发酵法生产植物激素脱落酸ABA工艺与技术-北京泛球生物科技有限.PDF

发酵法生产植物激素脱落酸(ABA)工艺与技术 一、天然型脱落酸的理化性质、用途和生产方法 1. 理化性质 脱落酸（Abscisic Acid，ABA）是一重要的植物激素，化学名为3-甲基 -5-(1’-羟基-4’-氧代-2’，6’，6’-三甲基-2-环己烯-1’-烃基)-2-顺式， 4-反式-戌二烯酸。天然脱落酸是右旋体，熔点160~161℃，紫外吸收光谱与溶 液pH值有关，在酸性乙醇中最大吸收峰为262nm。旋光度[α]D=395~410°（乙 醇） 2. 主要用途 天然脱落酸（（＋）－cis, trans Abscisic acid, ABA）与生长素、乙烯、 赤霉素、细胞分裂素并列为植物五大类激素，在植物生长发育中起多方面作用： 如调节气孔开闭、抑制种子发芽、控制胚胎和种子发育成熟，涉及抗逆作用如脱 水、干旱、盐胁迫、低温、病虫害和机械创伤等环境因子应答。作为启动植物体 内抗逆基因表达的“第一信使”，脱落酸被誉为“植物伟哥”。 ABA在农业、林业等领域有着广泛的应用，归纳起来主要有以下几个方面： a,促进种子、果实的储藏物质，特别是储藏蛋白和糖份的积累，为农作物种子的 萌发积蓄营养。在种子和果实发育早期外施ABA，可以达到大大提高粮食作物和 果树产量的目的。 b,ABA是一种种子萌发的完全可逆的有效抑制剂，用其极低浓度的水溶液对植物 种子特别是附加值较高的经济作物种子实施简单处理后有利于种子的长期储存， 从而避免了由于储存条件不当引起的种子过早发芽和霉变，效果显著。而且经简 单淋洗后种子发芽能力可立即完全恢复，无毒不污染环境。 c,提高作物抗寒防冻的能力，用于帮助农作物及经济作物抵抗早春期间的低温冻 害以及培育新的抗寒力强的作物品种。美国和欧盟的许多国家广泛将其应用于防 止高档草坪如高尔夫球场草坪的冻害。 d,可以显著提高植物的抗旱力和耐盐碱能力，有助于充分利用由于自然环境变化 与大量化肥长期使用所造成的日益干旱和沙漠化盐碱化的退化耕地。在开发利用 中低产田以及植树造林等农林领域有极高的应用价值。 e,ABA还有控制花芽分化，调节花期，促进生根的作用，因此在花卉种植领域可 广泛应用于延长花卉开放时间以及鲜切花的保鲜等。 3. 生产方法 ABA尽管在植物中广泛分布，但其含量非常低，如在山杨芽中ABA含量仅为 82ng/g，且其分离提取方法步骤复杂，多用有机溶剂粗提得粗提液，再经纤维素 薄层层析，硅胶层析，LH-2柱层析或scp-pak柱层析及反相高效液相色谱纯化， 故很难用直接提取法制造大量ABA。 目前化学合成法是生产ABA的主要方法。ABA的化学合成多以芷香酮为起始 原料，经多步反应才制得外消旋ABA。而天然产品ABA为其右旋体(+)-ABA，研 究表明天然ABA与外消旋ABA在生理作用上存在一定差别，如右旋(+)-ABA可完 全抑制Pharbitis nil形成花芽，而外消旋ABA即使在高浓度下也不出现花芽完 全抑制现象，为此天然ABA的应用更受重视。但化学合成品原料成本高、工艺路 线长、污染大，成品为消旋ABA，尚需拆分、收率低、耗费大，因此开发新的天 然型ABA的生产方法势在必行。 微生物发酵法生产天然型脱落酸，是近年来迅速发展起来的生物工程重大发 展领域。80年代初，研究人员相继发现某些真菌代谢产物中含有大量右旋 (+)-ABA，真菌产生的天然ABA纯度高（90％）、生理活性强，已成为开发、生 产ABA的一条新途径。日本较早采用发酵法生产ABA。目前国内仅有两家企业可 以生产脱落酸，分别是四川龙蟒福生和江苏双沟酒业，但是因为成本还没有降到 农民可以接受的程度因此无法实现大规模田间施用，龙蟒福生的产品已出口到美 国。 二、技术简介 微生物发酵法产生ABA具有纯度高、生理活性强等优点，通过选育ABA高产 菌株，应用发酵法生产ABA可大幅度降低成本，并具有安全、方便、污染少等优 点。我们建立了快速、简便的脱落酸产生菌筛选方法，筛选获得高产ABA灰葡萄 孢菌株，并对该菌株进行了紫外、化学、激光等多种诱变，还优化了发酵工艺， 使该菌株生产ABA的水平达到2.3～4.6g/kg培养物（实验室水平达到8.1g/kg）， 发酵时间从25天缩短到7～10天，同时建立了快速分离、纯化方法使产品纯度 大于98％，总收率大于60％，所得产品结晶经红外、H1- NMR、质谱、旋光测定、 生物活性测定证实本品为纯天然型。该工艺路线步骤较短，操作简单，重现性好， 是一条生产天然型ABA的创新性工艺。