尼莫克汀是由蓝灰色链霉菌发酵生产的一种大环内酯类化合物,属于米尔贝霉素族抗生素。尼莫克汀通常被用作农用抗生素莫西克汀的合成前体,因其广谱的抗害虫特性,以及安全、高效,对人体无毒,对环境无害,不易产生抗药性等一系列特点,莫西克汀被誉为21世纪最具前景的绿色生物农药。但是现如今在尼莫克汀生物合成的调节与控制方面鲜有研究,这对进一步提高尼莫克汀产量以达到产业化要求造成了巨大的障碍。为了解决这些问题,本文利用高通量方法建立并优化了适合于尼莫克汀发酵的全合成培养基,并初步探索了不同补料工艺条件下蓝灰色链霉菌的代谢情况以及尼莫克汀合成调控机理。首先,本文建立了菌体高通量培养体系和产物高通量检测体系,通过单因素、Plackett-Burmandesign以及响应面实验对全合成培养基进行优化,使得最终的尼莫克汀的产量能够达到150.33 mg/L。之后通过摇瓶玻璃珠实验以及装液量实验研究尼莫克汀发酵过程剪切和溶氧的影响,最终在5 L发酵罐中通过改变搅拌转速以及桨型组合达到发酵体系高溶氧、低剪切,使得尼莫克汀最终产量达到191.59 mg/L。通过补糖补氨策略优化研究进一步提高了尼莫克汀的生物合成量。实验结果证明,在发酵96 h时通过补加葡萄糖溶液并将发酵液中的葡萄糖浓度控制在2 g/L时,尼莫克汀最大产量能提高至268.9 mg/L;而在菌丝分化后通过补加硫酸铵溶液并将发酵液中的铵离子浓度控制在10 mg/L时,尼莫克汀的最大产量进一步提高至378.2 mg/L。最后利用代谢物组学方法,对尼莫克汀生物合成阶段蓝灰色链霉菌的胞内代谢物浓度进行测定和分析,发现在菌丝分化后补加硫酸铵有利于丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸以及异亮氨酸的合成,而这些氨基酸又可以通过分解代谢生成可作为尼莫克汀生物合成前体的辅酶A类物质。如若在菌丝分化之前补加硫酸铵则只会强化菌体的初级代谢从而增加菌体的生物量。