溶氧对刺糖多孢菌产多杀菌素的影响及其代谢组学分析

摘要

多杀菌素（Spinosad）是一种新型的大环内酯类抗生素，由刺糖多孢菌经有氧发酵产生，由于其出色的杀虫性能和环保特性具有广泛的应用前景。本论文以提高多杀菌素产量为目的，对其发酵工艺进行了诸多改进，使得多杀菌素产量得到了提高，为工业化奠定了基础。
　　本文以基因工程菌S. spinosaLU104为出发菌株，优化碳源组合，使得多杀菌素产量提高了13.89％。在72h添加0.5%的吐温80进一步提高多杀菌素产量，达到417.96mg/L。在添加吐温80的基础上进行发酵分离耦合实验，在发酵初始加入50g/L的大孔吸附树脂进行吸附，最终多杀菌素产量相比于对照组提高了14.45%。针对刺糖多孢菌发酵的特点对发酵罐进行了结构改进：通过改进回流装置，蒸发速率由10mL/h降低为约4mL/h，发酵液的粘度明显下降，多杀菌素的产量提高了20%。通过在搅拌桨和挡板上包裹纱布，起到了减小剪切力及细胞固定化的作用，使得多杀菌素产量相比于对照组提高了11.17%。
　　为了缓解S.spinosa LU104发酵过程中的溶氧限制，在发酵120h加入0.5%的正十二烷，使得多杀菌素的产量比对照组高出57.8%。为了进一步阐释溶氧对刺糖多孢菌代谢的影响及提高多杀菌素产量的机理，采用GC-MS进行了代谢组学分析。结果表明，正十二烷的添加使得溶氧水平提高，初级代谢的水平增强促进了菌体生长以及次级代谢前体物质和辅因子的合成。由于多杀菌素合成是有氧代谢过程，溶氧的增加也更加有利于提高次级代谢方向的代谢通量。
　　通过流加培养提高多杀菌素产量，120h时开始流加100g/L的葡萄糖，流加总体积为1L，流速为14mL/h，流加时间71.4h。多杀菌素产量达到360.84mg/L，是分批发酵产量的2.29倍。建立了动力学模型描述流加发酵过程中菌体生长、底物消耗及多杀菌素的合成，且实验值和模型拟和值能够较好的吻合，具有很高的拟和度，三个模型方程的相关系数分别为0.9984，0.9855和0.9793。最优条件下，多杀菌素在5L发酵罐的产量达到583.86mg/L，是原始工艺产量的3.72倍。

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第一章 文献综述

1.1多杀菌素简介

1.2多杀菌素的研究现状和进展

1.3微生物代谢组学的研究进展

1.4本文的研究目标和思路

第二章 刺糖多孢菌发酵条件的优化

2.1前言

2.2菌种与培养基

2.3实验试剂与仪器

2.4培养条件

2.5实验方法

2.6多杀菌素摇瓶发酵条件的优化

2.7发酵分离耦合

2.8发酵罐结构的改进

2.9小结

第三章 氧载体对刺糖多孢菌影响的代谢组学分析

3.1前言

3.2菌种与培养基

3.3实验试剂与仪器

3.4氧载体对多杀菌素产量的影响

3.5正十二烷对刺糖多孢菌影响的代谢组学研究

3.6小结

第四章 刺糖多孢菌在5L发酵罐中的流加培养及其动力学分析

4.1前言

4.2实验试剂与仪器

4.3菌种与培养基

4.4培养方法

4.5分析方法

4.6刺糖多孢菌在5L发酵罐的代谢曲线

4.7刺糖多孢菌在5L发酵罐中的流加培养

4.8刺糖多孢菌流加发酵动力学研究

4.9多杀菌素5L发酵罐实验

4.10小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢