锌元素对微生物合成卡那霉素A水平的影响

赖滨霞 福建省古田福兴医药有限公司 福建古田 352251

生物合成卡那霉素已有较长的历史。20世纪中后期 Kazt［1］、Umezawa 等［2］研究发现铁离子与锌离子有提高卡那霉素合成量的作用。20世纪70年代国内顾潄锋［3］、赵静岩［4］等研究认为金属离子对生物合成卡那霉素有影响。

虽然国内外有研究过金属离子对卡那霉素生物合成的影响，但是近三十年来未见有相关的研究报道。随着科技的发展，发酵工艺的改进，原有的发酵参数应有所变化，因此，有必要对卡那霉素生物合成的发酵参数进行研究，以期获得理想的卡那霉素生物效价。笔者就其中参数之一的锌离子进行研究，为生物合卡那霉素提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌种 Streptomyces kanamyceticus KA02，来自上海三厂，本厂保存。

1.1.2 摇瓶发酵培养基 黄豆粉5.0%，饴糖5.8%，淀粉3.5%，硝酸钠0.5%，硫酸镁0.04%，硫酸锌X%（X为实验变量）。试验培养基是在对照发酵培养基的基础上对硫酸锌加量进行调整。

1.2 方法

1.2.1 摇瓶培养条件 温度：28℃，转速：220 r/min，装量：100 mL/500 mL，接种量：1% ，周期：120 h。

1.2.250 L发酵罐培养条件 温度：28℃，转速：140 r/min，体积：30 L，接种量：1%，周期：116 h。

1.2.3 高效液相色谱分析（岛津）分析仪C18柱后衍生法测定卡那霉素A组分含量。

1.3 数据处理 采用单因素试验设计，所有数据用SPSS10.0生统软件进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与讨论

2.1 摇瓶培养条件不同硫酸锌添加量对卡那霉素生物合成效价的影响 经过120 h摇床培养、测定，结果见表1。不同硫酸锌添加量对卡那霉素生物合成效价的影响很大。卡那霉素生物合成效价最高是第5组，硫酸锌添加量为0.04%，即生产菌产物合成能力最强。从第1组到第5组随硫酸锌添加量的增加卡那霉素生物合成效价也随之升高，但硫酸锌加量为0.06%时卡那霉素生物合成效价也随之下降，超过0.06%时，生产菌的产物合成能力受到抑制，当硫酸锌加量达到一定浓度（如0.20%）时，产物合成能力完全受抑制。第4组、第5组、第6组之间生物合成卡那霉素效价差异不显著（P＞0.05），但它们与第 2、第 3、第 7、第 8 组间差异显著（P＜0.05）；与第1、第 10、第 11、第 12 组间差异极显著（P＜0.01）。

表1 摇瓶培养条件不同硫酸锌添加量对卡那霉素生物合成效价的影响（n=10）

2.250 L发酵罐培养条件不同硫酸锌添加量对卡那霉素生物合成效价的影响 在摇瓶培养的基础上有针对性地选择硫酸锌的八个梯度，在同一培养条件下进行50 L发酵罐培养。结果见表2，可以看出其与表1的结果极为相似，即卡那霉素生物合成效价的变化规律相同，最高是第4组，硫酸锌加量为0.04%，即生产菌产物合成能力最强。其两侧的随硫酸锌减少或增加，卡那霉素生物合成效价逐渐下降。

表2 50 L发酵罐培养条件不同硫酸锌添加量对卡那霉素生物合成效价的影响（n=6）

3 讨论

近期研究表明，微生物发酵培养基中适量的Zn2+可使菌体的3-磷酸甘油醛脱氢酶、苹果酸脱氢酶等锌酶具有较高的活性［5-6］。锌是卡那霉素产生菌生长发育和生物合成卡那霉素所必需的元素，在发酵过程合成卡那霉素中起着关键作用［4］。锌含量不足或过高都能影响其关键酶的活性，导致卡那霉素生物合成量降低。在本试验发酵培养条件下，摇瓶发酵试验和50 L发酵罐试验得出硫酸锌的最适加量为0.04%。不添加硫酸锌（虽然原材料中含有微量锌）时，生物合成卡那霉素能力低下；加量过大（如0.2%）时，则生物合成卡那霉素的能力完全被抑制。国内顾潄锋［3］、赵静岩［4］等研究金属离子对生物合成卡那霉素的影响，认为培养基中硫酸锌含量0.02%为最佳值。与本试验结果不同，可能是发酵工艺不同造成的，有待进一步研究探讨。

［1］ KATZ E，PIENTA P，SIVAK A.The role of nutrition in the synthesis of actinomycin ［J］.Appl Microbiol，1958（6）：236-241.

［2］ Umezawa H，Ueda M，Maeda K，et al.Production and isolation of a new antibiotic：kanamycin ［J］.J Antibiotic，1957，10（5）：181-188.

［3］ 顾潄锋，吴家琳，赵静岩.卡那霉素发酵研究［J］.抗生素，1980，5（4）：7-8.

［4］ 赵静岩，钟秀宝.微量元素锌、铁对卡那霉素链霉菌生物合成卡那霉素的作用［J］.抗生素，1980，5（4）：4-6.

［5］ 汤海云，郭元昕，李啸，等.金属离子对林可霉素生物合成的影响［J］. 中国抗生素杂志，2007，32（12）：723-726，761.

［6］ 李啸，陈长华，李友元.金属离子对红霉素生物合成的影响［J］.中国抗生素杂志，2006，31（6）：366-371.