庆大霉素属于氨基糖苷类抗生素,具有广谱抗菌活性,广泛应用于畜牧业及医学治疗等领域。庆大霉素C1a是庆大霉素的主要活性成分,主要由绛红小单孢菌(Micromonospora purpurea)生产。目前,对庆大霉素C1a的研究主要集中于在复合培养基上进行菌种选育和发酵工艺优化等方面,对菌株代谢特性的深入考察鲜有报道。这造成了工业生产的稳定性差,不利于生产企业的竞争力的提升。本文首先考察了绛红小单胞菌复合培养基中添加木糖等不同物质对合成庆大霉素C1a产量的影响,然后开发了一种适宜绛红小单孢菌产庆大霉素的全合成培养基,在该合成培养基对添加效果进行验证,并最终通过13C标记实验分析了木糖对菌体代谢的影响机理。首先,在原有复合培养基的基础上,根据庆大霉素C1a合成代谢途径,考察了添加氨基酸(谷氨酰胺、天冬酸胺和苯丙氨酸)、甲基化前体(甜菜碱、胆碱和甲硫氨酸)和合成前体(木糖和2-脱氧-D-葡萄糖)等物质对庆大霉素C1a产量的影响,并对添加时间、添加量和添加方式进行了优化。结果表明,分别添加这些物质均能有效提高庆大霉索C1a产量,其中产量提升幅度最大的是木糖。在24 h时添加0.1 g/L的木糖可以使庆大霉素C1a的产量达到660.3μg/mL,相比于对照组502 μg/mL提高了 31.6%。当这8种物质进行混合添加时,庆大霉素C1a产量提高了 35.3%。利用高通量筛选方法,对20种氨基酸、10种嘌呤嘧啶、7种维生素、5种金属离子及2种合成前体进行了单因素验证实验,其中有20种物质对庆大霉素C1a产量有显著影响。利用PB实验,对这些物质的浓度进行了优化,最终获得一个适宜绛红小单孢菌产庆大霉素的全合成培养基。实验结果表明,添加木糖和甜菜碱有利于庆大霉素C1a产量提高,添加天冬酰胺和2-脱氧-D-葡萄糖会抑制菌体生长,而苯丙氨酸、谷氨酰胺、甲硫氨酸、胆碱的添加对发酵的影响不显著。在同位素稳态13C标记实验中,通过测定胞内有机酸的丰度信息及胞外宏观代谢数据,对木糖添加后的胞内代谢通量进行分析。结果表明,在实验条件下,ED途径的通量很低。与未添加木糖相比,添加木糖后,庆大霉素C1a合成途径的通量提高42.8%,NADPH和NADH互换反应通量增加两倍。71%的木糖通过HMP途径进入中心碳代谢,29%的木糖直接参与产物合成,HMP途径流量显著提高。通过本文的研究,加深了对绛红小单孢菌代谢特性的了解,为工业生产菌株的基因工程改造及生产工艺优化提供了依据。