第11卷第2期 2011年4月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
高产1.3-丙二醇的等离子体诱变菌株选育及发酵动力学分析
董晓宇1，滕虎，修志龙
(1大连大学生物工程学院，辽宁大连116622：2.大连理工大学生命科学与技术学院，辽宁大连116024)
Vol.11 No.2 Apr.2011
摘要：以肺炎克雷伯氏菌为出发菌株，利用大气压介质阻挡放电等离子体诱变，确立等离子体诱变的物理参数和最佳诱变条件，分别以不同浓度的底物和产物筛选培养基对诱变菌液进行别化，并结合96孔板筛选单菌落，获得·-株高产1,3-丙二醇的突变菌株，命名为Kp-M2，其间激发酵1,3-丙二醇产量比野生菌提高43%.基于Logistic和 Luedeking-Piret方程，得到了描述Kp-M2和野生菌间歌发酵的动力学模型及参数，诱变菌的最人比生长速率、与菌
体生长偶联的产物生成系数、产物对底物得率均明显高于野生菌。关键词：克雷伯氏菌：诱变；1,3-内二醇；发酵：动力学模型
中图分类号：TQ923 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)02-0304-08
型诱变剂，对其诱变过程及其物理参数的优化研究未见
1,3-丙二醇(1,3-Propanediol,1,3-PD)作为一种重要的化工原料，具有广泛的商业应用前景，因而其生产工艺也倍受关注1,2]，生物法生产1,3-丙二醇工艺具有低成本且对环境友好的优点，一直受到各国广泛关注肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)发酵甘油的底物转化率、产物浓度和生产强度都较高，因此是生产1,3-PD 的常用菌种[3]但野生K.pneumoniae仍存在1,3-PD产量低且不能耐受较高浓度底物4,3的缺点.因此，通过菌种诱变方法提高菌种的甘油耐受力，增加其1,3-PD产量、转化率和生产强度
目前，用于高产1,3-PD的菌种的诱变方法主要有物理方法、化学方法和二者偶联的方法[6-8，物理方法虽然操作简单、费用低廉，但正突变率低：化学方法可操作性强、正突变率较物理方法高，但化学诱变剂大多具有毒性，其中90%以上是致癌物质或极毒物质，不仅对实验人员有损害，还会污染环境，因而，开发绿色环保的新型诱变剂受到广泛关注，
大气压冷等离子体作为一种新型诱变方法，具有操作简筒单、费用低廉、无毒性、正突变率高等优点，日益受到国内外学者的青睐(9-)，但其应用还处于起步阶段，还有许多问题尚待解决，如等离子体的放电参数是影响菌体存活率和突变率的重要因素.本课题纽在前期工作中[8川曾利用大气压介质阻挡放电等离子体(DielectricBarrierDischargePlasma，DBDP)分别透变单菌落和菌体悬浮液，获得高产13-PD的诱变菌株K.1206 和Kp-M2.到目前为止，大气压冷等离子体作为一种新
报道，这限制了它的应用和推广。
本工作对等离子体诱变K.pneumoniae过程，包括等离子体诱变物理参数优化、诱变菌别化筛选过程进行实验研究，并通过突变菌和野生菌间歇发酵动力学参数比较，考察等离子体诱变前后两株菌生长、底物消耗和产物生成的异同，旨在为等离子体诱变其他微生物提供理论依据和技术平台，
2
实验
2.1菌种
克雷伯氏菌（Klebsiellapneumoniae，CGMCC 2028)，分离自土壤，保存于中国微生物菌种保藏中心 2.2 培养基
种子培养基、发酵培养基同文献[10]，常规LB培养基.甘油筛选培养基是在种子培养基的基础上添加 20,40,60和80g/L甘油；1,3-丙二醇筛选培养基是在种
子培养基的基础上添加40和60g/L1,3-PD 2.3实验装置及分析仪器
所用介质阻挡放电实验装置同文献[11]，由电源部分和反应器部分组成.电源部分由信号发生器、放大器和变压器组成，电源为频率和电压连续可调的正弦交流电源；反应器部分由直径为5cm的铝制电极组成，两电极上分别附有厚1mm的石英介质，上电极直接与高压电源相连，下电极与铝质底座接触并接地.当电压、频率及放电间隙适当时，电极间气体可在大气压下被击穿，形成大气压空气介质阻挡放电等离子体
收稿日期：2010-12-21，修回日期：20110228
基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项H(编号：2007AA02Z208)：国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(编号：2007CB714306) 69
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