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高通量筛选是指基于一系列高通量设备和技术,自动化处理微小体积液体同时匹配先进的信号检测以及准确的数据分析,以从数量级巨大文库中筛选出目标化合物、基因、酶以至活细胞菌株。高通量筛选装置发展趋势是微型化、自动化、标准化以及机器人系统。对于工业微生物的优化,高通量筛选是关键技术。课题围绕着活细胞筛选技术展开了技术拓展与纵深并行的创新研究。课题先后探索了基于微孔板的高通量筛选技术及基于微流控芯片的超高通量筛选技术。首先,以生产糖化酶(Glucoamylase)的黑曲霉为研究对象,进行了基于孔板的高通量筛选平台技术及应用研究。实验探索并总结了包括孔内剪切力,孔内供氧(kLa)和种子自身特性三大类共六种因素对于深孔板微孔培养物培养状态的影响,并最终实现了黑曲霉48深孔板微培养过程的优化。优化后,对于相同培养对象,各孔间糖化酶酶活的相对标准偏差(RSD)降低至3.19%。该实验结果为微生物,特别是菌丝体茂盛微生物,孔板微培养体系的优化提供了完整方案。之后,实验发现了产糖化酶的黑曲霉发酵过程发酵液糖化酶酶活与pH之间的负相关关系,并建立了一个基于pH指示剂的高效的酶活定性分析方法。与经典的p-NPG法酶活测定方法相比较,两者的相关系数达到0.96,证明该方法充分可信。依靠构建的高通量微培养及分析体系,实验对超过1200株突变菌株进行了高效筛选,最终获得优势菌株VII-F-6,其糖化酶酶活达到2.23x103AGI mL-1,较出发菌株提高了 70%。以生产葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOD)的黑曲霉为研究对象,同样基于孔板高通量筛选技术平台,建立了产葡萄糖氧化酶黑曲霉微培养及葡萄糖氧化酶微分析方法,并创立了能够同时高通量分析胞外酶活及酶分泌比例的高通量筛选模型,成功实现高效生产葡萄糖氧化酶黑曲霉的双指标筛选。实验首先基于传统的邻联茴香胺氧还显色分析法建立了适用于发酵液上清或细胞破碎物上清的96孔板GOD酶活微分析方法,将每个样品酶活检测时间由5 min缩减到0.5 min。对于发酵液胞内胞外总酶活的分析,为了避免细胞破碎-离心-取上清等影响高通量分析的一系列复杂操作,根据在发酵实验研究中发现的GOD总酶活与底物葡萄糖代谢之间的负相关关系,构建了一个基于葡萄糖残糖分析的快速发酵液GOD总酶活分析方法。与传统依靠邻联茴香胺体系的分析方法对比,两者相关系数达到-0.92,呈现出良好的负相关性。最后借助于实验建立的高通量微培养和分析方法,对超过2500株突变体进行了高上清酶活-高GOD分泌比例2步筛选,最终获得总酶活达到3200 U/mL,较出发菌株提高146%,同时GOD分泌比例为83%左右,较也发菌株提高32%的进化菌株F1,成功实现了双指标高通量筛选。同时实验发现高碳酸钙浓度对黑曲霉产GOD能力及生长稳定性的提高有重要影响。这种提高被认为主要来自于碳酸钙对菌球形态的影响:高碳酸钙(10%)实验组黑曲霉的结球体积相比于低碳酸钙(2%)组呈现大幅度的下降,且高碳酸钙组酶活较低碳酸钙组提高幅度可达50%。最后,实验成功搭建了一个基于微流控芯片技术、结合流式细胞仪的超高通量单细胞分析及筛选平台,并成功应用于高产L-乳酸的耐高温达55℃凝结芽孢杆菌的高通量筛选。实验完成了:1)单分散的皮升级(10-12L)的油包水液滴的生成及液滴中单细胞水平凝结芽孢杆菌生长的跟踪及量化表征研究;2)实验设计并制作了能够一步生成双层乳化液滴(水/油/水)的微流控芯片,并优化了基于PEG-200的芯片区域化修饰方法,最终成功地生成了单分散的双层乳化液滴。液滴生成速度达～300drops/s。;3)设计并合成一种新型pH荧光指示剂,并建立了基于发酵液pH变化快速表征其乳酸浓度的高通量分析方法,这种方法被成功地应用于单分散的双层乳化液滴内乳酸浓度的半定量分析;4)最终借助流式细胞仪实现了 105 events/h超高通量筛选,其筛选通量与微孔板相比提升了 3～4个数量级。5)仅经过一轮筛选,实验获得了一株产乳酸能力为76 g/L的高产菌株,相对出发菌株提高了 52%。