1株裂殖壶菌(Schizochytrium sp.的分离鉴定*

采用松树花粉诱集法从乐清湾红树林分离到一株纯培养物,其特点为:营养菌体为椭圆球形,单核;营养菌体的细胞壁由许多紧压在一起的致密鳞片层构成,在细胞壁不连续处可分辨鳞片;营养菌体形成外质网,它产生于外质网形成体;营养菌体以产生游动孢子行无性繁殖,游动孢子为双鞭毛;无性繁殖过程中形成四分体结构。据此鉴定为裂殖壶菌(Schizochytrium sp·)。     

裂殖壶菌Schizochytrium sp. 20888产DHA培养条件优化

【目的】为了优化裂殖壶菌产DHA的培养条件,提高油脂中DHA含量。【方法】采用单因素试验和正交设计试验方案,针对分批培养时间、培养基碳、氮源的种类和浓度以及培养温度开展试验,采用重量法测定生物量、采用索氏提取法测定油脂总量,采用气相色谱法测定油脂DHA含量,考察培养条件对细胞油脂DHA含量的影响。【结果】最适培养时间为4 d,培养温度23°C,最优碳氮源组成为(g/L):葡萄糖65、甘油80、蛋白胨6、酵母粉4和谷氨酸钠8。【结论】裂殖壶菌Schizochytrium sp.20888在葡萄糖和甘油组成的复合碳源和由蛋白胨、酵母粉和谷氨酸钠组成的复合氮源的培养基中可以得到最优的DHA产量,细胞DHA含量能达到33.68%。     

高产DHA破囊壶菌Aurantiochytrium sp. PKU#SW7诱变株的筛选

【目的】对野生菌株Aurantiochytrium sp.PKU#SW7诱变育种,筛选高产DHA突变株。【方法】采用UV诱变和化学药物胁迫筛选方式,以菌株的生物量、油脂产量、DHA产量作为筛选指标,获得高产DHA突变株。【结果】经鉴定获得一株DHA高产突变株PKU#PM003,该菌株传代4次后仍保持较好的遗传稳定性。摇瓶发酵后,PKU#PM003生物量产量高达6.62 g/L,比原始菌株5.95 g/L提高了11.26%,脂肪酸含量高达4.01 g/L,比原始菌株3.18 g/L提高了26.1%,DHA在脂肪酸中所占比例由29.97%增加到33.43%,产量提高了41.01%,油脂突变效果显著。【结论】突变株PKU#PM003可作为性状优良的工业化发酵生产菌种,并在DHA产量提升上仍具有巨大的空间。     

裂殖壶菌酰基载体蛋白(ACP)基因的克隆与表达

ACP (Acyl carrier protein, 酰基载体蛋白) 参与高度不饱和脂肪酸的PKS (Polyketide synthase) 生物合成途径。从Schizochytrium sp.FJU-512 cDNA文库中获得了ACP基因的cDNA克隆。该序列开放读码框全长429 bp, 编码142个氨基酸, 等电点为5.04, 具有4′-磷酸泛酰巯基乙胺(4′-PP)的结合位点。利用BamHⅠ/HindⅢ双酶切, 并连接到原核表达载体pET-30a, 构建了pET-30a/acp表达载体, 转化宿主菌E.coli BL21(DE3), IPTG诱导表达。SDS-PAGE分析表明该蛋白得到高效表达。     

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）%。     

裂殖壶菌丙二酸单酰转移酶(MAT)基因的克隆与序列分析

二十二碳六烯酸(DHA)是一种重要的多不饱和脂肪酸,裂殖壶菌(Schizochytrium)因富含DHA成为当前的研究热点。丙二酸单酰转移酶(MAT)是该菌合成DHA的关键酶。以Schizochytriumsp.FJU-512cDNA文库中的EST序列contig417(GenBank accession No.EF483907)为基础,获得了丙二酸单酰转移酶基因的DNA序列和cDNA序列。序列分析表明,cDNA序列与DNA序列完全一致,开放阅读框全长1 176bp,编码391个氨基酸,且具备该类酶氨基酸序列的两个经典保守区。对该蛋白进行系统发育分析,构建进化树,结果显示,该蛋白同Schizochytriumsp.TIO01的丙二酰辅酶A-ACP转移酶(MCAT)亲缘关系最近。     

外源添加剂促进裂殖壶菌合成DHA

为提高二十二碳六烯酸（DHA）产量,根据裂殖壶菌生物合成DHA的代谢途径,考察外源添加剂对裂殖壶菌发酵生产DHA影响。研究表明：分生物素、柠檬酸、苹果酸和洛伐他汀均能提高裂殖壶菌DHA的合成能力。同时添加生物素、苹果酸和洛伐他汀时能够显著提高DHA的产量,DHA的最高产量达到11.55 g/L,相比对照提高71.87%。     

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。     

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%。     

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。     

酶法破碎裂殖壶菌提取胞内油脂

采用酶法破碎裂殖壶菌提取胞内油脂,进行单因素实验和正交实验优化酶解反应条件,酶解反应的影响因素主次顺序依次为酶用量、温度、时间、pH,最佳酶解工艺参数:55 ℃、pH 9.5、搅拌反应2.5 h、酶用量为菌体生物量的2%.在该条件下,胞内油脂的提取量高达(81.53±0.33) g/L,过氧化值仅为0.15,酸价为0.24.     

添加生物素和浅蓝菌素对裂殖壶菌发酵产DHA的影响

为提高发酵产量,根据裂殖壶菌生物合成二十二碳六烯酸(DHA)的途径,考察添加代谢途径关键酶的辅酶及酶的抑制剂对发酵裂殖壶菌的影响.结果表明:添加生物素可促进油脂积累,添加浅蓝菌素有利于DHA及不饱和脂肪酸含量的提高.添加生物素0.3 mg/L时,DHA占细胞干质量分数达11.26％,相对于对照提高了13％;当添加浅蓝菌素0.1mg/L时,DHA占细胞干质量分数可达12.2％.     

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%。     

裂殖壶藻藻油DHA对高脂饮食诱导肥胖小鼠的影响

【目的】肥胖症是一种慢性代谢类疾病,具有较高的发病率和高危后果。研究表明,n-3多不饱和脂肪酸(n-3 Polyunsaturated fatty acids,n-3 PUFAs),特别是二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)对与肥胖症相关疾病有较好的防治效果,对体内脂质代谢有重要的调节作用。探讨裂殖壶藻(Schizochytrium sp.)藻油DHA对高脂饮食诱导肥胖小鼠体重、脂肪组织重量、血脂、肝和脂肪组织病理形态和脂质代谢相关基因表达的影响。【方法】通过高脂饮食建立小鼠肥胖模型,以体重增幅15%为标准分出肥胖小鼠。试验共分五组:(1)低脂对照组;(2)高脂模型组;(3)高脂+低剂量藻油组(50 mg DHA/kg);(4)高脂+中剂量藻油组(100 mg DHA/kg);(5)高脂+高剂量藻油组(200 mg DHA/kg)。其中,藻油处理组灌服相应剂量藻油,低脂对照组和高脂模型组灌胃同等体积玉米油。处理9周后,腹腔麻醉,摘眼球取血并分离血清,测血清中甘油三酯、胆固醇和高密度脂蛋白含量;之后处死小鼠,分离附睾、肾周和肠系膜脂肪组织及肝脏,称湿重;附睾脂肪和肝组织切片进行HE染色,观察病理变化情况;利用RT-PCR检测附睾脂肪组织中激素敏感脂酶(Hormone sensitive lipase,HSL)基因的m RNA表达情况。【结果】藻油处理组小鼠体重没有显著下降,但是腹部脂肪重量显著降低、脂肪细胞体积明显小于高脂模型组;同时血清中甘油三酯、胆固醇含量显著降低,肝组织异位脂肪堆积明显减少;脂肪组织中HSL基因的表达水平显著提高。【结论】裂殖壶藻藻油DHA处理能显著降低高脂饮食导致的小鼠腹部脂肪积累并改善血脂,可能有利于肥胖症的防治。     

Enhancement of docosahexaenoic acid production by Schizochytrium sp. using a two-stage oxygen supply control strategy based on oxygen transfer coefficient

Aims: To improve the yield and productivity of docosahexaenoic acid (DHA) by Schizochytrium sp. in terms of the analysis of microbial physiology. Methods and Results: A two‐stage oxygen supply control strategy, aimed at achieving high concentration and high productivity of DHA, was proposed. At the first 40 h, K_La was controlled at 150·1 h^?1 to obtain high μ for cell growth, subsequently K_La was controlled at 88·5 h^?1 to maintain high q_p for high DHA accumulation. Finally, the maximum lipid, DHA content and DHA productivity reached 46·6, 17·7 g l^?1 and 111 mg l^?1 h^?1, which were 43·83%, 63·88% and 32·14% over the best results controlled by constant K_La. Conclusions: This paper described a two‐stage oxygen supply control strategy based on the kinetic analysis for efficient DHA fermentation by Schizochytrium sp. Significance and Impact of the study: This study showed the advantage of two‐stage control strategy in terms of microbial physiology. As K_La is a scaling‐up parameter, the idea developed in this paper could be scaled‐up to industrial process and applied to other industrial biotechnological processes to achieve both high product concentration and high productivity.