谷氨酸棒状杆菌的简单探究

谷氨酸棒状杆菌的简单探究
农学院
2014级植物保护5班
毛雪纯
201430630415
摘要：
谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)是兼性厌氧菌，为革兰氏阳性。

其主要特征为无芽孢，不运动、菌落湿润，细胞短杆，小棒状，两端钝圆，整体呈圆形，不分枝，菌体约0.7～0.9×1.0～2.5微米。

谷氨酸棒状杆菌是工业微生物发酵工程方面十分常见实用的微生物之一，可用于生产谷氨酸进而生产出谷氨酸钠，即日常调味料味精。

本文将从谷氨酸棒状杆菌代谢，分泌模式等多方面进行初步探究。

关键词：微生物发酵工程，谷氨酸棒状杆菌，工业微生物
一、谷氨酸棒状杆菌的利用：
谷氨酸棒状杆菌可以在用于生产谷氨酸，其在发酵过程中要在无菌条件下不断地通入空气，并且通过搅拌形成细小的气泡，使空气可以迅速溶解在培养液中；在30-37℃，中性偏碱的条件下，经28~32小时，会生成大量的谷氨酸。

通过对谷氨酸棒状杆菌的调控，如允许丝氨酸，苏氨酸，精氨酸等氨基酸积累的关键点的成功抑制，使谷氨酸棒杆菌在生物技术上的应用潜力很快增加。

在近几十年，开发谷氨酸棒杆菌的高产菌株的研究引起了人们的兴趣，科学家们采取了包括传统的突变和筛选、定向基因工程在内的不同策略。

二、谷氨酸棒状杆菌的成分：
分别用凯式定氮法、定磷法、锁式抽取法、灼烧烘干法可以测量出工业发酵过的废弃谷氨酸棒状杆菌中粗蛋白、核酸、粗脂肪、灰分的含量。

详见下表：
表1谷氨酸棒状杆菌主要成分表（%）
由上表可以看出在工业上废弃的谷氨酸棒状杆菌中粗蛋白的含量非常丰富，大大超过了酵母菌体中的蛋白含量。

而核酸的水解产物肌苷酸、鸟甘酸是十分重要的呈味物质，谷氨酸棒状杆菌中核酸含量与酵母中核酸的含量相当。

实验结果表明谷氨酸棒状杆菌中含有17种氨基酸，含有7种人体必需的氨基酸。

而且必需氨基酸含量占总氨基酸量的
38.95 %，氨基酸含量占菌体干重的60.41 %。

以上结果可以看出，就算是废弃的谷氨酸棒状杆菌也具有较高的开发利用价值，谷氨酸棒状杆菌蛋白水解后的氨基酸的种类和含量都比较丰富，是生产蛋白水解物的理想原料，废弃谷氨酸棒状杆菌具有良好的研究前景。

三、谷氨酸棒状杆菌的新陈代谢：
①营养需求和同化通路
谷氨酸棒杆菌可以使用许多有机化合物作为单一或者联合碳源，可以在不同有机酸上生长。

在谷氨酸棒状杆菌的生长和氨基酸的过量生产中，细胞生长除了碳源之外，还需要氮源和硫来作为主要元素，在工业应用中，最重要的原材料是糖蜜和淀粉与无机盐一起使用。

②碳代谢
谷氨酸棒状杆菌中心代谢的代谢网络包括糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）、TCA 循环以及补给和葡萄糖异生反应。

四、谷氨酸棒状杆菌的谷氨酸分泌模式：
在不同初始生物素添加量的条件下进行谷氨酸发酵实验，可以探究生物素对谷氨酸棒状杆菌分泌谷氨酸的影响。

用生物素测定方法和胞内谷氨酸测定方法，再采用SBA40D 生物传感分析仪测定谷氨酸、葡萄糖，吸光度采用721 可见分光光度计测定进行实验。

实验结果表明:生物素浓度是控制胞内谷氨酸向胞外分泌的关键因素之一，生物素浓度进入亚适量范围之后，胞内谷氨酸开始向胞外分泌；在菌体胞内谷氨酸正常向外分泌时添加20 μg/L 的生物素，谷氨酸正常向外分泌即停止，胞内谷氨酸浓度增加。

这种谷氨酸分泌受生物素浓度控制的分泌模式被定义为一种新的假定模式——“生物素浓度触发式分泌”模式。

五、谷氨酸棒状杆菌质粒的提取：
采用氯化铯梯度离心法和氯化钠冷冻法都可以获得较好的实验结果。

谷氨酸棒状杆菌质粒在未经扩增的条件下, 两种方法提取均获得质粒D N A ,且两种结果是完全一样的。

从电泳点样观察, 用氯化铯梯度提取比用氯化钠冷冻法提取, 质粒D N A 得率约高3 0%左右。

但从耗资上, 氯化铯梯度法要比氯化钠冷冻法高得多，且时间周期较长。

六、谷氨酸棒状杆菌发酵色氨酸的工艺探究：
为了优化发酵工艺，提高色氨酸产量，对发酵色氨酸培养基的碳氮源、发酵条件及小试发酵过程控制进行了实验研究。

用发酵罐发酵方法、种子培养方法等方法，绘制L-色氨酸标准曲线，再分析葡糖糖浓度、氮源及氮源浓度的影响可以得出以下结论：最佳发酵培养基为葡萄糖4g/L、胰蛋白胨20g/L，色氨酸产量达0.43g/L。

在摇瓶发酵的基础上，在50L 发酵罐中进行小试表明，在发酵温度36℃、pH7.0、搅拌速率700r/min 的条件下，色氨酸产量达0.45g/L。

七、其他
查阅文献还有许多关于谷氨酸棒状杆菌的研究，例如：谷氨酸棒状杆菌乙酸盐谢PT A 、A K、IC L和M S酶活性研究。

这个研究是从谷氮酸棒状杆菌乙酸盐代谢中涉及的四种酶入手（PTA、A K、I C L和MS ），建立了一套稳定的酶活性测定方法, 并对这些酶在不同碳源代谢中的酶活性特征进行了比较分析，得出乙酸盐对谷氮酸棒状杆菌
四种酶活性均有明显的诱导作用。

再比如研究谷氨酸棒状杆菌厌氧产生丁二酸的发酵条件，结果发现补加NaHCO3的效果最好，乳酸脱氢酶基因敲除导致磷酸烯醇式丙酮酸生成丁二酸的流量提高了214. 3%，流向乳酸的流量变为0;分批厌氧转化36 h 生成41. 2 g/L 丁二酸，产率45. 0%。

综上所述，谷氨酸棒状杆菌在微生物发酵工程等多个领域都有良好的发展前景，值得人们深入探究。

参考文献：
[1]谷氨酸棒状杆菌乙酸盐代谢PTA_AK_ICL和MS酶活性研究_阮红
10 08- 92 09 (20 0 3)0 5 -0 52 9 -05
[2]谷氨酸棒状杆菌厌氧产丁二酸的发酵条件_贾全栋
doi:10. 3969/j. issn. 1672 －3678. 2014. 03. 002
[3] 谷氨酸棒状杆菌发酵色氨酸的工艺研究_郑蕾
1009-1114（2010）03-0045-03
[4] 谷氨酸棒状杆菌成分分析及其酸水解条件研究_周大伟
[5] 谷氨酸棒状杆菌的利用及其代谢_张兰峰
[6] 谷氨酸棒状杆菌的谷氨酸分泌模式初探_姚辉
[7] 谷氨酸棒状杆菌质粒的提取_于元杰。