生物设施平台及其工业应用

传统菌株改造和筛选实验存在操作烦琐、耗时、易错、难以规模化等问题,生物设施平台将自动化、机器人技术、数据分析与生物研究相结合,通过导轨和机械手臂实现自动化操作,提高了实验操作的稳定性,通过缩小培养体积(微孔板或微液滴),提高了培养和筛选通量,解决了上述问题,大大提高了研发效率。本文简单介绍了自动化设施平台的发展和常见的高通量检测方法,重点介绍了中粮营养健康研究院的自动化设施平台,并结合开展的项目叙述了平台在生物燃料菌株开发、传统酿造菌株筛选、酶的定向进化和筛选等领域的应用,可以预见自动化和高通量化在菌株改造和筛选方向巨大的应用价值。实验室自动化是涉及机械工程、自动化、计算机和生命科学等学科的交叉领域,需要各方面共同努力,才能推动实验室向更高程度的自动化和智能化方向发展。

两种分子质量水溶性半纤维素的制备及其对淀粉消化抑制作用研究

为了提升玉米加工副产品麸皮中水溶性半纤维素(corn bran hemicellulose,CBH)在功能性面制品中的综合利用,以玉米麸皮为原料,提取水溶性半纤维素CBH-L(CBH-Low)和CBH-H(CBH-High),并利用红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、凝胶渗透色谱(gel permeation chromatography,GPC)和离子色谱(high performance anion exchange chromatography-pulsed amperometric detecter,HPAEC-PAD)等对其分子结构和单糖组成进行表征。研究了剪切速率、温度等因素对半纤维素水溶液流变学特性的影响;通过淀粉消化试验建立胃肠道环境下半纤维素的表观黏度与小麦抗性淀粉(resistant starch,RS)比例之间的构效关系。结果表明,CBH-L分子质量(1.9×10^(3) Da)低于CBH-H的分子质量(5.1×105 Da);红外光谱图显示,两种半纤维素均具有多糖的典型特征。两种半纤维素水溶液均表现出良好的抗剪切性,且质量分数低于4.8%时具有一定的温度抗逆性。CBH-H相比于CBH-L对小麦淀粉消化性表现出更强的抑制作用,Pearson相关分析表明,小麦抗性淀粉比例的上升与半纤维素黏度成正相关关系,相关系数R=0.89(P<0.1)。研究显示,具有抑制淀粉消化功能的水溶性半纤维素有望成为功能性食品新原料。

不同分子量水溶性半纤维素对面包品质的影响

【目的】研究水溶性半纤维素(Corn bran hemicellulose,CBH)对面包品质的影响。【方法】以玉米麸皮为原料,采用酶法和碱液处理法制备不同分子量的水溶性半纤维素,研究了其不同添加量对高筋小麦粉面包比容、质构、淀粉体外模拟消化、老化、感官评分的影响。【结果】制得分子质量分别为1.9×10^(3) u(CBH-L)、7.0×10^(4) u(CBH-M)、5.1×10^(5) u(CBH-H)的3种水溶性半纤维素。半纤维素对面包外观的完整性及感官评价无明显影响,其硬度、弹性、咀嚼性均显著降低(P<0.05),贮藏7 d,添加CBH-H的面包硬度增长值分别为9.9 N和10.0 N,低于对照组16.7 N,CBH-H可延缓面包老化。半纤维素可增加面包的抗消化性,添加2.4%CBH-H的面包中淀粉消化淀粉比例降低了22.9%。【结论】3种水溶性半纤维素中添加2.4%CBH-L的面包中淀粉消化比例降低最多,该试验为水溶性半纤维素-面包的制备提供了理论依据。

ARTP诱变筛选高产透明质酸菌株

透明质酸(HA)是一种由N-乙酷葡萄糖胺(GIcNAc)和D-葡萄糖醛酸(GlcA)以β-1,3和β-1,4糖苷键交替连接组成的高聚合大分子黏性多糖,具有极强的保湿作用,被称为理想的天然保湿因子,是目前自然界中发现的化妆品用保湿性能最好的物质。马疫链球菌是目前透明质酸生产的主要菌种。菌株诱变是提升菌株性能或提高代谢产物的常用方法。采用ARTP对菌株进行诱变,通过改良CTAB比浊法进行菌株高通量初筛和摇瓶复筛,显著提高了透明质酸生产能力。经过3轮ARTP迭代诱变和筛选,最终使菌株HA产量提高了28.7%。

植物无融合生殖研究进展

无融合生殖是一种不发生雌雄配子核融合而产生种子的一种无性繁殖过程。有些无融合生殖产生的种子是其母本的克隆,可以保留母本的基因型,因此无融合生殖可用于杂种优势的固定。尽管无融合生殖具有潜在的应用价值,但其形成机理十分复杂,表现在无融合生殖有多种表现形式,且受控的途径多样,遗传机制复杂,至今尚无定论,研究方法也多种多样。对近年来无融合生殖研究方面取得的进展进行了概述,旨在为深入研究无融合生殖提供参考。

山核桃种子生长发育过程油脂含量及脂肪酸的动态变化

2014年7月23日、8月1日、16日和31日,采用索氏抽提法和气相色谱法(HPLC)测定了浙江省临安市山核桃Carya cathayensis产区同林地中30个单株种子种仁的油脂含量及脂肪酸的组分,研究山核桃种子生长发育过程中油脂含量及脂肪酸的动态变化。结果表明,随着种子的生长发育和不断成熟,油脂含量增加很快,4个时间点的平均值分别为9.87%,38.30%,72.06%,71.65%,各时间点及各单株间油脂含量差异显著;山核桃油脂中主要脂肪酸棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸平均相对含量的变幅分别为15.48%~4.57%,2.38%~1.50%,20.45%~66.01%,45.24%~21.48%,8.49%~1.54%,仅油酸相对含量逐步增加,成熟种子中饱和脂肪酸主要是棕榈酸,不饱和脂肪酸主要是油酸;各时间点主要不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸含量。

植物油脂合成调控的研究进展

植物种子是人们日常生活所需油脂的重要来源。近年来研究者对植物种子的研究阐明了油脂合成的机理,并挖掘了一些调控合成途径的关键酶和基因。在前人研究的基础之上,补充了成油途径、成油相关基因、转录调控等方面的进展,并从碳源供应、转运及胚乳的影响等方面概述了它们可能对植物油脂形成的影响。

湿式砂磨机主要工作参数的探讨

简介了湿式砂磨机的发展过程,系统介绍了湿式砂磨机在溶剂和水基油墨分散研磨中影响研磨效率及研磨介质磨损的因素,给出了相关的曲线图或试验表,提出了一些具有实用价值的参数。

普陀樟SRAP-PCR反应体系的建立

以舟山群岛的普陀樟(Cinnamomum japonicum var.chenii)新鲜叶片为实验材料,采用L16(45)正交试验设计,对影响普陀樟SRAP-PCR反应的Mg2+浓度、dNTPS、Taq DNA聚合酶、引物和模板DNA用量5因素组合进行了筛选。结果表明:适于普陀樟的SRAP-PCR反应体系(20μL)为2.5 mmol/L Mg2+、0.2 mmol/L dNTPs、1.5 U Taq DNA聚合酶、0.4μmol/L引物、10 ng模板DNA、2μL 10×PCR buffer,该体系位点清晰,扩增稳定;利用该反应体系从100对SRAP引物组合中筛选出多态性好的引物24对。

一种功能型酵母菌的构建及功能验证

采用Golden Gate Assembly的方法,将糖化酶基因glaA导入到实验室前期筛选的一株耐高温酿酒酵母S.C HR的基因组中,筛选到了一株同时具有耐高温及产糖化酶特性的功能型酵母COTYT-H。发酵实验结果表明:所构建的COTYT-H菌株能够分泌糖化酶,且能够在高温条件下具有良好的发酵性能,应用该菌株可在减少冷却水用量、糖化酶用量、降低能耗、节约生产成本的同时,提高原料利用率,提升生产效益。

重组蛋白药物的生产技术进展

重组蛋白药物是生物药物中的核心产品,主要是通过基因工程菌来生产功能蛋白或其突变体,用于弥补体内蛋白的缺失,从而对疾病的治疗发挥关键作用。近年来,重组蛋白药物在疾病治疗中发挥作用越来越大,相关技术也发展迅速。通过综述重组蛋白药物的中上游生产流程,并重点分析了重组蛋白药物在表达系统、细胞培养、纯化和质量控制等环节的最新技术进展,展示了重组蛋白药物制备的技术提升水平,以期为国内重组蛋白药物的生产提供一定的参考依据。

耐高温酿酒酵母菌的筛选及发酵性能研究

本研究以市售酿酒酵母为出发菌株,通过常压室温等离子体(Atmospheric and Room Temperature Plasma,ARTP)诱变,在40℃下进行筛选,获得生长及发酵性能较好的7株酿酒酵母菌株。通过摇瓶发酵验证发现,其中HR-B19(命名为S.C HR)乙醇产量均显著高于对照菌株,发酵残糖、乙醇/甘油均优于对照菌株。进一步对S.C HR进行工业物料小试验证,并测定每株菌的乙醇产量和残糖含量,发现在不控温的高温情况下(35~37℃),工业物料小试验证其同步糖化发酵完成后,S.C HR乙醇产量为15.03%vol,较出发菌株提升了0.21%vol,残总糖2.38 g/100 mL,较出发菌株降低了0.05 g/100 mL。

福建武平红锥种源在浙江淳安的生长评价

2011年从福建武平10棵红锥(Castanopsis hystrix)母株采集种子,测定种子性状,次年在浙江省淳安县繁殖实生苗,2013年定植,进行不同家系造林对比试验。结果表明,10个家系种子的千粒重、生活力和发芽率的平均变异系数均小于5%,发芽势的变异系数极大;1年生红锥苗造林存活率达100%,2015年时的保存率为89.33%,有3个家系的保存率达96.67%;10个家系在地径、苗高、分枝数都存在极显著差异。因此有必要在家系层面开展选择;家系选择中尤其要选择发芽势比较高的,同时要考虑造林的用途。

糖基转移酶与阿洛酮糖差向异构酶在丝状真菌中高效表达系统的构建

里氏木霉作为一种成熟的丝状真菌工业生产菌株,其拥有优秀的蛋白质分泌能力和真核蛋白质加工修饰过程,因此,越来越多地被作为重组蛋白的生产宿主。本研究构建了里氏木霉胞内表达系统,分别表征了里氏木霉的4个诱导型启动子和9个组成型启动子的表达强度,其中grdh表达强度水平最强。随后,成功利用grdh启动糖基转移酶optEUGT11和阿洛酮糖差向异构酶optBLA表达,且体外均有酶活,表明构建的里氏木霉胞内表达系统表达异源蛋白的可行性。

酸碱指示剂在工业微生物高通量筛选中的应用进展

随着工业微生物筛选通量的逐级提高,高通量筛选技术作为新型、自动化、高灵敏度和大规模集群式筛选体系被广泛应用。目前,作为高通量筛选体系关键步骤的高通量检测方法主要有质谱法、酸碱指示剂法、特殊光谱法、免疫法法、紫外光/可见广谱法和荧光信号法等,其中酸碱指示剂法因具有成本低、筛选体系小、范围广、速度快和原理简单的优势成为研究热点。酸碱指示剂通过反应体系中质子的变化显色,显色吸光度与pH具有良好的线性相关性,广泛应用于功能微生物的初筛、酶活检测和代谢产物检测等领域。主要对酸碱指示剂的应用、选择原则和指示剂种类的研究现状进行了概述,探讨了酸碱指示剂筛选方法在工业微生物高通量筛选中的重要性和未来的研究趋势。

耐高温工业酿酒酵母的筛选和发酵性能研究

以工厂生产线中分离得到的工业酿酒酵母为出发菌株,通过基因组的改造和实验室的适应性进化,在30%葡萄糖、8%乙醇、40℃下筛选获得了5株耐受性较强的酿酒酵母菌株。通过摇瓶验证其发酵性能发现,其中S.C D12在工业物料中的发酵性能显著优于对照菌株。为了进一步对S.C D12进行发酵性能的综合评估,对其在不同工业物料中的发酵性能进行了测试,结果显示其在不同的工业物料中均具有良好的发酵稳定性,乙醇产量显著高于对照菌株,发酵残糖较对照菌株极低。最后进行了工业物料小试验证,在35℃下乙醇产量可达到12.50%vol,较出发菌株提升了0.53%vol。S.C D12的发酵性能与对照菌株在32℃下发酵性能相当,能极大的节省工业冷却水的使用,具有一定的工业应用价值。

基于种子发育过程RNA-Seq的山核桃SSR位点分析

本研究基于山核桃种子发育过程胚和胚乳转录组测序数据,采用MISA软件检测从中所得110 959条Unigene中的SSR位点,并与发育雌花芽中所得的SSR位点数据进行了比较,旨在为今后山核桃多态SSR标记的筛选、开发与应用提供借鉴。分析发现,种子RNA-Seq数据中含有SSR位点的Unigene占23.76%,其中单核苷酸(Mononucleotide,59.62%)和二核苷酸(Dinucleotide,32.07%)重复是山核桃中主要的SSR重复类型;SSR重复单元的重复次数分布在5~24次之间,其中5~9次重复SSR位点有11 862个,占总数的36.62%;10~14次重复的SSR位点有15 286个,占总数的47.19%;获得了11 883对可供筛选的SSR引物;并发现同一物种不同器官SSR的分布是有所差别的。

山核桃(Carya cathayensis)种子生长发育过程转录组的初步分析

山核桃(Carya cathayensis)是浙江省重要的经济树种,其种子脂类含量极高,达69.80%~74.01%。本研究采用Illumina Hi Seq TM 2000高通量测序技术对高油种子生长发育过程(6个时间点)采集的种胚及胚乳进行转录组分析,经组装拼接共获得Unigene 110 959条,占总转录本数的53.93%,并有39 560个Unigene至少在7个数据库中的一个数据库中获得注释。这些注释的基因GO分类共涉及47个生物学功能,KOG分类成26组,KEGG代谢通路分成5个分支。基因差异表达分析表明,胚乳在种子生长发育被吸收的过程中基因表达量不低,上下调基因数均是先增加后减少,而同一时间点上下调胚与胚乳差异表达基因(DEG)数均逐渐增加。DEG聚类分界点在7~8月之间。初步发现山核桃种子生长发育过程涉及脂类合成的途径21个,相关基因571个。这些结果为山核桃日后成油机理的研究打下了基础。