微生物利用农业有机废物发酵产乳酸的研究进展

为了降低乳酸发酵成本,减少环境污染,提高乳酸发酵的工业适应性,以农业有机废物等可再生资源为原料,微生物发酵方法生产乳酸克服了传统方法的弊端,得到广泛的应用。在介绍发酵产乳酸的微生物类群及代谢途径基础上,系统论述了微生物利用农业有机废物发酵产乳酸的研究进展,并介绍了乳酸的发酵、提取和纯化工艺。最后,从开发微生物种质资源、优化发酵和提纯工艺、扩大资源利用3个层面,展望了微生物利用农业有机废物发酵产乳酸的前景。

微生物levan果聚糖及其益生功能研究进展

Levan果聚糖是一种主要以β-(2,6)糖苷键作为主链,少量β-(2,1)糖苷键作为支链的天然同型多糖。自然界中果聚糖主要来源于微生物果聚糖蔗糖酶催化蔗糖聚合而成。由于levan具备很多重要的生物学性能,如抗肿瘤、降血糖、降血脂等,从而在生物医学、食品和制药等领域的开发利用具有巨大的潜力。本文介绍了levan的性质以及levan利用果聚糖蔗糖酶催化的生物合成途径,对包括促进益生菌增殖、抑制有害菌生长、激活免疫因子、降血糖、降血脂、抗肿瘤以及抗氧化的益生功能进行了综述,并分析了目前levan存在的挑战,为后续levan潜在的商业化价值提供科研思路。

不同果园土壤微生物分布与生态因子的冗余分析

为了解哈尔滨周围县市不同果园土壤中微生物的分布情况及其与土壤理化因子和土壤酶活之间的相关性,本研究采用不同培养基对7个土壤样地微生物进行分离与菌落计数,同时对土壤理化指标以及土壤中6种酶的含量进行检测。结果表明,不同果园土壤理化指标和土壤酶活性的差异影响到土壤微生物数量和分布。PCA分析显示,民兴果园、长胜果园、五家果园和和平村果园的相对差异较小,哈山大队果园、王家果园和哈蜚二队果园三者之间差异不显著;RDA排序结果显示,电导率、速效磷、有机质和铵态氮是影响微生物数量和分布的主要环境因子,磷酸酶和蔗糖酶是产生影响的主要土壤酶。本研究为土壤微生物调查提供数据,也为今后果园土壤改造打下一定基础。

黑龙江省盐碱湖泊中微藻的分布及理化因素对优势藻种生物量的影响

旨在分析黑龙江省盐碱湖泊中微藻的分布及理化因素对优势藻种生物量的影响,本研究以黑龙江省大庆、肇东和扎龙盐碱地区湖泊作为研究对象,从中共分离筛选得到7株藻种,采用PlackettBurman试验设计筛选出显著影响因子,利用响应面设计对重要影响因素进行优化。结果表明,肇东盐碱湖泊分离筛选出的淡水小球藻(Chorella sorokiniana)HDA04的生物量和含油量均达到最高。藻种的生物量与环境因子有一定的相关性。在一定条件下,pH值和盐度越高,C.sorokiniana HDA04的生物量越高。当葡萄糖21.46 g/L、FeC_6H_5O_7·5H_2O 12 mg/L、K_2HPO_4·3H_2O 120 mg/L、MgSO_4·7H_2O 75 mg/L、pH 8.89、发酵温度32.91℃、转速为120 r/min时,以20%的接种量接种于100 m L的BG11培养基中,C.sorokiniana HDA04生物量达7.855±0.08 g/L,是优化前的1.99倍,生物量水平提高了98.9%。研究结果明确了理化因素对C.sorokiniana HDA04生长速率的影响,为微藻的进一步研究奠定基础。

蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)HDYM-02对亚麻生物脱胶沤麻液的理化性质及酶活作用研究

以分离自亚麻温水沤麻液中的蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)HDYM-02为出发菌株,探究沤麻液的理化性质以及一系列脱胶酶的活性,进行了亚麻加菌生物脱胶研究。结果表明,加菌组中的细菌总数始终大于对照组,pH值整体低于对照组。与对照组相比,加菌组果胶酶和果胶裂解酶活性都有所提高,最大值分别为200.1±4.9和366.1±3.1 U·mL^(-1)。相对对照组,加菌组多聚半乳糖醛酸酶、β-甘露聚糖酶和木聚糖酶活性都有所提高,半乳糖醛酸的含量也比对照组含量提高了31%。B.cereus HDYM-02能够提高体系中脱胶酶的酶活,且脱胶周期缩短了24 h。

产酸克雷伯氏菌(K.oxytoca) α-乙酰乳酸脱羧酶基因(BudA)的克隆及生物信息学分析

以Klebsiella oxytoca(K.oxytoca)HD79为出发菌株,根据α-乙酰乳酸脱羧酶基因序列相似的特点,利用Primer5.0设计一对引物,以K.oxytoca HD79为模板,PCR扩增,获得K.oxytoca HD79基因片段Bud A,此片段经测序显示长度为780 bp,无碱基缺失。利用生物信息学软件对该序列进行了同源性分析、氨基酸组成分析、疏水性分析、磷酸化位点预测、亚细胞定位分析及二、三级结构预测。结果表明,该片段为K.oxytoca HD79的α-乙酰乳酸脱羧酶基因序列。对该酶进行的生物信息学特异性分析为其构建产2,3-丁二醇的工程菌株提供一定的理论参考。

胆红素氧化酶的生物电化学特性研究进展

从胆红素氧化酶的结构、来源、生物电催化的反应机制(铜离子活性中心的氧化还原电势、直接和介体参与的电子传递)、修饰电极的材料、固定化技术以及在生物燃料电池中的应用等方面介绍了胆红素氧化酶,提出了胆红素氧化酶的结构与来源、生物电催化,胆红素氧化酶燃料电池和胆红素氧化酶在电化学中的应用。

生物技术在纤维亚麻育种中的应用进展

亚麻纤维在农业、医疗、工业及航天业得到广泛应用。随着分子生物学技术与基因工程技术的迅猛发展,育种方法的研究成为培育新亚麻植物的关键,为了加快育种效率,提高亚麻纤维的质量与产量,综述了基因工程技术、组织培养技术和分子标记技术在亚麻育种中的应用,重点阐述了基因工程在亚麻质量和品性提升中应用以及原生质体融合与培养技术在亚麻育种中应用的最新研究进展,为亚麻种质资源的研究与发展提供依据。

鸡粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)基因的克隆及生物信息学分析

为了解GM-CSF的基因及蛋白质特性,本研究以pUC-GM-CSF为模板,根据GenBank中登录的GM-CSF序列设计引物扩增GM-CSF基因,随后将其克隆至pMD18-T载体,并对鉴定正确的重组质粒pT-GM-CSF进行测序分析,然后对GM-CSF基因进行同源性分析、ORF分析、氨基酸序列分析、疏水性分析、磷酸化位点预测、亚细胞定位分析及二级结构预测。结果表明:该基因ORF的全部长度为453bp,能够编码150个氨基酸,并且在GM-CSF基因所编码的蛋白质中有4个丝氨酸和3个苏氨酸可能成为蛋白激酶磷酸化的位点。同时,GM-CSF蛋白的最大疏水性为2.267,且有8.91%的可能位于细胞外,有0.8%的可能位于细胞壁,有0.24%的可能位于细胞质。同时,该蛋白质的二级结构主要由无规卷曲、α螺旋和延伸链构成。本研究通过对GM-CSF基因进行生物信息学分析,为探究其免疫增强机制奠定基础。

酿酒酵母W5核酸内切酶基因HO的克隆及生物信息学分析

目的:以酿酒酵母W5为出发菌株,对其核酸内切酶基因HO进行克隆及生物信息学分析。方法:首先运用Primer 5.0软件,设计一对扩增HO基因序列的引物,并以酿酒酵母W5全基因组为模板进行PCR扩增,获得酿酒酵母W5核酸内切酶HO基因片段,利用生物信息学技术对该序列进行验证及分析。结果:测序显示HO基因长度为1760 bp,无碱基缺失,且该基因序列具有完整的开放读框。该基因编码的HO蛋白包含586个氨基酸残基,强酸性和强碱性氨基酸残基数量有明显差异;HO蛋白等电点为9.56,存在激酶位点,疏水性最大值为1.722,亚细胞定位预测其位于细胞核内,属于碱性胞内蛋白质,并构建了其空间结构模型。结论:对酿酒酵母W5核酸内切酶HO基因序列进行了克隆及生物信息学分析,所得数据可为酿酒酵母遗传背景研究提供一定的理论支持。

枯草芽孢杆菌α-乙酰乳酸脱羧酶基因(alsD)的克隆和生物信息学分析

α-乙酰乳酸脱羧酶是2,3-丁二醇生物合成途径的关键酶之一,利用生物信息学方法对α-乙酰乳酸脱羧酶基因(alsD)进行分析。根据GenBank中α-乙酰乳酸脱羧酶基因(alsD)的基因序列设计引物,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CICC10026基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到Bacillus subtilis CICC10026基因片段alsD。对该片段进行序列测定,利用生物信息学分析软件对该序列进行同源性分析、二级结构和功能性分析及3D结构预测等。结果表明:获得的alsD片段为768 bp,未发生碱基突变,该片段为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CICC10026的α-乙酰乳酸脱羧酶基因(alsD)的基因序列。本研究结果为构建产2,3-丁二醇的工程菌株奠定了理论基础。

编码酿酒酵母丙酮酸脱羧酶(Pdc6)基因克隆及其生物信息学分析

旨在从生物信息学角度更好地研究酿酒酵母丙酮酸脱羧酶(Pdc6)的结构和功能,克隆酿酒酵母H5的丙酮酸脱羧酶基因pdc6。利用Primer 5.0软件设计1对20 bp引物,以H5基因组DNA为模板克隆获得pdc6,并利用生物信息学分析方法对其序列进行验证及分析。该序列长度为1692 bp,无碱基缺失,且该基因具有完整的开放阅读框,该基因编码的Pdc6包含563个氨基酸残基,该蛋白质中酸性氨基酸残基数量和碱性氨基酸残基数量大致相同;Pdc6理论等电点5.8,疏水性最大值为2.32,亚细胞定位预测其位于细胞外基质,属于酸性蛋白质,并预测了空间结构模型。本研究说明该蛋白结构与Pdc1和Pdc5结构类似,对酿酒酵母H5编码丙酮酸脱羧酶(Pdc6)基因序列克隆和生物信息学分析后,可为后续单基因敲除选取基因顺序的研究提供一定的理论基础。

副干酪乳杆菌HD1.7发酵酸菜与商品酸菜代谢物比较与品质评价

以分离自酸菜发酵液的副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)HD1.7为发酵剂,构建酸菜发酵微生物生态系统研究模型,利用高效液相色谱和气相色谱-质谱联用技术,分析L.paracasei HD1.7发酵酸菜、自然发酵酸菜及8种商品酸菜中有机酸、酸度、亚硝酸盐、VC、甘油、乙醇、甘露醇、2,3-丁二醇及挥发性风味成分的差别。结果表明:不同酸菜样品中有机酸含量与酸度正相关,黑大酸菜、L.paracasei HD1.7发酵酸菜和袁滋袁味酸菜有机酸含量较高,分别为(13.21±0.13)、(13.20±0.17)、(13.13±0.13)g/L。此外,黑大酸菜、L.paracasei HD1.7发酵酸菜、边府记酸菜中不仅亚硝酸盐含量显著低于其他供试酸菜,VC含量显著高于其他供试酸菜(P<0.05),安全性、营养价值更高,而且风味物质含量丰富、感官品质更优。研究结果有助于酸菜生产工艺监控和质量标准建立,对酸菜质量稳定性的提高和产业发展水平的提升具有实践指导意义;同时展现了L.paracasei HD1.7在酸菜发酵的工业生产中的应用前景。

生态代谢组学研究进展

代谢组学指某一生物系统中产生的或已存在的代谢物组的研究,以质谱和核磁共振技术为分析平台,以信息建模与系统整合为目标。随着代谢组学中的研究方法与技术成为生态学研究的有力工具,生态代谢组学概念应运而生,即研究某一个生物体对环境变化的代谢物组水平的响应。理清代谢组学与生态代谢组学学科发展的脉络,综述代谢组学研究中的常用技术及其优势与局限性,论述代谢组学技术在生态学研究中的应用现状,展望代谢组学技术与其他系统生物学组学技术的结合在生态学中的应用前景,提出生态代谢组学研究者未来要完成的任务和面对的挑战。

基于电导率的酒精发酵过程在线监测

为了探讨电导率在酒精发酵过程在线监测的适用性,对酒精发酵过程中电导率与还原糖、酒精度、pH值的变化规律以及氯化钙和硫酸铵2种盐类对电导率的影响进行了研究。结果表明:电导率与还原糖和酒精度之间存在着一定的逻辑关系,即在电导率下降阶段,电导率随着还原糖的降低而下降,随着酒精度的增加而上升。利用电导率的测量值间接地反映还原糖和酒精度的变化;同时,电导率达到最低点时,酒精度和还原糖均符合酒精发酵终点的参数指标,可以据此确定酒精发酵的终点。pH值与电导率之间存在着一定的线性关系(发酵60h前变化规律相同);氯化钙和硫酸铵2种盐类在一定范围内对电导率的变化不产生影响。因此,试验成果可用于酒精发酵过程的在线监测和发酵终点的判定。

利用酿酒酵母工程菌株生产2,3-丁二醇的研究进展

2,3-丁二醇在食品、化妆品、医药和运输燃料等行业具有广泛的应用,因而提高2,3-丁二醇的产量一直备受研究者们关注。目前,研究的热点主要集中于利用微生物发酵可再生资源生产2,3-丁二醇以取代传统的化学合成法,并取得了较大的进展。常见的2,3-丁二醇产生菌有克雷伯氏菌属和芽孢杆菌属,它们能有效利用可再生资源高效生产2,3-丁二醇。然而这些细菌被认为是潜在的病原菌,难以应用于大规模生产。因此,研究者们又将目光转向了酿酒酵母。就安全性和工业化生产要求而言,酿酒酵母是生产2,3-丁二醇的理想菌种。本文对国内外的相关研究进行了总结,介绍了酿酒酵母产2,3-丁二醇的优势和不足,2,3-丁二醇合成代谢途径及其基因工程菌株构建的方向,以及通过代谢工程将酿酒酵母改造成能高效、高质、高量产生2,3-丁二醇的理想菌株的研究关键。

产漆酶半知真菌Myrothecium verrucaria NF-08菌株的分离及产酶研究

【目的】采集凉水国家级自然保护区原始森林土壤样品,分离产漆酶真菌并优化产酶条件,旨在开发产漆酶半知真菌种质资源,提高漆酶产量,为微生物漆酶扩大生产提供菌种资源和条件参数。【方法】以木质素磺酸钠为唯一碳源的无机盐培养基为富集培养基,在愈创木酚-PDA选择性平板上分离产漆酶真菌。利用ABTS[2,2'-连氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)]和SGZ[4-羟基-3,5-二甲氧基-苯甲醛连氮,即丁香醛联氮]显色反应初筛和摇瓶发酵复筛。确定供试菌株后,利用形态观察结合r DNA-ITS序列分析技术,将菌株鉴定至种。以ABTS法测定供试菌发酵液漆酶活性,以Lowry法测定发酵液总蛋白含量。在考察供试菌株生长、产酶及胞外蛋白总量动态变化基础上,通过单因素试验,研究碳源种类及浓度、氮源种类及浓度、培养基起始p H、装液量、接种量及底物诱导对菌株产漆酶的影响,获得菌株产酶最适培养基组分和培养条件参数。【结果】获得1株发酵周期短、初始酶活高的产酶菌株NF-08。结合形态学特征与r DNA-ITS序列分析结果,鉴定菌株NF-08属于为半知菌亚门疣孢漆斑菌。该菌株在液体发酵培养基中产漆酶活性与菌丝生长和胞外蛋白总量基本同步,发酵第6天达到酶活峰值9.28 U·m L-1。疣孢漆斑菌NF-08产酶最佳碳、氮源分别为4.0%葡萄糖和3.5%蛋白胨,培养基初始p H7.0。最适装液量60 m L·(250 m L)-1,最适接种量4%,最适培养温度和摇床转速分别为30℃和140 r·min-1。没食子酸、阿魏酸和单宁酸显著诱导疣孢漆斑菌NF-08漆酶活性的产生,以没食子酸效果最好。经过培养基组分和培养条件优化以及底物诱导,疣孢漆斑菌NF-08产酶水平达到16.82 U·m L-1,比优化前提高了81.25%。【结论】建立环境样品中产漆酶真菌的分离、纯化及筛选方法,获得了一株发酵周期短、产漆酶活力高的半知真菌疣孢漆斑菌NF-08。该菌株经单因素试验产酶条件优化效果明显,酶活水平提高显著,可为微生物发酵产漆酶提供新的菌株资源,在微生物发酵漆酶工业生产中具有应用潜力。后续对疣孢漆斑菌NF-08漆酶产生、性质及基因表达调控的深入研究,将有助于了解漆酶在半知真菌生活史中的作用及生态学功能,同时拓展半知真菌漆酶的应用领域。

沤麻用果胶酶产生菌的选育及脱胶过程中细菌种群的初步分析

由沤麻液中分离并选育得到两株果胶酶产生菌,分别命名为HDYM-01和HDYM-02。采用形态观察、生理生化特征及16SrDNA等方法进行鉴定,确定HDYM-01为霍氏肠杆菌(Enterobacter hormacchei),HDYM-02为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)。通过对沤麻过程中的微生物多样性的研究,确定了在沤麻过程中兼性厌氧菌起主要作用,在沤麻过程中可培养的兼性厌氧菌数最多,可达7.3×107cfu·mL-1。而对沤麻过程中优势菌群的分析可知,假单胞菌属是优势菌属。

代谢组学在乳酸菌发酵食品研究中的应用

乳酸菌是具有调节免疫、防癌抗突变的益生菌,也是食品生产中的重要工业发酵菌群。代谢组学技术已在乳酸菌发酵食品的进程监控、产品分型、风味形成机理等研究中广泛应用。本研究概述了代谢组学在食品与营养科学研究中的分离和检测技术平台以及数据分析方法,着重阐述了代谢组学技术在乳酸菌发酵食品行业中的应用现状,包括乳制品、豆制品、腌渍食品和饮品。未来代谢组学在乳酸菌发酵食品中的研究将集中在功能性乳酸菌的代谢机理、乳酸菌代谢组学数据库建设和扩容、代谢组学与基因组学、蛋白质组学等系统生物学技术结合应用等领域,尤其是代谢组学技术引入腐乳、酸菜等中国传统乳酸菌发酵食品的产品开发和品质监控,完善行业规范并提升行业发展水平。

凉水保护区土壤产类漆酶-多铜氧化酶细菌群落结构

在凉水国家级自然保护区3种主要林型红松(Pinus koraiensis)、白桦(Betula platyphylla)及云杉(Picea dietrich)林采集林下土壤样品,以铜离子作为筛选剂处理后,结合平板分离法与基于16S rDNA V3区片段的变性梯度凝胶电泳(DenaturingGradient Gel Electrophoresis,DGGE)技术,调查了土壤样品中产类漆酶-多铜氧化酶(laccase-like multicopper oxidase,LMCO)细菌的群落结构。这是研究产类漆酶-多铜氧化酶细菌在环境中存在的种、属及分布的新尝试。平板分离获得10株细菌均为芽孢杆菌属(Bacillus sp.),其中梭状芽孢杆菌(Bacillus fusiformis)未见相关报道。通过DGGE图谱分析可知,产类漆酶-多铜氧化酶细菌在研究地不同林型土壤中的群落结构无明显差异,在红松林土壤中多样性最为丰富。DGGE条带测序结果表明,取样地土壤中产类漆酶细菌主要为罗尔斯顿菌属(Ralstonia sp.)、肠杆菌属(Enterobacter sp.)、芽孢杆菌属和一些未培养细菌。