丝状真菌被孢霉生长群体感应的初步研究

摘要

被孢霉属丝状真菌是生产多不饱和脂肪酸（PUFAs）的主要工业菌株大类，已经实现了大规模工业化生产。但是在微生物工业发酵逐级放大和规模化生产过程中，特别是被孢霉类丝状真菌，存在着接种密度大、生产周期长等一系列问题，这拉高了生产成本和降低了生产效率。为了解决这一问题，提高工业化发酵竞争力，本论文以高山被孢霉为例开展研究，试图验证高山被孢霉菌体群体感应现象及群体感应信号分子的存在，以期能建立在较低接种密度条件下，菌体仍能保持较高的生长率和产率的关键技术，指导工业化生产。取得的主要研究成果如下：
　　（1）初步发现了高山被孢霉群体感应现象的存在：基于不同接种密度10％、8%、6%、4%、2%体积比对应的高山被孢霉菌体生物量、发酵液残留葡萄糖浓度、pH值变化规律，确定高山被孢霉临界接种密度的阈值为2%~4%；通过条件培养液培养和连通瓶培养实验，确定在常规接种密度（10%）条件下，高山被孢霉存在显著的群体感应现象，发酵液中存在一定浓度的群体感应信号分子，且能使低接种密度（2%）的菌体延滞期显著缩短、生物量提高。
　　（2）判定了高山被孢霉群体感应分子的可能物质类型：通过高温处理、减压蒸馏和液液萃取等一系列分析化学实验方法，获得不同类别的发酵液组分，分别研究其对高山被孢霉菌体生长调控效果，研究结果初步判定高山被孢霉菌体群体感应分子沸点高（相较水而言），且是非蛋白类的中等极性有机分子，可利用中等极性有机溶剂正丁醇进行萃取浓缩，这为进一步分离、提纯和鉴别群体感应信号分子的具体化学分子种类和结构奠定了基础。
　　（3）外源群体感应分子对高山被孢霉菌体生长具有调控作用：添加外源群体感应信号分子香叶醇、苯乙醇和法尼醇至高山被孢霉发酵培养基，通过检测高山被孢霉菌体生物量、细胞脱氢酶比活力、油脂量等研究其对高山被孢霉菌体生长调控，结果发现苯乙醇能显著提高菌体生长率、细胞代谢活力以及促进菌体油脂合成；相比之下，香叶醇的作用效果有限；而法尼醇作用效果不明显，还可能抑制菌体相关代谢活性；但三者均未显著改变油脂的脂肪酸成份及其相对含量。
　　以上研究为提高高山被孢霉工业化发酵生产多不饱和脂肪酸的整体水平以及提供更多的技术调控手段奠定了可能性。

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1 绪 论

1.1 PUFAs和花生四烯酸

1.2 高山被孢霉发酵工艺调控研究进展

1.3 工业菌种生长调控相关研究

1.4 微生物的群体感应

1.5 真菌群体感应的研究进展

1.6 本课题的研究意义及主要内容

2 高山被孢霉群体感应现象的初步研究

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

3 高山被孢霉群体感应信号分子性质的初步研究

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 外源群体感应分子对高山被孢霉菌体生长调控的研究

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表论文及专利情况