高效积累油脂蛹草拟青霉菌株的代谢控制育种

摘要

虫草及其无性型含有丰富的生理活性物质,具有广泛的药理作用,是名贵的中药材.因而进行虫草的生产开发具有非常重要的意义.而冬虫夏草受本身生长特性和资源环境的制约,目前并未实现有效的子实体人工培养和规模化生产,年产量低,市场价格极高.有大量研究表明,冬虫夏草的同属姐妹—蛹虫草所含功效成分和药效与野生冬虫夏草相同,可以作为野生冬虫夏草的有效替代品.而现有研究证明,蛹虫草的药用价值甚至比冬虫夏草更为丰富.自从上世纪80年代发现野生蛹虫草以来,经过几十年的发展,成功的实现了蛹虫草的人工规模化生产,不仅如此,蛹虫草的无性型的鉴定及其深层发酵的研究也大大拓宽了蛹虫草作为新资源食品的研究及使用范围.rn 迄今为止，有大量研究已检测或分离到蛹虫草含有的多类活性成分，如核苷类物质、虫草酸(D-甘露醇)、虫草多糖、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、麦角甾醇、不饱和脂肪酸、蛋白质、氨基酸、微量元素等。其中虫草素、腺苷、蛋白质、多糖、和虫草酸等是研究最多的有效成分。研究数据显示，蛹虫草菌丝体中含有的不饱和脂肪酸如γ-亚麻酸、亚油酸等，其含量极其微量(总油脂含量小于3%，而油脂中的不饱和脂肪酸的含量占总油脂含量低于50%)。而多不饱和脂肪酸作为人体必需的营养成分，对降低血液粘稠度，改善血液微循环以及维持机体细胞膜的相对流动性，保证细胞的正常生理功能方面具有显著生理功效，但人体不能自行合成，必须从膳食中补充。开展蛹虫草菌株合成与积累不饱和脂肪酸的研究，实现蛹虫草资源生物活性物质的有效补充是一个全新的课题。rn 很多研究表明，外部的环境条件是影响微生物代谢途径乃至代谢产物合成的关键，微生物在不同的生长环境下产生的代谢产物有差异，在野生环境中的微生物产生的代谢产物种类丰富，而在实验室培养时代谢产物的种类会降低或是积累不同类型的产物，这给我们一个这样的启示:通过人为的控制微生物培养的营养源、条件及选择压力等条件，有可能会改变其代谢途径，产生或积累某些特殊的代谢产物。rn 基于代谢控制育种的原理，采用低温常压等离子体诱变技术对蛹草拟青霉菌株进行诱变处理，选育呼吸酶抑制剂(丙二酸)抗性和异柠檬酸脱氢酶抑制剂敏感的突变株，结合低温和不同氧化剂浓度的胁迫培养，并通过高浓度γ-亚麻酸和亚油酸的类似物进行耐受性选育，获得高效积累油脂的突变株-蛹草拟青霉菌株Paecilomyces militaris FG1488，其脂质合成能力明显增强。经培养基及培养条件优化，30L发酵罐中，初始温度20℃,pH6.3-6.5，搅拌速度160rpm,通风量1.21m3/h，发酵80h，发酵菌丝体干重达56.6g/L，油脂含量最高可达46.5%其中不饱和脂肪酸占比达75%以上，实现了蛹草拟青霉FG1488中油脂的大量合成与积累，达到了选育目标。