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研究了灵芝细胞静态培养过程关键因子
      
  灵芝是我国传统的名贵药用真菌,现代医学研究表明灵芝酸具有抗癌和抗艾滋病、灵芝多糖具有免疫抗癌等生物活性.本论文采用灵芝菌丝体发酵来生产灵芝酸和灵芝多糖,着重开展了有关发酵工程的研究.提出了补料发酵同时生产灵芝多糖和灵芝酸的生物过程.首先,实验表明乳糖有利于灵芝细胞生长、胞内多糖和灵芝酸生产;再通过采用一种简单有效的补料策略,即残糖浓度在5-10g/L时补糖,不但可以避免相对较高的乳糖起始浓度(>35g/L)对单位细胞灵芝酸合成的抑制作用,而且可以显著提高灵芝酸的总产量和生产率,同时细胞量、灵芝多糖产量和生产率也获得显著提高.在本研究之前,还未见灵芝细胞高密度培养(>20g/L)的文献报道.
  就乳糖对细胞生理代谢的影响进行了较深入的研究.灵芝细胞中β-半乳糖苷酶酶活的存在表明在灵芝细胞中乳糖透性酶系统的存在,且观察到乳糖对β-半乳糖苷酶合成的诱导作用.无论在摇瓶或生物反应器中,乳糖补加均能提高α-磷酸葡萄糖变位酶酶活与灵芝胞外多糖产量,这表明通过添加乳糖我们可以促使代谢流更多地向胞外多糖合成途径迁移.
  在灵芝深层发酵过程实验室放大中,研究表明氧供应是一个关键因子.起始体积氧传递系数(K=a)和溶氧浓度(DO)显著影响灵芝细胞生长、细胞形态和代谢物合成.灵芝酸的产量与生产率随着起始K=a增大而增大;当起始K=a为96.0 h=时,灵芝酸的产量与生产率是K=a为16.4 h=时的1.8倍.当DO控制在10%的空气饱和度时,细胞处于氧限制状态;并且实验结果表明氧限制有利于提高灵芝酸含量,但灵芝细胞生长受到限制.为获得更多的细胞量、胞内多糖和灵芝酸的产量,该深层发酵过程中DO应控制在25%的空气饱和度以上.
  研究了灵芝细胞静态培养过程从摇瓶到反应器规模的放大.研究表明静态培养过程的关键放大因子是起始体积氧传递系数(K=a)、单位体积发酵液的表面积(A=)和转入静态培养前的菌球大小.当起始K=a为2.1 h=时,细胞形态发生了显著变化,即发酵液表面形成一层白色菌丝体,同时灵芝酸含量与产量均获得大幅度增加.这进一步证实氧限制有利于灵芝酸合成.在实验范围内,随着A=的增加(0.24-1.53cm=/mL),表面形成的白色菌丝体量和灵芝酸的产量也随之增多;而表面层和液体中两者总的灵芝酸产量在A=为0.90 cm=/mL时达到最大.转入静态培养前的菌球颗粒越小越有利于静态培养过程中表面层白色菌丝体的形成.基于较小的起始K=a和较大的A=有利于该静态培养过程高效生产灵芝酸,我们设计了一种多层静态培养反应器.最终,本研究成功地将灵芝细胞静态培养过程从工作体积为20 mL的方瓶放大到总工作体积为7.5 L的多层(三层)静态培养反应器.另外,构建了非结构动力学模型,并且它能很好地描述和模拟静态培养过程中底物消耗、细胞生长和灵芝酸的生产.药用真菌在分类上多归于担子菌亚门和子囊菌亚门,虽种类繁复,大小不相同,形状万千,但通常都是由菌丝体和子实体两大有些组成。菌丝体是药用真菌的养分器官,由许多菌丝调集而成,多呈丝状或须状,广泛存在于土壤、树木等各种基质中,相当于高等植物的根、茎、叶。菌丝具有不断向外生长和扩大的才能,其主要效果是分化基质、吸收养分、运送和储存养分并进行无性繁衍。当菌丝生长到必定时期,能彼此纠结构成菌索、菌核和子座等各种养分体的形状。子实体是药用真菌的繁衍器官,相当于高等植物的花、果,是药用真菌发生孢子的安排。它和养分菌丝比较,功用发生了特异化。以伞菌为例,菌丝进一步构成菌丝束,菌丝束彼此扭结,逐渐发育成盘状、颗粒状,被称为构成子实体的原基。原基进一步分化出菌盖、菌褶、菌柄、菌环、菌托等。由于子实体的形状万千,为药用真菌的分类供给了重要的根据。真菌的生殖方法可分为有性生殖和无性生殖两大类。药用真菌的有性生殖通常表现为两个可亲和的有性孢子萌生生成的两种形状无差别,但性别同的初生菌丝之间的联系,其整个进程可分为质配、核配和减数分裂三个期间。无性生殖也有多种方法,有无性孢子的发生、菌丝体开裂以及芽殖等。药用真菌的培育,菌索、菌核、子实体的安排别离,菌种转管,均是使用无性生殖繁衍子孙的重要方式。
  药用真菌灵芝为主要研究对象,对灵芝的液体深层发酵工艺进行优化,运用原生质体技术进行了高产糖肽复合物新菌株的选育,以期提高深层发酵胞外PSPc的产量,研究了PSPc对肉仔鸡的生产性能和对免疫功能的影响。 试验一研究了灵芝液体深层发酵培养基中营养因子和非营养因子对PSPc分泌的影响,试验证明较高的碳氮比有利于PSPc的分泌,而且纤维素、半纤维素、Mg、K、P等营养因子对于灵芝的发酵过程中PSPc的分泌都有着一定的影响,并且确定了比较适合的添加量为KH_2PO_41.5g/L,MgSO_4·7H_2O 0.75g/L,最佳的C/N为50:1,添加纤维素和半纤维素、核酸可以促进PSPc的产量。以此为根据确定了以豆粕、玉米和麦麸为主要成分的培养基,以利于深层发酵PSPc的生产。在初步的发酵试验中PSPc的含量最高可以达到2.5mg/ml。 试验二运用原生质体技术,进行高产PSPc新菌株的选育,(1)通过对灵芝和香菇原生质体的制备和再生的条件进行了探索,可以使原生质体的数量达到10~7/ml,为利用原生质体进行紫外线诱变和原生质体融合试验打下了较好的基础并提供了丰富的试验材料。并利用荧光标记的方法,对灵芝和香菇的原生质体的融合条件和现象进行了观察和研究。(2)利用紫外线诱变选育出了两株在固体培养基上菌丝体生长速度和PSPc产量较高的新菌株(具体生产性能还有待进一步研究)。 试验三研究了液体深层发酵生产的PSPc对肉仔鸡的生产性能和免疫功能的影响。测定了不同生长阶段肉仔鸡的日增重、饲料转化率、牛血清白蛋白抗体、淋巴细胞转化率、死亡率、胸肌率、腿肌率和腹脂率。添加0.3%灵芝糖肽复合物饲料添加剂对肉仔鸡前期(28天)的生长性能最好较对照组的日增重提高5%,存在极显著差异(p<0.01),但是后期(47天)的生长性能与对照组差异不显著。添加0.3%和0.5%灵芝糖肽复合物对于肉仔鸡的免疫功能的增强效果是显著差异的。
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