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L-精氨酸产生菌诱变育种及发酵条件优化研究
L-精氨酸是一种重要的氨基酸，具有多种生物学功能，如参与蛋白质合成和代谢、调节肌肉功能、抗氧化等。现有研究表明，产生L-精氨酸的微生物主要有七种，包括放线菌、链霉菌、拟杆菌、竹节菌、水溶性芽孢杆菌、肠杆菌和微球菌等。然而，目前市场上的L-精氨酸主要依赖于化学合成方法制备，而微生物法生产L-精氨酸的效率和产量还有提高的空间。因此，本文将重点介绍L-精氨酸产生菌诱变育种及发酵条件优化研究的进展与应用前景。
1.L-精氨酸产生菌诱变育种
诱变是用物理或化学手段改变生物基因序列和表达方式的一种方法，从而创造具有新基因或新性状的微生物，可用于生化产物的发酵生产。多项研究表明，L-精氨酸产生菌的诱变育种可以使菌株对L-精氨酸的产生量和效率进行可控性调节。目前常用的方法有化学诱变和物理诱变。
化学诱变是用化学物质如亚硫酸氢钠、亚硝酸钠等处理菌株，使其发生突变的方法，可通过产生高浓度的亚硝酸盐、氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸等耐受性较差的前体物质进行处理。化学诱变后，可通过筛选和鉴定得到产生L-精氨酸量高的优良菌株，如以放线菌Streptomycesclavuligerus为原料，用50mg/L亚硝酸钠诱变后获得一株高产L-精氨酸菌株，其L-精氨酸产量与原菌株相比提高了2倍。
物理诱变是利用物理手段如紫外线、γ射线、电离子束等使菌株发生突变的方法。紫外线诱变通过直接照射菌株使其DNA发生损伤，从而形成突变体。γ射线是一种高能辐射，在作用时间短、剂量适当的情况下可诱发微生物发生随机突变。电离子束则利用电离子束高能量的离子流在细胞内发生离子化碰撞，使其DNA发生单条或双条链断裂，进而诱变。以拟杆菌为例，用γ射线辐照将其诱变后，获得一个L-精氨酸产量仅为原菌株1/5，但是突变菌株诱导L-精氨酸的诱导时间由原来的32h缩短为29h。
2.发酵条件优化
发酵条件是影响微生物L-精氨酸产生的重要因素之一，包括菌种选用、培养基组成、发酵参数等。目前研究表明，调节pH值和温度、增加氧气供应、优化培养基成分等条件均可提高L-精氨酸产量和产效率。
（1）pH值和温度的影响
L-精氨酸合成过程复杂，pH值和温度对菌株生长和代谢活性有着非常重要的影响。举例来说，链霉菌在pH值为7.5和30℃的条件下产生L-精氨酸最优，而在不合适的pH值和温度下则会影响产量。拟杆菌也表现出类似的趋势，在pH8.0和30~32℃下L-精氨酸的产量较高。
（2）氧气供应量和搅拌速度
微生物发酵过程中，氧气供应是维持菌体代谢活性和L-精氨酸合成的重要因素之一。一定程度的氧输送可提高生物体内代谢活性，为L-精氨酸生物合成提供充足的底物。许多研究结果表明，合适的氧气供应量和搅拌速度有助于提高L-精氨酸的合成效率。比如，拟杆菌L-精氨酸生产的最佳氧气传输率为1.6mmol/(L·h)，而发酵搅拌速度大约在200r/min左右时有助于产生大量的L-精氨酸。
（3）培养基成分
菌种的发酵培养基成分对L-精氨酸的合成有显著的影响。一些有机物如葡萄糖、蛋白胨等可以促进L-精氨酸的合成，而其他物质如甘露醇则具有抑制作用。此外，还有一些生长因子如复合氮素源等也能够通过改善菌株的代谢环境来促进L-精氨酸的合成。比如，拟杆菌的最优培养基是以酵母提取物、玉米浆粉、葡萄糖、K2HPO4、MgSO4·7H2O等为原料。
结论
L-精氨酸是一种重要的氨基酸，具有多种生物学功能，现有的市场主要依靠化学方法制备。L-精氨酸生物法生产效率和产量提高的空间，通过诱变育种和发酵条件优化可以增加微生物的产酸量和效率。政府和企业需将新产生型产业与传统产业相结合，推动基础研究及其转化，加强产业链伙伴合作，实现生产工艺的高效、成本的最优，从而推动产业的发展。