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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型生物源植物生長(zhǎng)物質(zhì)冠菌素的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品以耐受高溫的產(chǎn)冠菌素新型菌株篩選為基礎(chǔ)，優(yōu)化其發(fā)酵條件，將發(fā)酵產(chǎn)物應(yīng)用于桑樹(shù)生理多相調(diào)節(jié)。 （1）從高溫爆發(fā)桑疫病的致病菌中分離具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)冠菌素菌株M4-13、S2-15和L2，打破傳統(tǒng)產(chǎn)冠菌素菌株最高耐受28℃的限制； （2）模擬產(chǎn)冠菌素菌株的原始生境優(yōu)化培養(yǎng)基，設(shè)計(jì)變溫發(fā)酵模式，合成產(chǎn)量提高了300%； （3）冠菌素發(fā)酵液顯著提高了桑樹(shù)中次生代謝產(chǎn)物含量。
- 詳細(xì)介紹：
- 冠菌素（Coronatine, C18H25NO4）是一種新型高效的生物源植物生長(zhǎng)物質(zhì)，能有效促進(jìn)植物次級(jí)代謝合成，其活性比茉莉酸高100~10000倍。當(dāng)前，化學(xué)合成冠菌素成本過(guò)高，而發(fā)酵生產(chǎn)冠菌素受到“菌株耐受溫度低”和“發(fā)酵產(chǎn)量過(guò)低”兩大瓶頸限制。 本作品的主要內(nèi)容： （1）從高溫爆發(fā)桑疫病的致病菌中分離具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)冠菌素菌株M4-13、S2-15和L2，打破傳統(tǒng)產(chǎn)冠菌素菌株最高耐受28℃的限制； （2）模擬產(chǎn)冠菌素菌株的原始生境優(yōu)化培養(yǎng)基，設(shè)計(jì)變溫發(fā)酵模式，合成產(chǎn)量提高了300%； （3）冠菌素發(fā)酵液顯著提高了桑樹(shù)中次生代謝產(chǎn)物含量，當(dāng)冠菌素濃度1 μmol/L時(shí)，桑葉中1-DNJ提高了180%，黃酮提高了80%。 階段性成果：目前作品已經(jīng)發(fā)表了6篇學(xué)術(shù)論文（1篇英文被EI收錄,2篇英文被ISTP收錄，中文核心2篇，國(guó)內(nèi)會(huì)議1篇），同時(shí)申請(qǐng)了1項(xiàng)專利。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品的發(fā)明目的旨在解決生物合成冠菌素及其應(yīng)用過(guò)程中存在三個(gè)的主要問(wèn)題:（1）已報(bào)道合成冠菌素的菌株最高耐受溫度≤28℃；（2）發(fā)酵培養(yǎng)基組成與產(chǎn)冠菌素菌株的原始生境條件不符導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)量較低；（3）促進(jìn)桑樹(shù)次生代謝缺乏高效的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。最終，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低碳、高效和高產(chǎn)冠菌素生物合成工藝。 基本思路:（1）從爆發(fā)桑疫病的高溫桑園分離新型產(chǎn)冠菌素菌株，提高產(chǎn)冠菌素菌株的最高耐受溫度；（2）模擬產(chǎn)冠菌素菌株原始生境優(yōu)化培養(yǎng)基，設(shè)計(jì)變溫發(fā)酵模式，提高冠菌素生物合成產(chǎn)量；（3）將冠菌素應(yīng)用于調(diào)節(jié)桑樹(shù)的次生代謝，提高桑樹(shù)組織中功能性次生代謝產(chǎn)物的含量。 創(chuàng)新點(diǎn):（1）篩選獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐溫冠菌素積累菌株桑丁香假單胞菌M4-13（Pseudomonas syringae pv. mori VanHall M4-13，保藏編號(hào)CGMCC3621）、S2-15和L2。（2）提出微環(huán)境調(diào)控冠菌素發(fā)酵的思路，模擬產(chǎn)冠菌素菌株的原始生境優(yōu)化培養(yǎng)基，優(yōu)化冠菌素合成的發(fā)酵模式和工藝條件。（3）將冠菌素應(yīng)用于調(diào)節(jié)桑樹(shù)的次生代謝以提高其功能性次生代謝產(chǎn)物的含量。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo):（1）從高溫爆發(fā)桑疫病的致病菌中分離到3株具自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)冠菌素菌株，進(jìn)行菌落形態(tài)、生理生化、合成冠菌素能力和16S rDNA分子鑒定。（2）冠菌素積累的微環(huán)境發(fā)酵條件優(yōu)化：模擬產(chǎn)冠菌素菌株的原始生境設(shè)計(jì)變溫發(fā)酵模式，重點(diǎn)從新碳源、電解質(zhì)和金屬離子等方面優(yōu)化發(fā)酵條件，部分成果已遞交專利申請(qǐng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：特殊生境法篩選新型耐高溫的高產(chǎn)冠菌素菌株。 （1）桑疫病致病菌為丁香假單胞菌致病變種，產(chǎn)冠菌素野生型菌株亦為此類； （2）桑園夏季高溫常達(dá)40℃以上，為尋找產(chǎn)冠菌素的耐高溫發(fā)酵菌株提供了可能。 通過(guò)江蘇、廣西、四川等地的桑園桑疫病爆發(fā)季節(jié)的葉片和土壤中篩選到M4-13、S2-15和L2。 先進(jìn)性：模擬原始生境構(gòu)建低碳、高效和高產(chǎn)的發(fā)酵工藝。 （1）低碳：本作品的發(fā)酵所需要積溫比目前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)最低的322日×度（28℃×7d＋18℃×7d）低100日×度（我們的為：32℃×3d＋18℃×7d＝222日×度）；降低31.06%。 （2）高效：本作品的全程發(fā)酵所需要天數(shù)為10d，比目前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)最短的14d縮短了4d，效率提高28.57%。 （3）高產(chǎn)：本作品冠菌素發(fā)酵產(chǎn)量由20mg/L提高至80mg/L，提高了300%。 （4）實(shí)用性：當(dāng)冠菌素濃度1 μmol/L時(shí)，桑葉中降血糖成分1-DNJ提高了180%，降血壓成分桑葉黃酮提高了80%。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- [1]ICNPTM2010, Scientific and Technical Development Press. 2010, pp. 105-109.（ISTP） [2]ICNPTM2010, Scientific and Technical Development Press. 2010, pp. 110-114. (ISTP) [3]Advanced Material Research, 2011.(已錄用, EI和ISTP) [4]冠菌素生物合成的研究進(jìn)展[J]，現(xiàn)代化工，2011,31,（5）：25-29.（核心）。 [5]生物合成冠菌素的桑丁香假單孢菌發(fā)酵條件，現(xiàn)代化工，錄用，2011年增刊（核心） [6]用于發(fā)酵產(chǎn)冠菌素的紅糖培養(yǎng)基[P]. 已遞交專利申請(qǐng)。
作品所處階段
- A實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開(kāi)發(fā)，專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、使用說(shuō)明 本作品基于特殊生境法篩選新型產(chǎn)冠菌素菌株，具有選擇性好、準(zhǔn)確性高的技術(shù)特點(diǎn)，模擬原始生境的變溫發(fā)酵工藝在發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化方面具有良好的操作性，冠菌素促進(jìn)桑樹(shù)組織次生代謝為其他藥用植物中藥效成分的高效代謝和積累提供寶貴借鑒。 2、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：本技術(shù)融“特殊生境法篩選新型產(chǎn)冠菌素菌株，模擬原始生境的變溫發(fā)酵工藝，冠菌素應(yīng)用于植物次生代謝調(diào)控”于一體，具有很高的科學(xué)性、創(chuàng)新性及實(shí)用性。 3、適用范圍 （1）特殊生境法篩選新型產(chǎn)冠菌素菌株可以應(yīng)用于其他工業(yè)微生物菌株的篩選；（2）模擬原始生境的變溫發(fā)酵工藝可以借鑒并應(yīng)用于其他生物產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中；（3）自制冠菌素可以促進(jìn)植物次生代謝產(chǎn)物的積累。 4、市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) （1）冠菌素綠色環(huán)保，可大規(guī)模應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；（2）冠菌素促進(jìn)植物次級(jí)代謝，可建立新型蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈，極大提高產(chǎn)業(yè)效益；（3）提供高品質(zhì)桑葉，開(kāi)發(fā)藥品和保健品，市場(chǎng)前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 冠菌素（Coronatine，COR）于1977年首次被發(fā)現(xiàn)，對(duì)于冠菌素純品獲得的研究一直是植物生長(zhǎng)物質(zhì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 1.冠菌素的化學(xué)合成 市原狄民等對(duì)化學(xué)合成冠菌素進(jìn)行深入的研究，成功建立化學(xué)合成方法。其中，合成冠菌酸外消旋體需要7步，合成冠烷酸需要6步，由冠烷酸和冠菌酸合成冠菌素需要2步。經(jīng)過(guò)所有步驟后，冠菌素得率僅有6.98%，而且合成費(fèi)用較高，過(guò)程繁雜，僅能滿足實(shí)驗(yàn)室做少量機(jī)理研究，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 2.冠菌素的生物合成 1985年，Mitchell等人提出了L-異亮氨酸和L-別異亮氨酸為生物合成冠菌素的中間產(chǎn)物。之后的研究闡明了這一過(guò)程，首先由L-異亮氨酸形成L-別異亮氨酸，再經(jīng)環(huán)化作用，即: L-別異亮氨酸在C-2和C-6位脫去兩個(gè)氫原子形成環(huán)丙烷式的結(jié)構(gòu)，由此形成冠氨酸，而冠烷酸是由三單位乙酸鹽、一單位丙酮酸鹽和一單位丁酸鹽前體構(gòu)成的聚酮體。文獻(xiàn)表明，發(fā)酵法是目前生物合成冠菌素最有潛力的方法。 3.冠菌素發(fā)酵條件的優(yōu)化 冠菌素是細(xì)菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物，是與菌體生長(zhǎng)直接相關(guān)的，傳統(tǒng)菌株產(chǎn)冠菌素活性一直存在低溫限制，因此，產(chǎn)冠菌素的發(fā)酵條件需要在菌體生長(zhǎng)與冠菌素積累兩方面平衡，溫度作為菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)冠菌素活性的雙重影響因子起著至關(guān)重要的作用。冠菌素的積累受到多因素影響：（1）最高耐受溫度（≤28℃）是影響冠菌素合成的重要條件；（2）由于冠菌素屬于胞外產(chǎn)物，轉(zhuǎn)速（溶氧）、pH等因素都極大地影響冠菌素的積累；（3）冠菌素發(fā)酵受菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)冠菌素活性的兩方面影響。 因此，發(fā)酵生產(chǎn)冠菌素需要解決三個(gè)問(wèn)題：（1）篩選耐高溫、高產(chǎn)量的出發(fā)菌株；（2）基于產(chǎn)冠菌素發(fā)酵的溫度曲線設(shè)計(jì)變溫發(fā)酵模式；（3）優(yōu)化獲得最佳的冠菌素胞外分泌積累以及菌體生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)條件。
