蛹虫草菌(Cordyceps militaris)的代谢产物中包括虫草素、虫草多糖和虫草酸等多种具有生物活性的物质,这些活性物质有抗病毒、抗菌抗炎、抗氧化和抗肿瘤等多种生理功能。蛹虫草菌和冬虫夏草菌的化学成分有些类似,所以在近些年受到了越来越多的关注,而且广泛地被应用在了功能食品和药物开发方面。虫草素(cordycepin),化学名3’-脱氧腺苷也称蛹虫草菌素,是核苷类抗生素首个从真菌中被分离得到,作为蛹虫草菌的主要活性成分具有抑菌、抗炎、抗肿瘤等多种生物学活性,在药物化学领域的研究一直非常活跃。通过生物技术手段培养蛹虫草菌来生产虫草素是有重要应用价值的,近年来国内外学者开展了大量应用蛹虫草菌液体培养生产虫草素的研究。本研究选用蛹虫草菌C. militaris FFCC51 1 1为研究对象,在液体深层培养体系中,考察培养温度、培养基组成(碳源、氮源、金属元素)对蛹虫草菌细胞生长和代谢的影响,主要在以下几方面进行研究:1、考察了不同培养温度下,蛹虫草菌的生长和代谢差异。液体发酵实验显示,蛹虫草菌可以在20℃、25℃和30℃条件下代谢葡萄糖且产生虫草素,且25℃为蛹虫草菌生长和代谢的最佳培养温度,虫草素浓度达到460.33 mg/L,是20℃(204.33 mg/L)和30℃(144 mg/L)条件下虫草素产量的两倍多。2、考察了葡萄糖和淀粉作为碳源蛹虫草菌的生长和代谢差异,研究表明,碳源用20g/L淀粉对其进行深层液体培养时,生物量浓度可达11.75 g/L,高于以20 g/L葡萄糖作为碳源的发酵体系(7.9 g/L):在两种体系的发酵终点虫草素浓度均可达到190mg/L,表明蛹虫草菌能够利用淀粉产虫草素,可以节约生产成本。3、比较了天然培养基和合成培养基(仅含无机氮源)中蛹虫草菌的生长和代谢,发现合成培养基体系中蛹虫草菌的生长和葡萄糖代谢能力受到严重抑制,表明合成培养基中缺乏细胞生长必需的生长因子。在原合成培养基中添加部分氨基酸,由无机氮源和有机氮源组合形成的新的合成培养基(葡萄糖20 g/L,硫酸铵5 g/L,磷酸氢二钾0.5 g/L,磷酸二氢钾0.5 g/L,七水合硫酸镁0.5 g/L,甘氨酸10 g/L,天冬氨酸0.5 g/L,谷氨酰胺1 g/L,酪氨酸0.1 g/L,半胱氨酸0.1 g/L,亮氨酸0.5 g/L,赖氨酸1 g/L,苯丙氨酸0.2 g/L),在新的合成培养基体系中蛹虫草菌实现了正常生长和代谢,为蛹虫草菌的代谢图谱分析排除了天然培养基中复杂成分的干扰。4、基于建立的合成培养基,在液体深层培养体系中,对金属元素和蛹虫草菌生长和代谢之间的关系进行了考察,发现添加5 mM锌离子或20 mM镁离子能够显著提高虫草素产量,分别可以达到473.53 mg/L和426.42 mg/L,同时其也有对细胞生长和葡萄糖代谢的促进作用,这为提高虫草素产量提供了一种新的过程工程策略。5、利用高效液相色谱对蛹虫草菌的发酵液进行检测分析,流动相选用色谱级甲醇和水,通过C18色谱柱梯度洗脱实现了对虫草素、腺苷、腺嘌呤、尿嘧啶、胸腺嘧啶、尿苷、黄嘌呤、次黄嘌呤、鸟苷、胞苷和肌苷、麦角硫因12种虫草素结构类似物的色谱分离,为蛹虫草菌发酵液中代谢物定性和定量分析提供了技术支持。