微生物胞外多糖在环境中的应用

微生物胞外多糖具有可再生、可生物降解、吸附性强、抗炎、抗氧化和抗病毒等重要特性,在食品、医药、化妆品和环境保护等领域具有多种用途。先前的研究主要集中在微生物胞外多糖的分离纯化及结构研究,有关微生物胞外多糖结构和功能的关系,以及胞外多糖在环境保护上的报道较少。为了阐明微生物胞外多糖构效关系,拓展其应用范围,综述了微生物胞外多糖的单糖组成、分子量、官能团、糖苷键、表面形态对其功能的影响,并归纳了微生物胞外多糖在污水处理、土壤修复、抗生素消除等环境保护领域的潜在应用。由于微生物胞外多糖产量和生物活性较低,限制其广泛的工业化应用,通过基因工程技术、结构修饰和优化发酵条件等手段有望提高微生物胞外多糖的产量,促进其在环境保护中的开发和应用。

微生物发酵对刺五加叶黄酮类成分生物合成的影响

旨在高效生产刺五加叶中黄酮类成分。分别采用乳酸杆菌及酿酒酵母发酵刺五加叶,以金丝桃苷及槲皮素为指标,采用HPLC法,观察其发酵后含量的动态变化,并在此基础上,对刺五加叶发酵样品中黄酮成分采用D101大孔树脂柱及硅胶柱色谱进行分离。结果表明,经乳酸杆菌发酵后,刺五加叶中金丝桃苷含量显著降低,由4.00±0.15(mg/g)降低到1.71±0.09(mg/g),槲皮素含量显著增加,由0.03±0.33(mg/g)增加到0.437±0.15(mg/g);经酿酒酵母发酵后,其金丝桃苷及槲皮素含量均显著增加,金丝桃苷含量由4.00±0.15(mg/g)增加到5.97±0.48(mg/g),槲皮素含量由由0.03±0.33(mg/g)增加到1.40±0.65(mg/g)。经柱色谱分离,从刺五加叶发酵样品中分离得到了金丝桃苷及槲皮素。研究结果可为采用酿酒酵母发酵刺五加叶定向高产金丝桃苷及槲皮素及探讨黄酮类成分生物合成机制提供参考。

微生物降解大豆农药残留研究现状

综述了微生物降解大豆农药残留的微生物种类、影响因素和机理,为提高大豆产量、降低农药残留危害、减少环境污染提供参考。

微生物阿魏酸酯酶性质及应用研究进展

阿魏酸具有抗氧化、降血脂、抑菌消炎等生理功能,阿魏酸酯酶可以使阿魏酸甲酯、低聚糖阿魏酸酯等以酯键结合的阿魏酸游离出来,同时将香豆酸等抗氧化活性物质水解释放,在食品及医药等行业具有很大的应用价值。本文对微生物发酵产阿魏酸酯酶及其理化性质、结构、分类进行了阐述,同时对不同来源的阿魏酸酯酶基因克隆及阿魏酸酯酶在食品和医药等行业的应用进行了综述。

微生物源脂肽的生物合成和分子调控

微生物源脂肽具有抑制真菌和细菌的生长、抗病毒和抗肿瘤等多种生物活性,在农业生物防治、临床医疗、环境治理等多种领域具有巨大的应用潜力。然而,低产量一直是影响其推广应用的瓶颈。深入了解脂肽合成的关键因素和调控策略对于提高其产量和纯度至关重要。本文概括了3大家族脂肽surfactin、fengycin和iturin的结构、功能及应用前景,介绍了NRPS和NRPS-PKS两种合成系统的结构域和功能,阐释了脂肽生物合成过程中侧链脂肪酸的合成、脂肪酸的活化及与氨基酸的连接、肽链的延伸和环化三个阶段的模块组装和酶催化活动,以及三大家族脂肽合成操纵子开放阅读框的组成;总结了导入或缺失关键基因、定点突变、模块替换、强启动子替换、修饰前体路径等多种遗传操作对脂肽产量的影响,以及群体感应肽信息素、sigma因子等全局调控因子对脂肽合成基因表达的调节。指出利用多组学联用深入探讨脂肽合成的全局分子调控机制和加强结构域蛋白互作和分子动力学研究是提高脂肽产量和纯度以及创造新脂肽的理论基础,提出了利用基因组装和编辑等合成生物学方法及代谢工程技术提高脂肽产量和挖掘新型脂肽靶向性的可能途径,为推进脂肽的生产和应用进程提供科学参考。

根内根孢囊霉对大豆成熟期生物量、根腐病及根际土壤百菌清残留的影响

通过随机取样研究接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices)菌剂对0、1年连作大豆成熟期生物量、根际土壤AMF孢子密度、AMF侵染率及根腐病病情指数的影响,以及R.intraradices对大豆根际土壤百菌清残留量的影响。结果表明,接种R.intraradices菌剂可以提高大豆植株的生长及养分吸收,显著增加大豆植株生物量、AMF侵染率及AMF孢子密度,同时R.intraradices及百菌清均对大豆根腐病有防治效果,且相比于百菌清,R.intraradices菌剂在防治根腐病的基础上改善了根际土壤微环境、增加根系发达程度等;在不同的连作年限下,R.intraradices菌剂均可显著降低土壤中百菌清残留量,且在接种菌剂+百菌清处理组中,0年连作大豆百菌清残留量最低。

环二鸟苷酸调控细菌胞外多糖生物合成的研究进展

细菌胞外多糖(Exopolysaccharide,EPS)是细菌生长代谢过程中自身合成并分泌到细胞壁外的一种次级代谢产物,可以调节细胞对不同基质的初始附着,保护细胞抗环境胁迫和脱水。作为潜在的益生元,EPS具有安全,无毒和特殊的理化性质,广泛应用在食品、医药、生物和工业等领域。然而,细菌代谢系统复杂,EPS的生物合成机制仍未得到全面解析。环二鸟苷酸(Cyclic diguanylate,c-di-GMP)作为一类重要的第二信使,在细菌的生物被膜形成、运动性、黏附、毒力以及EPS合成等众多生理活动上发挥重要的调控作用。c-di-GMP转录调控机制的解析,为探明细菌EPS的生物合成机理提供了全新的思路。本文详细总结了c-di-GMP的特性及合成降解途径,重点综述c-di-GMP在介导细菌EPS生物合成过程中的调控机理。本篇综述为揭示细菌EPS生物合成机理和构效关系的研究提供理论基础。

聚酮合酶的催化机制及聚酮类化合物的组合生物合成

聚酮类化合物(polyketides,PKs)是一类来源广泛、数目庞大的天然产物。聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)负责催化PKs的生物合成,是具有模块化结构的多功能复合酶,由一系列对称或非对称的二聚体模块组成。模块按照其功能的不同,可分为加载模块、延伸模块、卸载模块。各个模块中含有多个催化域,不同的催化域在聚酮链延伸过程中扮演着不同角色。模块以首尾相连的方式排列,通过非结构多肽接头或离散的对接结构域彼此连接,形成装配线来生产PKs。PKSs按照结构域和催化机制的不同,可以分为合成大环内酯类抗生素的I型PKSs(由迭代化PKSs和模块化PKSs组成)、合成芳香族聚酮类化合物的II型PKSs(也被叫做迭代类PKSs)和合成类黄酮化合物的III型PKSs。利用组合生物合成方法,如对不同聚酮物质或同一物质的不同结构域或模块进行交换,以及特异性地插入、替代、缺失关键基因,或者通过点突变等操作,可以形成重组PKSs,进而改变聚酮类化合物的结构。选择不同的起始和延伸单元,引入不同类型的PKSs后修饰酶以及对PKSs后修饰酶基因进行改造等方法,均可用于合成非天然PKs。本文概述了3大类型聚酮合酶的结构、催化机制和组合生物合成近期研究进展,为今后合理设计产量高、效价高、化学性质稳定的新型聚酮类化合物提供参考依据。

基于黄酮类化合物生物合成的内生细菌HS8次生代谢产物的分离

基于黄酮类化合物的生物合成,研究药用植物黄芪内生细菌HS8次生代谢产物,旨在综合利用内生细菌HS8。以黄芪内生细菌HS8为试材,对其发酵液抗氧化活性和次生代谢产物进行分析,并采用柱色谱分离法,对内生细菌HS8发酵液中黄酮类成分进行了分离;采用形态学观察、生理生化指标测定及16S rDNA序列分析,对内生细菌HS8进行了种属鉴定。实验结果表明,内生细菌HS8具有良好的抗氧化活性;经HPLC分析发现,在内生细菌HS8发酵液中存在芒柄花素和毛蕊异黄酮,因此,采用柱色谱分离法分离得到了芒柄花素和毛蕊异黄酮,经鉴定,黄芪内生细菌HS8为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。上述结果表明,黄芪内生枯草芽孢杆菌HS8为黄酮类成分芒柄花素和毛蕊异黄酮产生菌。

干酪乳杆菌HDS-01甘露聚糖酶基因克隆及生物信息学分析

本研究旨在借助基因克隆和生物信息学方法挖掘甘露聚糖酶基因的结构和功能。通过本地BLAST比对,从干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) HDS-01的基因组信息中获得甘露聚糖酶基因M1。采用qRT-PCR测定MRS培养基和KGM培养基中M1的差异表达情况,表明KGM培养基中的魔芋粉更好的诱导M1的表达。以L.casei HDS-01基因组DNA为模板克隆基因M1,并利用生物信息学方法对其序列进行预测和分析。该序列长2640 bp,可翻译成879个氨基酸,包括一个2640 bp的开放阅读框;M1蛋白分子量为98723.55 Da,等电点为5.58。这种稳定的M1蛋白的二级结构由α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲组成。研究结果不仅为甘露聚糖酶分子改造提供理论依据,同时有助于了解乳酸菌中甘露聚糖的代谢路径。

金冠豆角籽粒淀粉组成及性质研究

为了明确金冠豆角淀粉的基本性质,本文以提取盐溶蛋白后剩余的金冠豆角籽粒豆渣为原料,采用水提法提取淀粉,观察淀粉颗粒形态,测定其组成、粒径、理化性质及体外抗消化特性。结果表明,金冠豆角籽粒淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量分别为47.39%和52.07%,淀粉的颗粒形态与豌豆淀粉类似,呈卵圆形或球型,颗粒表面光滑完整,粒径为75.10μm。金冠豆角籽粒淀粉的峰值粘度(212.20 RVU)、衰减值(68.50 RVU)较低,但回生值(96.80 RVU)高于玉米淀粉;金冠豆角籽粒淀粉糊化的起始温度(T_(0))、峰值温度(T_(p))显著高于豌豆淀粉(P<0.05)。金冠豆角籽粒淀粉的凝沉值在90 min时接近80%,凝沉速度显著高于玉米淀粉,透光率介于豌豆淀粉和玉米淀粉之间,持水性(WHC)和持油性(OHC)值分别为1.08和1.00 g/g,凝胶硬度小,属于易凝沉淀粉,其抗性淀粉(RS)含量为68.43%,高于玉米淀粉和豌豆淀粉(P<0.05),具有良好的抗消化特性。

桑葚发酵前后酚类组成变化及其抗氧化活性分析

目的:旨在分析桑葚饮料发酵前后酚类物质的组成变化和抗氧化功能差异。方法:利用毕赤酵母菌(Pichia kudriavzevii)和融合魏斯氏乳酸菌(Weissella confusa)通过二次发酵桑葚制备桑葚饮料,比较桑葚发酵前后酚类物质对DPPH、OH、ABTS+自由基的清除能力及还原力,并通过非靶向代谢组学技术对不同组别样品差异代谢物进行鉴定,进而探究发酵前后酚类物质组成变化与抗氧化性能之间的相关性。结果:发酵后桑葚酚类物质(1 mg/mL)对DPPH自由基清除率由发酵前的45.97%±2.23%提高到59.01%±3.59%(P<0.05);对OH自由基清除率由发酵前的68.68%±1.23%提高到78.55%±0.57%(P<0.05);发酵后的桑葚饮料中酚类物质的还原力显著提高(P<0.05);发酵前后的酚类化合物对ABTS+自由基清除能力无显著差异(P>0.05)。从发酵前后桑葚酚类物质中共筛选出46种差异代谢物,包括3种花色苷类、10种酚酸类、18种类黄酮及15种其它酚类物质,其中发酵后上调和下调的代谢物分别为26种和20种,共涉及4个相关代谢通路,包括植物次生代谢产物的生物合成、苯丙烷类生物合成、类黄酮生物合成和花色苷生物合成。58.70%的酚类物质与DPPH和OH自由基清除率呈正相关。结论:桑葚经发酵后酚类物质组成变化及含量的增加使得抗氧化能力得到明显上调。

融合魏斯氏菌P2胞外多糖对巨噬细胞RAW264.7增殖及免疫调节活性的影响

以乳酸菌融合魏斯氏菌(Weissella confusa,W.confusa)P2为出发菌株,通过去菌体、去蛋白、乙醇沉淀和凝胶过滤层析等步骤从发酵液中获得纯胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS),并以巨噬细胞RAW264.7为模型,采用CCK-8(Cell counting kit-8)法、中性红实验和细胞因子试剂盒探究W.confusa P2 EPS的体外免疫调节活性。结果表明,W.confusa P2 EPS可以显著促进巨噬细胞的增殖,提升巨噬细胞的吞噬能力和释放NO的能力,并在生物量水平上提高巨噬细胞中白介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白介素-8(Interleukin-8,IL-8)和白介素-10(Interleukin-10,IL-10)细胞因子的含量,但不能提高单核细胞趋化蛋白-1(Monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)和白介素-6(Interleukin-6,IL-6)细胞因子的含量,说明W.confusa P2 EPS具有良好的免疫调节能力。本研究结果可为W.confusa P2 EPS的构效关系研究和免疫产品开发提供理论基础。

蓝靛果果渣花色苷胶束的制备及其稳定性研究

为增强花色苷的稳定性,拓宽其在食品保健以及医药领域的应用,以羧甲基壳聚糖(CMCS)、L-组氨酸(L-His)和硬脂酸(SA)为载体材料,蓝靛果果渣花色苷为芯材,采用响应面法优化酸响应性蓝靛果果渣花色苷胶束的制备工艺,通过在光照、温度、pH等不同条件下蓝靛果果渣花色苷的稳定性以及其对肝癌细胞杀伤性进行评价。结果表明:经响应面优化的最佳制备工艺为水浴时间10 min,超声时间15 min,超声温度60℃,包封率为85.3%±0.31%。储存稳定性分析表明在各种温度、pH、光照、氧化剂、还原剂的条件下,载花色苷胶束中花色苷的保存率分别是花色苷的1.33、1.26、1.16、1.11、2.41倍;在体外肝癌细胞杀伤实验中,在24 h后,载花色苷胶束对肝癌细胞抑制率是花色苷的1.34倍。本研究合成了一种新型的两亲性羧甲基壳聚糖衍生物,可以显著提高花色苷稳定性,适宜作为花色苷以及其他食品活性成分的潜在纳米胶束载体。

黑木耳单孢杂交菌株筛选与灰色关联度分析

为了提高黑木耳品质、创造兼具优良产量和较高商品性的新品种,选择子实体差异较大的两株黑木耳菌株西藏6号和黑丰作为杂交亲本。采用单孢杂交方法选育优良的杂交子代,测量记录农艺学性状,通过灰色关联度和感官评价进行分析筛选。最终筛选出一株优良的杂交子代菌株a7d9,该菌株每袋干重58.33 g、干湿比13.62、单耳片鲜重5.14 g、子实体厚度1.35 mm、子实体最大直径59.25 mm、生物学效率99.31%、感官评价7.05分。杂交菌株a7d9产量较双亲菌株具有明显优势,农艺学性状加权关联系数要高于双亲菌株,感官评价较好,商品性强,具有开发为新品种的潜力。解决了双亲菌株部分性状较差问题,实现菌株改良,增加黑木耳优良菌株多样性,提高了经济效益。

植物乳杆菌HDL-03胞外多糖合成条件的优化研究

为提高乳酸菌胞外多糖(EPS)产量,促进其开发及应用,本研究以植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)HDL-03为出发菌株,通过单因素试验优化菌株产EPS的发酵条件,提高EPS产量。结果表明,L.plantarum HDL-03的最佳产EPS发酵条件为:蔗糖70 g/L、蛋白胨6 g/L、牛肉膏8 g/L、酵母浸粉7 g/L、乙酸钠1 g/L、硫酸镁0.3 g/L、磷酸氢二钾1 g/L、柠檬酸铵3 g/L、初始pH 6.5、培养温度30℃、摇床转速120 r/min、接种量3%,优化后L.plantarum HDL-03的EPS终产量为80.0 g/L,相比于优化前的EPS产量提高了2.3倍。本研究提高了乳酸菌EPS的产量,有助于其分离纯化及工业化生产。

乳酸菌葡聚糖蔗糖酶的研究进展

葡聚糖蔗糖酶(Glucansucrase)(EC.2.4.5.1)是一类α-转糖苷酶(Glucosyltransferase),主要由明串珠菌属(Leuconostoc)、链球菌属(Streptococcus)及乳杆菌属(Lactobacillus)等乳酸菌产生。葡聚糖蔗糖酶的结构和催化机制具有多样性,是生物合成胞外多糖的一种重要工具酶。本文主要综述了乳酸菌葡聚糖蔗糖酶的来源、分类、结构、反应机制,以及介绍培养基组成、培养条件对酶产量的影响,重点阐述葡聚糖蔗糖酶的优化方法、分离纯化过程及酶学性质,并对其发展趋势进行展望,以期为葡聚糖蔗糖酶在相关领域开展研究提供参考。

ptsG基因敲除对肺炎克雷伯氏菌CCR效应的缓解及发酵产2,3-BD的影响

旨在解决Klebsiella pneumoniae在利用混合碳源发酵生产2,3-丁二醇(2,3-butanediol,简称2,3-BD)时会产生碳分解代谢抑制(Carbon catabolite repression,CCR)效应,导致生产效率下降的问题。本研究以Cm抗性基因为标记,采用λRed同源重组技术成功构建ptsG基因缺失菌株K.pneumoniae HD79-N。此外,在利用葡萄糖与木糖混合碳源(葡萄糖:木糖=2:1)发酵的结果显示,K.pneumoniae HD79-N菌株由于敲除ptsG基因显著减弱了CCR效应,使其能够同步利用葡萄糖与木糖生产2,3-BD且最终产量达9.81±0.38 g/L。同时,K.pneumoniae HD79-N[0.23±0.01 g/(L·h)]菌株木糖利用率也比K.pneumoniae HD79[0.15±0.00 g/(L·h)]菌株提高了57.82%。本研究结果为缓解ptsG基因对K.pneumoniae菌株的CCR作用及提升2,3-BD的产量提供技术参考。

外源添加苯甲酸对紫苏种子发芽和幼苗生长的影响

为探究外源苯甲酸胁迫对紫苏种子萌发、幼苗生长及叶片抗氧化酶活性的影响,添加苯甲酸对紫苏种子进行培养皿滤纸培养和室内盆栽实验,设置0、1、1.5、2、2.5、3 mmol/L 6个梯度处理,研究不同浓度苯甲酸胁迫对紫苏种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、紫苏幼苗生长以及抗氧化酶活性的影响。结果表明,随着苯甲酸浓度的增加,紫苏种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数总体表现为低浓度促进、高浓度抑制;紫苏幼苗的根重、胚根长、胚轴长和株鲜重均呈显著下降趋势,幼苗叶片过氧化氢酶和过氧化物酶活性呈显著下降趋势(P<0.05),超氧化物歧化酶活性呈先升高后下降趋势,在1.5 mmol/L达到最大。外源添加苯甲酸对紫苏种子萌发与苯甲酸浓度有关(低浓度促进高浓度抑制),对紫苏幼苗的生长具有抑制作用,证实了苯甲酸对紫苏的生长存在自毒作用。

乳酸片球菌J1产胞外多糖发酵条件优化

乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)能够合成具有多种功能特性的胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS),其通常具有改善乳制品的风味,抗癌、抗氧化和益生特性等功能。然而LAB EPS的产量较低,限制了EPS的工业化生产应用。为了提高EPS的产量,促进其商品化发展,优化菌株产EPS的发酵条件至关重要。本研究利用单因素试验的方法优化乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)J1发酵产EPS的最佳条件。研究表明:菌株在70 g/L蔗糖、14 g/L牛肉膏、3.5 g/L柠檬酸铵、4 g/L无水乙酸钠、4.00%接种量、培养温度35℃、pH 5.5和160 r/min摇床转速条件下,EPS产量最高,为(72.66±0.02)g/L。本研究通过单因素实验显著提高了P.acidilactici J1的EPS产量,是优化前的4.76倍,为乳酸菌EPS的工业化大规模生产奠定了坚实的理论基础。