传统发酵乳品中产广谱细菌素乳酸菌选育

为选育产广谱细菌素乳酸菌,采用琼脂扩散法对甘肃牧区传统发酵乳品中分离纯化的96株乳酸菌进行了筛选,并确定产细菌素菌株,具有最佳抑菌效果的菌株经重离子束12C6+辐照诱变,再采用培养皿分区法进行6种指示菌广谱抑菌性能比较。结果表明,琼脂扩散法筛选出抑菌效果最佳的产细菌素菌株Lp1,经辐照诱变得到98株突变菌,选育出对大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、单核细胞增生李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)、沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)和克罗诺杆菌(Cronobacter)抑菌性能均明显优于出发菌株Lp1的5株突变株L088、L087、L063、L049、L010进行广谱抑菌试验,其中菌株L088和L063为广谱抑菌性能较好菌株,突变株L088对上述6种指示菌的抑菌扇环半径比出发菌株Lp1抑菌扇环半径分别提高47.81%、33.28%、22.97%、45.25%、21.39%、40.21%,突变株L063对上述6种指示菌的抑菌扇环半径比出发菌株Lp1抑菌扇环半径分别提高54.27%、29.18%、25.37%、58.03%、17.85%、42.13%。采用培养皿分区法可同时在1个培养皿中完成检测6种指示菌的抑菌试验,可高效筛选产广谱细菌素乳酸菌。

抗真菌内切几丁质酶酶学性质及制备低聚壳寡糖功能分析

为开发几丁质及壳聚糖生物转化活性寡聚糖并实现几丁质酶在食品防腐及生防方面的应用,从金色链霉菌(Streptomyces aureofaciens)XZ-Sa62中分离纯化几丁质酶(ChiA-Sa62),并研究其生物转化及抗菌功能。本实验采用Q-Sepharose Fast Flow、Sephadex G-100层析和反相高效液相色谱纯化ChiA-Sa62,经纯化后ChiA-Sa62纯化倍数为41.3倍,比活力为1119.8 U/mg。并采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳和基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱测得ChiA-Sa62是分子质量为62.55 kDa的单亚基蛋白。ChiA-Sa62在50℃和pH 5.0的条件下,活性最高,并在60℃以下及pH 3.0~9.0范围内有良好稳定性。金属盐离子Ca^(2+)、Mn^(2+)、Mg^(2+)和Co^(2+)可激活酶活性。ChiA-Sa62对几丁质及脱乙酰度75%的壳聚糖具有专一内切水解活性,薄层色谱显示,水解产物分别为2~5个N-乙酰氨基葡萄糖单位的几丁寡糖和2~4个D-氨基葡萄糖单位的壳寡糖。ChiA-Sa62对底物胶体几丁质的米氏常数K_m和最大反应速率V_(max)值分别为2.75 mg/mL和64.52 U/mg。ChiA-Sa62可强烈抑制所试病原真菌菌丝生长;碘化丙啶染色显示,经ChiA-Sa62处理后的灰葡萄孢菌丝其细胞膜受到破坏。水解产物壳寡糖对致病性G^(-)菌(大肠杆菌和铜绿假单胞菌)和G~+菌(金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌)有抑制作用,并且LIVE/DEAD染色显示壳寡糖可致使金黄色葡萄球菌死亡。本实验结果表明,Chi A-Sa62几丁质及壳聚糖在生物转化以及食品防腐及生物防治方面具有较大的应用潜力。

不同水力停留时间对新疆油田压裂返排液COD去除及微生物菌群特征研究

针对新疆油田压裂返排液较难处理的现状,采用生物膜法作为处理工艺的主要单元,探究不同水力停留时间(HRT)对化学需氧量(COD)去除的影响,通过高通量测序和功能预测确定不同水力停留时间下的微生物群落特征.结果表明:水力停留时间48 h是生物膜法处理新疆油田压裂返排液的适宜水力停留时间,COD去除效率最高,进水COD平均去除率46.77%,平均去除速率83.33 mg·(L·d)^(-1).相对于水力停留时间36、72 h,水力停留时间48 h的微生物多样性更高,群落组成更丰富,且形成以Proteobacteria(变形菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Campylobacterota(弯曲菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)和Desulfobacterota(脱硫菌门)为主要优势菌的微生物群落.微生物菌群具有难降解物质代谢的功能基因,可促进新疆油田压裂返排液的生物降解.

微生物提高油藏原油采收率进展

文章从油藏中普遍存在的采油微生物类群及其驱油机制、微生物采油技术的矿场应用、采油微生物的响应等方面对油藏微生物及其提高原油采收率进展进行综述.同时从营养剂在油藏储层中的分布、油藏环境下微生物生长代谢活性、油藏微生物定向调控等方面阐述了微生物采油技术发展的基础问题.

微生物岩土工程技术的过去、现在与未来

微生物岩土工程技术作为一种新兴的生态友好型岩土体改良加固技术,应用前景广阔。但限于理论水平和研究手段,该技术仍存在较多不足,难以实现高效固化,由此成为大规模现场应用的瓶颈。而提升固化效率的关键在于明确其作用原理和影响机制。文章梳理了微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)的研究现状,系统归纳了固化原理和改良岩土体的物理力学特性,并分析得出固化效率主要受到反应物自身和外部环境两方面的影响。当前MICP技术已初步应用于土体固化、裂缝修复、防渗处理、污染修复及微生物水泥等领域,但由于矿化难以均匀、反应物不经济、微生物及脲酶活性期短且受环境干扰大、代谢产物附带毒性、现场应用性差,该技术目前主要限于实验室水平。作者分别提出了可能的突破与改进方向,并结合实验室成果指出豆粕进行菌体扩培和脲酶供给的碳源优势,以及将磷石膏作为现场钙源的环保性和经济性,以期为从事微生物岩土工程研究与技术开发的人员提供参考。

放线菌聚酮类化合物生物合成体系重构研究进展

放线菌因其丰富的次级代谢产物而成为候选药物发掘的宝贵资源库,其蕴含的活性化合物包含聚酮类、非核糖体肽类、氨基糖苷类、萜类等,其中聚酮类化合物占比最大。大环内酯是聚酮类化合物的典型,常常被用作抗生素、抗肿瘤剂、免疫抑制剂、抗寄生虫剂等,具有重要的生物学意义。本文立足聚酮类大环内酯的生物合成过程,提出了从基因组重塑、调控通路重组、组合代谢工程及聚酮类化合物结构的衍生与多样化等多角度,实现放线菌聚酮类生物合成体系的优化,为工业规模生产聚酮类药物及其新型衍生物提供技术支撑。通过这种多维度的方法,结合最新的合成生物学使能技术,遵循绿色、环保、高效和可持续的策略,可以更有效地优化和增强放线菌中聚酮类化合物的生产,为未来药物的开发和生产提供新的可能性。

江汉油田中高温高矿化度油藏采油功能菌群落结构分析

油藏中存在丰富的内源微生物,通过激活内源微生物,利用其生长繁殖的代谢产物与油藏原油的作用实现提高稠油油藏原油采收率的目的。因此,掌握油藏内源微生物群落的结构组成和多样性信息对于高效采油功能菌的筛选至关重要。利用二代测序技术对江汉油田普通稠油油藏的4个中高温高矿化度区块采出液中的细菌和古菌群落组成进行了多样性分析。结果表明,4种样品中古菌种类丰富,均高于细菌种类;在属水平上,细菌群落主要以Pseudomonas、Thauera、Halobacillus和Marinobacter为主,古菌群落主要以Halogeometricum、Methanobacterium和Methanothermobacter为主;4种样品中的内源微生物群落均具有降黏和脱氮的性能,表明江汉油田内源微生物具有降黏和脱氮的巨大潜力,可通过不同培养基富集筛选高效的采油功能菌,为其在提高江汉油田采收率的应用奠定了基础。

亮斑扁角水虻幼虫生物转化对鸡粪中FAdV-4的消减作用研究

将亮斑扁角水虻幼虫(black soldier fly larvae,BSFL)接入含禽腺病毒血清4型(FAdV-4)的鸡粪中(0~18 d),采用TaqMan qPCR和16S rDNA高通量测序分析了BSFL转化过程中FAdV-4含量的动态变化和微生物区系演化。结果表明,BSFL转化能够显著消减鸡粪中的FAdV-4群体载量,转化18 d时FAdV-4减少率达到了99.63%,明显高于对照组(64.74%),并且增加BSFL接种量和日龄能增强对FAdV-4的消减作用;BSFL转化使得物料中的细菌多样性显著降低;厚壁菌门、假单胞菌属受到抑制,而拟杆菌门、异常球菌-栖热菌门丰度则明显提高;居绿藻菌属、特吕珀菌属在BSFL转化体系中与FAdV-4消减密切相关。

聚羟基脂肪酸酯生产菌种及发酵工艺研究进展

首先对聚羟基脂肪酸酯(PHAs)发酵菌种的选育情况及发酵特性进行比较全面的介绍,对已报道过的发酵工艺进行系统性综述、比较及分析。最后,归纳目前利用微生物发酵生产PHAs存在的问题,并对PHAs发酵菌种及工艺的未来发展趋势及重点研究方向进行展望。

红色诺卡氏菌高产菌的ARTP诱变选育与发酵条件优化

以红色诺卡氏菌(Nocardia rubra)FIM-PO8为出发菌株,采用常压室温等离子体(ARTP)技术进行诱变,经筛选获得遗传较稳定的Nocardia rubra高产菌株FIM-PO8-16,并通过单因素实验和正交实验优化了菌株FIM-PO8-16的发酵工艺。确定最佳发酵培养基组分为:酵母粉2.5%、葡萄糖2.5%、蛋白胨0.5%、糊精1.0%;最佳发酵条件为:种子液菌龄30 h、初始pH值7.2、接种量2.0%、装料量100 mL/500 mL、转速230 r·min^(-1)、发酵温度32℃。在此条件下,FIM-PO8-16菌体细胞浓度大幅提高,达到8.31%。

副干酪乳杆菌润肠通便及调节肠道菌群作用

本文主要研究了西藏来源副干酪乳杆菌对小鼠便秘的润肠通便作用及其对肠道菌群的影响。首先将160只雄性昆明鼠随机分为A、B两大组,每组又随机分为空白组、模型组、5株实验菌株(T1-5、T1-7、T1-9、T1-d、5B-1)组和6108对照菌株组做润肠通便实验,每组10只,其中A组80只用于测定小鼠小肠推进率,B组80只用于排便情况测定。然后挑选润肠通便效果好的菌株T1-5、T1-9、5B-1进行肠道菌群调节的检测,实验小鼠为雄性BALB/c小鼠共24只,分为空白组、T1-5组、T1-9组和5B-1组,每组6只。润肠通便实验结果表明:与模型组相比,T1-9和5B-1组小鼠小肠推进率显著高于模型组(P<0.01);T1-9组和5B-1组首次红便时间显著缩短(P<0.01);T1-9组、5B-1组以及对照菌株6108组6 h的排便颗粒数显著增加(P<0.05);T1-9组和6108组的粪便湿重显著提高(P<0.01、P<0.05)。肠道菌群调节实验的测序结果显示,与空白组相比,三组益生菌组T1-5、T1-9、5B-1有益菌乳杆菌科、理研菌科丰度明显增加,其中5B-1组有益菌普雷沃氏菌科丰度也明显增加。因此菌株T1-5、T1-9、5B-1能够促进肠道蠕动,也具有调节肠道菌群结构发挥缓解小鼠便秘的作用。

变质浆水贮藏过程中理化指标及细菌菌群变化分析

为解析贮藏正常浆水(CK)、变质浆水(CM、ZD)品质的差异,该研究对其理化指标、消化酶活力及浆水中蔬菜组织结构进行分析,并采用Illumina Miseq高通量测序技术分析其细菌菌群多样性。结果表明,与贮藏正常浆水(CK)相比,变质浆水(CM、ZD)中粗蛋白、丙酸含量及酸性蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、总淀粉酶活力显著增加(P<0.05),亚硝酸盐、乳酸含量显著降低(P<0.05),粗脂肪、Ca2+、Mg2+、乙酸、丁酸含量差异不显著(P>0.05)。扫描电镜结果表明,变质浆水中蔬菜细胞壁大量降解损失,整体组织结构失去支撑。多样性分析结果表明,与贮藏正常浆水(CK)相比,变质浆水CM、DZ中的细菌多样性下降,其厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度由89.44%下降至73.04%、79.77%,变形菌门(Proteobacteria)相对丰度由9.23%增加至25.70%、19.83%,乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度由89.44%下降至72.88%、79.69%,醋酸杆菌属(Acetobacter)相对丰度由9.23%增加至23.33%、18.67%。

群体感应在合成微生物群落构建中的研究进展

微生物生物合成正成为化学品绿色制造的核心技术。传统的单菌株发酵过程虽然被广泛应用,但引入复杂的生物合成路径会对细胞造成显著的代谢压力,并可能引起不同生物合成途径间的相互干扰。相比之下,在自然环境中,微生物多以群落的形式存在,并在环境修复、生物降解和物质合成等关键领域发挥着重要作用。受此启发,研究者研究开发出了合成微生物群落,通过模拟自然的共生环境,将具备不同功能的菌株整合在一起,共同完成复杂的生物合成任务。合成生物学的发展进一步促进了多种异源生物合成途径的集成,使得这些群落能够为不同的催化反应提供适宜的细胞内环境,有效减轻了单一菌株的代谢负担。然而,合成微生物群落的长期稳定性仍是工业发酵的一个重要挑战。群落内的竞争性相互作用可能会破坏群落的平衡,进而影响目标产物的合成效率。通过引入基于群体感应(quorum sensing,QS)的调控机制,可以有效地通过种间通信调节群落的代谢活动和结构,增强群落的稳定性,并提高目标产物的合成效率。本文详细介绍利用QS机制调控合成微生物群落的代谢和稳定性的设计原则、构建方法及其应用,同时探讨设计复杂、稳定、可控的共培养体系在高效生产化学品方面的应用前景和面临的挑战,并展望利用计算机模拟工具预测和控制合成微生物群落动态变化的技术动向。深入理解并应用QS机制,有望进一步提升合成微生物群落的性能,推动微生物合成技术的发展。

“大班教学、小班辅导”教学模式在发酵工程课程中的应用——以泰山学院生物与酿酒工程学院为例

发酵工程课程具有知识性强且基础知识结构稳定,涉及领域广泛,内容更新发展及时等特点,加之又是一门实践性较强的学科,多数学生仅可基本掌握发酵工程的微生物原理和常见发酵产品的发酵与精制的基本工艺,而回归实际生产过程时却无法应用相关工程知识并综合运用学科交叉及前沿知识来解决实际问题,最终导致学生对本课程整体掌握程度不理想。为解决该问题,本文选取2019级和2020级生物技术专业两个大班的学生为研究对象,对照组为2019级63人,实验组为2020级54人,分别采用传统教学法和“大班教学、小班辅导”互动式教学模式。对比两个班的平时成绩、期末成绩和综合测评等内容,总结评价“大班教学、小班辅导”教学模式在发酵工程课程中的应用实践效果。实践表明,实验组学生各项考核指标,尤其是综合测评成绩显著高于对照组,说明“大班教学、小班辅导”教学模式较为适合发酵工程类实践性比较强的课程教学,可有效缓解传统大班课堂带来的问题,对培养学生的创新能力和实践能力发挥积极作用。另外,本文针对目前“大班教学、小班辅导”面临的挑战,提出了一些改进建议,为进一步完善该教学模式在实践类教学中的应用,有效提高教学质量提供参考。

白原胶基因工程菌株 Xanthomonas campestris ΔrpfB ΔxanK发酵工艺优化

黄原胶是一种亲水杂多糖,广泛应用于食品、药品、化妆品等领域,但因其自身带有菌黄素而呈黄色,限制了其应用范围。野油菜黄单胞菌工程菌株Xanthomonas campestrisΔrpfB ΔxanK可以生产不含有菌黄素的黄原胶,命名为“白原胶”,具有极其广阔的市场应用前景,但其发酵培养条件亟待进一步优化。本研究通过单因素实验和正交实验对Xanthomonas campestrisΔrpfB ΔxanK菌株发酵培养基进行优化,以提升胶体产量,并用15 L机械搅拌发酵罐进行放大验证,对最终生产的胶体和市售黄原胶通过红外光谱进行比对验证。结果表明,最佳发酵培养基为玉米淀粉蔗糖(31,质量比)5%(质量分数,下同),蛋白胨0.2%,K_(2)HPO_(4)0.4%,CaCO_(3)0.5%,大豆0.3%,初始pH 8,接种量5%(体积分数),摇床转速220 r/min,发酵温度28℃,发酵时间72 h。摇瓶产量可以达到33.8 g/L。经15 L机械搅拌发酵罐扩大实验,前期通气量1 vvm,后期逐渐增大到2 vvm,前36 h转速250 r/min,后36 h转速400 r/min,发酵72 h最终产量为38.4 g/L。红外光谱分析显示,白原胶结构与市售黄原胶结构吻合,证明两者具有相同的结构。本研究为Xanthomonas campestrisΔrpfB ΔxanK菌株的工业化应用提供了科学合理的发酵策略,为白原胶进一步的工业应用提供参考。

响应面法优化聚丙烯酰胺降解复合菌的降解条件

为了解决聚丙烯酰胺造成的环境污染问题,通过富集、驯化从大庆油田含聚丙烯酰胺的污水中分离得到13株聚丙烯酰胺降解细菌,采用淀粉碘化镉分光光度法测定其降解率,从中筛选出3株降解率较高的细菌A1、E1和E4,经形态学和分子生物学鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、黏质沙雷氏菌(Serratia marcescens)和产气克雷伯氏菌(Klebsiella aerogenes)。分别研究了聚丙烯酰胺的初始浓度、接菌量、不同碳氮源和金属离子等条件对复合菌A1E1E4降解聚丙烯酰胺的影响,并采用响应面法优化其降解条件。结果表明:复合菌A1E1E4以接菌量2%接种到聚丙烯酰胺的质量浓度为300.00 mg/L、NH_(4)Cl的质量浓度为569.48 mg/L、葡萄糖的质量浓度为709.16 mg/L、Ca^(2+)的浓度为3.57 mmol/L的基础培养液中,在温度为30℃条件下培养5 d,降解率达到61.45%。将复合菌A1E1E4加入到含聚丙烯酰胺油田污水中,70 d时降解率可达93.72%,比自然降解提高了70.84%。

利用紫薯粉基质ARTP诱变选育富硒酵母菌株

旨在通过ARTP诱变技术选育出能够高效利用紫薯粉为营养源并富集硒的酿酒酵母菌株,以期开发出新型的富硒紫薯酵母产品,推动紫薯原料的高值化多元利用。以酿酒酵母CICC1015为出发菌株,ARTP诱变结合硒耐受性梯度驯化筛选,选育出能够在含有紫薯粉的培养基中生长,并能够耐受较高浓度亚硒酸钠且进行高效生物转化为有机硒的酵母突变菌株。结果表明:以培养16 h的菌株作为诱变的出发菌株,ARTP处理时间110 s,致死率达到94.2%,既能够较好的保持高突变频率,又利于筛选有益突变菌株。筛选最高耐受200 mg·L^(−1)亚硒酸钠的突变菌株FJH-010,该突变株能在以10%紫薯分为原料的环境下生长良好,生物量达到20.6 g·L^(−1)(干重),硒含量达到4245μg·g^(−1),其中有机硒占比95.3%,硒的转化率达到95.8%,而且遗传稳定性良好,显示了较强的硒富集与转化能力,为进一步开发含有机硒的富硒紫薯酵母产品提供了新途径。

乳酸克鲁维酵母表面展示系统研究

酵母表面展示技术通过将目标蛋白锚定在细胞表面,广泛应用于疫苗制备、药物筛选、环境治理、菌株筛选等领域。为在乳酸克鲁维酵母中进行医药蛋白的高效生产并开展蛋白质工程研究,利用酿酒酵母来源的Sed1作为锚蛋白,His Tag作为检测靶标,在乳酸克鲁维酵母中进行表面展示系统的构建,并利用间接法免疫荧光标记和全细胞流式分析相结合的方法进行高通量表征。激光扫描共聚焦显微镜成像结果进一步证实了人血清白蛋白的成功表达。优化检测条件后,最高展示效率达89.8%。研究首次在乳酸克鲁维酵母中建立并系统优化了酵母表面展示系统,为在乳酸克鲁维酵母中开展高效蛋白质生产和蛋白质工程研究奠定了基础。

Plackett-Burman和Box-Behnken试验优化莫海威芽孢杆菌HXS-LV12产纤维素酶发酵工艺

本试验以莫海威芽孢杆菌HXS-LV12为研究对象,优化其发酵产纤维素酶工艺。首先,通过单因素试验对其发酵工艺(碳源种类、碳源质量浓度、氮源种类、氮源质量浓度、无机盐种类、无机盐质量浓度、转速、接种量、发酵时间、初始pH和发酵温度)进行初步优化,然后通过Plackett-Burman试验,筛选出3个显著影响HXS-LV12产纤维素酶的因素,再利用最陡爬坡试验确定其产纤维素酶的最大响应区域,然后通过Box-Behnken试验确定其最优产纤维素酶工艺。优化工艺条件为羧甲基纤维素钠(CMC-Na)质量浓度32.9 g/L,酵母浸粉(YEP)质量浓度17.6 g/L,磷酸氢二钾质量浓度5.7 g/L,转速190 r/min,接种量6.5%,发酵时间24.0 h,初始pH 7.0,发酵温度33.0℃。在此培养条件下,HXS-LV12产纤维素酶活力达到(40.53±0.43)U/mL,是优化前的2.05倍。

次黄嘌呤核苷酸脱氢酶及其促进酿酒酵母核酸合成的研究进展

核糖核酸(Ribonucleic acid,RNA)的降解产物及其衍生物具有多种生物学功能,属于药食同源,近年来已在新型食品增味剂、保健品、抗病毒制剂及农用增产剂等方面广泛使用,具有较高的市场价值,目前主要通过发酵法培养微生物获得,然后被酶促转化成多种降解物及衍生物,以满足市场需求。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是公认的食品安全性微生物,且核酸含量较高,是理想的RNA生产微生物。微生物系统工程团队(本团队)在前期的研究中发现,强化次黄嘌呤核苷酸脱氢酶(Inosine monophosphate dehydrogenase,IMPDH)有利于提高酿酒酵母核糖体RNA(Ribosome RNA,rRNA)的合成。而从医药角度,IMPDH一直被作为研发抗癌、抗病毒和抗寄生虫药物的靶点。本文综述了IMPDH的研究现状,重点介绍了酿酒酵母IMPDH的生物学功能、结构、同工酶及表达调控机制,并结合IMPDH与rRNA合成的关联,展望了其在提高酿酒酵母核酸产生中的作用,以期为突破核酸产业的技术瓶颈提供理论依据。