大肠杆菌是常用的外源蛋白表达宿主之一,已被广泛应用于多种外源蛋白的生产。异丙基-β-D半乳糖苷(IPTG)是实验室中常用的表达载体T7乳糖启动子高效诱导剂,但是由于其自身存在毒性且价格昂贵限制了其大规模使用。乳糖作为一种无毒的廉价的二糖,其可在一定程度上代替IPTG作为诱导剂使用,但是由于乳糖自身的性质及发挥诱导作用的方式,其在外源蛋白表达的效率等方面存在很多不足,造成蛋白表达效率低下,产量较低。另一方面大肠杆菌糖酵解中分支途径产生多种有机酸,影响细胞活力并最终影响其外源蛋白表达。本研究主要是针对于以上问题对大肠杆菌在外源蛋白表达领域进行研究,以获得一种即安全又高效的提高目的蛋白的表达量的方法。本文主要以大肠杆菌BL21为宿主菌,γ-ggt为目的基因,以提高γ-GGT蛋白酶表达量或酶活为主要研究目标,并获得较优化的GAP复合制剂。主要研究内容有:第一,通过单因素实验,分别研究甘油醛-3-磷酸(GAP)、乳糖、烟酸(NA)、离子浓度及氨基酸等因素对γ-GGT蛋白酶表达和宿主菌生长的影响;第二,通过Plackett-Burman实验设计研究各种单因子物质的主效应及交互作用对γ-GGT蛋白酶活力的影响;第三,通过Box-Behnken实验设计对GAP复合制剂组分进行优化;第四,验证GAP复合制剂对其它外源蛋白表达的作用,并在6L发酵罐中进行小试实验。通过研究,其主要结果如下:1、对诱导γ-GGT蛋白酶表达进行单因子添加实验。分别研究了乳糖、GAP、NA、NH4+、Mg2+ Gln Ser和Arg等对γ-GGT蛋白酶表达的影响。实验表明,GAP可以作为调节剂和碳源对宿主菌的代谢起到调节作用,从而提高γ-GGT蛋白表达和菌体生长,其最适添加量为5 g/L。在诱导表达时添加0.3 g/L NA有利于胞内NAD(H)的生成,从而影响细胞状态,促进目的蛋白表达。离子主要对γ-GGT蛋白酶活力起到影响,其中NH4+和Mg2+影响作用最大。1.5 g/L Gln和1.5 g/L Ser对γ-GGT蛋白表达和宿主菌生长均起到较好的促进作用,而其他氨基酸表现的效果较差。2、选取8种因素,通过PB实验设计研究各种单因子物质的主效应及交互作用对γ-GGT蛋白酶活力的影响。结果表明乳糖、GAP和NA三个因素对γ-GGT蛋白酶活力影响最为显著。3、利用Box-Behnken实验设计分析得到:GAP复合制剂的最佳组合为乳糖2.3 g/L、GAP 5.6 g/L、NA 0.28 g/L,该种复合制剂诱导下的γ-GGT蛋白酶活实际值达98.6 U/L,较未优化对照组提高13.3%;另外,使用优化后的GAP复合制剂组的菌体密度和蛋白表达量较对照组也有显著提高。4、通过验证实验,发现GAP复合制剂在大肠杆菌表达外源蛋白时均具有明显的促进作用,且效果比IPTG的诱导效果更佳。在6L发酵罐放大实验中,GAP复合制剂对菌体生长具有明显的促进作用,OD600达15.8,与IPTG对照组相比,菌体密度提高约1倍。γ-GGT蛋白酶表达量占总蛋白的百分比与对照组相比增高19.4%,单位体积的酶活力提高了 90%,约1032 U/L。使用GAP复合制剂诱导的γ-GGT粗酶液较对照组更有利于茶氨酸的合成。GAP复合制剂诱导外源蛋白表达,不仅可以显著促进菌体的生长并提高目的蛋白的表达量,还可以有效替代有毒性的IPTG而作为诱导剂使用,具有安全高效廉价的优势,为大规模微生物发酵、蛋白质生产及生物酶制备提供了新的方法和思路,对发酵产业具有深远影响。