中文摘要：

一般认为，超高压对微生物的作用是破坏性的，因此在食品科学领域开展超高压灭菌的研究较多。但近年来包括申请者在内的不少研究者发现，利用超高压作为诱变手段可以获得遗传性稳定的变异菌株，但变异的产生是否由于遗传物质的变化所引起？对此则缺乏系统的研究。我们的前期工作已证明通过超高压处理可以获得高产β-胡萝卜素的红酵母突变株，本课题拟重点从核酸和蛋白质分子水平上揭示超高压对该菌种的诱变效应及其作用机理。核酸变异性的研究主要采用RAPD现代DNA指纹图谱技术，蛋白质（包括关键酶）变异性的研究主要采用双向电泳和质谱分析技术。本研究可为建立和推广食品发酵工业菌种的超高压诱变新方法提供理论支持，具有重要的学术研究价值与应用前景。

结论摘要：

本项目在对比几种菌种改造方法的基础上，着重研究了超高压处理对分离到的产胡萝卜素红酵母的诱变效应及其初步作用机理，同时探索了该突变株的某些发酵生理学特性，旨在为超高压诱变及该菌应用提供理论与技术基础。主要研究内容和实验结果如下（1）通过进行一系列不同压力和时间条件下的超高压处理实验，发现300 MPa超高压处理红酵母菌株10 min，获得的突变株胡萝卜素产量大幅度提高，而且传代性能稳定。通过DNA指纹图谱分析发现，几种限制性内切酶分别切割的出发株和突变株的DNA片段有着明显的不同，初步证明超高压使红酵母不仅在表面性状而且在DNA水平都发生了改变，这就为超高压诱变育种提供了初步的理论支持。当进行超高压-离子注入联合诱变实验时发现，离子注入超高压突变株后的菌体存活率曲线，并未明显呈现出通常报道的离子注入诱变时的“马鞍型”特征曲线，这也从一个侧面证明了红酵母在超高压处理后可能已经发生了变异。由于一切生物的遗传物质基础都是核酸尤其是DNA，所以任何能改变核酸结构的因素都可能引起核酸生物学功能的改变，而凡是能引起核酸功能改变的因素，一般也能引起突变，这是“生物化学统一性”法则的一个具体例证。这些理论上的可能性及越来越多的实例，都证明超高压能影响DNA的复制，预示着超高压育种技术的可行性。但超高压对该出发菌致死（存活）曲线有时呈马鞍形，这说明超高压处理对其损伤为非正常损伤，其诱变作用有可能像离子注入诱变那样是多种生物效应的累积。总之，超高压引起的微生物突变现象是一种复杂的生理学过程，影响因素非常多、也非常复杂，有待今后继续深入研究。（2）对超高压突变株继续做低能N+注入处理，经筛选获得一株高产复合诱变株，其胡萝卜素产率由原来的9.64 mg/L提高到17.36 mg/L，比出发菌株增加了80.08%。通过对主要营养与环境条件的选择及优化，特别是采用均匀设计试验法，初步确定了该复合诱变株胡萝卜素摇瓶发酵的最佳生理学条件，使其胡萝卜素产量比对照增加了98.09%，达到34.21 mg/L。在5-L发酵罐中，对高产胡萝卜素红酵母突变株的分批发酵动力学特性进行了初步研究，得到了菌体生长、基质消耗及产物合成的动力学模型，这些数学模型与实验值能够较好地吻合，为突变株胡萝卜素发酵生产控制和进一步放大提供了理论依据。