营养缺陷型酵母的鉴定技术

营养缺陷型酵母的鉴定技术张明（安徽农业大学生物工程系，合肥２３００３６）王元君，潘仁瑞（中国科学技术大学生物系，合肥２３００２６）通过固体法和液体法鉴定酵母营养缺陷型的实验，证明了液体法较固体法精确，并用液体法成功地鉴定了粟酒裂殖酵母（ｓｃｈｉｚｏｓ...     

自絮凝颗粒酵母酒精高浓度连续发酵的研究

在四釜串联气升环流悬浮床生物反应器系统中 ,进行了絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。以CO2 为驱动动力 ,发酵液液蒸馏废液全循环 ,稀释率为 0 2 h。发酵成熟醑酒精平均浓度为 96 6g L ,残余还原糖和总糖分别为 1 2g L和 4 1g L。     

自絮凝酵母颗粒连续发酵生产酒精的新工艺

用既有优良酒精发酵性能,又具有强自絮凝能力的融合酵母株ＳＰＳＣ,在单釜有效容积为１０ｍ３的四釜并联气升环流悬浮床生物反应器系统中,进行了连续发酵生产酒精的研究。以玉米为原料,双酶法制糖,过滤得到清糖液作为底物,在稀释速率为０１／ｈ的条件下,终点发酵液中酒精浓度为７０～８０ｇ／Ｌ,残余还原糖和残余总糖分别为２～３ｇ／Ｌ和３～５ｇ／Ｌ,悬浮床反应器的设备生产强度达到７～８ｇ（ＥｔＯＨ）／（Ｌ·ｈ）。     

紫外诱变筛选海洋红酵母S8的尿嘧啶缺陷型菌株

本课题组从海南天然海域筛选到一株高产类胡萝卜素的海洋红酵母菌株S8,该菌株对鱼无毒害,并与鱼共生,欲将其应用于盐诱导表达外源蛋白的海洋红酵母工程菌的构建。本研究利用紫外诱变筛选的方法处理S8菌株,通过统计其UV致死率、5-氟乳清酸致死率等筛选S8的尿嘧啶营养缺陷型突变株。研究结果表明,供试菌株通过紫外线诱变、5-氟乳清酸致死和回复突变率的实验筛选,共获得16株稳定的尿嘧啶缺陷型突变株,突变菌株在基本培养基中培养了8d仍不能生长。选择了其中的一株ST5进行了产胡萝卜素能力的测定,结果表明,在同样的培养条件下,野生型S8菌株细胞生物产量可达87.55g/L,类胡萝卜素含量可达520μg/g,突变株ST5的细胞生物产量为85.45g/L,类胡萝卜素含量为512μg/g;ST5的产胡萝卜素能力方面与野生型S8无明显差异。因此,尿嘧啶缺陷型菌株ST5可为下一步海洋红酵母工程菌的构建提供受体菌。     

呼吸缺陷型耐糖耐高温酒精酵母菌种的筛选

采用紫外诱变和2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)鉴别性培养基,从市售酒精活性酵母粉中分离出13株呼吸缺陷型突变株.通过进一步筛选,最终筛选出一株呼吸缺陷型耐糖、耐高温的高效酒精酵母菌株,编号为T11.该菌株菌落表面湿润,乳白色,小且圆;细胞椭圆形(2.5～5.0μ×3.75～6.25μ),出芽繁殖,在25%(W/V)葡萄糖发酵液,起始pH 5.5,40℃条件下发酵,酒精发酵产酒精率和糖利用率分别可达45.54%和98.01%.     

细胞膜磷脂脂肪酸组成对自絮凝酵母质膜ATP酶响应酒精刺激的影响及其与菌体耐酒精的关系

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与质膜ATP酶在酵母菌耐酒精中的一种新颖关系。实验表明,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对生长于未添加酒精条件下的自絮凝颗粒酵母质膜ATP酶活性没有影响,但却明显影响生长于添加酒精(1％～10％,V／V)条件下的菌体质膜ATP酶对酒精激活的敏感性：预培养于添加0．6mmol／L棕榈酸、亚油酸、或亚麻酸条件下的菌体的质膜ATP酶的最大激活水平分别为各自酶的基态水平(未激活)的3．6、1．5和1．2倍,而对照组(预培养于未添加脂肪酸条件下的菌体)的相应值为2．3倍,酶产生上述最大激活水平时的酒精浓度分别为7％、6％、6％、和7％(V/V)。酶激活后米氏常数Km、最适pH和对钒酸钠(质膜ATP酶特异性抑制剂)的敏感性等性质不变,但最大反应速度υmax明显增加。实验表明,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对提高菌体的耐酒精能力越有利,则其质膜ATP酶被酒精激活的幅度越大,说明菌体耐酒精能力的提高与其质膜ATP酶对酒精激活的敏感性的增加密切相关。细胞膜磷脂脂肪酸组成会影响酵母菌质膜ATP酶对酒精激活的敏感性是观察到的新的实验现象。     

絮凝酵母颗粒悬浮床反应器中试及酒精连续发酵工艺的研究

在小型悬浮床反应器研究絮凝颗粒酵母酒精连续发酵工艺的基础上,建立了单釜反应器有效容积0．5m³、二级串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,考察了悬浮床反应器由小试到中试的放大效应,提出了该反应器工业放大时对危险截面表观气速应加以限制的原则,以保证絮凝酵母颗粒不被剪切破坏。进而在平均稀释率为0．10h^-1的条件下．中试装置稳定运转一个月,获得终点发酵液中酒精浓度80～85g／L,残糖低于5.0g／L,设备平均生产酒精8．4g／L·h的结果。     

钙离子通过降低细胞膜透性提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力

生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 能显著提高自絮凝颗粒酵母于 30℃在 2 0 % (V V)酒精冲击下的存活率 ,经过 9h冲击 ,对照组的存活率为 0 ,而添加Ca2 试验组的存活率为 5 0 0 % ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著提高菌体的耐酒精能力。通过考察Ca2 对菌体于 30℃在 15 % (V V)酒精冲击下细胞膜透性的影响发现 ,生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 的试验组的菌体胞外核苷酸平衡浓度和细胞膜透性系数 (P′)分别仅为对照组水平的 5 0 0 %和 2 9 3% ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著降低受冲击菌体的细胞膜透性 ;而且 ,添加Ca2 提高存活率与添加Ca2 降低胞外核苷酸浓度和P′存在直接的对应关系。因此 ,Ca2 提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力是与其降低受冲击菌体的细胞膜透性密切相关的。     

灵芝尿嘧啶营养缺陷型菌株的筛选和分子鉴定

【背景】营养缺陷型是一种应用广泛的分子标记,但是目前在灵芝中还未有研究和应用报道。【目的】为灵芝遗传转化研究、杂交育种和菌种鉴别提供亲本材料和技术支持。【方法】采用紫外光诱变、单单杂交、孢子单核化的方法从灵芝单核体菌株出发得到尿嘧啶营养缺陷型双核体菌株。【结果】获得8株稳定的尿嘧啶营养缺陷型单核体突变菌株和7株尿嘧啶营养缺陷型双核体菌株。【结论】灵芝尿嘧啶营养缺陷型菌株在添加外源营养物的基础上可恢复正常生长,可以为灵芝遗传转化体系的构建和灵芝育种提供材料。     

酵母过氧化物体生物合成缺陷突变株的诱变、筛选和鉴定

过氧化物体对生物的生长和发育非常重要,人类很多疾病就是由于过氧化物体生物合成缺陷引起。以解脂耶氏酵母E122为出发菌,采用硫酸二乙酯诱变,获得了两株过氧化物体生物合成缺陷突变株,其中一株为温度敏感的突变株。在正常生长条件下,突变株的免疫荧光分析显示弥散的染色模式,且在电镜下观察不到过氧化物体的形态结构。将克隆于表达载体pINA445上的目前所发现的与过氧化物体生物合成有关的基因转化这两株突变株,发现它们均不能恢复其在含油酸的培养基上的生长,表明这两个突变株是由与过氧化物体生物合成相关的新基因的突变引起。这两个突变株的获得为参与过氧化物体生物合成的新基因的发现奠定了基础。     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环工艺的研究

在以CO2为驱动力的单级悬浮床生物反应器中,进行了自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环实验研究。以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,系统连续运行了28 d,每隔5 d将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。实验数据表明,在稀释率为0.05 h-1条件下,发酵液中乙醇、残还原糖、残总糖质量浓度基本稳定,其平均值为82.97,30.02和40.87 g.L-1。对废液循环工艺过程中,发酵液中的8种高沸点有机酸进行了定量分析,发现发酵液中仅丙酮酸有明显积累,并最终在0.1~0.3 mol.L-1范围内波动。实验结果表明:系统中存在的高沸点副产物不对乙醇发酵产生明显抑制作用,乙醇连续发酵能够在废液全循环条件下良好运行。     

废糟液全循环条件下絮凝酵母乙醇连续发酵

丙酸是以玉米为原料自絮凝酵母乙醇连续发酵系统废糟液全循环过程中积累的主要抑制物。基于丙酸对酵母细胞抑制机理,开发了3种废糟液全循环条件下乙醇连续发酵工艺策略。首先根据高温导致丙酸生成的现象,去除了物料灭菌环节,使发酵液丙酸浓度显著降低,生物量和乙醇浓度分别提高了59.3%和7.4%。其次,以丙酸浓度达到半数抑制浓度(IC50)40 mmol/L为目标,通过拟合丙酸积累数据预测废糟液全循环的最长运行时间,发酵装置运行应控制在此时间范围内。再次,较低的环境pH值提高了丙酸毒性,而实验证明发酵液pH为5.5时,丙酸对细胞生长的抑制影响最小,因此控制发酵过程中的pH有利于弱化丙酸毒性。     

自絮凝酵母SPSC01悬浮液的流变行为

用旋转黏度计测定了自絮凝颗粒酵母悬浮液的流变特性,并考察了其流变特性的影响因素,如菌体生物量、葡萄糖质量浓度、温度等。结果表明：自絮凝颗粒酵母悬浮液呈假塑性非牛顿流体,其流变特性服从幂律指数模型,随着菌体浓度的增大,稠度系数增大,流动行为指数减小;絮凝悬浮液的表观黏度随着糖浓度的增加有所增加,同一生物量下稠度系数k随着糖浓度的增加而增加,流动行为指数n随着糖浓度的增加变化很小,悬浮液的表观黏度随着温度的升高而降低;相同生物量下的流变指数随温度的升高而升高,而稠度系数随温度升高有所下降。     

废糟液全循环对自絮凝酵母糖酵解途径关键酶、胁迫相关代谢物及胞内组分的影响

旨在研究废糟液直接全循环对絮凝酵母乙醇发酵、糖酵解关键酶以及细胞组成的影响。在一有效容积1.5 L的搅拌式生物反应器中,使用葡萄糖为220 g/L,添加8 g/L酵母粉和6 g/L蛋白胨的培养基,以0.04 h?1的稀释率进行自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵。每隔3天将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液用于配制发酵培养基。装置运行近20 d,实验结果表明,随着废液循环批次的增加,系统乙醇和生物量浓度明显降低,糖酵解途径3个关键限速酶:己糖激酶、6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶不同程度受到抑制。为了应对废糟液中高沸点副产物积累导致的环境胁迫,维持细胞正常代谢,甘油和菌体胞内蛋白生物合成加强,碳水化合物积累减弱。这些研究结果对进一步研究高沸点副产物积累对酵母细胞乙醇发酵影响的机理和菌种的代谢工程改造,具有重要意义。     

絮凝酵母海藻糖合成酶基因TPS1启动子区的克隆和乙醇胁迫下启动子活性的变化

提高生物能源生产菌株对各种胁迫因素的耐受性对于提高生产过程的经济性和高效生产生物能源具有重要的意义。对酿酒酵母乙醇耐性的分子机制的研究,可揭示影响其耐受性的关键基因,并通过代谢工程操作定向提高酵母菌的乙醇耐受性,从而提高燃料乙醇的生产效率。海藻糖对酵母菌在多种环境胁迫下的细胞活性具有保护作用,但其对乙醇耐性分子机制的研究还不够深入。克隆了自絮凝酵母Saccharomyces cerevisiae flo的海藻糖-6-磷酸合成酶基因TPS1的启动子区域,利用pYES2.0载体骨架,构建了PTPS1启动绿色荧光蛋白EGFP标记基因的报告载体,并转化酿酒酵母ATCC4126。对酵母转化子在含有7%和10%乙醇的生长培养基中的EGFP的表达情况进行相对荧光定量分析,发现PTPS1活性在7%乙醇存在下受到强烈诱导。EGFP表达量对高温和高糖胁迫无明显差别,显示了TPS1启动子对乙醇浓度的特异响应。研究结果表明,絮凝酵母海藻糖的合成是对乙醇胁迫的保护性反应。     

Isolation of auxotrophic mutants of the methylotrophic yeastCandida boidinii and determination of its ploidy

Auxotrophic mutations in the methylotrophic yeast strainCandida boidinii 11Bh were induced by different mutagens and their combinations (nitrosoguanidine, UV light, HNO₂+UV). Majority of the mutants obtained carried defects in histidine, arginine, proline and/or adenine biosynthetic pathways. His^- mutants were distributed into four complementation groups using the protoplasts fusion technique. Ploidy determination ofCandida boidinii 11Bh was performed by measuring its DNA content and by following its survival after chemical mutagens treatment. The DNA content of this strain was found to be similar to that of aSaccharomyces cerevisiae diploid strain. Also the kinetics of survival ofCandida boidinii cells indicate thatCandida boidinii 11Bh is a diploid.     

Contaminant yeast detection in industrial ethanol fermentation must by rDNA-PCR

AIMS: The present work focuses on the possibility to use conserved primers that amplify yeast ITS1-5.8S-ITS2 ribosomal DNA locus (rDNA) to detect the presence of non-Saccharomyces cerevisiae yeast in fermentation must of bioethanol fermentation process. METHODS AND RESULTS: Total DNA was extracted from pure or mixed yeast cultures containing different cell concentrations and different contaminant/fermenting yeast concentrations and submitted to PCR. Upon improvement of detection limits and DNA extraction protocol, must samples of distillery were checked for the presence of contaminant yeast. Contaminant rDNA bands were detected only in industrial samples during contamination episodes, but not in noncontaminated must. CONCLUSIONS: The method described here could detect the presence of contaminant yeast from industrial must in eight hours after sampling. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The improved procedure may help to avoid severe contamination episodes at fermentation industries by decreasing the detection time from 5 days to 8 h and possible quantification of contaminant yeasts that can impose economical loss to the process.     

Development of gene transfer systems in Methylobacillus flagellatum KT: Isolation of auxotrophic mutants

A collection of polyauxotrophic mutants of the obligate methylotroph Methylobacillus flagellatum KT was obtained. On the first step two stable auxotrophic mutants with a high requirement for amino acids supplements were isolated by treatment with nitrosoguanidine and selection on complete medium. Spontaneous variants of these mutants with a low requirement for nutrient supplements were the base for obtaining polyauxotrophic strains. It was shown, that the growth of mutants of M. flagellatum KT is inhibited by complete medium. Some amino acids and nucleotides are the inhibitor components of complete media. An approach for selection of auxotrophic mutants of individual genes was worked out on minimal medium. The optimal conditions for nitrosoguanidine mutagenesis of M. flagellatum KT were developed. The possible mechanisms of action of some of the nutrient supplements on the growth of M. flagellatum KT are discussed.     

Improving ethanol tolerance of a self-flocculating yeast by optimization of medium composition

High ethanol tolerance is a desired property of industrial yeast strains for efficient ethanol fermentation. In this study, the impact of medium composition on ethanol tolerance of the self-flocculating yeast SPSC01 was investigated using a chemically defined medium. Single-factor experiments revealed that besides magnesium and calcium, zinc also exhibited significant protective effect against ethanol toxicity; addition of 0.02 g/l zinc sulfate significantly increased cell viability in the ethanol shock treatment. Metal ions of manganese, cobalt, and ferrous failed to promote ethanol tolerance, although addition of 0.02 g/l cobalt increased ethanol production without apparent influence on ethanol tolerance. Furthermore, Uniform Design method was employed to obtain the medium with high cell viability, and the key nutrient factors in the medium composition were revealed to be (NH₄)₂SO₄, K₂HPO₄, vitamin mixtures, and the metal ions of magnesium, calcium and zinc. The optimized combination of metal ions addition was (g/l): MgSO₄ 0.4, CaCl₂ 0.2, ZnSO₄ 0.01. The highest cell viability (90.2%) of SPSC01 against ethanol shock treatment was observed in the optimized medium, which demonstrated significant improvement of ethanol tolerance of the self-flocculating yeast.