龐 銳,潘麗軍*,姜紹通,吳學鳳
(合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院,安徽 合肥 230009)
N+注入誘變選育混合糖發(fā)酵L-乳酸高產(chǎn)菌株
龐 銳,潘麗軍*,姜紹通,吳學鳳
(合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院,安徽 合肥 230009)
采用低能N+注入技術(shù)對米根霉As3.819進行誘變選育,以提高該菌株利用混合糖(葡萄糖、木糖)發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的能力。實驗結(jié)果表明,菌株的存活率曲線呈典型的“馬鞍型”,在注入劑量為50×2.5×1013ions/cm2時具有較高的正突變率。選育獲得突變株N50-7,其L-乳酸產(chǎn)量為79.42g/L,比出發(fā)菌株提高了17.75%,且遺傳穩(wěn)定性較好。對突變株N50-7的發(fā)酵培養(yǎng)基進行了初篩,在混合糖150g/L(葡萄糖100g/L、木糖50g/L)、(NH4)2SO4 3.0g/L、KH2PO4 0.3g/L、MgSO4·7H2O 0.3g/L、ZnSO4·7H2O 0.4g/L的條件下發(fā)酵72h,L-乳酸產(chǎn)量最高達到103.81g/L,較初篩前提高了30.71%。
離子注入;米根霉;誘變育種;混合糖;L-乳酸
L-乳酸是一種重要的有機酸,在食品、飲料、飼料、現(xiàn)代醫(yī)藥、現(xiàn)代農(nóng)藥、日用化工、造紙及電子等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景,是21世紀最具發(fā)展前途的有機酸之一[1-2]。隨著以L-乳酸為原料,制成可生物降解的新型環(huán)保材料——聚乳酸(PLA)加工和應(yīng)用技術(shù)的進步[3-4],作為原料的L-乳酸受到了人們的廣泛關(guān)注,已成為當今世界最熱門的生化產(chǎn)品之一,市場需求量巨大[2]。
木質(zhì)纖維原料是地球上最豐富且價廉的可再生資源,水解得到同時含有葡萄糖和木糖等單糖的混合糖,是潛在的重要生物轉(zhuǎn)化原料[5-7],對于降低L-乳酸生產(chǎn)成本具有重要意義。然而傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是建立在利用淀粉質(zhì)原料的基礎(chǔ)上,對五碳糖利用度低。因此,篩選混合糖高效利用菌株,研究混合糖條件下微生物定向生物合成,是利用廉價可再生資源獲得能源產(chǎn)品和化學品的重要方向[8]。
離子注入誘變育種是集化學誘變、物理誘變?yōu)橐惑w的綜合誘變方法,不僅影響細胞的生理生化功能,還可使細胞中的染色體畸變、導致DNA鏈堿基的損傷、斷裂,從而使遺傳物質(zhì)在基因水平或分子水平上發(fā)生改變或缺失。因此,其能夠在低劑量注入的情況下顯著提高生物的變異率,獲得損傷輕、突變率高、突變譜廣、遺傳穩(wěn)定的誘變效果[9-11]。離子注入技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于微生物優(yōu)良菌株的選育和改良研究中,為篩選高效的正突變菌株提供了廣闊的空間。
本工作擬利用N+注入的方式對實驗室保藏菌株米根霉As3.819進行誘變處理,篩選能夠利用混合糖發(fā)酵高產(chǎn)L-乳酸的米根霉菌株,并對發(fā)酵培養(yǎng)基進行初篩,以獲得米根霉利用混合糖發(fā)酵L-乳酸的適宜條件,為木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)L-乳酸打下良好的基礎(chǔ)。
1.1 菌種
米根霉(Rhizopus oryzae)As3.819 本實驗室保藏。
1.2 培養(yǎng)基
斜面保藏培養(yǎng)基:PDA培養(yǎng)基。
篩選培養(yǎng)基:葡萄糖平板(g/L):葡萄糖20、馬鈴薯200、瓊脂20、溴甲酚綠0.1、pH值自然;木糖平板(g/L):木糖20、馬鈴薯200、瓊脂20、溴甲酚綠0.1、pH值自然。
種子培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖80、(N H4)2SO44、KH2PO40.3、ZnSO4·7H2O 0.44、MgSO4·7H2O 0.25、CaCO310(單獨滅菌),pH值自然。
初始發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖80、木糖40、(NH4)2SO44、KH2PO40.3、ZnSO4·7H2O 0.25、MgSO4·7H2O 0.35、CaCO360(單獨滅菌),pH值自然。
以上培養(yǎng)基皆于121℃滅菌15min。
1.3 培養(yǎng)方法
斜面及平板培養(yǎng):32℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3~5d。
液體種子培養(yǎng):100mL三角瓶裝液量20%,接種孢子懸液(濃度為1×106個/mL)2mL,搖床轉(zhuǎn)速200r/min,32℃振蕩培養(yǎng)16h。
搖瓶發(fā)酵培養(yǎng):250mL三角瓶裝液量20%,接種量10%,32℃、200r/min振蕩培養(yǎng)72h。
1.4 低能N+注入工藝與樣品處理
取新鮮活化斜面,用無菌水洗脫后制成濃度為1× 107個/mL的孢子懸液,吸取0.1mL均勻涂布于無菌培養(yǎng)皿上,以無菌風吹干后進行N+注入。離子注入在中國科學院等離子體物理研究所進行,N+能量為15keV,注入劑量為0(對照)~2.5×1015ions/cm2,真空度為10-3Pa。離子注入后,將經(jīng)N+注入的培養(yǎng)皿和真空對照的培養(yǎng)皿分別用1mL無菌水洗脫,適當稀釋后各取0.1mL涂布于PDA平板上,置32℃條件下倒置培養(yǎng)3~4d,用于單菌落的挑選和存活率的計算。
1.5 離子注入誘變效果的計算
1.5.1 存活率的計算
采用菌落計數(shù)法。分別統(tǒng)計真空對照組和離子注入組的菌落總數(shù),按式(1)計算。
1.5.2 突變率的計算
挑取離子注入后的單菌落分別進行發(fā)酵實驗,測試各菌株發(fā)酵混合糖的L-乳酸產(chǎn)量,以出發(fā)菌株作為對照,L-乳酸產(chǎn)量比出發(fā)菌株提高5%的視為正突變,降低5%的視為負突變,在±5%之間的視為未突變。根據(jù)L-乳酸產(chǎn)量分別計算正突變率、負突變率和總突變率。按式(2)、(3)、(4)計算。
1.6 檢測方法
1.6.1 L-乳酸含量的測定
采用EDTA定鈣法[12]。
1.6.2 發(fā)酵液中殘?zhí)堑臏y定
采用DNS與HPLC相結(jié)合的方法。
DNS法:殘?zhí)且云咸烟怯?。發(fā)酵液經(jīng)8000r/min離心10min后,取上清液,采用DNS顯色法[13]測定殘?zhí)堑馁|(zhì)量濃度。HPLC法:色譜儀型號為Waters e2695,色譜柱為Waters Carbohydrate Analysis Column(3.9mm× 300mm),檢測器為Waters 2424(ELS Detector),進樣量為10μL,流動相流速為1mL/min。流動相:75%乙腈-25%水;柱溫30℃。
1.6.3 生物量的測定
采用菌體干質(zhì)量法[13]。
1.7 實驗設(shè)計
1.7.1 N+注入誘變利用混合糖發(fā)酵L-乳酸高產(chǎn)突變株的篩選
通過計算N+注入后各劑量下菌株的致死率和正突變率,確定N+注入該菌株的最佳誘變劑量。在該劑量下對菌株反復(fù)誘變,依次通過葡萄糖平板、木糖平板對菌株進行初篩,以獲得既能利用葡萄糖又能利用木糖高產(chǎn)L-乳酸的米根霉菌株。將各菌落的變色圈與原始菌株的變色圈相比,挑選變色圈大的保藏在PDA斜面上,用于搖瓶復(fù)篩。對復(fù)篩獲得的L-乳酸高產(chǎn)菌株進行遺傳穩(wěn)定性的研究。
1.7.2 高產(chǎn)菌株的培養(yǎng)基篩選
以玉米秸稈為例,其充分水解得到的混合糖中葡萄糖和木糖的質(zhì)量比約為2:1[7-8,14],因此本實驗混合糖發(fā)酵培養(yǎng)基中葡糖糖和木糖以2:1的比例添加。分別對糖濃度、氮源種類、氮源濃度、磷酸鹽種類、磷酸鹽濃度、鎂離子濃度、鋅離子濃度各因素進行單因素試驗篩選,以確定高產(chǎn)菌株利用混合糖發(fā)酵L-乳酸的適宜培養(yǎng)基組成。
2.1 N+注入篩選混合糖發(fā)酵L-乳酸的高產(chǎn)突變株
2.1.1 誘變劑量
對米根霉As3.819采用N+注入誘變,在15keV注入能量下,統(tǒng)計不同劑量的存活菌落數(shù)。以0劑量存活菌落數(shù)為對照,計算各注入劑量的存活率,繪制存活率曲線見圖1。分別在不同劑量下挑取一定量的單菌落進行搖瓶發(fā)酵,測定L-乳酸產(chǎn)量,同時與出發(fā)菌株對照計算突變率,其結(jié)果見圖2。
圖1 N+注入對菌體存活率的影響Fig.1 Survival rate of Rhizopus oryzae As3.819 implanted with N+ ions
由圖1可見,當N+注入劑量低于20×2.5×1013ions/cm2時,菌體的存活率隨著注入劑量的增大而迅速降低;當劑量達到30×2.5×1013ions/cm2后,存活率有短暫的回升,并在50×2.5×1013ions/cm2時達到最大值;此后隨著注入劑量的增加,菌體的存活率逐漸下降,整個過程呈“馬鞍型”變化曲線。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是:低劑量的N+注入時,能量沉積效應(yīng)和動量轉(zhuǎn)移效應(yīng)的綜合作用,導致了DNA損傷和生物膜等大分子的損傷,造成了存活率的下降;中高劑量注入時存活率上升,可能是N+注入后電荷積累發(fā)揮了作用,激活了細胞的修復(fù)機制和修復(fù)酶;高劑量N+注入時,細胞損傷程度大于其修復(fù)能力,電荷效應(yīng)也由于達到了臨界值而產(chǎn)生庫侖爆炸,保護屏障消失[15-17]。
圖2顯示,隨著注入劑量的增加,菌株的突變率也隨之增加;而正突變率則隨著注入劑量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在50×2.5×1013ions/cm2時菌株的正突變率最高;超過此劑量后,雖然菌體的突變率繼續(xù)增加,但正突變率呈下降趨勢。另外,在該注入劑量下菌體的負突變率低于正突變率,表明以該劑量進行離子注入可獲得較多的正突變株,有利于篩選工作的進行。
圖2 N+注入對菌株突變率的影響Fig.2 Effect of implantation dose of N+ ions on positive, negative and total mutant rate of Rhizopus oryzae As3.819
綜上所述,N+注入劑量在50×2.5×1013ions/cm2時,菌株的存活率為27.30%,且此劑量下菌株的正突變率最高。現(xiàn)代育種理論認為:被誘變微生物的致死率在75%左右即存活率在25%左右時產(chǎn)量性狀的正突變率較高,當在更高的致死率下,雖然突變率可能較高,但是負突變往往很高,而正突變卻很低[18]。實驗結(jié)果與該理論基本相符。因此,本實驗選擇N+注入的誘變劑量為50×2.5×1013ions/cm2。
2.1.2 誘變篩選的高產(chǎn)菌株及遺傳穩(wěn)定性
采用最佳注入劑量50×2.5×1013ions/cm2對米根霉As3.819進行N+注入誘變處理,按照1.7.1節(jié)中所述的方法篩選高產(chǎn)菌株。將初篩獲得的48株菌進行搖瓶發(fā)酵試驗,測定L-乳酸產(chǎn)量,得到了3株高產(chǎn)突變株。此3株菌的L-乳酸產(chǎn)量均比原始菌株提高了10%以上,分別命名為N50-7、N50-13和N50-36。
為了確保篩選到的高產(chǎn)突變株的遺傳穩(wěn)定性,對以上實驗中獲得的3株高產(chǎn)菌株進行連續(xù)傳代實驗。各菌株每傳一代重復(fù)3個搖瓶發(fā)酵測定L-乳酸產(chǎn)量,各代產(chǎn)量的平均值見表1。
表1 高產(chǎn)突變株的遺傳穩(wěn)定性Table 1 Genetic stability of three high-yield mutant strains
從表1可以看出,菌株N50-7的L-乳酸產(chǎn)量較高,且一直保持在79.40g/L左右,遺傳特征穩(wěn)定;而菌株N50-13開始的L-乳酸產(chǎn)量也比較高,但傳6代后產(chǎn)酸性能有所改變,L-乳酸產(chǎn)量迅速下降;菌株N50-36雖然具有很好的遺傳穩(wěn)定性,但其L-乳酸產(chǎn)量較其他兩個菌株低。因此,選擇N50-7作為利用混合糖發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的米根霉菌株進行進一步的研究。該菌株利用混合糖發(fā)酵L-乳酸的平均產(chǎn)量為79.42g/L,比出發(fā)菌株(67.45g/L)提高了17.75%。
2.2 高產(chǎn)菌株發(fā)酵的培養(yǎng)基篩選
2.2.1 種齡對發(fā)酵的影響
在L-乳酸發(fā)酵中選擇適當?shù)姆N齡非常重要,過老或太年輕的種子都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利影響。太年輕的種子接種后使菌種前期的生長緩慢,發(fā)酵周期延長,產(chǎn)酸低。過老的種子雖然菌體量較多,但會出現(xiàn)菌體過早衰退的現(xiàn)象,最終導致產(chǎn)酸能力下降[19]。因此,首先根據(jù)1.2.3節(jié)方法繪制米根霉N50-7菌體生長曲線,其結(jié)果見圖3。
圖3 菌體生長曲線Fig.3 Growth curve of N50-7
由圖3可知,該菌種在培養(yǎng)12h左右開始進入對數(shù)生長期,之后菌體數(shù)量迅速增加;24h后菌體數(shù)量趨于穩(wěn)定,進入穩(wěn)定期??梢姡摼甑膶?shù)生長期應(yīng)在12~24h。考慮到一般選用種齡在菌體處于分裂旺盛的對數(shù)生長中后期的菌種為宜,選擇了12~36h范圍內(nèi)7個時間點的種子液進行搖瓶發(fā)酵實驗,其結(jié)果見圖4。
圖4 種齡對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of seed age on L-lactic acid production
從圖4可以看出,采用20~24h的種子液發(fā)酵,糖消耗的較完全,L-乳酸產(chǎn)量較高。而采用過早或過晚的種子,L-乳酸的產(chǎn)量都較低。因此采用培養(yǎng)20h的種子液接種發(fā)酵最好,后續(xù)實驗均采用培養(yǎng)20h的種子液進行發(fā)酵實驗。
2.2.2 混合糖質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響
葡萄糖與木糖按質(zhì)量比2:1,選擇不同的混合糖濃度進行發(fā)酵實驗。在初始發(fā)酵培養(yǎng)基中添加混合糖質(zhì)量濃度分別為90、120、150、180g/L,觀察比較碳源濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖5(殘?zhí)且云咸烟怯?,計算轉(zhuǎn)化率)。
圖5 混合糖質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of total concentrations of glucose and xylose on L-lactic acid production
由圖5可知,混合糖質(zhì)量濃度在90~150g/L范圍內(nèi),隨著葡萄糖、木糖質(zhì)量濃度的增加,L-乳酸的產(chǎn)量增加。當混合糖質(zhì)量濃度為120g/L時,轉(zhuǎn)化率最高,原料利用充分,但產(chǎn)酸量偏低;當混合糖濃度為150g/L時,產(chǎn)酸量最高,但轉(zhuǎn)化率稍有下降;當混合糖質(zhì)量濃度上升到180g/L時,產(chǎn)酸量有所下降且轉(zhuǎn)化率明顯減小。綜合考慮,實驗選用混合糖質(zhì)量濃度為150g/L,其中葡萄糖100g/L,木糖50g/L。
2.2.3 氮源種類對L-乳酸產(chǎn)量的影響
選取NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、尿素4種氮源,按照碳氮比180:1分別添加進行發(fā)酵實驗,研究不同氮源對L-乳酸產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖6。
圖6 氮源種類對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of nitrogen type on L-lactic acid production
由圖6可知,(NH4)2SO4作為氮源的乳酸產(chǎn)量最高,NH4NO3次之。實驗最終選用(NH4)2SO4作為培養(yǎng)基中的氮源。
2.2.4 硫酸銨質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響
分別添加1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0g/L的硫酸銨進行發(fā)酵實驗,考察硫酸銨質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖7。
圖7 硫酸銨質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.7 Effect of (NH4)2SO4 concentration on L-lactic acid production
由圖7可知,低質(zhì)量濃度的(NH4)2SO4對發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸有明顯的促進作用,(NH4)2SO4質(zhì)量濃度越高,L-乳酸產(chǎn)量越高。當培養(yǎng)基中(NH4)2SO4質(zhì)量濃度高于3.0g/L后,L-乳酸產(chǎn)量減小,所以(NH4)2SO4質(zhì)量濃度初步確定為3.0g/L。
2.2.5 磷酸鹽種類對L-乳酸產(chǎn)量的影響
選擇KH2PO4、NH4H2PO4、NaH2PO4、Ca3(PO4)24種磷酸鹽作為此菌種磷元素的提供者進行發(fā)酵實驗,結(jié)果見圖8。
圖8 磷酸鹽種類對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.8 Effect of phosphate type on L-lactic acid production
比較發(fā)酵結(jié)束后產(chǎn)酸量(圖8)可知,KH2PO4作為磷酸鹽優(yōu)于其他幾種磷酸鹽。因此,實驗最終選用KH2PO4作為培養(yǎng)基中的磷酸鹽離子。
2.2.6 KH2PO4質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響
圖9 KH2PO4質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.9 Effect of KH2PO4 concentration on L-lactic acid production
分別添加0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/L的KH2PO4進行發(fā)酵實驗,考察KH2PO4質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖9。
由圖9可知,隨著KH2PO4初始質(zhì)量濃度增大到0.3g/L,L-乳酸產(chǎn)量都會隨之增大。超過這個磷酸鹽添加量,L-乳酸產(chǎn)量反而會有所降低。因此,確定添加KH2PO4的最佳初始濃度為0.3g/L。
2.2.7 MgSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O質(zhì)量濃度對發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的影響
微生物在生長發(fā)酵過程中,需要磷、鎂、硫、鐵、鉀、鋅等元素作為酶的激活劑、生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)劑[19]。分別采用0.1~0.5g/L的MgSO4·7H2O和ZnSO4·7H2O進行搖瓶發(fā)酵實驗,研究不同質(zhì)量濃度的ZnSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O對L-乳酸產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖10。
圖10 MgSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O質(zhì)量濃度對L-乳酸產(chǎn)量的影響Fig.10 Effects of MgSO4·7H2O and ZnSO4·7H2O concentrations on L-lactic acid production
由圖10可知,當MgSO4·7H2O和ZnSO4·7H2O質(zhì)量濃度分別為0.4g/L時,L-乳酸產(chǎn)量達到最大值;而質(zhì)量濃度大于0.4g/L時,L-乳酸產(chǎn)量開始下降。分析其原因,應(yīng)該是Mg2+和Zn2+在低質(zhì)量濃度時,可以激活代謝途徑中某些關(guān)鍵酶的活性,對細胞生長和產(chǎn)物合成有促進作用,而高質(zhì)量濃度時則有抑制作用。考慮到MgSO4·7H2O在質(zhì)量濃度為0.3~0.4g/L時,L-乳酸的產(chǎn)量相差甚微,從經(jīng)濟角度出發(fā),最終選取MgSO4·7H2O質(zhì)量濃度為0.3g/L,ZnSO4·7H2O質(zhì)量濃度為0.4g/L。
2.3 高產(chǎn)菌株的發(fā)酵特性
將經(jīng)N+注入篩選獲得的利用混合糖發(fā)酵L-乳酸的高產(chǎn)菌株N50-7按照以上實驗得到的培養(yǎng)基組分進行發(fā)酵培養(yǎng),每隔6h取樣檢測繪制發(fā)酵曲線,其結(jié)果見圖11。
乳酸發(fā)酵屬于初級代謝過程,由圖11可以看出,隨著生物量的積累,L-乳酸產(chǎn)量迅速增長;葡萄糖從6h開始用于產(chǎn)酸,42h時剩余量已很少,繼而木糖開始被大量利用,產(chǎn)酸量也有明顯的提高。72h達到發(fā)酵終點時,L-乳酸的產(chǎn)量為103.81g/L,較培養(yǎng)基初篩前提高了30.71%。
圖11 高產(chǎn)菌株發(fā)酵過程曲線Fig.11 Time courses of L-lactic acid production, glucose and xylose residues and cell biomass
本試驗利用N+注入技術(shù)對L-乳酸生產(chǎn)菌株——米根霉As3.819進行誘變處理,經(jīng)不同劑量的N+注入后,菌株的存活率呈典型的“馬鞍型”曲線。在15keV、最佳注入劑量50×2.5×1013ions/cm2下,篩選得到1株具有良好遺傳穩(wěn)定性的高產(chǎn)突變株N50-7,其利用混合糖發(fā)酵L-乳酸的產(chǎn)量為79.42g/L,較出發(fā)菌株提高了17.75%。與此同時,對N50-7的發(fā)酵培養(yǎng)基進行了初步篩選,實驗結(jié)果顯示,在葡萄糖100g/L、木糖50g/L、(NH4)2SO43g/L、KH2PO40.3g/L、MgSO4·7H2O 0.3g/L、ZnSO4·7H2O 0.4g/L的條件下發(fā)酵72h,L-乳酸產(chǎn)量達到103.81g/L,較培養(yǎng)基初篩前提高了30.71%。本研究可為今后利用木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)L-乳酸提供參考,具有較好的社會效益及經(jīng)濟效益。
[1] 楊萍. L-乳酸的生產(chǎn)及其應(yīng)用研究[J]. 科技信息, 2008(17): 31.
[2] 王立梅, 齊斌. L-乳酸應(yīng)用及生產(chǎn)技術(shù)研究進展[J]. 食品科學, 2007, 28(10): 608-612.
[3] 李宏清, 吳宏偉, 武旭業(yè), 等. 最佳綠色環(huán)保塑料: 聚乳酸塑料的發(fā)展趨勢[J]. 法制與社會, 2007(11): 922.
[4] 任宗禮. 聚乳酸及其共聚物的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 甘肅科技, 2008, 24(7): 68-73.
[5] 侯艷梅, 蔣立文, 江均平, 等. 利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)L-乳酸的研究[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工: 學刊, 2007(11): 27-30.
[6] MARTIN C, GALBE M, WAHLBOM C F, et al. Ethanol production from enzymatic hydrolysates of sugarcane bagasse using recombinant xylose-utilising Saccharomyces cerevisiae[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2002, 31(3): 274-282.
[7] 宋安東, 王風芹, 杜風光, 等. 戊糖和己糖共發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇條件研究[J]. 生物學雜志, 2007, 24(2): 17-21.
[8] 孔祥莉, 劉波, 趙宗保, 等. 斯達氏油脂酵母利用混合糖發(fā)酵產(chǎn)油脂[J]. 生物加工過程, 2007, 5(2): 36-41.
[9] FENG Huiyun, YU Zengliang, CHU P K. Ion implantation of organisms [J]. Materials Science and Engineering, 2006, 54(3/4): 49-120.
[10] SONG Yun, ZHANG Huaiyu, CHANG Zhijian. Progress of mutation breeding with ion beam implantation[J]. Molecular Plant Breeding, 2004, 2(2): 301-305.
[11] 張曉勇, 陳秀霞. 低能離子誘變育種作用機理及生物學效應(yīng)研究進展[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2008(6): 20-22.
[12] 姜紹通, 鄭志, 朱羽, 等. 無載體固定化米根霉重復(fù)間歇發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸[J]. 生物工程學報, 2008, 24(10): 1729-1733.
[13] 朱羽. 無載體固定化米根霉發(fā)酵L-乳酸的研究[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學, 2007.
[14] WYMAN C E, DALE B E, ELANDER R T, et al. Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies[J]. Bioresource Technology, 2005, 96(18): 1959-1966.
[15] 宮春波, 劉鷺, 謝麗源, 等. 離子注入微生物誘變育種研究進展[J].生物技術(shù), 2003, 13(2): 47-49.
[16] YU Long, ZHOU Jian, YU Zengliang. Screening of L-lactic acid producing bacteria by low energy ions implantation and preliminary research of fermentation conditions[J]. 激光生物學報, 2005, 14(3): 184-188.
[17] ZHOU Xiaonan,YE Hui, ZHU Suwen, et al. Screening high-yield bacteria Rhizopus chinensis carrying L-lactic acid by low energy ions implantation[J]. 激光生物學報, 2008, 17(3): 408-411.
[18] 錢海倫. 微生物學[M]. 北京: 中國醫(yī)藥工業(yè)出版社, 1990.
[19] 孫靚, 孫菲菲, 黃艷燕, 等. 木薯淀粉發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的培養(yǎng)條件優(yōu)化[J]. 中國釀造, 2009(7): 33-37.
Breeding of High-yield L-Lactic Acid Strains for Co-fermentation of Glucose and Xylose by N+Implantation
PANG Rui,PAN Li-jun*,JIANG Shao-tong,WU Xue-feng
(School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
In order to increase the production of L-lactic acid by co-fermentation of glucose and xylose, Rhizopus oryzae As3.819 was mutated by low energy N+ implantation. The results showed that the survival rate curve was a typical, , saddle shape , , with a high positive mutation rate at a dose of 50×2.5×1013ions/cm2. Under this implantation dose, strain N50-7 was obtained with high yield and stability. L-lactic acid yield by N50-7 was 79.42 g/L, 17.75% higher than the original strain. The optimal composition of fermentation medium for N50-7 were as follows: glucose 100 g/L, xylose 50 g/L, (NH4)2SO4 3 g/L, KH2PO4 0.3 g/L, MgSO4·7H2O 0.3 g/L and ZnSO4·7H2O 0.4 g/L. The final concentration of L-lactic acid was 103.81g/L after 72 h fermentation, which was 30.71% higher than that before breeding.
ion implantation;Rhizopus oryzae;mutation breeding;mixed sugars;L-lactic acid
Q815
A
1002-6630(2010)21-0248-06
2010-08-12
國家“863”計劃項目(2007AA10Z361);安徽省自然科學基金項目(090411015)
龐銳(1986—),女,碩士研究生,研究方向為食品現(xiàn)代加工理論、方法及工程化技術(shù)。E-mail:pangrui2008_happy@126.com
*通信作者:潘麗軍(1955—),女,教授,博士,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品資源綜合利用。E-mail:panlijun1955@163.com