福建省林业科学研究院和福建农林大学未来技术学院联合在球孢白僵菌固态发酵产热及其调控机制研究方面取得突破

球孢白僵菌（Beauveria bassiana）是一种重要的虫生真菌，凭借其宿主范围广、致病力强且不易诱发抗药性的独特优势，已成为农林害虫生物防治领域的重要微生物制剂。在工业化生产过程中，该真菌主要采用液固双相发酵工艺获取高纯度孢子，但固态发酵阶段存在的产热难题易引发微生物污染，导致发酵失败，这一技术瓶颈长期制约着白僵菌制剂的规模化生产和实际应用。值得注意的是，发酵热力学调控机制的研究始终是微生物应用领域的核心课题。

近期，福建省林业科学研究院蔡守平团队联合福建农林大学未来技术学院苏军课题组在微生物学领域知名期刊《Applied and Environmental Microbiology》发表题为“Arginine accumulation suppresses heat production during fermentation of the biocontrol fungus Beauveria bassiana”学术论文，首次揭示了精氨酸代谢在调控发酵产热中的关键作用。研究团队运用多组学技术深度解析白僵菌固态发酵的代谢网络，创新性地构建了真菌代谢热-精氨酸累积定量模型，系统阐释了精氨酸作为“代谢刹车”调控产热过程的分子机制。该研究不仅为微生物固态发酵热力学研究建立了新型分析范式，更从代谢工程角度为突破白僵菌工业化生产瓶颈提供了关键理论依据，对推进环境友好型生物农药的产业化升级具有重要科学价值。

通过实时监测发酵微环境，明确了发酵过程中CO₂、温度和菌丝、孢子的变量关系，并首次明确了12-48小时为关键产热窗口期（温度峰值达42.3±0.5℃）。

通过转录和代谢组分析得到454个温度相关代谢物（TCMs）和1994个温度相关基因（TCGs），联合分析发现上述TCMs和TCGs的KEGG注释显著富集在精氨酸生物合成途径，并且发酵过程中的温度的峰值随着外源添加精氨酸浓度的增加而显著降低，同时显著增加了后期孢子和菌丝体的产量，说明该阶段的重要任务之一为精氨酸的累积。由于谷氨酰胺合成酶和L-谷氨酰胺在精氨酸代谢途径循环中经富马酸盐合成最终产物L-精氨酸，并产生CO2排出体外，因此大量产热的同时也会产生大量CO2。值得关注的是，其中谷氨酰胺合成酶（GLUL, EC 6.3.1.2）表达下调42%，驱动L-精氨酸累积量提升3.8倍。

添加2g/L外源精氨酸使发酵体系：（1）温度峰值降低5.2℃（P<0.001）；（2）孢子产量提高14.3%（1.2×10⁹ CFU/g→1.37×10⁹CFU/g）；（3）单位能耗减少22%。

白僵菌菌丝生长阶段固体培养料变化情况

球孢白僵菌固态发酵I–II阶段多组学特征解析。关键分子应答机制揭示了三个发酵阶段代谢物与基因表达的变化趋势。图示下部呈现环境因子的动态变化过程。