基于PLFA指纹图谱表征浓香型酒糟醅微生物群落结构

以9株白酒酿造过程中常见的菌株为对象,研究了不同种属菌株的细胞膜特征组分磷酸脂肪酸(PLFA)的特征,以及检出量与菌株生物量之间的关系.结果表明:供试细菌、放线菌、霉菌和酵母菌的PLFA指纹图谱存在显著差异,各菌株的PLFA指纹图谱可作为区别种属的依据.不同供试菌株生物量在一定范围内与检出的总PLFA量或16:0含量呈线性关系.将不同生物量的革兰氏阳性菌G+、革兰氏阴性菌G-和真菌分别加入糟醅后,检出的PLFA相对含量与对照差异显著.基于PLFA的指纹图谱能够定量或半定量地表征糟醅微生物群落结构特征及动态变化.经对多家酿酒企业糟醅PLFA组成的检测及微生物群落结构的剖析,该方法具有普适性.     

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)菌株产酸能力高于其他菌属,酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)和丁酸梭菌(Clostridium butyricum)产丁酸和己酸的能力最强。产丁酸能力最高的菌主要分离自5年和20年窖龄窖泥,产己酸能力最高的菌分离自20年窖龄窖泥。【结论】解析了浓香型白酒不同窖龄窖泥的细菌组成,并对菌株产丁酸和己酸的能力进行了比较,为揭示窖泥微生物功能及其对白酒风味物质合成的影响奠定了相关的研究基础。     

海拔对辽东栎林地土壤微生物群落的影响

以北京东灵山辽东栎林地土壤为对象,运用氯仿熏蒸-浸提法及磷脂脂肪酸分析(PLFA)法,研究林木生长季节土壤微生物群落随海拔梯度的变化特征.结果表明:随着海拔升高,辽东栎林土壤微生物生物量碳、氮,以及微生物各类群含量均有差异但不显著;土壤细菌/真菌升高,而革兰氏阳性菌(G+)/革兰氏阴性菌(G-)降低.土壤微生物生物量碳、氮以及细菌、真菌、G+细菌、G-细菌的含量与土壤含水量、有机碳、全氮呈显著正相关,土壤真菌含量与土壤碳氮比值呈正相关.土壤微生物群落组成结构(细菌/真菌和G+细菌/G-细菌)的变化主要受土壤温度和土壤含水量的显著影响,说明土壤微生物群落结构对环境条件的变化敏感.随着全球变暖的加剧,暖温带辽东栎林地土壤真菌和G+细菌的比例有升高的趋势.     

浓香型白酒窖泥放线菌的群落结构及其多样性

以泸州老窖1、50、100和400年窖泥为研究对象,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)研究浓香型白酒窖泥放线菌的群落结构及其多样性。DGGE图谱显示,除1年样品外,其余窖底泥多样性指数(H)均低于同窖龄窖壁泥,但均匀度指数(EH)较高。不同窖池相同部位窖泥的群落结构变化趋势为:随窖龄的延长,窖壁泥H值逐渐上升,为1.74—2.28;窖底泥下降,为1.73—2.07。EH值均为波动下降,分别在0.986—0.991和0.971—0.994之间。窖底泥相似性系数(SC)逐渐上升,为0.46—0.82;窖壁泥为0.31—0.62。DGGE条带测序结果显示,窖泥放线菌归于Olsenella、Atopobium、Streptomyces和Corynebacterium 4个属。Olsenella和Atopobium属为共有的优势属,且在窖壁泥中的优势度(di)均随窖龄延长而降低,在窖底泥中升高。实验结果表明,浓香型白酒窖泥蕴藏着丰富的放线菌资源,群落结构和多样性存在差异,菌群演替呈现一定规律性。     

基于窖泥微生物相对定量与绝对定量联用的窖泥老熟特征分析

[目的] 基于传统的相对定量法,在总DNA提取过程中加入内标菌,探索不同老熟程度下窖泥微生物菌群组成特征。[方法] 通过添加外源菌丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）作为内标菌,利用16S rRNA基因扩增子测序技术,基于相对丰度与绝对丰度解析不同老熟程度窖泥内的菌群结构和理化差异。[结果] 相对定量分析表明,随着窖泥老熟,窖泥微生物群落的多样性增加,己酸菌属（Caproiciproducens）、甲烷杆菌属（Methanobacterium）、甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）和互营单胞菌属（Syntrophomonas）等菌的相对丰度显著增高。结合绝对丰度分析,老熟窖泥内的生物量分别是新窖泥与趋老熟窖泥的600倍与28倍。不同于相对定量分析,乳杆菌属（Lactobacillus）的绝对丰度在老熟窖泥内并未降低,为新窖泥的20倍。己酸菌属在老窖泥中的绝对丰度为新窖泥的25000倍;其他功能微生物包括甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属、甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）、互营单胞菌属的绝对丰度也随着窖龄的增加而显著增加。菌群结构的绝对定量动态分析表明,新窖泥转变为老熟窖泥的过程是一个菌群组成多样性不断提高、生物量也逐步增加的过程,老窖泥中己酸菌属、互营单胞菌属、多种甲烷菌等微生物绝对量的增加,推测对降低窖泥内的乳酸含量和形成窖泥稳态环境具有重要作用。[结论] 绝对定量方法的引入,可观测不同窖龄窖泥微生物生物量的差异,解析不同老熟阶段窖泥功能微生物绝对丰度的动态变化,为窖泥菌群结构和代谢功能的定量化和因果关系研究提供了新的策略。     

泸型酒酒醅中梭菌群落的研究

正泸型酒(又称浓香型白酒)的生产以高粱为主要原料,以大曲为糖化发酵剂,采用泥窖进行多菌种混合循环固态发酵,窖池中存在的微生物主要包括酵母、霉菌、细菌、古菌等,这些独特而复杂的窖内微生物群落是泸型酒独特风味形成的关键~([1])。梭菌对于泸型酒中己酸乙酯、丁酸乙酯等典型风味物质的形成具有重要作用,虽然已对窖泥进行了群落结构和演替规律的研究,但对酒醅中的这类微生物的变化及其功能则研究甚少。本期刊登了马     

增温对长白山苔原土壤微生物群落结构的影响

研究土壤微生物群落结构对温度升高的响应,对预测气候变化条件下土壤微生物以及土壤养分循环具有重要意义。采用开顶箱(OTC,Open-top chamber)增温方法对长白山苔原土壤进行连续两个生长季(6—9月)增温处理,结果表明:增温使土壤磷脂脂肪酸(PLFA,Phospholipid fatty acid)总量降低了16.1%,革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌比值(G+/G-)升高21.2%。增温与对照条件下的G+、G-、细菌、真菌的PLFAs相对含量和真菌/细菌比值在统计上无显著差异,除真菌与G-外,其它指标均存在明显的季节波动。增温与对照条件下,细菌、G+、G+/G-和PLFA总量在土壤温度较高的7、8月份较温度较低的9月份高,真菌/细菌比值则在9月份温度较低时达到最大值。主成分分析表明,整个生长季代表真菌和G-的脂肪酸相对变化较明显。冗余分析(RDA,Redundancy analysis)表明,G+/G-比值与土壤温度呈正相关关系,土壤含水量与PLFA总量呈负相关关系,表明增温直接或间接导致G+/G-比值和PLFA总量变化,改变了土壤微生物的群落结构。     

泸型酒酒醅与窖泥中梭菌群落结构、演替和功能差异

梭菌对泸型酒风味品质的发酵形成具有重要作用,但目前对酒醅和窖泥中梭菌群落的物种组成、发酵演替规律以及代谢功能的差异尚缺少深入认识。采用分子微生态学技术,在种水平上对比了同一窖池的酒醅和窖泥中梭菌纲细菌群落的结构差异和演替规律,并通过纯培养方法分离和评价了梭菌菌株的主要挥发性脂肪酸组成差异。结果表明,窖泥发酵过程中梭菌纲细菌和总细菌的基因拷贝数比值相对稳定(71.5%–91.2%),而酒醅中梭菌的变化则较大(0.9%–36.5%)。酒醅中优势梭菌纲细菌主要是梭菌属(Clostridium,19.9%)、沉积物菌属(Sedimentibacter,8.8%)和氢孢菌属(Hydrogenispora,7.2%),而窖泥中主要为氢孢菌属(57.2%)、沉积物菌属(5.4%)和产己酸菌属(Caproiciproducens,4.9%)。窖泥及酒醅发酵过程中梭菌群落结构差异显著(P=0.001)。分离获得的20株梭菌菌株具有不同的产挥发性脂肪酸能力。结果表明,窖池中梭菌纲细菌群落存在时空异质性,其结构和功能差异对泸型酒风味形成具有影响。     

滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落的影响

土壤微生物在生态系统营养物质循环过程,特别是碳、氮循环过程中扮演着重要的角色。上海市崇明岛位于长江入海口,因其土壤发育时间较短、土地利用历史背景清晰、土壤本底均一,不同土壤围垦年代的土壤,代表了土壤发育年代的不同时期。以空间变化代替时间变化,对崇明岛稻田和旱地6个不同围垦年代土壤的磷酸脂肪酸(PLFA)指纹图谱研究表明,湿地滩涂围垦16a后土壤微生物总PLFA、细菌PLFA、革兰氏阳性菌(G+)PLFA和革兰氏阴性菌(G-)PLFA含量显著降低。随着围垦时间的逐步增加,PLFA含量逐步上升。经过长时间的农业种植,G+PLFA在围垦120a和300a稻田和旱地土壤中没有显著性差异;而总PLFA、细菌和G-PLFA在围垦75、120a和300a的土壤中含量趋于稳定且没有显著性差异。围垦16a和40a稻田土壤中总PLFA和G+PLFA显著高于旱地土壤;围垦40a稻田土壤中细菌和G-PLFA显著高于旱地土壤。不同围垦年代土壤总PLFA、细菌PLFA与土壤总氮、粘土含量成显著的正相关关系。河口湿地围垦后微生物数量的变化与土壤营养含量存在强烈相关关系,提示土壤围垦及演替过程中微生物与土壤肥力之间的紧密关系,对探讨土壤演替过程中微生物群落的变化具有重要意义。     

浓香型白酒两个产区窖泥微生物群落结构分析

【目的】探索浓香型白酒两个典型产区窖泥微生物群落结构和多样性,分析窖泥微生物群落地域特征及对白酒风格形成的影响。【方法】分别提取四川和安徽两个产区窖泥样品总DNA,应用PCR-ARDRA和16S rRNA基因克隆测序技术对两个产区窖泥细菌和古菌进行研究。【结果】两个浓香型白酒产区窖泥细菌丰富,包括:厚壁菌门(Firmicute)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、互养菌门(Synergistetes)、Armatimonadetes类群和未分类细菌(Unclassified bacteria)。两个产区窖泥绝对优势种群均为厚壁菌门中梭菌纲(Clostridia)细菌,在四川产区窖泥中检出较多的互营单胞菌属(Synthrophomonas)和紫单胞菌属(Petrimonas)。古菌的群落组成较为简单,主要是甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)4个产甲烷古菌类群,四川产区窖泥优势古菌为甲烷囊菌和甲烷八叠球菌,安徽产区则为甲烷八叠球菌属和甲烷鬃菌。【结论】四川和安徽两个产区窖泥微生物的16S rRNA基因克隆文库系统地反映了两者微生物群落的相似性和差异性,对揭示浓香型白酒两个产区的酒体风格差异形成有一定的参考价值。     

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。     

Prokaryotic Communities in Pit Mud from Different-Aged Cellars Used for the Production of Chinese Strong-Flavored Liquor

Chinese strong-flavored liquor (CSFL) accounts for more than 70% of all Chinese liquor production. Microbes in pit mud play key roles in the fermentation cellar for the CSFL production. However, microbial diversity, community structure, and cellar-age-related changes in pit mud are poorly understood. Here, we investigated the prokaryotic community structure and diversity in pit-mud samples with different cellar ages (1, 10, 25, and 50 years) using the pyrosequencing technique. Results indicated that prokaryotic diversity increased with cellar age until the age reached 25 years and that prokaryotic community structure changed significantly between three cellar ages (1, 10, and 25 years). Significant correlations between prokaryotic communities and environmental variables (pH, NH₄⁺, lactic acid, butyric acid, and caproic acid) were observed. Overall, our study results suggested that the long-term brewing operation shapes unique prokaryotic community structure and diversity as well as pit-mud chemistry. We have proposed a three-phase model to characterize the changes of pit-mud prokaryotic communities. (i) Phase I is an initial domestication period. Pit mud is characterized by abundant Lactobacillus and high lactic acid and low pH levels. (ii) Phase II is a transition period. While Lactobacillus abundance decreases dramatically, that of Bacteroidetes and methanogens increases. (iii) Phase III is a relative mature period. The prokaryotic community shows the highest diversity and capability to produce more caproic acid as a precursor for synthesis of ethyl caproate, the main flavor component in CSFL. This research provides scientific evidence to support the practical experience that old fermentation cellars produce high-quality liquor.     

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。     

Characterization of eubacterial and archaeal community diversity in the pit mud of Chinese Luzhou-flavor liquor by nested PCR–DGGE

The aim of this study was to investigate and compare the microbial community structures of eubacteria and archaea in the pit mud of Chinese Luzhou-flavor liquor from the wall (C_w) and bottom (C_b) of cellar through nested PCR–denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). The Shannon–Wiener index (H) calculated from the DGGE profiles showed that the community diversities of eubacteria and archaea in samples from C_b were almost higher than that from C_w. In addition, cluster analysis of the DGGE profiles revealed that some differences were found in the microbial community structure in samples from different locations. The closely relative microorganisms of all eubacterial 16S rRNA gene sequences fell into four phyla (Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria), including 12 genera and 2 uncultured eubacteria. Moreover, 37.1 % eubacteria were affiliated with Clostridium. Particularly, genus Acinetobacter was absent in all samples from C_b but present in all samples from C_w. The closely relative microorganisms of all archaeal 16S rRNA gene sequences fell into four genera, which included Methanobrevibacter, Methanoculleus, Methanobacterium and Methanosaeta, while the dominant archaea in samples from C_w and C_b were similar. Results presented in this study provide further understanding of the spatial differences in microbial community structure in the pit mud, and is of great importance for the production and quality improvement of Luzhou-flavor liquor.     

Linking microbial community structure to membrane biofouling associated with varying dissolved oxygen concentrations

In order to elucidate how dissolved oxygen (DO) concentration influenced the generation of extracellular polymeric substance (EPS) and soluble microbial products (SMP) in mixed liquor and biocake, 16S rDNA fingerprinting analyses were performed to investigate the variation of the microbial community in an aerobic membrane bioreactor (MBR). The function of microbial community structure was proved to be ultimately responsible for biofouling. Obvious microbial community succession from the subphylum of Betaproteobacteria to Deltaproteobacteria was observed in biocake. High concentration of EPS in biocake under the low DO concentration (0.5 mg L⁻¹) caused severe biofouling. The correlation coefficient of membrane fouling rate with EPS content in biocake (0.9941-0.9964) was much higher than that in mixed liquor (0.6689-0.8004).     

紫茎泽兰入侵下喀斯特退化天坑的土壤微生物群落特征

紫茎泽兰入侵到宏大地表负地形的喀斯特退化天坑后,会通过改变其立地环境的土壤微生物群落来影响退化天坑的植物多样性、群落演替与自然生态恢复.以云南沾益天坑群的典型退化天坑巴家陷塘为研究区,选择不同生境的紫茎泽兰根系土壤,采用Biolog微平板法探究紫茎泽兰根系土壤微生物群落特征.结果表明: 受退化天坑内生境异质性影响,紫茎泽兰的入侵程度表现为坑坡灌草地>坑底草地>坑坡林地>坑口灌草地,并且不同生境的紫茎泽兰性状特征存在差异;紫茎泽兰根系土壤微生物代谢活性、优势度指数、丰富度指数、均匀度指数与其入侵程度具有一致的变化趋势,且坑内外差异显著;糖类和氨基酸类为土壤微生物利用的主要碳源;不同生境的草本层植物α多样性与土壤微生物群落多样性存在相关性.紫茎泽兰根系土壤微生物群落多样性会随入侵程度的增加而显著提高,形成有利于入侵定植的微环境.未来退化天坑经过植物群落演替和自然生态恢复,最终形成地下森林顶极群落,可能使紫茎泽兰在退化天坑中消失.     

Microbial community differences between propionate-fed microbial fuel cell systems under open and closed circuit conditions

We report the electrochemical characterization and microbial community analysis of closed circuit microbial fuel cells (CC-MFCs) and open circuit (OC) cells continuously fed with propionate as substrate. Differences in power output between MFCs correlated with their polarization behavior, which is related to the maturation of the anodophilic communities. The microbial communities residing in the biofilm growing on the electrode, biofouled cation-exchange membrane and anodic chamber liquor of OC-and CC-MFCs were characterized by restriction fragment length polymorphism screening of 16S rRNA gene clone libraries. The results show that the CC-MFC anode was enriched in several microorganisms related to known electrochemically active and dissimilatory Fe(III) reducing bacteria, mostly from the Geobacter spp., to the detriment of Bacteroidetes abundant in the OC-MFC anode. The results also evidenced the lack of a specific pelagic community in the liquor sample. The biofilm growing on the cation-exchange membrane of the CC-MFC was found to be composed of a low-diversity community dominated by two microaerophilic species of the Achromobacter and Azovibrio genus.