《表1 不同p H值下S.albulus M-Z18恒化培养(D=0.04 h-1)动力学参数》

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《pH值和比生长速率协同调控Streptomyces albulus合成ε-聚赖氨酸》

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恒化培养可以通过改变稀释率及限制性基质的种类和浓度灵活地控制微生物细胞的比生长速率。通过恒化培养可以使微生物细胞达到“稳态”，故常常被用于微生物生理方面的研究[26-27]。本文通过控制D=0.04 h-1，研究不同pH（4.0，4.5，5.0）对S.albulus M-Z18合成ε-PL的影响（在稀释率为0.04h-1时，pH 3.5不能建立恒化体系），如图2a-c所示，随着pH值升高，S.albulus M-Z18生物量逐渐增大，而ε-PL质量浓度逐渐减小。在p H 4.0时，生物量为（8.19±0.05）g/L，ε-PL浓度为（2.43±0.04）g/L；在p H 5.0时，生物量为（12.19±0.14）g/L，ε-PL质量浓度为（0.76±0.02）g/L；在pH 5.5时，生物量为（15.63±0.09）g/L，ε-PL质量浓度为0 g/L。实验结果表明，p H值对于恒化条件下的菌体生长和ε-PL合成影响，与上述分批发酵结果基本一致:低p H有利于ε-PL合成，而不利于菌体生长。进一步动力学参数分析发现，随着p H值降低，细胞得率（YX/S）逐渐减小，葡萄糖比消耗速率（qS）逐渐增大，ε-PL比合成速率（qP）也逐渐增加。特别是在pH 4.0时，YX/S最低（0.376 g/g），qS最高（0.106 g/(g·h）)，qP最大（0.012 g/(g·h）)（表1）。这表明，低p H时，细胞会快速消耗葡萄糖用于ε-PL的合成。胞内ATP浓度检测发现（图2-d），在p H 4.0时，胞内ATP浓度最高为（7.11±0.80）nmol/mg蛋白，而p H 5.0与p H 5.5胞内ATP浓度分别只有（4.23±0.43）和（2.66±0.70）nmol/mg蛋白。这表明，pH值越低越有利于胞内ATP积累。事实上，ε-PL合成依靠的ε-PL合成酶是一种依赖于ATP浓度的非核糖体肽合成酶，即ATP浓度越高，酶活越高[14]，ε-PL合成速率就越快。另外，已有的研究表明S.albulus中存在2种ε-PL分解酶，它们的最适p H为7.0左右，且酶活会随着pH降低而逐渐减小，在pH 4.0时酶活基本丧失[12-13]。综上，在菌体比生长速率相同情况下，低p H一方面抑制了分解酶活性，另一方面使得底物葡萄糖更多地用于ATP和ε-PL合成，从而有利于ε-PL积累。