声刺激对大肠杆菌高密度培养的影响及作用机制的研究

《声刺激对大肠杆菌高密度培养的影响及作用机制的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号UDC密级编号硕士学位论文声刺激对大肠杆菌高密度培养的影响及作用机制的研究AResearchontheEffectsofSoundStimulationontheHighDensityCultivationofE.cloliandItsMechanism学位申请人：张永柱指导教师：古绍彬教授一级学科：生物学二级学科：发酵技术学位类别：理学硕士2016年05月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

2、为获得河南科技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解河南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校拥有对所有学位论文的复制权、传播权、汇编权及其它使用权（特殊情况需要保密的论文应提前说明，但在解密后应遵守此规定）。需要保密的论文请填写：本学位论文在年月至年月期间需要保密，解密后适用本授权书。（需要保密的学位论文无须向图书馆提供论文的电子文档）研究生签名：导师签名：日期：万方数据摘要摘要随着现代微生物技

3、术的快速发展，尤其是基因工程技术和微生物高密度培养技术的紧密结合，使得一些人类需要而又无法大量获得的目的产物能进行大规模的工业化生产。目前，大肠杆菌作为宿主细胞由于其易培养、遗传背景清楚等优点，已在重组蛋白生产中得到了广泛的应用。但随着大肠杆菌培养技术的不断发展，传统的高密度培养方法要想进一步提高菌体发酵的最终浓度变得越来越难，成本也越来越高，所以一部分工作者正在尝试一些新的方法。近几年来研究发现，光、磁场、声波等物理因素在一定条件下也能促进微生物的生长和代谢。研究表明，声波作为一种周期性震荡的机械波，在通过溶液的过程中，不仅能加强培养体系的传质

4、过程，还能对细胞的表面形成一种周期性的“挤压”，增加细胞膜的流动性，加速胞内流体的运动，促进细胞生长代谢，加速产物的积累。但目前声效应产生的具体机制尚不清楚，所以开展声刺激对大肠杆菌高密度培养影响的研究，揭示其生物学效应产生的可能途径及分子机理，对声效应的合理开发和利用具有积极的指导作用，同时还可为建立基于声效应的促生长、促代谢、促合成的新型生物技术等奠定坚实基础。本文利用自主研发的可应用于微生物细胞培养的声频发生装置，在液体环境中，研究了连续声刺激对E.coliK-12生长、细胞形态、胞内大分子合成、底物消耗速率以及基因转录水平的影响，并初步探

5、讨了声刺激条件下E.coli克服自身密度阈值实现高密度生长的作用机制。本论文的主要研究内容和结论如下：（1）在液体培养条件下，初步研究了不同声学参数及相关剂量对大肠杆菌群体密度的影响。结果表明，固定声强级为80dB，固定声功率级为55dB时，声频率在250Hz-16KHz之间，能明显促进菌体的生长，并且这种促进效应呈现出明显非线性的频率依赖性关系；当声频率为2KHz和8KHz时，处理组生物量比对照组分别提高了21.0%和27.1%，最大比生长速率分别提高了25.0%和25.5%，菌体处于对数期的时间分别延长了8.3%和16.7%。固定频率为8KH

6、z，固定声功率级为55dB时，促生长效应为单峰性曲线，在声强级为80dB处促生长效应达到最大。固定频率为8KHz，固定声强级为80dB时，在55dB-63dB声功率级之间，声效应同样呈现出单峰性曲线，在声功率级为61dB处时，处理组生物量是对照组的1.7倍，最大比生长速率是对照组的2.5倍，菌体处于对数期的时间是对照组的1.3倍。同时，还观察了声刺激下大肠杆菌菌体形态的变化，结果表明声刺激使处理组的菌体平均长度明显增加，当声强级为100dB时，菌体平均长度增加了27.3%，但菌体平均宽度没有发现明显变化。I万方数据摘要（2）细胞分裂与胞内生物大分

7、子的合成，以及与细胞吸收营养物质的能力之间存在密切的联系。本文研究了在最佳声效应窗口下，声刺激对大肠杆菌胞内大分子合成以及底物消耗速率的影响。研究发现声刺激可以明显促进胞内蛋白质和RNA合成，尤其是在声暴露6h时，RNA量和蛋白量达到最高，分别是对照组的1.1倍和1.3倍；同时，利用以葡萄糖或麦芽糖为主要碳源的基本培养基培养菌体，发现处理组在对数期对葡萄糖或麦芽糖的最大消耗速率分别是对照组的1.2倍和1.1倍，底物消耗速率明显加快。（3）群体感应是细菌依赖于细胞密度、调节群体适应能力的一种普遍机制。大肠杆菌群体感应系统是由AI-2介导的，有研究表

8、明pfs和luxS两个基因可能在AI-2合成过程中起着重要的作用。本研究发现，声刺激可能明显抑制了luxS和pfs基因的表达，使AI-2