梭菌强化培养基的应用

背景^[1-3]

梭菌强化培养基用于梭菌的增菌培养和计数。成分(g/L)：蛋白胨10.0；牛肉粉10.0；酵母粉3.0；葡萄糖5.0；可溶性淀粉1.0；氯化钠5.0；醋酸钠3.0；L-半胱氨酸盐酸盐0.5；琼脂0.5；pH值6.8±0.1，25℃。

原理：蛋白胨、牛肉浸粉、酵母粉、可溶性淀粉和L-半胱氨酸盐酸盐提供碳源、氮源、维生素和生长因子；葡萄糖为可发酵糖类；氯化钠维持均衡的渗透压；醋酸钠可抑制革兰氏阴性菌；微量琼脂（0.5g）增加了其还原环境的稳定性，可以防止液体对流，即防止二氧化碳、氧气和还原产物的扩散，有利于厌氧环境的形成；无动力的细菌在此培养基中呈颗粒状或条状生长，可进行计数；有动力的细菌在培养基中通常呈浑浊生长，一般不能计数。

梭菌强化培养基

用法：称取本品38.0g,加热搅拌溶解于1000ml蒸馏水中,分装,121℃高压灭菌15分钟,备用。

梭菌属是一群革兰阳性菌，能产生芽孢，对外界抵抗力强。因芽孢直径大于菌体宽度,使菌体膨大呈梭形,因而得名。其广泛分布于自然界中，存在于土壤、人和动物肠道中。多数为非致病菌，少数为致病菌。常见致病厌氧芽孢梭菌主要有破伤风梭菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌和艰难梭菌等。

应用^[4][5]

用于丙丁梭菌工程菌株的代谢调控及其高强度丁醇发酵研究

基于木质纤维素水解液可发酵糖利用差异及抑制物胁迫的实际问题,利用前期工作构建的多株丙丁梭菌工程菌株,围绕葡萄糖转运调控、木糖转运转化调控开展丙丁梭菌代谢调控及高强度丁醇发酵研究。

一方面,利用葡萄糖转运蛋白Glc G过表达的工程菌株,通过结合p H调控与人工电子载体扰动策略,分别在细胞能量代谢与氧化还原代谢水平进行持续强化,提高胞内ATP与NADH周转再生,促进对数生长与丁醇合成。在优化条件下,以葡萄糖为底物的批次发酵周期仅24小时,丁醇产量与生产强度分别达到了18.3 g/L与0.76 g/L/h,较对照菌株提高55%与280%。

以未脱毒秸秆水解液为底物的批次发酵周期也为36小时,丁醇产量与生产强度均提高了320%。另一方面,利用木糖转运系统Xyl T、木糖脱氢酶Xyl B与木酮糖内酯酶Xyl C协同过表达的工程菌株,木糖转运转化为木糖酸,同时补充胞内关键辅因子NADH,并通过p H调控策略,实现了葡萄糖与木糖高效同步利用与丁醇合成强化。在优化条件下,以葡萄糖和木糖混合碳源为底物的批次发酵周期仅24小时,丁醇产量与生产强度分别达到了12.0 g/L与0.50 g/L/h,较对照菌株提高16%与194%。

以未脱毒秸秆水解液为底物的批次发酵周期同样为24小时,丁醇产量与生产强度分别提高了300%与610%。上述研究结果表明,葡萄糖转运调控与木糖转运转化调控能够实现高强度丁醇发酵,有效解决木质纤维素水解液可发酵糖利用差异及抑制物胁迫的实际问题。

更进一步地,为解决SSF中存在的纤维素酶酶解与ABE发酵温度不匹配的实际问题,本论文研究工作从菌株耐热性入手,分别利用葡萄糖合成培养基与未脱毒酸解液,重点考察了上述工程菌株的高温胁迫耐受性。实验结果显示,葡萄糖转运蛋白Glc G过表达菌株在39-45℃具有更好的高温耐受性和丁醇发酵性能,其在42℃发酵条件下的丁醇及ABE产量仍维持在10.4 g/L与18.2 g/L,为建立高温SSF工艺提供了必要条件。在42℃及预糖化12小时条件下,该工程菌株利用脱毒后的预处理秸秆物料,丁醇产量及生产强度分别为10.5 g/L与0.18 g/L/h,相对于传统SSF工艺,生产效率大幅提升,对于提高纤维素丁醇的生产经济性和竞争力具有重要意义。