浓香型白酒发酵过程中窖内古菌群落分布特征

泥窖池多菌种固态发酵是浓香型白酒的典型特点,其中古菌是重要的酿造功能菌,但目前对发酵过程古菌的群落分布及多样性尚缺乏研究。采用高通量测序技术,分析了浓香型白酒发酵过程酒醅与窖泥中古菌的生物量、群落组成与演替规律,并通过共现性网络分析了古菌与细菌的潜在互作关系。结果表明,窖泥中古菌平均生物量约是酒醅的200倍,两者之间古菌群落的结构差异不显著(r=0.017,P=0.074),但演替规律存在显著相关性(r=0.30,P=0.03)。甲烷杆菌属Methanobacterium是酒醅与窖泥中丰度占比最高的古菌,其他优势群类依次为甲烷八叠球菌属Methanosarcina、甲烷粒菌属Methanocorpusculum、甲烷囊菌属Methanoculleus和甲烷短杆菌属Methanobrevibacter。共现性网络分析显示甲烷杆菌属在酒醅与窖泥中与多数细菌为正相关,特别是与窖泥中主要细菌氢孢菌属Hydrogenispora和产己酸菌属Caproiciproducens。研究结果揭示了浓香型白酒窖池中古菌群落的时空分布特点及潜在功能。     

洋河酒窖泥细菌群落结构与菌株产酸能力分析

【背景】窖泥微生物的种类及其代谢产物类型是影响浓香型白酒发酵过程中丁酸和己酸等白酒中主要有机酸合成的影响因素之一。【目的】揭示浓香型白酒不同窖龄窖泥细菌群落结构,研究厌氧细菌产酸性能,阐明窖泥细菌与白酒中有机酸合成的相关性。【方法】通过Illumina HiSeq高通量测序,基于16S rRNA基因序列分析不同窖龄窖泥细菌的组成。分离获得厌氧细菌,通过比较菌株产丁酸和己酸能力来分析窖泥的微生物代谢特性。【结果】洋河酒窖泥细菌主要分布于梭菌纲(Clostridia)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、互营养菌纲(Synergistia)和芽孢杆菌纲(Bacilli)。20年窖龄的窖泥中氢孢菌属(Hydrogenispora)和瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)丰度显著增加。窖泥细菌间相关性分析表明,瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)为窖泥中影响最大的核心微生物,很多微生物与梭菌属(Clostridium)菌株之间多为相互促进关系。通过传统可培养方法共分离得到梭菌目(Clostridiales)的20株厌氧菌。其中梭菌属(Clostridium)菌株产酸能力高...     

基于PCR-DGGE和高通量测序分析白云边酒窖泥细菌群落结构与多样性

【目的】探索白云边酒不同窖龄窖泥细菌群落结构及其多样性,分析窖泥细菌群落特征对兼香型白酒风格形成的影响。【方法】分别提取2年和23年窖泥样品总DNA,采用PCR-DGGE、基因克隆以及高通量测序技术,研究窖泥细菌的分布情况。【结果】白云边窖泥细菌归属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)4个菌门。2、23年窖泥共同的优势菌属(≥1.0%)包括棒状杆菌属(Corynebacterium)、香味菌属(Myroides)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、梭菌属(Clostridium)、醋杆菌属(Acetobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、肠杆菌属(Enterobacter)和不动杆菌属(Acinetobacter)。2年窖泥特有优势菌属为Dysgonomonas、Fluviicola、变形杆菌属(Proteus)和Wohlfahrtiimonas,而23年窖泥特有优势菌属为葡萄球菌属(Staphylococcus)、Hazenella、魏斯氏菌属(Weissella)、葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)和摩根氏菌属(Morganella)。【结论】2年窖泥细菌群落多样性高于23年窖泥。比较了白云边两种窖龄窖泥主要细菌组成情况,为研究微生物对白云边酒浓酱兼香型独特风味形成的影响提供依据。     

新疆低阶煤本源生物甲烷转化中微生物群落组成及变化

【目的】探究新疆低阶煤生物甲烷转化过程微生物群落组成及多样性。【方法】采用厌氧培养方法和末端限制性片段长度多态性技术(Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)分析新疆低阶煤本源微生物对甲烷转化及有机酸含量的影响,分析新疆哈密大南湖长焰煤生物甲烷转化过程中微生物群落动态变化。【结果】研究表明长焰煤和褐煤对本源微生物产甲烷影响较小,随着低阶煤生物甲烷转化时间的延长,甲烷产量呈上升趋势,转化60 d后长焰煤甲烷产量高达10.28 m L/g,挥发性有机酸(VFA)浓度则最低;微生物多样性指数变化不明显,不同转化时间微生物主要类群为放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),厚壁菌门(Firmicutes),变形菌门(Proteobacteria);甲烷菌的群落结构相对于细菌较简单,在整个低阶煤生物转化产甲烷过程中共有古菌类群为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷盐菌属(Methanohalobium)、甲烷叶菌属(Methanolobus)、甲烷食甲基菌属(Methanomethylovorans),它们是构成群落结构的基本菌群。【结论】低阶煤生物甲烷转化过程微生物群落具有丰富的多样性,且不同时期多样性有较大差异。甲烷菌群落结构相对于细菌较简单,共有类群明显。     

不同风化时间碳酸岩表面古菌群落结构与功能特征

【背景】古菌群落是碳酸岩表面微生物群落的重要成员,也是碳酸岩表面生物演替的先锋生物,能够促进碳酸岩风化和加快土壤形成,在生物地球化学循环中起重要作用。【目的】揭示在不同风化时间碳酸岩表面风化残积物中的古菌群落结构及生态功能。方法】采集19-213年风化时间段废弃碳酸岩墓碑表面风化残积物样品(n=18),基于宏基因组测序技术分析其古菌群落结构与功能特征。【结果】门水平上,优势门有广古菌门(Euryarchaeota),随后为奇古菌门(Thaumarchaeota)、未鉴定古菌门(unclassified Archaea)、深古菌门(Bathyarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota);属水平上,优势属主要由甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷丝状菌属(Methanothrix)、Methanoperedens、氨氧化古菌属(Nitrosocosmicus)、亚硝化球菌属(Nitrososphaera)及其他未鉴定属组成;C/N、C/P、N/P是显著影响碳酸岩表面古菌群落的主要环境因子。进一步分析发现,碳酸岩表面古菌群落功能丰富,其中新陈代谢(metabo...     

云南热带户用沼气池的原核生物群落结构研究

【目的】揭示云南热带农村户用沼气池中的原核生物(细菌和古菌)的群落结构特征。【方法】采用16S r RNA基因克隆文库技术对云南(北)热带代表性气候区的户用沼气池中的原核生物(细菌和古菌)多样性进行研究。【结果】得到细菌330条有效序列,划分为108个OTUs,文库覆盖度为81.5%;古菌有效序列185条,划分为17个OTUs,文库覆盖度为97.8%。通过Gen Bank数据库进行相似性比对与系统发育分析,结果表明:大部分细菌为未知细菌(Unclassified bacteria,占24.19%),优势细菌类群归属拟杆菌门(Bacteroidetes,占23.58%)、绿弯菌门(Chloroflexi,占21.46%)、厚壁菌门(Firmicutes,占13.91%)和变形菌门(Proteobacteria,占8.74%);古菌主要的优势类群为乙酸盐营养型的甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)的鬃毛甲烷菌属(Methanosaeta,占76.75%);此外还检测到少量未培养的泉古菌门细菌(Crenarchaeota,占9.19%)。【结论】云南(北)热带代表性气候区的农村户用沼气池中的微生物种类十分丰富,不同微生物种类的丰度存在明显差异,并存在明显优势种群,且细菌比古菌具有更丰富的多样性。     

人肠道梭菌和甲烷马赛球菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷研究

【目的】根据人肠道富含胆碱和甜菜碱,同时肠道微生物组中具有裂解胆碱和还原甜菜碱产三甲胺的细菌,以及利用三甲胺产甲烷的古菌,本研究探讨肠道细菌与古菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷的可能性。【方法】调查不同年龄段人群粪便中的16S rRNA基因多样性,分析肠道中古菌的菌群组成;利用定量PCR(quantitative PCR,qPCR)定量甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)特异的甲醇甲基转移酶基因mtaB和甲烷八叠球菌(Methanosarcina)及细菌的16S rRNA基因拷贝数,分析肠道中甲基营养型产甲烷古菌及总细菌的含量;宏基因组组装基因组(metagenome-assembled genomes,MAGs)分析携带甜菜碱还原酶基因grdH和胆碱裂解酶基因cutC的细菌组成。从粪便中分离代谢甜菜碱及胆碱产生三甲胺的细菌,并与分离自人肠道的甲烷马赛球菌构建共培养物,测定其协同转化甜菜碱和胆碱产甲烷的能力。【结果】年轻人粪便中含有甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae,82.16%)的甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter,49.18%)和甲烷杆菌属(Methanobacterium,33.34%)、甲基营养型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,5.67%)的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,5.70%),以及甲烷马赛球菌科(Methanomassiliicoccaceae,3.13%)的甲烷马赛球菌属(Methanomassiliicoccus,3.14%)。而中老年人粪便中的甲烷古菌多样性较低,也未检测到甲烷马赛球菌。qPCR定量分析显示年轻人比中老年人肠道的总古菌含量高3.11倍,其中甲烷马赛球菌高6.53倍、甲烷八叠球菌高5.52倍,总细菌含量高2.90倍。宏基因组分析组装了229个细菌基因组,其中42个携带基因grdH和cutC,这些细菌属于毛螺菌科(Lachnospiraceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和梭菌科(Clostridiaceae)等。从粪便中分离到恶名梭菌(Clostridium malenominatum)B8,菌株B8与卢米尼甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus luminyensis)B10共培养物可降解47.03%的甜菜碱和25.83%胆碱,并产生甲烷,在培养液中检测到三甲胺先积累后被降解。【结论】人肠道细菌恶名梭菌B8和卢米尼甲烷马赛球菌B10可协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷,推测它们在人肠道中可将部分食物中的甜菜碱和胆碱代谢产生甲烷。     

厌氧产酸菌群培养技术在窖泥质量快速检测中的应用

【背景】窖泥质量决定了浓香型白酒品质的高低,窖泥中的产酸功能菌群显著影响着窖泥的质量及对应的浓香型白酒品质,但目前对窖泥质量的评价尚缺乏明确和完善的标准。【目的】建立一种快速、准确评价窖泥质量的方法,解析窖泥中参与己酸合成的重要微生物。【方法】通过窖泥产酸菌群培养和产酸代谢特征研究,构建厌氧产酸菌群发酵体系,根据窖泥中厌氧菌的己酸合成能力来评价相应窖泥的质量;利用高通量测序技术分析可培养发酵体系中产己酸功能微生物的群落组成。【结果】葡萄糖碳源相比乳酸碳源可以更有效地富集窖泥中的产己酸菌群;采用毫升级别发酵体系、对窖底泥进行多点取样,产酸菌群发酵代谢产物稳定期的己酸产量、己酸/丁酸值可较准确地评价不同窖泥的质量。16S rRNA基因测序结果表明,利用产酸菌群培养方法可以有效地富集未培养产己酸细菌(Uncultured bacterium Caproiciproducens)。【结论】基于产酸菌群培养的窖泥微生物发酵体系可用于实际生产中快速、准确地评价窖泥质量,并为窖泥微生物己酸合成代谢机制的研究提供参考。     

洋河浓香型白酒发酵过程酒醅微生物群落结构解析及其与有机酸合成的相关性

【目的】解析江苏洋河酒厂浓香型白酒窖内发酵过程酒醅微生物群落结构,建立酒醅微生物与主要有机酸合成的关联性。【方法】通过宏基因组测序获得白酒发酵过程中微生物群落结构变化规律,利用主成分分析和偏最小二乘回归分析寻找酒醅中影响主要有机酸合成的关键微生物。【结果】根据微生物组成结构变化和有机酸合成变化规律,可将白酒窖内发酵分为两个时期(0–14 d和15–60 d)。其中窖内发酵0–15 d与主要有机酸合成相关的微生物数量显著高于15–60 d的。窖内发酵过程与主要有机酸合成相关的微生物包括7个菌属,分别为乳杆菌属(Lactobacillus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、酵母属(Saccharomyces)、Naumovozyma、伊萨酵母属(Issatchenkia)、嗜冷芽孢杆菌属(Psychrobacillus)和根霉属(Rhizopus)。【结论】本研究识别了白酒窖内发酵过程中与主要有机酸合成相关的核心和关键微生物,可为阐明白酒窖内发酵产酸机理和保障白酒品质的稳定性奠定研究基础和理论依据。     

基于高通量测序研究青藏高原茶卡盐湖微生物多样性

【目的】茶卡盐湖(Chaka Salt Lake,CSL)是青藏高原有名的天然结晶盐湖,具有独特的石盐盐湖矿床,盛产青盐。盐湖卤水环境中存在丰富的嗜盐菌资源和潜在的新种,细菌和古菌的群落结构特征和物种多样性尚不明确。【方法】采用Illumina高通量测序平台对茶卡盐湖水样和底泥混合物中的细菌和古菌群落进行16S r RNA基因(V3-V5区)高通量测序,检测4个样本的群落结构差异和微生物多样性。【结果】获得细菌和古菌总有效序列分别为117 192和110 571条。结果分析表明细菌和古菌的物种注释(Operational taxonomic unit,OTU)数目分别为421和317,获得分类地位明确的细菌种类为14门28纲170属,古菌为5门4纲34属。细菌的优势类群是厚壁菌门(Firmicutes),所占比例为68.37%,其次为变形菌门Proteobacteria(20.49%);优势种属依次为芽孢杆菌属Bacillus(41.94%)、海洋芽孢杆菌属Oceanobacillus(8.03%)、假单胞菌属Pseudomonas(7.67%)、盐厌氧菌属Halanaerobium(7.42%)和乳球菌属Lactococcus(7.38%);古菌的优势类群以广古菌门(Euryarchaeota)盐杆菌纲(Halobacteria)为主,优势菌是Halonotius(17.21%)和盐红菌属Halorubrum(16.23%)。【结论】揭示了茶卡盐湖中细菌和古菌的群落结构及物种多样性,为嗜盐菌的开发及后续微生物资源的挖掘提供了理论依据。     

浓香型白酒窖池微生物群落结构特征

窖池是中国白酒,尤其是浓香型大曲酒生产颇具特色的固态生物反应器,窖龄与微生物群落结构关系密切且复杂,对产品质量影响非常显著.本研究以微生物细胞膜的特征组分磷酸脂肪酸(PLFA)为指标,研究了不同窖龄(5年、100年和300 年)窖池窖泥、糟醅和黄水的微生物群落结构特征.结果表明:窖泥中总PLFA含量最高,糟醅次之,黄水最低.PLFA的组成因窖龄而异,黄水中总PLFA含量随窖池窖龄的增长而减小.窖泥中直链饱和脂肪酸含量最高,为PLFA总量的50.7%～73.9%,其中300年窖池窖泥最高.窖泥中表征革兰氏阳性(G+)厌氧细菌的PLFA含量较高,而糟醅和黄水中均以表征革兰氏阴性(G-)厌氧菌的PLFA含量较高.100年窖泥中表征G+菌、G-菌和厌氧菌的PLFA含量高于其他窖龄相应样品.5年窖窖泥、糟醅和黄水中真菌PLFA含量均高于其他窖龄相应样品.经主成分分析,5年窖和100年窖中主要变异菌群是G+菌和真菌,300年窖中主要变异菌群是细菌.描述窖池微生物群落特征的多样性指数可以选用PLFA的频次、Simpson优势度指数和Shannon多样性指数.     

浓香型白酒窖泥中兼性厌氧细菌的分离鉴定

为探讨浓香型白酒窖泥中微生物区系的构成,采用传统微生物分类鉴定法,对泸州老窖不同窖龄窖底和窖壁泥样的可培养兼性厌氧细菌进行了分类计数,并初步鉴定到属。平板涂布法计数得出,老窖底样的菌落总数最多,达3.98×103cfu/g泥,新窖壁样菌落数最少,只有0.24×103cfu/g泥;经生理生化鉴定,参照伯杰氏细菌鉴定手册等将划线单离后的菌株归为8个属,其大部分属于芽孢杆菌属(Bacillus)和芽孢乳杆菌属(Sporolac-tobacillus),也存在假单胞菌属(Pseudomonas)、梭菌属(Clostridium)等。     

宜宾浓香型白酒酿造过程中可培养细菌的系统发育多样性

【目的】为较系统地了解宜宾浓香型白酒酿造过程中可培养细菌的多样性,得到一些潜在的微生物资源。【方法】采用改良的NA培养基和高氏I号培养基分离、去除冗余,测定所得细菌纯培养物的16S rRNA基因,进行系统发育分析。【结果】分离得到603株细菌,4株菌的序列与GenBank中典型菌株序列相似性低于97%,代表着潜在新类群;599株菌与GenBank中34个属、101个种的典型菌株序列相似性大于97%,其中以Bacillus为绝对优势菌(315株),Streptomyces(121株)、Lysinibacillus(35株)、Staphylococcus(45株)为次优势菌,其余各属菌株均在10株以下。而且有16个属均只检测到1株菌。【结论】宜宾浓香型白酒发酵过程中的细菌呈现出较为丰富的多样性和一定的稳定性。     

窖泥群落结构及功能微生物研究进展

窖泥是浓香型白酒的特征发酵载体,包含多种功能微生物,这些功能微生物对浓香型白酒的风格特征和品质有着重要的影响。本文对不同窖龄窖泥、不同浓香型白酒产地的窖泥及不同质量窖泥的窖泥微生物研究进展进行总结分析,并在此基础上对窖泥主体微生物的功能进行阐述。以期为窖泥微生物的研究提供思路,为浓香型白酒的质量和香味成分研究提供思考,促进窖泥微生物的研究,加深对浓香型白酒窖泥的认知。     

Diversity and structure of the archaeal community in the leachate of a full-scale recirculating landfill as examined by direct 16S rRNA gene sequence retrieval

The diversity and structure of the archaeal community in the effluent leachate from a full-scale recirculating landfill was characterized by direct 16S rRNA gene (16S rDNA) retrieval. Total-community DNA was extracted from the microbial assemblages in the landfill leachate, and archaeal 16S rDNAs were amplified with a universally conserved primer and an Archaea-specific primer. The amplification product was then used to construct a 16S rDNA clone library, and 70 randomly selected archaeal clones in the library were grouped by restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis. Sequencing and phylogenetic analysis of representatives from each unique RFLP type showed that the archaeal library was dominated by methanogen-like rDNAs. Represented in the kingdom of Euryarchaeota were phylotypes highly similar to the methanogenic genera Methanoculleus, Methanosarcina, Methanocorpusculum, Methanospirillum and Methanogenium, where the clone distribution was 48, 11, 3, 1 and 1, respectively. No sequences related to known Methanosaeta spp. were retrieved. Four rDNA clones were not affiliated with the known methanogenic Archaea, but instead, they were clustered with the uncultured archaeal sequences recently recovered from anaerobic habitats. Two chimeric sequences were identified among the clones analyzed.     

寺河矿煤地质产甲烷微生物菌群的保藏和产甲烷性能

【背景】煤地质产甲烷微生物菌群可以代谢煤基质产生甲烷,对于实现煤层气资源的再利用具有重要意义。【目的】检测产甲烷菌群在保藏过程中群落结构的动态变化以及在产气实验中甲烷气的生成情况,以验证保藏方法的可行性,同时为煤层气的微生物增产奠定基础。【方法】分别于不同温度条件下比较3种菌种保藏方法,即甘油/L-半胱氨酸法、富营养法和煤基-基础盐法。通过产气实验检测不同保藏条件下产甲烷菌群的活力。同时,采用454高通量测序技术测定16S r RNA基因序列,分析25°C条件下煤基-基础盐菌种保藏过程中微生物群落结构的变化。【结果】比较了9组菌种保藏方法,发现菌种最佳保藏条件为25°C的煤基-基础盐保藏。在该条件下保藏的产甲烷菌群活性最高,甲烷生成量最大。以无烟煤为碳源进行产气实验时甲烷生成量为12%-25%,而以褐煤为碳源时甲烷生成量可达24%-73%。在25°C的煤基-基础盐菌种保藏条件下,保藏初期细菌的主要优势菌为假单胞菌属(Pseudomonas),而古菌的主要优势菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。随着保藏时间的增加,细菌的群落结构变化显著,发酵细菌及产氢产乙酸细菌成为优势细菌,古菌的群落结构则相对稳定。【结论】菌种保藏的最佳条件为25°C的煤基-基础盐,保藏的产甲烷菌群能长期维持在较高的活性状态,具有较好的产甲烷能力。     

Functional and structural response of a cellulose-degrading methanogenic microbial community to multiple aeration stress at two different temperatures

Two cellulose-fermenting methanogenic enrichment cultures originating from rice soil, one at 15 degrees C with Methanosaeta and the other at 30 degrees C with Methanosarcina as the dominant acetoclastic methanogen, both degraded cellulose anaerobically via propionate, acetate and H2 to CH4. The degradation was a two-stage process, with CH4 production mainly from H2/CO2 and accumulation of acetate and propionate during the first, and methanogenic consumption of acetate during the second stage. Aeration stress of 12, 24, 36 and 76 h duration was applied to these microbial communities during both stages of cellulose degradation. The longer the aeration stress, the stronger the inhibition of CH4 production at both 30 degrees C and 15 degrees C. The 72 h stressed culture at 30 degrees C did not fully recover. Aeration stress at 30 degrees C exerted a more pronounced effect, but lasted for a shorter time than that at 15 degrees C. The aeration stress was especially effective during the second stage of fermentation, when consumption of acetate (and to a lesser extent propionate) was also increasingly inhibited as the duration of the stress increased. The patterns of CH4 production and metabolite accumulation were consistent with changes observed in the methanogenic archaeal community structure. Fluorescence in situ hybridization showed that the total microbial community at the beginning consisted of about 4% and 10% archaea, which increased to about 50% and 30% during the second stage of cellulose degradation at 30 degrees C and 15 degrees C respectively. Methanosarcina and Methanosaeta species became the dominant archaea at 30 degrees C and 15 degrees C respectively. The first round of aeration stress mainly reduced the non-Methanosarcina archaea (30 degrees C) and the non-Methanosaeta archaea (15 degrees C). Aeration stress also retarded the growth of Methanosarcina and Methanosaeta at 30 degrees C and 15 degrees C respectively. The longer the stress, the lower was the percentage of Methanosarcina cells to total microbial cells after the first stress at 30 degrees C. A later aeration stress decreased the population of Methanosarcina (at 30 degrees C) in relation to the duration of stress, so that non-Methanosarcina archaea became dominant. Hence, aeration stress affected the acetotrophic methanogens more than the hydrogenotrophic ones, thus explaining the metabolism of the intermediates of cellulose degradation under the different incubation conditions.