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γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种阴离子聚肽，由D-和L-谷氨酸单体通过α-NH2和γ-COOH之间的酰胺键连接而成。它来自非石油资源与对环境无害等特点，而且具有很好的水溶性、生物相容性及生物可降解性，因此，近年来γ-PGA及其衍生物的研究引起了国内外的关注，它在医药、化工、环保和农业等领域显示出十分广阔的应用前景。本论文系统地研究了γ-聚谷氨酸制备技术，自主筛选并改良获得了一株高产γ-PGA生产菌株，较深入研究了其生物聚合机理，提出了有别于前人的γ-聚谷氨酸代谢机理。γ-聚谷氨酸生成浓度、产物合成的速率和对底物的转化率均达到了国际先进水平。 鉴于高吸水树脂在国民经济生活中具有重要作用，本论文还研究了由γ-PGA制备高吸水树脂的工艺及产品的吸液特性，并初步探讨了它在农业园艺中的应用。 本论文主要工作如下： 以L-谷氨酸分离培养基为特定的“筛子”；通过大量的筛选和工作，获得了一株高产γ-PGA的菌株枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）N X-2。目前该菌株及相关的γ-PGA生产工艺已申请了国家发明专利，保藏号为CGMCC0833。 NX-2对培养基碳源的利用表现出独特的性能。碳水化合物对NX-2菌株合成γ-PGA至关重要，当培养基中没有碳源，NX-2不能合成γ-PGA。当培养基中加入葡萄糖，蔗糖，麦芽糖或淀粉，NX-2分泌γ-PGA，其中，葡萄糖和蔗糖是最有效的碳源。NX-2菌株对淀粉的利用性以及利用淀粉分泌γ-PGA的能力很独特，迄今未见报道。而乳糖的作用和其他单糖或双糖的作用又不一样，培养基中加入乳糖，不能使NX-2菌株启动γ-PGA的合成途径。柠檬酸是目前大多数γ-PGA生产菌株合成γ-PGA所用的碳源，但NX-2对柠檬酸的利用性很差，在柠檬酸为碳源的发酵液中也未能检测到γ-PGA，这反映出NX-2独特的代谢体系。甘油也是NX-2合成γ-PGA的良好碳源，培养基中加入3％甘油，NX-2可积累24.3g／L的γ-PGA。 探讨了培养基中谷氨酸的作用，外源谷氨酸对γ-聚谷氨酸生产是必不可少的。γ-聚谷氨酸生成浓度随培养基中谷氨酸的浓度增加而增加，当谷氨酸添加摘要浓度为70留L，丫一聚谷氨酸生成浓度可达41留L，但对谷氨酸的表观转化率只有58%，当谷氨酸添加浓度为30岁L，经24小时短的培养时间内，Y一聚谷氨酸生成浓度可达30.29/L，生产率高达1 .26留比（为迄今报道最高值），，对对谷氨酸的表观转化率101%。从这些实验结果可推断:Y一聚谷氨酸分子中谷氨酸单体来源来自两方面:一方面来源于培养基中供给的谷氨酸，另一方面来自于菌体对葡萄糖的代谢转化而成的谷氨酸。 对Y一PGA培养基进行优化，其最佳组成为（叭）:葡萄糖30，酵母膏5，谷氨酸30，凡HPO40.5，MgSO4O.1。在此条件下，实现了Y一PGA的高效合成。和文献报道的菌株相比，NX一2菌株转化率高，生长速率快和营养消耗低，具有明显的优越性，这为低成本生产Y一PGA奠定了良好的基础。 采用红外光谱、核磁共振和酶法等技术对产物进行结构表征，证明所获产物为卜PGA，化学结构如下:「价日刁十:之亏日CHZ之C卜衬1 1 p 11!匕曰二0」。 以Y一PGA为原料，乙二醇缩水甘油醚为交联剂，制备了Y一PGA高吸水树脂，其最佳工艺条件为:PGA浓度12%，pHS.0，反应温度60℃，反应44一48h，在最优条件下，制备获得的丫一PGA高吸水性树脂的吸水率为9509/g。首次探讨了该反应的机理，用高分辨率魔角旋转核磁共振（HR/MAS NMR）从结构上证明了该交联反应是利用交联剂的环氧基和￥一PGA侧链的游离梭基起酷化反应，形成网络结构，从而获得吸水保水能力强的吸水树脂。 首次研究了丫一PGA吸水树脂在农业领域中的应用。Y一PGA吸水树脂对土壤水分的吸水率为30一80倍。Y一PGA的水浸液在土壤中有较强的保水力和较理想的释放效果，具有明显的抗旱促苗效应。用不同浓度PEG（6000）试剂（聚乙二醇）模拟土壤吸水力的种子发芽试验表明，Y一PGA有较强的吸水和保水能力，可明显提高小麦和玉米的发芽率。丫一PGA的直接拌种试验和Y一PGA水浸液的鲜切花保鲜试验表明犷PGA对提高植物种子发芽率和延长保鲜期都有显著效果。