pH和Ca^(2+)协同作用对酵母代谢及细胞膜功能的影响北大核心CSCD

为了探究不同pH下添加不同浓度的Ca^(2+)对酿酒酵母的代谢机制以及细胞膜功能的影响,以酿酒酵母为研究对象,利用模拟葡萄汁培养基,通过调整培养基中pH值和Ca^(2+)含量,研究了酵母菌的代谢特征,并从细胞膜通透性和完整性的角度考察酵母代谢的机制。在确定的发酵条件下进行发酵:温度为28℃、转速为120 r/min,接种量为1×10~6 mol/L。结果表明,当pH为3.0时,随着Ca^(2+)浓度的增加,酵母菌代谢速率加快,酵母菌细胞膜的通透性和完整性也增强,即Ca^(2+)的添加减弱低pH对酵母的抑制作用。而当pH为5.5时,Ca^(2+)对酵母菌代谢速率以及细胞膜的通透性和完整性作用不明显。结果表明Ca^(2+)能缓解低pH下酿酒酵母的生理毒害作用。     

酿酒酵母和克鲁维酵母发酵菊芋生产燃料乙醇

为获得菌株发酵菊芋生产燃料乙醇的最佳方案,首先选取实验室保存的重组菌株R32对其产酶条件进行优化,其最高产菊粉酶活性为298.8 U· mL-1,此时的最佳培养基配方为:YPG培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甘油0.5％ (v/v);YPM培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甲醇1％(v/v);培养基pH为自然初始pH.然后选取酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu,比较是否在添加重组菌株R32粗酶液条件下,两株酵母菌分别进行单独发酵和混合发酵时的产乙醇能力,以获得最佳的发酵组合.结果表明,酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu在未添加重组菌株R32粗酶液时,混合一步发酵获得的乙醇含量较高,发酵84 h时乙醇含量为11.37％.添加重组菌株R32粗酶液进行两步发酵时,2株酵母菌混合发酵72 h时,乙醇含量为11.43％.2种发酵组合的最高乙醇含量以及各个发酵参数基本相同,虽然一步法发酵时间延长,但节省成本,操作简单,更适宜工业生产应用.最后对其进行正交试验优化,培养条件为菊粉浓度225 g· L-1,脲素浓度40 g·L-1,接种量15％,pH为5时,酿酒酵母菌S.c和克鲁维酵母Klu混合一步发酵法的最高乙醇体积比达11.82％.     

酿酒酵母X330高浓度发酵时耐酒精性能的初步研究

在完全合成培养基条件下,就渗透压保护剂和营养物质对一株产高浓度酒精的酿酒酵母X330高浓度发酵时耐酒精性能的影响进行了初步研究。结果表明,与渗透压相比,营养缺乏对酿酒酵母高浓度发酵时酒精耐受性能可能起着更为关键和重要的作用。发酵培养基中各营养元素对耐酒精性能的影响不同,由高到低的顺序是酵母抽提物>蛋白胨>硫酸镁>维生素C=磷酸二氢钾>氯化钙=硫酸铵。渗透压保护剂(甘氨酸和脯氨酸)能有效提高菌体酒精耐受性能。当甘氨酸添加浓度为20mmol/L或脯氨酸添加浓度为10mmol/L时,发酵终点酒精浓度最高,菌体于30℃在18%(V/V)酒精冲击下的存活率最大,且均高于对照组(未添加甘氨酸且未添加脯氨酸)水平,但甘氨酸的促进作用强于脯氨酸。     

酿酒酵母产D-乳酸重组菌的构建与发酵

采用基因工程方法对酿酒酵母进行代谢改造,使酵母产生乳酸代谢途径。将来源于L.mesenteroides和E.coli的D-乳酸脱氢酶基因,分别插入带有G418抗性的酵母穿梭质粒p YX212-kan MX上,电转化酵母,得到2株生产D-乳酸的酿酒酵母重组菌S.cerevisiae WE1510和S.cerevisiae WB1186。进一步摇瓶发酵试验表明:重组菌S.cerevisiae WB1186在YEPD培养基、20 g/L糖、p H 5的条件下生长条件最好,并具有更好的产乳酸能力。经3 L发酵罐条件下验证,S.cerevisiae WB1186分批发酵96 h,最终乳酸积累量达到18.0 g/L;发酵条件为培养基YEPD,接种量10%,溶解氧(DO)30%,转速150 r/min,初始葡萄糖质量浓度10 g/L,控制pH 5.0,通气量3 L/min,OD600最大值转为厌氧发酵。     

酿酒酵母对酚类抑制物耐受性研究

通过短期驯化策略提高酿酒酵母对木质纤维素预处理产生的酚类物质的耐受性。考察酚酸对酵母的抑制作用,比较驯化菌株在酚酸中生理指标,通过流式细胞仪分析酵母细胞膜完整性。单一酚酸低浓度对酿酒酵母生长和发酵没有明显抑制作用,而高浓度抑制强烈。混合酚酸具有更强的抑制作用,特别对乙醇发酵影响显著。相比原始菌株,短期驯化菌株在混合酚酸胁迫下的生长发酵动力学参数明显提高,细胞膜保持良好的完整性。酚酸对酿酒酵母生长有直接抑制作用,短期驯化能提高酵母酚酸耐受性,这与细胞膜应激反应保持其完整性有关。     

树干毕赤酵母和酿酒酵母混合糖发酵产乙醇

以树干毕赤酵母和酿酒酵母为发酵菌株,酸性蒸汽爆破玉米秸秆预水解液和纯糖模拟液为C源,采用固定化酵母细胞的方法,研究了酸爆玉米秸秆预水解液初始pH、N源种类及其浓度、3种发酵模式对树干毕赤酵母戊糖发酵的影响。结果表明:玉米秸秆预水解液适合发酵的初始pH范围为6.0～7.0;1.0 g/L的(NH4)2SO4作为N源,在40 g/L葡萄糖和25 g/L木糖培养基中发酵24 h,糖利用率达到99.47%,乙醇质量浓度为24.72 g/L,优于尿素和蛋白胨作为N源;3种模式的发酵体系中,以游离树干毕赤酵母和固定化酿酒酵母发酵性能最好,糖利用率和乙醇得率分别为99.43%和96.39%。     

重金属离子对猪红细胞膜Ca~(2+)-ATP酶的作用

猪红细胞膜Ca~(2+)-ATP酶是一种钙调蛋白(CaM)依赖酶,其活力又依赖巯基的完整性。实验应用Ca~(2+)-ATP酶这一模型体系观察到重金属离子,Pb~(2+)、Cd~(2+)和Hg~(2+)都能替代Ca~(2+),激活CaM,从而激活Ca~(2+)-ATP酶;其最大刺激活力分别为85％、80％和30％,半刺激浓度分别为32、27和0.7μmol/L。当三种重金属离子的浓度增加时,则与Ca~(2+)-ATP酶的巯基结合,抑制酶的活力,Pb2~(2+)、Cd~(2+)和Hg~(2+)的半抑制浓度分别为370、440和2μmol/L。抑制作用为渐进性过程,而刺激作用为即时效应。抑制作用可为巯基化物,特别是二巯基化物所逆转。研究结果提示,CaM可能是重金属中毒最初作用的靶分子,而重金属中毒不仅使CaM“开关”失灵,还可能导致细胞内Ca~(2+)的调节全面失控。     

钙离子调控樟芝深层发酵无性产孢及其分子机制

樟芝是原产于台湾的珍稀药用真菌,具有保肝、抗癌等活性。樟芝在深层发酵过程中能够产生大量无性孢子,但是目前对樟芝无性产孢的影响因素及其分子机制尚不明确。本研究报道了樟芝发酵培养基中Ca~(2+)浓度能够有效调控樟芝无性产孢的现象;采用双向电泳(2-DE)技术,对不添加Ca~(2+)培养(对照)的菌丝体、添加1 mmol/L Ca~(2+)培养(促进产孢)的菌丝体及添加200 mmol/L Ca~(2+)培养(抑制产孢)的菌丝体进行差异蛋白质组学分析,鉴定了参与Ca~(2+)/钙调素信号通路的CaM蛋白和HSP90蛋白,以及参与FluG调控产孢信号通路的AbaA蛋白;进一步通过生物信息学分析,预测了Ca~(2+)/钙调素和FluG介导的樟芝无性产孢信号通路模型图;采用实时定量PCR(RT-qPCR)技术,对该通路上23个功能基因的转录水平进行了分析,发现了受Ca~(2+)调控最为灵敏的7个产孢相关功能基因:crz1、hsp90、flbB、brlA、abaA、wetA及fadA。本研究结果为解析樟芝无性产孢机制提供了实验依据。     

钙离子对细菌内毒素含量测定的影响

目的研究Ca~(2+)对细菌内毒素含量检测的影响,探讨其影响机制。方法向已知含量的细菌内毒素溶液中加入不同浓度的Ca~(2+),用动态浊度法检测各样品中细菌内毒素含量。对检测结果进行离散系数,即CV值分析,确定干扰限值。对加入不同浓度Ca~(2+)的细菌内毒素进行核磁共振1H谱研究。结果当Ca~(2+)浓度高于0.002 0 mol/L时,检测结果的CV值较高; Ca~(2+)浓度越高,CV值越高,离散程度越大;当Ca~(2+)浓度达到1 mol/L时,检测结果低于检测限,呈现明显的假阴性。1H谱研究发现,随着Ca~(2+)浓度的增高,处于低场的氢的化学位移向高场移动,Ca~(2+)浓度越高,移动越大。结论为获得准确的检测结果,当Ca~(2+)浓度高于0.002 0 mol/L时,应先消除干扰,再测定细菌内毒素含量。Ca~(2+)可能通过影响细菌内毒素的空间构象来影响其与鲎试剂的反应。     

抑制浓度下锰铁对啤酒废酵母产LYCD活力影响

目的:探讨锰铁离子对啤酒废酵母产生活性酵母细胞衍生物(LYCD)的活力影响.方法:以啤涌废酵母为研究对象、以废液为培养基,在生长抑制浓度下,分别研究了锰、铁离子的作用浓度与时间对啤酒废酵母产生LYCD的活力影响.结果:废酵母在废液中培养28h可达到对数生长期;当废液中Mn~(2+)、Fe~(3+)浓度分别达到200mg/L、50mg/L时可对废酵母产生生长抑制;当Mn~(2+)、Fe~(3+)的作用浓度分别为220mg/L、60mg/L、应激时间分别是25、45min时,啤酒废酵母产的LYCD活性强.结论:应激培养基中金属离子Mn~(2+)、Fe~(3+)达到一定浓度,在一定时间下可使废酵母产生强活力的LYCD.     

松萝内生酿酒酵母菌株耐酸生理特性与分子机制探究

【目的】对我国西藏地区来源的不同酵母菌株进行有机酸发酵性能测试,此外,对具有良好产酸性能的分离自松萝内部的酿酒酵母菌株Saccharomy cescerevisiae 2-2进行耐酸性能分析,并探究其耐酸较强的分子机制。【方法】比较不同糖浓度培养基液体发酵培养过程中pH的变化,并比较低pH胁迫条件下菌株的生长,检测酿酒酵母菌株的产酸潜力和耐酸特性;对菌株2-2和模式酵母菌株S288C进行比较基因组分析,并利用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)分析关键基因的转录,探究菌株2-2耐酸分子机制。【结果】松萝内生酿酒酵母2-2在所有检测的菌株中产酸潜力较大,耐酸性能较好。在菌株2-2中与胁迫耐受性相关的基因PDR15、PDR12和SUR1在低pH胁迫条件下存在显著的上调或下调,但这些基因转录变化趋势与菌株S288C相反。【结论】松萝内生酿酒酵母2-2是一株产酸耐酸性能较好的菌株,对其独特的调节机制进行深入分析,有希望选育性能更好的产酸酵母菌株。     

酵母菌表达倍菲隆发酵工艺研究

目的 :为了探索用酵母菌表达乙型干扰素 (倍菲隆 )的大批生产的发酵工艺流程及优化的重要参数。选用 1 5L不锈钢发酵罐作为乙型干扰素发酵工艺研究系统。方法 :探索了种细胞密度对初始发酵期 (甘油利用期 )的影响 ,启动甘油补充期的溶解氧浓度 ,诱导目的蛋白表达时添加甲醇的速率条件控制 ,pH对酵母菌生长与蛋白表达的影响以及发酵时间对乙型干扰素表达量影响等重要发酵工艺参数。结果 :接种高密度的种菌 (OD60 0为 9)时酵母菌增殖快 ,湿细胞重量于1 8h即达到 1 5 7g L。当DO恢复至 67%时即开始补充甘油可使酵母菌在 5h内增殖达到 2 1 9g L。添加甲醇速率从 2 %(甲醇终浓度为 0 0 3%)开始 ,逐步增加 ,在 2 4h内达到 33%的添加速率 (甲醇终浓度为 0 5 %)。甲醇诱导前pH为 6时最有利于酵母菌生长 ,在蛋白表达时期 ,控制发酵罐内pH值在 3 0 ,可得最高蛋白表达量。发酵 70h乙型干扰素表达量达到高峰。结论 :接种高密度种菌可促进工程菌生长 ,当DO恢复至 67%时开始补充甘油可加快酵母菌生长 ,在诱导期中缓慢添加甲醇并维持发酵罐pH为 3 0 ,发酵 70h可获得最佳蛋白生产量。     

木质素降解物对酿酒酵母的毒性

木质素降解物是影响木质纤维素水解液乙醇发酵效率的主要原因之一。为探明木质素降解物对酿酒酵母的毒性,通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)CGMCC 2.1429的液体培养,测定木质素制剂及酚类化合物(香草醛、紫丁香醇和对羟基苯甲醛)对细胞的毒性,同时分析酚类化合物的联合作用类型,最后以果糖-1,6-二磷酸(FDP)为指标来分析木质素制剂及酚类化合物酵母细胞膜通透性的变化。结果表明:木质素制剂、紫丁香醇、对羟基苯甲醛和香草醛的半致死质量浓度分别为10.96、5.37、6.17和7.08 g/L。随着各酚类化合物浓度和种类的增加,它们对细胞的毒性随之增加,呈正协同作用。在培养液中,FDP浓度随各酚类化合物浓度的增加呈线性增加,当各酚类化合物的质量浓度从1.58 g/L增加到10.00 g/L时,FDP质量浓度从49.7 mg/L增加到134.4 mg/L。木质素降解物对酿酒酵母的毒性作用与细胞膜通透性的改变密切相关。     

外加肌醇对嗜鞣管囊酵母发酵的酒精产量及其耐酒精能力的影响

嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)是可以同时发酵葡萄糖和木糖为酒精的菌种,在其生长和发酵培养基中分别添加不同浓度((0～200mg/L)的肌醇以及不同起始浓度的酒精,以考察外加肌醇对嗜鞣管囊酵母生长、产酒精能力和耐酒精能力的影响.结果 表明,添加肌醇前后,嗜鞣管囊酵母的生物量及发酵的酒精产量均有所增加.外加肌醇对嗜鞣管囊酵母生长有轻微的刺激作用,酵母生长最适肌醇浓度为150mg/L;而对酵母生长的耐酒精能力却有明显的影响, 并且,菌种在YEPD培养基中的耐酒精能力高于在YEPX培养基中的耐酒精能力.经实验测定,肌醇对嗜鞣管囊酵母产酒精能力及发酵的耐酒精能力均有显著的影响.发酵培养基中未添加起始浓度的酒精时,菌种发酵的最适肌醇浓度为100mg/L,此时生成的酒精产量为45.20g/L.当分别添加起始酒精浓度为10%和12%时,随着肌醇浓度的增加,菌种发酵生成的酒精浓度均呈上升趋势;肌醇浓度为200mg/L时,两种起始酒精浓度下,酒精的净生成量均达到最大,分别为17.18g/L和16.68g/L.     

葡萄酒酿酒酵母嗜果糖特性的评价方法

[目的]酿酒酵母的嗜果糖性是葡萄酒酵母选育工作的一项重要内容.建立评价菌体发酵果糖能力的方法,是葡萄酒酿酒酵母嗜果糖性研究的基础.[方法]以3株不同果糖发酵能力的酵母菌为研究对象,考察菌体在模拟葡萄汁培养基条件下,发酵情况与单糖利用之间的关系;并通过数学方程拟合单糖动力发酵曲线,得到发酵持续时间、葡萄糖浓度拟为0时的果糖浓度、果糖与葡萄糖曲线面积的差值等参数.[结果]这些参数可以反应出菌体的发酵速率和嗜果糖性.其中后两个参数能显著将3个菌株的嗜果糖特性区分开.[结论]为高果糖利周优良葡萄酒酿酒酵母菌株的筛选和构建,提供了较为全面、客观和有效的评价方法.     

微生物碳酸酐酶诱导CaCO_3沉淀的影响因素及生成机理

微生物碳酸酐酶能够加速CO_2的水合反应,对于研究全球碳循环具有重要的意义。选用一种产生胞外碳酸酐酶的细菌,研究了温度、pH值和Ca~(2+)浓度对细菌生长、碳酸酐酶活性的影响。结果表明,25℃碳酸酐酶的活性最高,有利于CaCO_3的沉淀;初始pH值为8.5的偏碱性环境中,CaCO_3沉淀质量最多;当Ca~(2+)浓度为50 mmol/L时,细菌的生长繁殖最好,过低的Ca~(2+)浓度会影响CaCO_3的生成,而过高的Ca~(2+)浓度则会严重影响细菌的生长,降低细菌的活性。最后研究了微生物碳酸酐酶诱导CaCO_3沉淀的机理,碳酸酐酶能够加速CO_2水化成HCO_3~-,在碱性环境中、钙源存在的情况下,与OH~-和Ca~(2+)反应生成CaCO_3沉淀。     

酵母菌的分离培养及发酵实验方法

通过分离培养得到纯种酵母菌并对其进行观察区分;用几种酵母菌进行糖发酵实验,比较酵母菌对不同糖的利用能力;利用培养所得到的酿酒酵母和假丝酵母酿造葡萄酒,测量葡萄酒的酒精度数,对比确定哪一种酵母菌的酿酒效果更好、产酒率更高。通过平板划线法及稀释涂布法获得纯种的酵母菌种,同时结合菌落形态观察法初步区分酵母菌的种类;通过压滴法区别酵母菌的细胞形态;通过美蓝染色法鉴别酵母菌的死活;采用穿刺接种法分别将酵母接种在带有指示剂的半固体培养基上。3种实验酵母都不发酵乳糖,酿酒酵母的发酵蔗糖和葡萄糖的能力远不及红酵母和假丝酵母。酿酒酵母所酿造出的葡萄酒酒精度数高于假丝酵母。     

钙离子对心脏的反常作用

“钙离子反常作用”是在离体灌流的动物心脏先用无钙灌流液(除Ca~(2+)缺乏外其它成分均正常)灌流一定时间,继而恢复正常灌流时所观察到的一种严重心肌损害现象。该现象的发生可能是由于恢复正常灌流时Ca~(2+)的大量快速内流造成细胞Ca~(2+)过荷所致;而无钙灌流则使细胞膜超微结构和通透性发生变化,对Ca~(2+)通透性显著增高。     

愈伤组织形成过程中钙离子与激素诱导效应的关系

实验研究了在胡萝卜、烟草愈伤组织形成过程中,激素诱导作用与钙离子的关系。结果表明:在含有正常浓度的激素和Ca~(2+)的培养基中,0.1—1mmol/L Ca~(2+)螯合剂EGTA抑制愈伤组织鲜重增长78.0%—88.4%; 10—50μmol/L尼群地平及10—60μmol/L异博定等细胞膜钙通道阻断剂分别抑制愈伤组织鲜重增长19.1%—81.9%及17.6%—70.3%。除去上述Ca~(2+)螯合剂及Ca~(2+)通道阻断剂后,受抑制的外植体基本上可恢复生长。在无激素培养基中,10—30μmol/L Ca~(2+)载体A_(23187)可使外植体膨大,使外植体脱分化细胞增多,并出现分生细胞团,初步说明A_(23187)诱导的Ca~(2+)内流可以部分地模拟激素的作用。以膜显示剂氯四环素探测胞内Ca~(2+)分布时发现分裂细胞、脱分化细胞、分生细胞团及愈伤组织区域的细胞荧光较强。以上事实说明在愈伤组织形成中激素诱导效应与细胞内Ca~(2+)有密切关系。     

重组人抗凝血酶发酵条件的优化

目的:通过实验室发酵条件优化工作,实现在巴斯德毕赤酵母中高效表达重组人抗凝血酶。方法:在摇瓶培养条件下,应用正交实验方法考查人抗凝血酶重组毕赤酵母菌pPIC9K-AT-02的培养温度、培养基pH值、接种比例、甲醇补加间隔时间及甲醇补加浓度等5种因素对重组人抗凝血酶活性的影响,确定最优发酵条件。结果与结论:筛选出的最终发酵条件为培养温度30℃、培养基pH6.0、接种比例20%、甲醇补加间隔时间24 h、甲醇补加浓度2%,重组人抗凝血酶在巴斯德毕赤酵母中表达活性为4098 U/L,比原始活性提高了150%。