摘要:L-丝氨酸( L-Serine)是一种非必需氨基酸，是体内合成嘌呤、胸腺嘧啶、胆碱的前体，具有重要的生理功能和应用价值，广泛应用于食品、化工和医药等领域。本实验室保藏有一株L-丝氨酸产生菌谷氨酸棒杆菌SYPS-062，在以蔗糖为唯一碳源的全合成发酵培养基中生长缓慢，L-丝氨酸产量较低。研究表明L-丝氨酸对其生物合成途径中催化第一步反应的3-磷酸甘油酸脱氢酶有反馈抑制作用，另外还能被丝氨酸脱水酶降解。实验室通过分子生物学改造分别获得丝氨酸去反馈抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1、抗丝氨酸降解菌株C.glutamicum SYPS-062-2和丝氨酸去反馈抗降解菌株C.glutamicum SYPS-062-3。本文以原始菌株C.glutamicum SYPS-062和以上三株工程菌为研究对象进行了以下工作。
首先，对原始菌株C.glutamicum SYPS-062和以上三株工程菌分别在全合成培养基和天然培养基中的摇瓶发酵特性进行了比较研究。结果显示，在全合成培养基中菌体生长和产酸情况均较天然培养基中良好。在以10%蔗糖为唯一碳源、3%硫酸铵为唯一氮源的全合成培养基中，经96 h发酵，L-丝氨酸去反馈抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1的生物量和产酸量均为最高，生物量OD600nm值达到42，L-丝氨酸产量达到32 g/L。原始菌株C.glutamicum SYPS-062的生物量和产酸量均为最低，生物量OD600nm为35，L-丝氨酸产量为15g/L。在加玉米浆和豆饼水解液的天然发酵培养基中，原始菌C.glutamicum SYPS-062的最终生物量和产酸量均为最高，但都大大低于在全合成培养基中的产量，生物量OD600nm为17，L-丝氨酸产量为8g/L。其余工程菌在天然培养基中发酵的最终生物量和产酸量均较低。同时，通过试验发现各菌株能在以葡萄糖为唯一碳源的全合成发酵培养基中缓慢生长并积累L-丝氨酸。只是，菌体在葡萄糖培养基中的生长和产酸水平均略低于在蔗糖培养基中的相应水平。
其次，对10%蔗糖全合成培养基中发酵过程进行了监测和分析。实验结果显示，发酵过程中L-丝氨酸的积累、生物量的积累、蔗糖的消耗、硫酸铵的消耗四者之间存在较强的偶联性。在发酵后期，碳源蔗糖和氮源硫酸铵的供给均出现不同程度的不足，其中C.glutamicum SYPS-062-1的发酵液中硫酸铵的终浓度几乎为零，而此时生物量和L-丝氨酸的积累也几乎停止。由此推断，可通过适当提高培养基中的碳氮源初浓度或在发酵过程中补加适量碳源氮源来延长发酵时间，提高产酸量。
最后，基于对发酵过程分析的基础上，对L-丝氨酸高产工程菌株L-丝氨酸去反馈抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1的全合成发酵培养基进行了一系列优化。实验结果表明，最适合C.glutamicum SYPS-062-1生长和积累L-丝氨酸的蔗糖浓度为10%，硫酸铵浓度为3%。 C.glutamicum SYPS-062-1在此发酵培养基中发酵120h，最高L-丝氨酸产量可达到37.65g/L。
关键词：L-丝氨酸；谷氨酸棒杆菌；摇瓶发酵；优化
