产油微生物油脂生物合成与代谢调控研究进展

自然界中少量微生物在适宜条件下产生并贮存质量超过其细胞干重 2 0 %的油脂 ,具有这种表型的菌种称为产油微生物。产油微生物利用可再生资源 ,得到的微生物油脂与植物油脂具有相似的脂肪酸组成 ,有的还含有丰富的多不饱和脂肪酸 ,具有广阔开发应用前景。简要介绍了产油微生物的种类和代谢特点 ,较详细地阐述了微生物产油机制和代谢调控途径的最新研究进展 ,并对微生物油脂研究的未来发展方向提出了初步见解     

加快微生物油脂研究为生物柴油产业提供廉价原料

当前国内外致力于发展生物柴油,因其性能优良,成为化石柴油的替代品。由于以植物油脂生产生物柴油原料成本占总成本的70％-85％,所以亟待开发廉价油脂资源。微生物油脂主要是微生物利用碳水化合物合成的甘油脂,其脂肪酸组成和植物油相近。产油微生物具有资源丰富、油脂含量高、碳源利用谱广等特点,开发潜力大。然而,目前微生物油脂生产成本偏高,研究工作仍以富含多不饱和脂肪酸的高附加值菌油为目标。随着现代分子生物学和生物化工技术的发展,对产油微生物菌种筛选、改良、代谢调控和发酵工程的研究日趋深入,将降低微生物油脂生产成本,为未来生物柴油产业提供廉价原料。     

提高微生物油脂生产能力的研究进展

微生物油脂是生物柴油生产领域具有广阔前景的新油脂资源。然而, 利用产油微生物进行油脂的工业化生产仍存在限氮条件下油脂生产强度不够高、对廉价高氮生物质原料的利用效率低等瓶颈问题。随着近年来发酵工程、生物信息学及分子生物学技术的发展, 国内外研究者利用不同策略优化微生物油脂的生产条件, 并对其油脂积累代谢途径进行改造, 旨在获得适用于工业化生产的产油性能优良的油脂菌。本综述总结了国内外利用生化工程、基因工程以及新兴的转录因子工程策略提高产油微生物油脂生产强度和扩大产油微生物廉价底物利用范围方面的研究进展, 并展望了基于组学研究、模块途径工程以及反向代谢工程的综合策略在理性改造产油微生物以提高其油脂发酵性能中的应用。     

微生物油脂及其生产工艺的研究进展

微生物油脂是一种应用前景广阔的新型油脂资源,正越来越受到人们的重视,尤其在生产富含不饱和脂肪酸的功能性油脂方面已成为研究热点。该文对微生物油脂的特点及组成、产油微生物必备条件及常见种类、微生物油脂的生产工艺等方面进行了综述,展望了其研究的发展前景。     

不同营养元素限制对圆红冬胞酵母油脂生产的影响

以产油酵母圆红冬胞酵母（Rhodosporidium toruloides）作为研究对象,系统地研究了氮、磷、硫限制对其油脂积累的影响,并在3L生物反应器上考察了R.toruloides在C/P摩尔比为1 133.3时初始葡萄糖浓度对油脂生产的影响。结果表明：氮、磷、硫中任意一种营养元素受限,均能促使R.toruloides在胞内积累高于自身干重60%的油脂;通过改变培养基的组成,可以调节油脂中脂肪酸的构成,使油脂中饱和脂肪酸比例高于70%或不饱和脂肪酸比例高于60%。就油脂生产强度及转化效率而言,磷限制优于氮限制或硫限制。当C/P摩尔比相同时,初始葡萄糖浓度越低越有利于油脂生产。对采用不同原料生产微生物油脂的技术有一定指导意义。     

粘性丝孢酵母的诱变及以玉米秸秆水解液为原料产油条件优化

对粘性丝胞酵母进行紫外诱变,获得一株产油率较高的菌株,较原菌株提高了1.53倍。将该菌株接种于用1%硫酸和酶水解处理并浓缩至还原糖浓度为5%的玉米秸秆水解液中培养,生长较好。通过四因素三水平正交实验,确定培养条件为初始pH值7.0、接种量1%、发酵温度30℃、发酵时间5 d时产油率最高。对最佳产油条件进行验证,测得油脂含量为21.3%。从而为利用农业废弃物大规模生产微生物油脂提供了试验数据。气相色谱-质谱联用分析仪显示油脂脂肪酸组成为棕榈酸28.36%,油酸55.86%,10-十八烯酸9.23%,硬脂酸6.70%,可以作为原料生产生物柴油。     

培养条件对产油微生物生长的影响

为了筛选出高产油菌株, 首先采用细胞形态学方法与细胞化学方法(苏丹III染色法)对4株高产油脂菌株进行初筛, 并通过索氏提取法对初筛菌株油脂含量进行分析, 确定M2菌株为实验菌株, 其油脂含量达53.09%。为了增加产油微生物油脂产量, 本试验考察了不同发酵条件对其细胞生长和油脂积累的影响。优化工艺参数为: 10° Bx玉米皮渣水解液为培养基质, 0.2% NaNO3为氮源, pH 6.0、28oC下发酵培养6 d, 微生物油脂含量75.21%, 菌体生物量30.40 g/L, 油脂产量22.86 g/L。气相色谱分析表明该油脂的脂肪酸组成与植物油相似, 主要含有16碳和18碳系脂肪酸, 可作为生物柴油的原料, 不饱和脂肪酸含量达68%, 可应用于医药化工领域。     

组学技术在产油微生物中的应用

微生物油脂是未来燃料和食品用油的重要潜在资源。近年来,随着系统生物学技术的快速发展,从全局角度理解产油微生物生理代谢及脂质积累的特征成为研究热点。组学技术作为系统生物学研究的重要工具被广泛用于揭示产油微生物脂质高效生产的机制研究中,这为产油微生物理性遗传改造和发酵过程控制提供了基础。文中对组学技术在产油微生物中的应用概况进行了综述,介绍了产油微生物组学分析常用的样品前处理及数据分析方法,综述了包括基因组、转录组、蛋白(修饰)组及代谢(脂质)组等在内的多种组学技术,以及组学数据基础上的数学模型在揭示产油微生物脂质高效生产机制中的研究,并对未来发展和应用进行了展望。     

微生物油脂的研究进展及展望

综述了培养微生物生产油脂的发展历史及研究现状,讨论了产油影响因素,对于其瓶颈因素碳源和氮源的影响。可采用培养后期限制氮源并补加碳源的措施,从而解决增加微生物油脂的含量。展望了采取微生物混合培养方法生产油脂技术研究的发展前景。     

蛇毒的核磁共振氢谱研究

本文对不同产地的蝮蛇毒和眼镜蛇毒、五步蛇毒等十六个冻干样品,进行了核磁共振氢谱测试.列出了具有代表性的的氢谱图。从谱图中可看出:每种种属蛇毒均有其特征的核磁共振氢谱,此法在准分子水平上是鉴定蛇毒的一种有效而可靠的方法.     

不同氮浓度对一株产油绿球藻生长、脂类积累及脂肪酸分布的影响

富含多不饱和脂肪酸的产油微藻是开发高值微藻油的理想原料,一株产油微藻是否具有高值油脂开发潜力需要评估其油脂产量、中性脂比例与多不饱和脂肪酸分布等指标。低氮胁迫是研究微藻油脂积累理想的方式之一,以一株产油绿球藻(Chlorococcum sp.)为实验材料,以硝酸钠(NaNO_3)为氮源,设置17.6 mmol/L、5.9 mmol/L和3.5 mmol/L三种氮浓度,跟踪测定产油绿球藻生长、脂类组成及多不饱和脂肪酸分布的时相变化。结果显示,3.5 mmol/L和5.9 mmol/L氮浓度条件下,产油绿球藻取得了2.55 g/L和2.51 g/L的总脂产量,远高于17.6 mmol/L氮浓度组的总脂产量(1.43 g/L);降低氮浓度可以提高中性脂比例,3.5mmol/L氮浓度组取得最高的中性脂比例,为88.6%总脂质(Total lipid,TL),高于5.9 mmol/L氮浓度组(86.3%TL)和17.6 mmol/L氮浓度组(80.5%TL);降低氮浓度可以改变产油绿球藻的脂肪酸在不同脂类分子中的分布,促进脂肪酸更多分布于中性脂中,其中,3.5 m mol/L TL氮浓度组培养结束时,α-亚麻酸在中性脂的比例由接种时的33.9%提高到86.5%。适宜氮浓度对于提高产油绿球藻总脂产量、中性脂比例而多不饱和脂肪酸分布具有重要作用,产油绿球藻积累的α-亚麻酸在低氮条件下更倾向于分布在中性脂中,是一株具有高值化微藻油开发价值的藻株。     

海洋真菌多不饱和脂肪酸的快速检测

从海水中分离了一种产EPA和DHA的真菌,并建立了微生物油脂的快速提取、甲酯化及其多不饱和脂肪酸的含量的气相色谱测定方法。结果表明：采用CHCl3-KOH-CH3OH一步提取甲酯化适合于产多不饱和脂肪酸菌株的快速检测。对其油脂的提取,采用湿菌丝魏氏盐酸水解法较为合适;并用KOH－CH3OH法对所得油脂进行了甲酯化。最后,运用毛细管气相色谱采用外标法测定了甲酯化样品中多不饱和脂肪酸的含量,其油脂中EPA和DHA的含量分别为7.32％和7.58％。     

基于废物资源化的美极梅奇酵母产油研究现状及应用潜力分析

清洁可再生能源生物柴油的开发利用是对当今能源短缺环境下化石燃料替代物的有益探索。微生物油脂作为一种可能实现生物柴油廉价、高效生产的原料引起了广泛的关注,但由于封闭式培养模式操作复杂、成本高制约了其大规模应用。美极梅奇酵母Metschnikowia pulcherrmia是一种新型产油酵母,具有适应性强、底物利用范围广、可在开放体系培养等特点,很有潜力代替传统产油微生物,实现基于生物柴油的废水及固废能源化工程应用。文中对美极梅奇酵母相关研究开展了全面调研,在分析其产油研究及应用现状的基础上,总结了美极梅奇酵母在油脂生产方面所具有的独特优势和关键影响因素,突出强调了其在开放体系培养及利用有机废弃物生产微生物油脂的可行性。此外,文中还指出了美极梅奇酵母在油脂产量、产油机理等方面存在的问题与不足,为实现生物柴油高效生产提供了新的方向和思路,有利于进一步促进其工业化应用。     

尼罗红染色法筛选产油酵母及定量检测胞内油脂含量的研究

【目的】建立产油酵母筛选以及胞内油脂含量测定的简便方法。【方法】利用尼罗红与胞内油脂成分结合后在紫外光照射下发出荧光且荧光强弱与油脂含量相关的原理。通过在添加尼罗红的培养基中培养酵母,并观察菌落荧光的方法对385株深海酵母进行产油脂菌株筛选,利用26S rDNA D1/D2区序列分析方法对筛选获得的产油酵母菌株进行鉴定,并以其中的一株高产油脂酵母(2A00015)为试验菌株,建立了一套尼罗红染色快速测定油脂含量的方法。【结果】获得22株产油酵母,其中油脂含量最高可达62.9%,经分子鉴定后显示这22株酵母分别属于(Candida viswanathii)、近平滑假丝酵母(Candidaparapsilosis)、粘质红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)、汉逊德巴利酵母(Debaryomyceshansenii)、季也蒙毕赤酵母(Pichia guilliermondii)以及Rhodosporidium paludigenum酵母。尼罗红染色快速测定油脂含量方法的最佳检测条件为:菌悬液OD600小于1.2,尼罗红浓度0.5 mg/L,染色时间5 min,激发波长488 nm,发射波长570 nm。该测定方法得到相对荧光强度与称重法得到油脂含量呈正相关性,R2=0.9637。     

海洋真菌多不饱和脂肪酸的快速检测*

从海水中分离了一种产 EPA和 DHA的真菌 ,并建立了微生物油脂的快速提取、甲酯化及其多不饱和脂肪酸的含量的气相色谱测定方法。结果表明 :采用 CHCl₃ - KOH- CH₃ OH一步提取甲酯化适合于产多不饱和脂肪酸菌株的快速检测。对其油脂的提取 ,采用湿菌丝魏氏盐酸水解法较为合适 ;并用 KOH-CH₃ OH法对所得油脂进行了甲酯化。最后 ,运用毛细管气相色谱采用外标法测定了甲酯化样品中多不饱和脂肪酸的含量 ,其油脂中 EPA和 DH     

低能离子修饰多不饱和脂肪酸产生菌株的研究北大核心CSCD

为得到多不饱和脂肪酸高产菌株,通过氮离子注入产油粘红酵母(Rhodotorula glutinis),对其进行辐照诱变,发现当注入能量为10 keV时,注入剂量80×2.6×1013ion/cm2为最佳诱变参数。然后,采用含有脂肪酸合成酶抑制剂cerulenin的培养基对高产油脂粘红酵母进行初筛,并研究了cerulenin对粘红酵母细胞的抑制作用,结果表明,当cerulenin的浓度达到11.20×10-6mol/L时,抑制率为90%,可以作为筛选浓度,利用酸热耦合超生波法和索氏抽提法验证了cerulenin筛选菌株的准确性。最终筛选出一株油脂产量比出发菌株提高32%的高产菌株D30,经多次传代实验表明,该菌株遗传稳定性较好。气相色谱分析其油脂组成,结果表明多不饱和脂肪酸含量为28.07%。     

肠道中多不饱和脂肪酸及其衍生物研究进展

肠道菌群是人体微生态学的重要组成部分,也是最大、最复杂的微生态系统,在宿主的营养吸收、肠道与免疫系统发育等重要生理过程中发挥作用,与人类健康和疾病密切相关。这些共生微生物排除肠道病原体的功能主要依赖于其产生的生物活性物质,如多不饱和脂肪酸等。同时这些脂肪酸在肠道微生物的作用下能够进一步转化为具有特殊结构和功能的多不饱和脂肪酸衍生物。这些多不饱和脂肪酸衍生物对维持健康稳定的肠道菌群至关重要。此外,多不饱和脂肪酸在宿主防御和免疫中发挥了多重关键作用,包括抗癌、抗炎、抗氧化活性,以及降低肠道致病菌的竞争能力等。主要对肠道中多不饱和脂肪酸的来源及其重要的生理功能,以及肠道微生物对多不饱和脂肪酸的转化衍生机制进行了综述,并提出肠道微生物是特殊多不饱和脂肪酸及衍生物生产菌株潜在的种子及基因库,以扩展功能油脂生产菌株的来源。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。     

低场核磁共振技术快速检测小球藻油脂含量及其在高通量选育中的应用

为了建立一个高效的高产油微藻诱变育种流程,微藻中油脂含量快速和准确的测定在其中具有重要作用。在本研究中,首先利用低场核磁共振技术,建立了直接检测干藻粉和培养液中小球藻油脂含量的方法,其信号强度与细胞中油脂含量存在特异的线性关系,干藻粉和藻液中油脂含量与信号值拟合的R2均高于0.99,说明该方法用于小球藻油脂含量的检测是准确和可行的。同时该方法与传统油脂测量方法相比,具有快速、简便和准确等优点。但其通量不及尼罗红染色法,因此,我们开发了将尼罗红染色法用于初筛,低场核磁共振技术用于复筛的新型高通量藻种复合筛选方法,并将此筛选方法应用于一种异养高产油原壳小球藻的诱变育种过程中。首先从3 098株诱变藻种中初筛得到108株具有较高油脂含量的藻株,然后利用低场核磁共振技术复筛得到9株高产油性能的藻株,其中一株甘油三酯含量超过20%,比原始藻株提高1倍,培养168 h后培养液油脂浓度达到5 g/L,证明此诱变育种流程不仅提高了筛选的效率还可靠且可行。     

一株高脂土壤小球藻的分离鉴定及脂质分析

对采自山西省庞泉沟国家自然保护区的土壤中的藻种进行分离鉴定, 获得了一株优良的高脂绿藻。经显微形态观察鉴定, 该藻株的形态特征属于小球藻属Chlorella (Chlorellasp. PQG67)。进一步对其rbcL和18S rDNA基因序列进行分析并构建系统树, 结果表明基因序列与普通小球藻Ch. vulgaris同源并聚为一支, 确定其为一株普通小球藻Ch. vulgaris PQG67。在不同光照强度下连续培养后测定其油脂含量稳定在30%左右, 在不同NaCl浓度胁迫条件下可达40%以上, 并通过叶绿素荧光值测量探索该藻株生长趋势。通过傅立叶变换红外光谱图对其油脂积累过程分析, 显示该藻株脂类成分在1634/cm附近, 有vC=O伸缩振动谱带, 随着培养时间的延长, 脂质含量的相对强度也在增加。可见该藻株具有较高的生长速率及产油能力, 是一株具产业化应用潜力的优良产油藻株。