副干酪乳杆菌B1高密度培养及转录调控机制研究

作     者：张贺田 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹华群;孟德龙

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：副干酪乳杆菌B1 高密度培养 转录组分析 功能富集分析 

摘      要：恶臭污染对人类身体健康、生态平衡、城市整体形象产生一系列不良影响。副干酪乳杆菌在解决恶臭污染方面具有极大的开发和应用潜力。为满足规模化治理恶臭污染的需求,本研究以前期获得可有效除臭抑菌的副干酪乳杆菌B1为对象,探究其高密度培养条件;通过转录组学技术,研究培养条件优化前后的生长过程中转录组特征和关键差异表达基因功能,解析副干酪乳杆菌B1营养代谢模式和环境胁迫下的应激机制,为副干酪乳杆菌B1的生产性能进一步开发与应用提供理论依据。主要结论如下:(1)通过单因素和多因素实验对副干酪乳杆菌B1发酵培养基组合优化后为:蔗糖37.8 g/L,酵母浸粉33.7 g/L,KHPO 7 g/L、KHPO 7 g/L、Mg SO 0.2 g/L、Mn SO 0.02 g/L、吐温-80 0.1 g/L、甘油0.1 g/L、VB 0.01 g/L、半胱氨酸盐酸盐0.2 g/L,菌体密度可达1.385,活菌数为4.07×10CFU/ml,相对优化前提升11.3倍。(2)发酵培养条件优化后为:前8 h 40℃后变温至35℃培养至结束,使用10%氨水控制p H在5.5±0.25,培养16 h后流加蔗糖和促生长因子,控制残糖值在6 g/L,发酵周期为28 h,菌体密度为2.110,最大活菌数为2.29×10 CFU/ml,相对于发酵条件优化前提升5.6倍。(3)在同一种发酵模式内的不同生长阶段和同一生长阶段的不同发酵模式间样本具有不同的基因表达模式,发酵控制优化时菌种启动多数基因表达,扩展代谢途径来应对环境胁迫,而发酵优化后生长环境适宜,在生长期多数基因表达来参与生长代谢过程,以更快地生长增殖。(4)发酵培养条件优化提供了适宜的生长环境使副干酪乳杆菌B1增强磷酸转移酶系统来摄取糖源,并维持较高的糖酵解和丙酮酸代谢水平,从而快速生长繁殖,当菌体密度达到一定阈值后会通过群体感应(QS)引导菌体自溶。酸胁迫下会抑制糖酵解和丙酮酸代谢,副干酪乳杆菌B1通过有氧呼吸产生额外能量以维持能量需求。(5)双组分系统和QS参与副干酪乳杆菌B1对逆性环境的响应和调节过程。菌种通过谷胱甘肽代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、碱基切除修复、嘌呤和嘧啶代谢等来减少氧胁迫对菌体的损伤,另外会增强赖氨酸合成、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢途径并依赖ABC转运系统来积累氨基酸类相容性溶质以抵御控制p H时酸碱中和产生的渗透压胁迫。图62幅,表32个,参考文献142篇