黄色短杆菌的主要用途与诱变育种！

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2021/09/09 14:06

黄色短杆菌的主要用途与诱变育种！

黄色短杆菌，短杆菌属，放线菌目中的一属专性好氧、过氧化氢酶阳性、无芽孢的革兰氏阳性短杆状细菌。菌落自黄色至橙色均有。生长温度20～25℃。氧化性代谢。在含4%NaCl的胰蛋白胨-黄豆胨琼脂上生长良好。分布在某些干酪上。G+C%（摩尔）值为60～64。模式种为扩展短杆菌(B.linens)。本属中的黄色短杆菌(B.flavum)能发酵葡萄糖生产L-谷氨酸，是重要的工业菌种。

一、菌株分类

分类：Bacteria; Actinobacteria; Actinobacteria (class); Actinobacteridae; Actinomycetales; Corynebacterineae; Corynebacteriaceae; Corynebacterium

二、菌株形态

形态：细胞椭圆形,不形成孢子,不运动,在琼脂培养基上形成1.2mm菌膜，菌落圆形，奶油色，边缘光滑，在水中为均匀悬浮液。

三、菌株特性

特性：革兰氏染色阳性。短杆近球形，G+，不运动，无鞭毛，无芽孢，菌落产生非水溶性黄色素。兼性厌氧，化能异养型，葡萄糖、果糖、甘露糖、麦芽糖、蔗糖产酸不产气，水解明胶、硝酸盐还原、接触酶阳性，抗酸染色阴性，M·R试验阳性。最适生长温度25-32℃。

四、菌株培养基

培养基：蛋白胨1%，酵母膏1%，NaCl0.5%，pH7.0。30℃培养。

保存方法：矿物油法,定期移植法

保藏温度：-70摄氏度

五、菌株来源

菌株来源：DSM 20300, 1412, 10150, 20137 , 20156, 20163, 20297, 20301, 20411, 20412, 20598, 44475, 46307

采集地：土壤。

六、菌株的培养

培养基：蛋白胨1% ,酵母膏1% ,NaCl 0.5% ,pH 7.0。30 ℃培养。

保藏温度： -70 摄氏度

七、菌株主要用途

黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸等。赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在生产赖氨酸的过程中，当黄色短杆菌细胞内的赖氨酸和苏氨酸都超过一定浓度时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使赖氨酸的合成停止。科学家通过人工诱变，选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌，从而解决了这一问题。因为高丝氨酸脱氢酶是合成苏氨酸过程中不可缺少的一种酶，不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌，就不能合成苏氨酸。这就解除了苏氨酸等对天冬氨酸激酶的抑制作用，使黄色短杆菌能不断合成赖氨酸。在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。

例如，天津科技大学代谢控制发酵研究室长期从事代谢控制发酵，特别是在氨基酸生产菌的选育及发酵条件的研究领域，积累了丰富的经验，取得了骄人的成绩。他们选育的谷氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、亮氨酸、L－异亮氨酸、色氨酸、L－缬氨酸等生产菌及肌苷、鸟苷生产菌在国内均处领先地位。其中“TG866－174新菌种扩大试验”课题荣获天津市科技进步三等奖，天津市科技协作二等奖。该菌种在全国推广，产生了巨大的社会效益和经济效益。据项目负责人陈宁博士介绍，中国味精产量居世界首位，进一步提高谷氨酸发酵水平，是中国在“十五”期间生物技术领域重点研究的方向之一。他们以黄色短杆菌TJ1为出发菌株，定向选育出温度敏感突变株CN1021，在最佳发酵条件下，谷氨酸温度敏感型菌株CN1021在6m3发酵罐上产酸达146g/L，糖酸转化率达62.8%，达到国际同类研究的先进水平。L－缬氨酸是广泛应用于医药、食品及调味剂、动物饲料和化妆品的必需氨基酸。陈宁博士带领的实验室以黄色短杆菌TV10为出发菌株，选育出L－缬氨酸高产菌菌株TV2564。在5L发酵罐上补料分批发酵60h，产L－缬氨酸50．71g/L，达到中国同类研究的领先水平及国际先进水平。

八、合成途径

人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如，黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。

九、诱变育种

以黄色短杆菌为出发菌，采用诱变育种的方法选育得到一株能高产L-组氨酸的突变菌株。在加有150g·L-1葡萄糖；35g·L-1硫酸铵；10g·L-1蛋白胨的发酵培养基中培养72h，产L-组氨酸128.28mg·L-1。选育具有遗传标记(Met-+IleL+2-TAr+α-ABr+β-HLr+Rifr+SGr)的突变株TK0303，使其具有L-亮氨酸的生物合成能力。用黄色短杆菌突变株TK0303经扩培、发酵培养、及L-亮氨酸的提取步骤可得到L-亮氨酸粗品，进一步精制可得到L-亮氨酸纯品。本发明利用突变株发酵生产L-亮氨酸，可以大大提高L-亮氨酸的产率，最高产量可达30g/L，其产量完全满足实现大规模工业化生产的要求。本发明利用金属膜过滤法预处理发酵液，并以离子交换法提取L-亮氨酸，纯度可达98%以上，提取率55%。

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