海藻酸转化生物乙醇研究进展

作为第三代生物燃料,大型褐藻类生物质转化燃料乙醇的研究受到广泛的关注。但是,现有的乙醇工业菌株并不能利用褐藻中的主要成分海藻酸,这个问题是海藻生物乙醇实现工业化生产的主要技术难关。近几年随着对海藻酸裂解酶和海藻酸降解菌代谢途径的深入研究,科研人员构建了不同的海藻酸发酵菌株,为高效转化大型海藻生产生物乙醇提供了可行的技术基础。这篇文章对海藻酸资源概况和海藻酸转化生物乙醇存在的科学问题及其研究进展进行了综述。     

海藻预处理工艺研究

大型海藻是中含有大量的糖分,能被微生物利用进行发酵作用来生产乙醇。为了提高乙醇的产率,优化预处理方法是必要的。本课题主要通过物理研磨法、蒸煮法、酸解法和酶解法处理海藻以优化出糖类溶出量最大的预处理条件。物理研磨法条件为固液比1:20,温度28℃,处理2h;蒸煮法条件为固液比1:30,温度90℃,处理1.5h;酸解法条件为固液比1:30,温度为80℃,处理1h;酶解法条件为酸解液残渣在温度40℃下酶解3h。且酸解后进行酶解的处理方法是糖类溶出量最大的处理方法,条件为80℃的酸解残渣在纤维素酶的作用下40℃酶解3h。     

海藻粉和抗菌肽对肉鸡生长性能、免疫器官指数和肠道菌群的影响

为探讨海藻粉和抗菌肽不同添加水平对肉鸡生长性能、免疫器官指数和肠道菌群的影响。选取1日龄体重相近的AA肉鸡504羽,随机分为7个处理,每处理6个重复,每重复12羽。对照组饲喂基础日粮,试验组在基础日粮中添加不同水平(1.0%、3.0%、5.0%)的海藻粉和抗菌肽(300 mg/kg、600 mg/kg)。试验分前期(1~21 d)和后期(22~42 d)共42 d。结果表明:(1)添加不同水平的海藻粉对前期、后期和全期肉鸡的料重比有显著影响(P0.05);对21日龄肉鸡的脾脏指数和胸腺指数及对42日龄肉鸡的法氏囊指数差异显著(P0.05);降低了21日龄和42日龄肉鸡盲肠大肠杆菌的数量(P0.05),增加了盲肠乳酸菌的数量(P0.05)。(2)添加不同水平的抗菌肽对后期和全期肉鸡的料重比有显著差异(P0.05);对21日龄肉鸡的脾脏指数和胸腺指数及对42日龄肉鸡的法氏囊指数差异显著(P0.05);降低了21日龄和42日龄肉鸡盲肠大肠杆菌的数量(P0.05),增加了盲肠乳酸菌的数量(P0.05)。(3)海藻粉和抗菌肽交互作用对前期、后期和全期肉鸡的料重比有明显影响(P0.05);对21日龄肉鸡的脾脏指数和胸腺指数及对42日龄肉鸡的法氏囊指数差异显著(P0.05);降低了21日龄和42日龄肉鸡盲肠大肠杆菌的数量(P0.05),增加了盲肠乳酸菌的数量(P0.05)。本研究得出以下结论,海藻粉和抗菌肽能促进肉鸡生长,提高肉鸡免疫器官指数和改善肠道菌群,且二者间存在协同效应,添加5%的海藻粉和300 mg/kg抗菌肽综合效果最佳。     

赤拟谷盗TRE基因家族特性及RNAi抑制表达效果分析

分析赤拟谷盗海藻糖酶基因(Trehalase,简称TRE)家族的特性及RNAi介导的TRE基因沉默后的相互作用效果。采用生物信息学和相关软件分析5个海藻糖酶基因序列特征以及二级结构等分子特性并推测其生理功能,用MEGA 6.0软件构建TRE与其它昆虫TRE的系统进化树;采用注射RNAi技术,分别干扰赤拟谷盗海藻糖酶基因mRNA的表达;采用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术检测单个海藻糖酶基因表达抑制后对其它TRE基因mRNA表达的影响。赤拟谷盗4个可溶性海藻糖酶TRE1蛋白相似性高,具有类似的二级结构,即含有相似比例的α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲,膜结合型海藻糖酶TRE2与TRE1在蛋白质的二级结构上差异较大;系统进化树分析表明赤拟谷盗的可溶性海藻糖酶与其它昆虫的TRE1聚集在一起,膜结合型海藻糖酶与其它昆虫的TRE2聚集在一起;RNAi实验结果表明单独干扰某个TRE1基因的mRNA表达后,其它3个TRE1基因的表达有的上升,有的下降,而TRE2基因表达都为显著下降;单独干扰TRE2基因表达,则其它4个TRE1基因的表达一致显著下降。赤拟谷盗可溶性TRE1和膜结合型TRE2的二级结构差异较大,单个TRE基因表达被抑制后,其他TRE基因存在连锁抑制或者互补功能。     

浙北近岸典型岛礁瓦氏马尾藻空间分布格局分析

为探明浙北近岸典型岛礁瓦氏马尾藻(Sargassum vachellianum)的空间分布格局, 于2016年5月底至6月初, 分别采用走航观察和水下样方法, 对按离岸距离远近的3条岛礁带上12个岛礁瓦氏马尾藻成藻时期的分布特征进行了调查, 并从不同空间尺度比较分析了3条岛礁带上瓦氏马尾藻在水平和垂直分布上的差异。结果表明: (1)在地区尺度上, 高浊度和高波浪能的水域环境限制了瓦氏马尾藻的分布与生长, 导致浙北近岸的瓦氏马尾藻仅分布在第二条岛礁带这一狭窄的分布带上。依据瓦氏马尾藻最低适宜生长水温要高于10 ℃的特性, 我们可以推断出舟山群岛的绿华岛可能是我国特有种瓦氏马尾藻分布的最北部端线。(2)在站点尺度上, 岛礁东南向瓦氏马尾藻定生密度明显低于西北向, 这与调查站位所受风浪影响的方位和强度相一致。在第二岛礁带上的4个岛礁北向瓦氏马尾藻的平均株高仅为26.3 cm, 说明瓦氏马尾藻不适宜在高波浪能生境中生存。(3)在站点尺度内, 第二岛礁带上浊度最低的北渔山岛瓦氏马尾藻有较大的垂直分布范围, 且定生深度达到了6.4 m, 而浊度高的近岸岛礁瓦氏马尾藻垂直分布范围较小。瓦氏马尾藻株高随着水深的增加而逐渐降低, 由此推测, 瓦氏马尾藻虽不能耐受强光, 但光照对瓦氏马尾藻的分布生长起重要作用。与同海区铜藻的垂直分布格局相比, 瓦氏马尾藻具有一定适应高浊度、高沉积物环境的能力。因此, 在浙北近岸海域瓦氏马尾藻是较适合进行生态移植修复的种类。     

海藻多糖的单糖组成对体外抗氧化活性的影响

比较广西北部湾石莼(Ulva lactuca L.)、海带(Laminaria japonica)、裙带菜(Undaria pinnatifida Surin-gar)、紫菜(Porphyra)的单糖组成及抗氧化活性的差异,揭示多糖结构与其体外抗氧化活性的关系。利用PMP柱前衍生化HPLC分析海藻多糖的单糖组成,采用羟自由基清除试验、超氧阴离子自由基清除试验及DPPH自由基清除试验指征其体外抗氧化活性,结果表明,4种海藻多糖的单糖组成在主成分空间分布离散,石莼及紫菜主要由葡萄糖组成,海带主要由甘露糖组成,裙带菜则主要由半乳糖组成;其体外抗氧化活性存在显著差异,裙带菜多糖对DPPH的清除能力(半抑制浓度IC₅₀值为0. 56±0. 02 mg/mL)显著高于其他3种海藻多糖;石莼、裙带菜与海带对羟自由基均有较强的清除活性,而紫菜多糖对羟自由基的清除能力较差(IC₅₀值为26. 59±0. 98mg/mL);石莼与裙带菜对超氧阴离子的清除活性较强,显著高于海带与紫菜,其中石莼显著高于裙带菜,IC₅₀值分别为1. 61±0. 17、2. 73±0. 06 mg/mL。相关性分析及冗余分析结果表明,对抗氧化活性影响较为显著的因子为葡萄糖(Glc)、核糖(Rib)、木糖(Xyl)(P <0. 01)。     

Trehalose and trehalose-hydrolyzing enzyme in the haemolymph of Locusta migratoria infected with Metarhizium anisopliae strain CQMa102

Topical application of the Metarhizium anisopliae var. acridum specialist strain CQMa 102 to the locust Locusta migratoria manilensis results in changes of the concentrations of trehalose and glucose in the haemolymph. Micrographs of the locust haemolymph shows Metarhizium anisopliae can effectivly penetrate the external skeleton of locust and after 2 days infection, the hyphae body will appear in the haemolymph of infected insects. The time in decrease of trehalose concentration coincided with that in increase of trehalose-hydrolysing enzyme activity in the haemolymph of the fungus-infected insects. Overlay gel analysis indicated there was considerably more trehalose-hydrolysing activity in the haemolymph of locusts infected by fungus than in controls. A comparable isoform was identified in in vitro culture of the fungus, suggesting a fungal origin for the in vivo enzyme. Haemolymph trehalose decreased significantly during mycosis of locusts by M. anisopliae. All these results suggested that this fungus may take advantage of competing nutrient utilization against the insect by its trehalose-hydrolyzing enzyme secretion. It may provide fundamental knowledge for fungal pathogenesis.     

海藻酸钙对骨质疏松症大鼠骨骼肌SDF-1含量和骨密度的影响

摘要 目的：探讨海藻酸钙对骨质疏松症大鼠骨骼肌基质细胞衍生因子-1（Stromal Cell-derived Factor-1,SDF-1）含量和骨密度的影响。方法：骨质疏松症大鼠（n=48）随机平分为三组-模型组、尼尔雌醇组与海藻酸钙组,在建模后1周后三组分别给予双蒸水、0.1 mg/100 g尼尔雌醇与37.5 mg/mL海藻酸钙/枸杞多糖凝胶微球水溶液灌胃治疗,1 次/d,检测大鼠骨骼肌SDF-1含量和骨密度变化情况。结果：（1）尼尔雌醇组与海藻酸钙组给药第4周与第8周的血清钙离子含量高于模型组（P<0.05）,磷离子含量低于模型组（P<0.05）,尼尔雌醇组与海藻酸钙组对比差异有统计学意义（P<0.05）;（2）尼尔雌醇组与海藻酸钙组给药第4周与第8周的骨骼肌SDF-1含量低于模型组（P<0.05）,海藻酸钙组低于尼尔雌醇组（P<0.05）;（3）尼尔雌醇组与海藻酸钙组给药第4周与第8周的腰椎和股骨骨密度高于模型组（P<0.05）,海藻酸钙组低于尼尔雌醇组（P<0.05）;（4）尼尔雌醇组与海藻酸钙组给药第4周与第8周的股骨最大载荷、最大应力高于模型组(P<0.05),海藻酸钙组高于尼尔雌醇组（P<0.05）;（5）海藻酸钙组造血细胞数量较多,骨皮质结构较完整,致密均匀粗壮,小梁数目明显增多,骨髓腔变小。结论：海藻酸钙在骨质疏松症大鼠的应用能抑制骨骼肌SDF-1的释放,有助于提高骨密度,改善骨生物力学指标,提高血清钙离子含量,降低磷离子含量。     

海藻糖酶基因TRE2-like和TRE2在异色瓢虫羽化过程中的表达与功能

【目的】异色瓢虫Harmonia axyridis是一种重要的捕食性天敌昆虫,海藻糖在异色瓢虫的变态发育、羽化等整个生命过程都起着重要的作用。本研究以前期获得的类似膜结合型海藻糖酶(TRE2-like)与膜结合型海藻糖酶(TRE2)基因为基础,探讨在异色瓢虫羽化阶段这两个海藻糖酶的潜在功能,为阐明异色瓢虫从蛹发育到成虫时海藻糖代谢机制提供参考。【方法】根据TRE2-like和TRE2基因序列设计双链RNA(dsRNA)区域片段并合成对应的dsRNA,通过RNAi将其注射到异色瓢虫2日龄蛹中。采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测RNAi处理后羽化第1天的异色瓢虫成虫糖代谢相关基因的表达;同时采用蒽酮比色法、酶标法等分别测定RNAi处理后羽化第1天的异色瓢虫成虫主要糖类物质含量及TRE活性变化,并观察异色瓢虫羽化后的表型变化。【结果】结果表明,与对照组(dsGFP注射组)相比,异色瓢虫2日龄蛹被注射TRE2-like或TRE2 dsRNA后,其新羽化成虫体内TRE2-like和TRE2表达量均极显著下调,且少数个体出现了蜕皮与翅形成困难等畸形表型。可溶性海藻糖酶活性在注射dsTRE2-like后显著降低,膜结合型海藻糖酶活性在注射dsTRE2后显著降低;注射dsTRE2后糖原含量显著下降,注射dsTRE2-like后糖原和海藻糖含量显著下降,注射dsTRE2-like+dsTRE2后糖原和葡萄糖含量显著下降,且海藻糖含量极显著下降。注射dsTRE2-like, dsTRE2和dsTRE2-like+dsTRE2后可溶性海藻糖酶基因TRE1-1和TRE1-2表达下降或显著下降,而TRE1-5表达上升或显著上升,海藻糖合成酶(trealose-6-phosphate synthase, TPS)、糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase, GP)、糖原合成酶(glycogen synthase, GS)基因的表达均显著下调。【结论】TRE2-like和TRE2基因表达被抑制后,异色瓢虫海藻糖等代谢受到影响。研究结果为探究异色瓢虫体内膜结合型海藻糖酶的潜在功能和调控机制奠定了基础。