pmx45 的HprK/P 编码基因hprK,构建了CcpA和HprK/P双缺陷的重组菌B.subtilisZHc/Pmx45.摇瓶发酵显示,B.subtilisZHc/Pmx45核黄素发酵的最适葡萄糖浓度由24Al/Pmx45的8%提高到10%;核黄素产量达到4.374mg/Ml,比24Al/Pmx45提高了19.2%。结果表明,CcpA和HprK/P的双缺陷可有效解除高浓度葡萄糖所引起的CCR效 应和糖吸收抑制,有助于提高细胞对葡萄糖的耐受力,并提高核黄素产量。     

Bacillus subtilis fmbJ脂肽类抗菌物质的分离和鉴定

对Bacillus subtilis fmbJ脂肽类抗菌物质的分离和鉴定进行了系统研究。通过HPLC层析确定Bacillus subtilis fmbJ抗菌物质由多种组分构成,其中含有保留时间与surfactin相似的成分。通过TLC层析和原位酸解确定Bacillus subtilis fmbJ抗菌物质含有两个具有闭合肽键类的物质,其中之一为迁移率Rf与标样surfactin非常相近的组分。通过 ESIMS分析检测到Bacillus subtilis fmbJ抗菌物质含有分子量与fengicin相同的m/z1449.9、m/z1463.8、m/z1477.8、m/z1491.9和m/z1505.9五种同系物,和分子量与surfactin相同的m/z1008.8、m/z1022.8和m/z1036.8三种同系物。     

外源基因pheA,aroG和tyrB在苯丙氨酸合成途径中的共表达

利用基因工程技术提高了短杆菌的苯丙氨酸合成途径中关键酶活性,大幅度地增加了生物合成苯丙氨酸的产量。首先采用聚合酶链反应(PCR)从大肠杆菌的氟代苯丙氨酸抗性变异菌株基因组中扩增到与苯丙氨酸合成相关的aroG,pheA和tyrB 3个基因。其中aroG编码3-脱氧-2-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶(DS),pheA编码双功能酶蛋白-分枝酸变位酶(CM)和预苯酸脱水酶(PD),tyrB编码转氨酶(AT)。设计不同的酶切位点,利用质粒pUC118的多克隆位点,将3个基因按不同的顺序组合串联,然后插入穿梭质粒pCZ.10,导入短杆菌中表达。结果表明3个大肠杆菌基因在短杆菌中能够表达。其中以aroG-pheA-tyrB顺序串联而构建的黄色短杆菌工程菌株1311-GAB中的DS酶活力提高4.5倍,CM提高4.2倍,PD提高2.7倍,AT提高3.2倍;它的苯丙氨酸合成量提高2.35倍。     

玉米大斑病菌（Exserohilum turcicum）原生质体的分离及转化

玉米大斑病是严重危害玉米生产的一个世界性真菌病害。由于玉米大斑病菌（Exserohilum turcicum）在无性生长过程中迅速产生黑色素,致使原生质体难以分离。测试了包括Fungase、Funcelase、Novozyme、Glucanex、Driselase、Uskizyme、Kitalase在内的7种细胞壁降解酶及其组合、病原菌菌株和培养基对原生质体分离效果的影响。结果表明菌株的培养形态和菌丝的生长状态显著影响原生质体的分离效率;酶组合Kitalase+Glucanex+Driselase, Kitalase+Glucanex和Kitalase+Uskizyme能够有效地分离玉米大斑病菌的原生质体。初步的转化试验表明,质粒pAN71可以用于该病原菌的转化。这些结果将为E.turcicum和Exserohium属其它真菌的基因克隆提供一些有用的信息。     

热带假丝酵母细胞内pH的测定及其与生长代谢活性的关系

应用荧光探针5(6)-双醋酸羧基荧光素 (Carboxyfluorescein diacetate) 测定了产长链二元酸热带假丝酵母 (Candida tropicalis) 细胞内pH (pHi) 值,确定了该探针载入C. tropicalis细胞的适宜条件。用摇瓶培养C. tropicalis细胞,考察了细胞外pH和生长碳源对pH_I的影响,实验结果表明：细胞外pH对pH_I略有影响,而生长碳源对pH_I的影响略为明显。利用5L发酵罐进一步研究了细胞生长代谢活性与pHi的关系,结果表明：细胞比生长速率、CO₂比生产速率和葡萄糖比消耗速率与pHi变化密切相关,pH_I的增加伴随着细胞生长活力的增加,反之亦然。在pH6.0条件下用葡萄糖和醋酸钠共作碳源培养C. tropicalis细胞时,测得的pH_I值维持在5.72～6.15范围内。     

哺乳动物Bax基因在长春花细胞中的诱导表达及其对长春花生物碱合成的促进作用

Bax是哺乳动物细胞凋亡基因Bcl-2家族中的一员. 以往的研究报道表明, Bax基因可以诱发拟南芥等模式植物的超敏反应 (hypersensitive reactions, HR). 为了考查Bax基因对药用植物细胞次生代谢产物合成的影响, 我们构建了长春花雌二醇诱导型Bax基因工程细胞系. 实验结果表明, 转基因长春花细胞中Bax基因的表达水平对β-雌二醇浓度呈现明显的依赖性, 说明雌二醇诱导型启动子可以有效控制转基因长春花细胞中Bax基因的表达. 在30 μmol/L β-雌二醇处理下, 转基因长春花细胞中的长春花碱和总生物碱含量分别比野生型细胞高5. 0和5. 5倍, 表明哺乳动物Bax基因对长春花细胞中生物碱的合成具有促进作用. Northern blotting和Western blotting检测结果表明, Bax基因可以提高转基因长春花细胞中萜类吲哚碱生物合成途径关键酶基因Tdc和Str的转录水平, 并且促进细胞中防御相关蛋白PR1的积累, 说明Bax基因可以诱发长春花细胞的防御反应, 激活细胞中萜类吲哚碱生物合成途径, 从而提高长春花生物碱的合成代谢流量. 研究结果表明, 哺乳动物Bax基因可以从细胞水平上促进植物次生产物的合成, 为植物细胞次生代谢产物合成的分子调控提供了一种新的策略.     

重组人血清白蛋白发酵过程生长期的代谢计算

结合元素平衡和代谢平衡,建立了重组人血清白蛋白发酵过程生长期的数学模型,并按单纯形多变量最优化方法估算了模型的未知参数。该模型能较好地描述重组人血清白蛋白发酵过程生长期中各宏观反应速率之间的关系,为重组人血清白蛋白宿主菌—Pichia pastoris的高密度培养提供了依据。     

溶氧振荡对聚β羟基丁酸混合培养过程的调控作用

研究生物可降解塑料PHB(Poly β-hydroxy butyrate)生产的低成本和高产率发酵。采用廉价碳源——废食品糕点作为原料,其中同时具有葡萄糖和乳酸。培养是在同一5L发酵罐中先后接入2种细菌,先由乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii消耗葡萄糖产生乳酸,再由真养产碱菌Ralstonia eutrophus消耗乳酸产生PHB。本文应用混沌控制理论设计溶氧振荡来协调混生菌矛盾的生理需求,同时改变振荡节律激励细胞的代谢能。考虑真养产碱菌在乳酸里的代谢,有异养和真养两种途径,其中两种重要代谢通量,生物氧化能ATP和还原能NADPH,能够反映混生菌细胞的生理状态,二者都与供氧密切有关。实验通过取样进行细胞破碎后,由荧光分析仪监测不同发酵阶段的ATP和NADPH,发现2种代谢能随着溶氧控制的不同节律变化而起伏,溶氧节律振荡能够使混合培养的PHB的浓度比常规供氧方法提高1倍。