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L-谷氨酰胺(L-Glutamine)是L-谷氨酸γ-羧基酰胺化的一种氨基酸,具有许多特殊的功能,被归类为条件必需氨基酸。目前国内外临床上主要将它应用于治疗精神萎靡、酒精中毒及胃和十二指肠溃疡等疾病。另外它还具有增进神经机能,改善脑出血后的记忆障碍,促进智力不佳儿童的智力发展,防止癫痫发作等功能,是一种极有发展前途的新药。本文主要从L-谷氨酰胺产生菌的选育和发酵条件优化,育种的代谢流分析,以及谷氨酰胺合成酶调节四方面入手进行了研究。首先,根据代谢控制育种的原理,系统地研究了L-谷氨酰胺产生菌的选育。以实验室保藏菌株嗜乙酰乙酸棒杆菌(Corynebacterium acetoacidophilum) YL012(MSOR)为出发菌株,采用UV和NTG诱变处理,采用磺胺胍、硫酸铵和氟化纳三种药物平板,及以琥珀酸为唯一碳源的平板进行定向筛选,最后获得一株L-谷氨酰胺产生菌LCHA082 (MSOR,SGR,(NH4)2SO4R,SAG,NaFR)。在未经优化的条件下发酵液中可积累L-谷氨酰胺35.8 g/L,比出发菌株产量提高了9.4 g/L。其次,对诱变后菌株LCHA082的发酵培养基进行了优化以及对其发酵条件的研究,最后得出了发酵培养基的最佳组成:葡萄糖130.2,硫酸铵58.7,玉米浆2.78,碳酸钙25,KH2PO4 1.25,MgSO4·7H2O 0.6,MnSO4·4H2O 0.003,FeSO4·7H2O 0.005,ZnSO4·7H2O 0.006;最佳培养条件为:发酵液培养基初始pH为7.5,接种量为8%,装液量为250mL三角瓶装15 mL发酵培养基,30℃,100 r/min,72 h。产酸稳定在40.7 g/L,最高产量42.4 g/L,比未经优化提高了5.9 g/L。第三,对出发菌株YL012和突变株LCHA082进行了代谢流量分析,建立并完善了嗜乙酰乙酸棒杆菌YL012及其突变株LCHA082合成L-谷氨酰胺的中心代谢网络,代谢分析发现流入谷氨酸节点的流量由29.198上升到44.854,提高到原来的1.5倍左右,其中流入目的产物谷氨酰胺的流量由18.138上升至31.065最为明显;并且通过各个节点的代谢流量对比,为下一步的育种设计提供了参考。最后,通过氮饥饿的方法对谷氨酰胺合成酶(GS)进行调节,并对原位氮饥饿-梯度补氮的方法进行了初步的研究。确定了原位氮饥饿的条件为:氮饥饿初氮为尿素2.0 g/L,补料氮源为(NH4)2SO4(20%),氮饥饿时间为15 h,补氮方式为:梯度补加四次。四次补料浓度分别为:5 g/L,10 g/L,25 g/L和15 g/L。氮饥饿后,氮饥饿后的48 h发酵产量为36.2 g/L,谷氨酰胺占谷氨酸和谷氨酰胺总量的比例可达到75.6%。对氮饥饿-梯度补氮进行了代谢流分析,证明氮饥饿-梯度补氮对谷氨酰胺合成酶活的调节有确实作用,并从酶活调节与代谢流量分配方面分析了氮饥饿的利与弊。