气相色谱-质谱联用技术及其在代谢组学中的应用

代谢组学是以高通量、高灵敏度、高分辨率的现代仪器分析方法为手段,对细胞、体液、组织中所有代谢物进行无偏向的定性与定量分析的一门学科。气相色谱-质谱联用技术具有较高的检测灵敏度和鉴定准确度,通过标准谱图库的比对可对代谢物进行快速的鉴定,因此被广泛应用于生物样品的代谢产物的检测中。文中对近年来气相色谱-质谱联用技术的发展以及在代谢组学研究中取得的成果进行了综述。首先介绍了气相色谱-质谱联用技术的分类和常用的样品衍生化方法;继而从样品预处理、定性与定量分析、数据分析三方面介绍了气相色谱-质谱联用技术分析代谢物的方法,并系统地对该技术在微生物、植物、疾病诊断领域的应用实例进行了评述;最后提出了当前气相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中存在的问题并对后续的研究进行了展望。     

基于同源重组的裂殖壶菌遗传转化体系的构建及验证

【目的】裂殖壶菌是一种能高效生产DHA的海洋真菌;基因工程技术已经成功应用在微生物改造和代谢机理研究中,利用基因工程技术对裂殖壶菌进行改造首先需要构建适合裂殖壶菌的遗传转化体系;【方法】本文利用电转化的方法将含有18S r DNA同源重组片段的ble基因导入裂殖壶菌中,通过zeocin抗性平板筛选出阳性菌株,并设计ble基因引物,以裂殖壶菌基因组为模板,进行PCR验证ble基因是否成功结合到裂殖壶菌染色体上。【结果】筛选获得的抗性菌株基因组上确实PCR出ble基因片段,对改造菌株与原始菌株进行发酵培养,发现改造后菌株在生物量、油脂含量、DHA含量及脂肪酸分布等方面和原始菌株基本一致。【结论】抗性基因的插入不会影响菌株的正常代谢,该体系的构建为后续其他外源基因导入奠定基础。     

微藻生产油脂培养新技术

近年来,随着全球性能源短缺和环境污染等问题日益严重,利用微藻开发绿色、清洁的生物能源已成为了研究热点。但是微藻油脂的低合成速率和高成本限制了微藻油脂的大规模生产。为了有效开发利用微藻资源,双阶段及共培养技术被发展并取得了显著进展。此外,除了改变培养条件,更为简单的添加生长代谢调节因子的策略也被证明是一种有效的提高微藻油脂的技术。对各种新发展的微藻培养技术及其技术原理进行了详细介绍,在此基础上,初步展望了微藻产油研究的未来发展方向。     

渗透压调控对裂殖壶菌发酵产DHA的影响

考察了不同渗透胁迫(0、10、20、30和40 g/L NaCl)对裂殖壶菌HX-308发酵产DHA及脂肪酸构成的影响。结果表明:20 g/L NaCl最有利于裂殖壶菌生长和DHA积累,生物量、总脂肪酸含量、DHA产量及DHA占生物量的比值分别为73 g/L、10.7 g/L、5.0 g/L和68 mg/g,并且DHA在总脂肪酸中所占百分比最高,为45.2%。此外,在低渗透压(10 g/L NaCl)条件下,添加40 mmol/L甘氨酸甜菜碱,DHA产量与未添加相比提高了28.21%;在高渗透压(40 g/L NaCl)条件下添加40 mmol/L海藻糖,DHA产量提高了46.84%;表明添加适量的外源相容性溶质能有效地促进裂殖壶菌积累DHA。     

海洋真菌产油脂中DHA含量的准确快速测定

选用DB-23毛细管色谱柱,设置合适的载气压力,采用气相色谱(GC)分析了海洋真菌中脂肪酸的组成,并对二十二碳六烯酸(DHA)进行了定量分析。测定结果表明:能有效分离37种脂肪酸,分析时间仅需20min,DHA的回收率为96.95%～100.22%,相对标准偏差为1.33%,海洋真菌中DHA的含量为365.78mg/g,相对标准偏差为2.54%。     

裂殖壶菌发酵产DHA过程呼吸参数的在线检测分析

利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中的O2、CO2含量进行实时检测,建立了裂殖弧菌发酵生产DHA过程中的呼吸参数在线检测方法,实现了裂殖壶菌补料分批发酵过程及双阶段供氧控制发酵过程中的呼吸参数在线检测分析。通过呼吸参数在线检测分析,从氧消耗机制方面解释了双阶段氧传递控制工艺能获得较高生物量、油脂和DHA含量的原因,从而为该工艺过程提供了理论指导。根据发酵过程中菌体生长不同时期的呼吸参数的变化情况,建立了基于呼吸商变化的在线补料控制方法,设计了一种基于RQ-Stat的补料工艺。RQ-Stat补料方式最终获得的油脂含量、DHA产量和产率比间歇式补料工艺分别提高了11.58%、12.19%和11.40%。     

种子培养基成分对裂殖壶菌发酵产DHA的影响

考察种子培养基中谷氨酸钠质量浓度和NaCl质量浓度（盐度）对Schizochytrium sp. HX-308菌种质量及发酵性能的影响。结果表明：40 g/L谷氨酸钠条件下培养菌种,发酵后DHA质量分数达到（53.25±0.48）%,而其油产量、油脂质量分数和DHA产量分别为（24.9±0.4）g/L、（45.2±0.6）%、（8.6±0.35）g/L; 利用不含谷氨酸钠的种子培养基发酵,其油产量、油脂质量分数和DHA产量分别为（30.1±0.8）g/L、（54.3±0.5）%、（12.1±0.5）g/L,比含40 g/L谷氨酸钠时分别提高了20.88%、20.13%和40.70%,为菌种驯化提供了新的思路和方向。此外,低盐度培养条件有利于菌种生产性能的发挥,6.25 g/L NaCl条件下发酵后油质量分数、DHA产量及DHA质量分数最高,分别为（62.1±0.8）%、（10.0±0.3）g/L、（48.97±0.42）%。     

菌种保藏方法对裂殖壶菌生长及发酵性能的影响

考察保护剂、保藏温度及预冷冻方法对Schizochytrium sp.HX-308菌种存活率及发酵性能保持的影响。结果显示:在-80℃低温保藏6个月后,渗透性保护剂的细胞存活率均比非渗透性保护剂高了5%,其中用60%(质量分数)海藻糖的保护剂最终的株细胞存活率达到80.02%,明显优于其他保护剂。采用液氮-196℃保藏菌种(两步预冷冻法、60%海藻糖保护剂),存储6个月后存活率高达90.70%,生物量、油产量和二十二碳六烯酸(DHA)产量分别达到了61.65、26.41和11.10 g/L,为最优的保藏方法,为裂殖壶菌的实验室研究及工业化生产提供了一种长期安全的保藏法。     

强化乙酰辅酶A供应对裂殖壶菌合成二十二碳六烯酸的影响

细胞液中乙酰辅酶A的持续供应是脂肪酸高效积累的必要条件。考虑到甲羟戊酸和脂肪酸合成途径共用相同的前体乙酰辅酶A,抑制甲羟戊酸途径可能促使更多的乙酰辅酶A流向脂肪酸合成。通过添加前体物质或/和甲羟戊酸途径酶的抑制剂以强化乙酰辅酶A的供应,即在裂殖壶菌发酵起始或/和后期添加乙酸、发酵起始添加甲羟戊酸途径酶的抑制剂辛伐他汀或柠檬酸、发酵起始同时添加乙酸和辛伐他汀或柠檬酸并考察其对裂殖壶菌合成二十二碳六烯酸 (DHA)的影响,结果发现发酵起始同时添加6mmol/L的乙酸和1μmol/L的辛伐他汀时,DHA产量最高,达到13.21g/L,比对照提高了46.61%。     

超氧化物歧化酶、丙二醛、脯氨酸作为裂殖壶菌菌种性能评价的新指标

[目的]对不同Schizochytrium sp.HX-308种子期超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)进行测定,旨在寻找出一种评价菌种质量优劣的新方法.[方法]选用Schizochytrium sp.HX-308中的1株驯化高产菌株和1株原始菌株在正常条件下活化,以及同一原始菌株分别在正常条件和恶劣条件下活化的2组实验,分别通过WST-1法、巴比妥酸比色法和比色法测定SOD、MDA和Pro含量,探讨不同菌株中这3个指标与裂殖壶菌Schizochytrium sp.HX-308最终发酵性能之间的关系.[结果]发酵性能最佳的驯化菌株整个种子期的SOD、MDA和Pro含量都最低,平均仅为0.025 U/g、26.20 mmol/g· Fw和0.098 mg/g· Fw,而发酵性能最差的恶劣条件下菌株的SOD已达到了它的6倍以上,MDA和Pro也达到了2倍以上.[结论]本研究最终证实,这3个指标与菌株的发酵性能呈负相关关系,可以作为评价裂殖壶菌菌株发酵性能优劣的新指标,为菌株选育的优化提供了指导.