摘要:L-絲氨酸( L-Serine)是一種非必需氨基酸，是體內合成嘌呤、胸腺嘧啶、膽堿的前體，具有重要的生理功能和應用價值，廣泛應用于食品、化工和醫藥等領域。本實驗室保藏有一株L-絲氨酸產生菌谷氨酸棒桿菌SYPS-062，在以蔗糖為唯一碳源的全合成發酵培養基中生長緩慢，L-絲氨酸產量較低。研究表明L-絲氨酸對其生物合成途徑中催化第一步反應的3-磷酸甘油酸脫氫酶有反饋抑制作用，另外還能被絲氨酸脫水酶降解。實驗室通過分子生物學改造分別獲得絲氨酸去反饋抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1、抗絲氨酸降解菌株C.glutamicum SYPS-062-2和絲氨酸去反饋抗降解菌株C.glutamicum SYPS-062-3。本文以原始菌株C.glutamicum SYPS-062和以上三株工程菌為研究對象進行了以下工作。

首先，對原始菌株C.glutamicum SYPS-062和以上三株工程菌分別在全合成培養基和天然培養基中的搖瓶發酵特性進行了比較研究。結果顯示，在全合成培養基中菌體生長和產酸情況均較天然培養基中良好。在以10%蔗糖為唯一碳源、3%硫酸銨為唯一氮源的全合成培養基中，經96 h發酵，L-絲氨酸去反饋抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1的生物量和產酸量均為最高，生物量OD600nm值達到42，L-絲氨酸產量達到32 g/L。原始菌株C.glutamicum SYPS-062的生物量和產酸量均為最低，生物量OD600nm為35，L-絲氨酸產量為15g/L。在加玉米漿和豆餅水解液的天然發酵培養基中，原始菌C.glutamicum SYPS-062的最終生物量和產酸量均為最高，但都大大低于在全合成培養基中的產量，生物量OD600nm為17，L-絲氨酸產量為8g/L。其余工程菌在天然培養基中發酵的最終生物量和產酸量均較低。同時，通過試驗發現各菌株能在以葡萄糖為唯一碳源的全合成發酵培養基中緩慢生長并積累L-絲氨酸。只是，菌體在葡萄糖培養基中的生長和產酸水平均略低于在蔗糖培養基中的相應水平。

其次，對10%蔗糖全合成培養基中發酵過程進行了監測和分析。實驗結果顯示，發酵過程中L-絲氨酸的積累、生物量的積累、蔗糖的消耗、硫酸銨的消耗四者之間存在較強的偶聯性。在發酵后期，碳源蔗糖和氮源硫酸銨的供給均出現不同程度的不足，其中C.glutamicum SYPS-062-1的發酵液中硫酸銨的終濃度幾乎為零，而此時生物量和L-絲氨酸的積累也幾乎停止。由此推斷，可通過適當提高培養基中的碳氮源初濃度或在發酵過程中補加適量碳源氮源來延長發酵時間，提高產酸量。

最后，基于對發酵過程分析的基礎上，對L-絲氨酸高產工程菌株L-絲氨酸去反饋抑制菌株C.glutamicum SYPS-062-1的全合成發酵培養基進行了一系列優化。實驗結果表明，最適合C.glutamicum SYPS-062-1生長和積累L-絲氨酸的蔗糖濃度為10%，硫酸銨濃度為3%。 C.glutamicum SYPS-062-1在此發酵培養基中發酵120h，最高L-絲氨酸產量可達到37.65g/L。

關鍵詞：L-絲氨酸；谷氨酸棒桿菌；搖瓶發酵；優化