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文献综述
摘要在以碳酸钠为酸中和剂的大肠杆菌两阶段发酵产丁二酸的过程中，由于Na 的积累造成发酵体系中渗透压的提高，严重抑制了丁二酸的产物浓度[1]。为了增强大肠杆菌对渗透压的耐受性，可通过研究比较各种相容性物质在高渗透压环境下对产丁二酸大肠杆菌生长及发酵性能的保护差异，并构建某一种相容性物质组成型表达的质粒，考察重组大肠杆菌在高渗透环境下的表型，针对重组菌发酵环境进行优化，减少不必要的环境胁迫，与胞内改造相结合，进一步提升重组菌的发酵产酸性能[2]。本文将近年来渗透压保护剂对重组大肠杆菌产丁二酸的影响的研究概况综述如下。
【关键词】渗透压保护剂，耐渗透压机制，菌株改造
1.生物合成丁二酸
丁二酸又名琥珀酸，是一种较为常见的有机酸，是TCA循环的中间代谢产物以及厌氧碳代谢过程的终端还原产物。丁二酸作为一种四碳二元羧酸，广泛应用于食品、农业、制造业等各个领域[3]。相对于化学合成法，生物合成丁二酸是利用细菌、真菌等各种微生物，以葡萄糖或其他各种水解液为碳源，经微生物发酵生产丁二酸，其最大优势是原材料为可再生资源，并且具有消耗低、污染小、反应温和等优点[4]，因此生物法合成丁二酸成为近年来研究的热点。
2.环境渗透压对重组大肠杆菌产丁二酸的影响
在以NaOH和Na2CO3为酸中和剂进行的大肠杆菌AFP111两阶段发酵生产丁二酸的过程中，会有大量的Na 积累，从而导致体系中渗透压升高，从而严重抑制菌体的生长以及产酸[5]。钠离子是维持细胞各项生理特性的最重要的离子之一，对菌体细胞的生长、ATP的生成、胞内物质运输以及扩散、胞内pH的调控、基因转录等都有一定的影响。对许多产丁二酸菌体，当培养基中缺乏Na 时，会使菌株对葡萄糖的转运造成不良的影响，使得菌体无法正常代谢生长[6]。然而当Na 浓度较高时，由于Na 的积累造成的渗透压升高，对菌体的生长代谢造成不利的影响。PadanE等[7]曾报道，在产丁二酸厌氧螺菌Anaerobiospirillumsucciniciproducens发酵过程中，当NaCl的浓度高于4g/L时，菌体的生长以及产酸都受到抑制。
3.渗透压保护剂的作用机制和在重组大肠杆菌产丁二酸过程中的作用
在重组大肠杆菌产丁二酸过程中会有大量的Na 积累，从而导致体系中渗透压升高，从而严重抑制菌体的生长以及产酸[8]。加入渗透压保护剂可以提高菌体的耐渗透压能力，目前较常用的渗透压调节剂有甜菜碱和四氢嘧啶等[9]。
甜菜碱被认为是有效的渗透调节剂之一，广泛的存在于许多生物中。甜菜碱是与生物耐盐性密切相关的重要物质。甜菜碱作为一种无毒渗透保护剂，能够降低渗透势，从而减小或避免高盐度所造成的伤害[10]。当生物受到干旱胁迫和渗透胁迫，会积累大量的甜菜碱来抵御外界的伤害[11]。四氢嘧啶(1,4,5,6一四氢-2一甲基一4-p嘧啶羟酸)是某些微生物应答环境渗透压胁迫所合成的一种渗透压补偿溶质。四氢嘧啶能在极端环境下对活细胞等大分子起到稳定和保护的功能以及其平衡渗透压的特性，使其在环境修复等领域有着广阔的前景和开发价值[12]。
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