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《华中农业大学》 2004年
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苏云金芽胞杆菌的分批发酵动力学

邵志会  
【摘要】:一般吡啶二羧酸(DPA)占细胞干重的百分含量是恒定的,但随着不同菌种和同一菌种不同培养条件,DPA和芽胞数的对应关系不同。通过SAS统计软件考察苏云金芽胞杆菌工程菌BMB005在三种不同培养基中(H_8,H_9,H_8半倍培养基)培养时的DPA和芽胞数对应关系是否存在差异,结果表明:培养条件差异导致这种对应关系的差异相对于涂平板计数所带来的误差并不显著;菌株BMB005的DPA和芽胞数的对应关系为y=1.528x-96.19535(x代表DPA的浓度,单位为μg/ml;y代表芽胞数,单位为×10~7个芽胞/ml)。因此,在苏云金芽胞杆菌工业发酵中,对于相同菌种不同培养条件,可用DPA浓度代表芽胞数。 利用修正的Contois等模型模拟了苏云金芽胞杆菌工程菌BMB005分批发酵的营养期和芽胞期碳代谢的动力学过程,首次建立了在以中间代谢物PHB为底物合成DPA和ICPs的条件下,PHB的降解动力学以及DPA和ICPs的生成动力学模型。得到了菌体最大比生长速率μm=1.1172/h、菌体对葡萄糖的得率系数Y_(X/G)=2.2928g/g、PHB对葡萄糖的得率系数Y_(P/G)=0.7547g/g、DPA和晶体蛋白的最大比生成速率(b_1=0.0329/h,b_2=0.3731/h)以及DPA和晶体蛋白对PHB的得率系数(Y_(D/P)=0.3666g/g,Y_(C/P)=0.9337g/g)等一系列重要动力学参数。这些参数将会为杀虫晶体蛋白的高产和原料利用的优化奠定理论基础。 通过建立的动力学模型,比较了野生菌YBT1463和其无质粒突变株BMB171以及以BMB171为受体菌转入质粒pBMB801的工程菌BMB871的菌体、葡萄糖、PHB、晶体和芽胞数的生成或消耗的变化过程,同时对以上参数进行分析,结果表明:对于YBT1463、BMB171以及BMB871来说,在营养期,质粒的存在对菌体最大比生长速率、菌体对葡萄糖的得率系数等参数影响不显著,但是显著提高菌体转化葡萄糖为PHB产率系数以及葡萄糖的维持系数,充分说明了质粒的存在显著地影响葡萄糖的代谢流;在芽胞期,质粒的存在除了和菌株合成晶体有关以外,对芽胞合成代谢也有很大影响,主要体现在:质粒的存在降低PHB对DPA的最大比生成速率、DPA对PHB得率系数,提高PHB的维持系数。质粒的这种作用充分证明在苏云金芽胞杆菌中的质粒并没有给细胞生长带来代谢负担,但影响了葡萄糖代谢流。 本文还通过在不同时期补加各种中间代谢物,来探讨工程菌BMB005的DPA、杀虫晶体蛋白的合成与外部环境如碳源代谢的关系,结果发现:在对数期、对数末期、稳定前期和稳定中期补加适量的葡萄糖能促进晶体和DPA的大量合成,补加丙酮酸钠或琥珀酸钠只能使晶体和DPA的产量少量增加,而补加乳酸都会不同程度抑制晶体和DPA的合成;在稳定期补加少量的乙酸钠能明显提高晶体和DPA的产量。
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