一株产β-葡萄糖苷酶甘草内生菌的筛选、全基因组分析及产酶优化

【背景】从健康甘草须根中分离获得的一株芽孢杆菌具有高产β-葡萄糖苷酶的活性。【目的】探究分离菌株潜在的产酶遗传信息,为该菌深入研究与工业应用提供数据支撑。【方法】利用七叶苷培养基进行产β-葡萄糖苷酶的益生菌筛选,筛到一株产β-葡萄糖苷酶的芽孢杆菌,采用三代Nanopore PromethION和二代Illumina NovaSeq平台对菌株进行基因组测序与组装、并通过基因预测与功能注释等生物信息分析预测菌株潜在的β-葡萄糖苷酶基因。另外,以β-葡萄糖苷酶活性为指标,研究碳源、氮源、接种量、温度和起始pH对菌株产酶活性的影响。【结果】从甘草须根中分离得到一株具有β-葡萄糖苷酶活性的菌株,通过形态学观察、生理生化和分子生物学试验鉴定为芽孢杆菌属菌株,并命名为Bacillus rugosus A78.1。该菌株基因组大小为4 146 938 bp,G+C含量为43.86%,共编码4 255个基因。在基因组中,共注释到碳水化合物活性酶基因192个,其中β-葡萄糖苷酶基因10个,分别属于GH1和GH3家族基因。在基因本体（GO）、京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）和同源基因簇（clusters of orthologous groups of proteins,COG）数据库分别注释到2 896、4 019和3 657个基因。该菌株基因组测序结果上传至NCBI获得GenBank登录号为CP096590。菌株A78.1产β-葡萄糖苷酶的最佳碳、氮源分别为0.5%葡萄糖、1.0%酵母浸粉,最佳培养条件为温度37℃、3%接种量、pH 6.0,此条件下β-葡萄糖苷酶活力可达到（5.640±0.085） U/mL。【结论】通过全基因组测序分析及产酶优化试验确定了Bacillus rugosus A78.1优良的产β-葡萄糖苷酶能力及在碳水化合物代谢方面的潜力,为该菌株在纤维素分解、糖苷类化合物水解等生物、化工和食品领域的研究与应用提供基础。     

蝙蝠蛾拟青霉发酵滤液的成分组成与急性毒性分析

蝙蝠蛾拟青霉是从新鲜的冬虫夏草上分离获得的虫草菌,可采用生物发酵制备大量菌丝体。该菌丝体具有和冬虫夏草相似的活性成分,具有抗肿瘤、抗病毒等多种功效。本研究对干燥后的蝙蝠蛾拟青霉发酵滤液的主要成分进行了分析,结果显示：干燥后的蝙蝠蛾拟青霉发酵滤液含粗脂肪21.33%,总蛋白27.34%,水解氨基酸16.79%,粗多糖11.16%,不饱和脂肪酸71.21%,其中以油酸、亚油酸为主;该干燥发酵滤液中还含有多种核苷类物质、多糖等生物活性成分以及多种人体必需的矿质元素。此外急性毒性实验的初步结果表明：小鼠在实验期内无死亡现象和明显的中毒反应,主要脏器的形态学正常;谷草转氨酶（AST）和谷丙转氨酶（ALT）活性与对照组相比无统计学差异。蝙蝠蛾拟青霉发酵滤液有望在医药和保健领域进一步研究开发。     

利用扁桃斑鸠菊叶发酵高产粗毛纤孔菌胞外多糖的条件优化及其抗氧化活性研究

粗毛纤孔菌胞外多糖是粗毛纤孔菌液体发酵的重要活性代谢产物,但采用常规的发酵方法,粗毛纤孔菌胞外多糖的产量较低。为更好地获取粗毛纤孔菌胞外多糖,本文采用双向液体发酵的方法,通过向发酵培养基中添加适量的扁桃斑鸠菊叶粉末,来提高粗毛纤孔菌胞外多糖的产量,并对优化得到的胞外多糖抗氧化活性进行了研究。以发酵液中胞外多糖含量为指标,采用单因素实验和正交实验优化发酵条件;采用红外光谱对胞外多糖的结构特征进行分析;通过测定胞外多糖对ABTS、DPPH和羟基自由基的清除率来了解其抗氧化活性。结果表明,最优发酵条件为:扁桃斑鸠菊叶粉末添加量0.5g/L、发酵时间10d、pH 6.5、接种量5.0mL,在此条件下,粗毛纤孔菌胞外多糖的产量达到(2.34±0.25)mg/mL,与未添加扁桃斑鸠菊叶的空白组相比,其胞外多糖产量提高了约216.22%;红外分析与抗氧化活性实验结果表明,添加扁桃斑鸠菊叶后的胞外多糖与未添加扁桃斑鸠菊叶的胞外多糖红外主要吸收峰一致,并且对ABTS、DPPH以及羟基自由基清除能力相近。本研究结果表明扁桃斑鸠菊叶能够有效地提高粗毛纤孔菌胞外多糖的产量,为其他珍稀食药用菌胞外多糖的高效生产提供了新思路。     

畜禽中药-益生菌复合微生态制剂的研究进展

畜禽中药-益生菌复合微生态制剂是指采用现代发酵技术将益生菌与中药联合发酵,发挥两者的协同作用,以提高畜禽免疫功能、保护畜禽健康的一种新型动物微生态制剂。文中通过调研近几年关于益生菌及中药微生态制剂等方面的文献,综述了畜禽中药-益生菌复合微生态制剂的产生背景及菌种特点,并重点阐述了畜禽中药-益生菌复合微生态制剂的作用机制、在畜禽养殖中的应用及存在问题与建议,以期为畜禽中药-益生菌复合微生态制剂的深入研究提供参考和依据。     

发酵麸皮多糖酶辅助提取工艺优化及其生物活性研究

通过响应面法优化提取发酵麸皮多糖的工艺,并评价其体外益生和抗氧化活性。以发酵麸皮多糖的得率为响应值,采用纤维素酶酶解与水浴浸提相结合的方法提取发酵麸皮多糖,以纤维素酶添加量、料液比、水浴浸提温度、水浴浸提时间为试验因素建立数学模型,筛选最佳提取工艺条件。通过测定还原力、DPPH和·OH自由基的清除能力对比发酵和未发酵麸皮多糖的体外抗氧化活性,并通过测定嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、两歧双歧杆菌的生长对比发酵和未发酵麸皮多糖的体外益生活性。结果表明,发酵麸皮多糖最佳提取工艺为:料液比1∶16(w/v),酶添加量1 000 U/g,水浴浸提温度90℃,水浴浸提时间60 min,在此条件下发酵麸皮多糖的得率实测值为73. 35%。发酵麸皮多糖具有较强的DPPH和·OH自由基的清除能力,可促进嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和两歧双歧杆菌的生长。     

三株散囊菌发酵茶叶的初步研究

散囊菌属真菌(Eurotium spp.)能赋予发酵茶独特的口感和香味。本研究利用前期从广西某六堡茶中筛选并鉴定的三株散囊菌属真菌Aspergillus chevalieri E2、Aspergillus chevalieri E3与Aspergillus cristatus E6,探讨在不同温度下以优化察氏液体培养基培养的生长状况,发酵前不同灭菌条件下的茶叶品质,以及所得茶汤中茶多酚含量、总抗氧化能力和DPPH·自由基清除能力。结果显示:三株真菌在优化的察氏液体培养基中31℃～34℃下都能良好生长。茶叶发酵温度为28℃,三株真菌在发酵初始含水量为20%以上生长良好,其中E3和混合发酵组的生长速度最快。E2在茶叶表面生长出大量金黄色子囊果以及大量浅绿色分生孢子梗; E3几乎只有浅绿色分生孢子梗; E6几乎只有金黄色子囊果。发酵茶叶制作的茶汤内茶多酚含量比未发酵低,抗氧化性指标也有所下降,说明本实验真菌发酵促进了茶内抗氧化物质的氧化。本研究对源于六堡茶不同散囊菌属真菌的茶叶发酵有重要参考价值。     

丝状真菌液体深层发酵过程菌丝聚集的调控机制

丝状真菌是微生物发酵产品的重要表达体系,其液体深层发酵过程的典型特征是环境因素显著影响菌丝聚集,菌丝聚集影响发酵体系流变特性,进而影响质量传递、热量传递和动量传递,最终影响目标产物生物合成和生产效率。文中首先综述了丝状真菌形态调控的方法和策略,在此基础上针对丝状真菌菌丝生长和聚集过程的两大典型特征——顶端延伸生长和分枝生长,综述和展望了钙信号传导途径和几丁质生物合成途径对调控菌体聚集这一形态的重要意义。     

面向工业生物技术的系统生物学

工业生物技术是以微生物细胞工厂利用可再生的生物原料来生产能源、材料与化学品等的生物技术,在解决资源、能源与环境等问题方面起着越来越重要的作用。系统生物学是全面解析微生物细胞工厂及其发酵过程从"黑箱"到"白箱"的重要研究方法。系统生物学借助基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及代谢流组等多组学数据,可解析微生物细胞工厂在RNA、蛋白与代谢物等不同水平上的变化规律与调控机制。目前,系统生物学在微生物细胞工厂的设计创建与发酵工艺优化中起着越来越重要的指导作用,许多成功应用实例不断涌现,推动着工业生物技术的快速发展。文中重点综述基因组、转录组、蛋白质组、代谢组与代谢流组以及基因组规模的网络模型等各组学技术的最新发展及其在工业生物技术尤其是菌株改造与发酵优化中的应用,并就工业生物技术中系统生物学的未来发展方向进行展望。     

饲料中发酵芝麻粕替代菜粕对草鱼生长性能、肠道形态和微生物及小肽转运相关基因表达的影响

实验以初重(99.98±0.69) g的草鱼(Ctenopharyngodon idellus)为研究对象, 研究饲料中发酵芝麻粕替代菜粕蛋白对草鱼生长性能、肠道形态和微生物以及小肽转运相关基因表达的影响。添加0、5%、10%和15%发酵芝麻粕分别替代菜粕蛋白0、11.8%、23.5%和35.1%, 配制4组等氮等脂的饲料, 分别为对照组、实验1组、实验2组和实验3组。实验在室内循环水养殖系统中进行, 每组3个重复, 每一重复饲喂20尾鱼, 每天饱食投喂2次, 实验共持续45d。结果发现: 各处理组间草鱼增重率、特定生长率和蛋白质效率均无显著差异, 实验1组和2组略高于对照组(P>0.05); 组间饵料系数也无显著差异, 实验1组和2组略低于对照组(P>0.05)。实验组草鱼肠绒毛高度均显著高于对照组(P<0.05), 而实验组隐窝深度小于对照组 (P>0.05), 绒毛高度与隐窝深度的比值(V/C)在实验组也显著高于对照组(P<0.05)。随着发酵芝麻粕替代比例的增加, 乳酸杆菌(Lactobacillus)和芽孢杆菌(Bacillus)占比显著上升(P<0.05), 而大肠杆菌(Escherichia coli)和气单胞菌(Aeromonas)占比显著下降。小肽转运相关基因方面, 尾型同源盒基因2 (CDX2)、特异性蛋白1 (Sp1)和小肽转运蛋白1 (PepT1)基因mRNA相对表达量均随着发酵芝麻粕替代比例的增加呈现先显著上调后下调的趋势, 且均在实验1组时达到最大值(P<0.05)。综合考量鱼体生长性能、肠道黏膜形态、菌群及小肽转运相关基因表达方面, 草鱼饲料中发酵芝麻粕蛋白适宜替代菜粕蛋白的比例为11.8%—23.5%。     

油脂酵母发酵木糖生产微生物油脂

目的用斯达油脂酵母(Lipomyces starkeyi)作为发酵菌株,以纯木糖溶液为油脂发酵原料,对L.starkeyi利用木糖积累油脂进行系统研究。方法 L.starkeyi于斜面培养基中活化后,接种于YPD液体培养基,于30℃、200 r/min摇床培养。在摇瓶中培养一段时间后,测定发酵液细胞浓度,离心发酵液收集细胞。将离心后得到的菌体加入木糖溶液重悬,并转接于含50 mL木糖溶液的250 mL摇瓶中进行发酵生产。结果相比一阶段法,两阶段发酵方法可以在更短的时间内达到较高的油脂含量,油脂含量能够达到细胞自身干重的60%以上。实验发现高菌龄酵母产油速度更快;并且初始木糖浓度高达120 g/L时,酵母细胞仍然能够高效合成油脂。结论 L.starkeyi能够有效利用木糖进行发酵产生油脂,是以木质纤维素为原料生产微生物油脂的优良菌种。