中国科学院合肥物质科学研究院的吴金勇、陈祥松、李翔宇*、姚建铭*等人采用低能氮离子束注入诱变获取不同产量的变异菌株，并研究不同产量的菌株发酵过程中RQ的变化趋势，从而得到PSA和RQ之间的初步规律，进而采用脉冲式补入玉米浆干粉以确定RQ变化的规律，根据该规律，制定不同RQ调控玉米浆干粉补料策略，在提高生物量的同时进一步提高PSA的产量，最终实现了PSA的高产，为PSA产业化提供了理论依据和实践基础。
1、低能N＋离子束对菌体的致死率
在一定范围内，随着离子束诱变剂量的提高，大肠杆菌致死率随之迅速增加，当剂量超过6×1014 ion/cm2时，致死率反而下降，当剂量增加至10×1014 ion/cm2时，致死率与6×1014 ion/cm2剂量的致死率接近，当剂量进一步增加至12×1014 ion/cm2时，致死率达到95%。
2、突变株摇瓶复筛
相对出发菌株来说，N149菌株PSA产量增加率最大，为36.81%，而N164菌株PSA产量下降最多，下降率为22.92%。因而选择出发菌株、N149和N164菌进一步研究，以了解3 株菌之间的差异。
3、不同突变株在发酵过程中生物量、PSA、RQ、乙酸变化趋势
结果可知，出发菌株在42 h获得最大生物量，为49.30 g/L。N149和N164在48 h时分别达到48.6 g/L和41.3 g/L。出发菌株和N149最终生物量相同，而N164生物量整体偏低。3 个菌株生物量趋势的共同特点是在48 h后不再增长，反而呈现下降趋势。N164乙酸质量浓度最高，其次为出发菌株，最低的为N149。20 h前3 株菌PSA产量比较接近，20 h后3 株菌的PSA产量增长趋势出现差异，42 h时N164、出发菌株和N149的PSA产量差异最大，分别为3.26、5.45、8.52 g/L，3 株菌PSA产量差异极显着（P＜0.01），发酵结束时，N164、出发菌株和N149的PSA最大产量分别为4.06、6.79、9.05 g/L，PSA生产速率分别为67.6、113.2、150.9 mg/（L·h）。较优的突变株N149在0～18 h RQ维持在1.0上下波动，12～48 h RQ保持在0.7左右，而另外两株保持在1.0左右，并且PSA产量差异也较大。
4、氮源添加对PSA产量和生物量的影响
综合以上结果可知，谷氨酸钠作为氮源，是一种单独的氨基酸，添加后生物量并未见增长，说明大肠杆菌发酵过程中不缺氮源，酵母浸膏和玉米浆干粉添加后，生物量均有增加，说明两种有机氮源中营养成分对于大肠杆菌的生长有很好的促进效果。但两者对PSA产量的促进作用差异比较大，玉米浆干粉的促进效果好于酵母浸膏，可能是因为两者的氨基酸组成以及其他营养成分的差异所造成。
5、玉米浆干粉对大肠杆菌发酵过程RQ的影响
OUR在12 h前快速增长，并在17 h达到最大值0.23 mol/（L·h），随后开始逐步下降，CER则在7 h达到最大值，随后保持相对稳定至发酵结束；RQ在10 h前保持在1.0上下波动，随后开始下降并维持在0.7左右波动，41 h后开始上升至0.9左右。从整体趋势上来看，两次添加玉米浆干粉导致CER和OUR出现较为明显的增加，RQ也相应从0.7提高至0.9。出现这种变化的原因可能是添加玉米浆干粉后，细胞获得足够多的营养因子后进一步生长，从而导致氧的消耗速率提高，二氧化碳的产生量也加大，反映在OUR曲线上看就是不再下降，而是维持平稳趋势。从RQ来看，添加玉米浆干粉后，RQ从0.7慢慢升高至0.9，可能是菌体的代谢发生了变化，生长和PSA生产同时进行。
6、在线RQ调控流加玉米浆干粉策略比较
根据摇瓶实验结果显示，玉米浆干粉既可提高生物量也可以提高PSA产量，然而添加时机和添加量对PSA产量影响大，因此需要在生物量的增长和PSA合成之间进行平衡。PSA产量较高的菌种在发酵过程中，RQ维持在0.7左右。而玉米浆干粉补入对RQ影响又比较显着，可以采用流加玉米浆干粉提高生物量的同时通过控制玉米浆干粉流加速率对RQ进行调控，从而取得高生物量的同时也能提高PSA产量。
结 论
本研究采用低能离子束注入诱变结合RQ在线实时调控PSA生产的策略，诱变得到1 株PSA产量最高为3.94 g/L的突变株，通过RQ在线实时调控流加玉米浆干粉使得PSA产量达到12.83 g/L，比对照提高了45.30%，比出发菌株的产量提高了88.95%。低能离子束注入诱变产生的菌株PSA产量最低和最高之间的差异可达到77.48%（P＜0.01），通过比较产量差异极大菌株的RQ变化规律可了解高产菌株在RQ上的表现性状，从而制定相应的工艺调控策略。在PSA生产期，流加玉米浆干粉将RQ控制在0.8左右是一种易于实现的控制策略，既能促进细胞生长，也能提高PSA产量。
