丝状真菌液体深层发酵过程菌丝聚集的调控机制

丝状真菌是微生物发酵产品的重要表达体系,其液体深层发酵过程的典型特征是环境因素显著影响菌丝聚集,菌丝聚集影响发酵体系流变特性,进而影响质量传递、热量传递和动量传递,最终影响目标产物生物合成和生产效率。文中首先综述了丝状真菌形态调控的方法和策略,在此基础上针对丝状真菌菌丝生长和聚集过程的两大典型特征——顶端延伸生长和分枝生长,综述和展望了钙信号传导途径和几丁质生物合成途径对调控菌体聚集这一形态的重要意义。     

利用絮凝进行微藻采收的研究进展

微藻可生产不饱和脂肪酸及色素等多种高附加值产品,同时也可用来生产可再生清洁能源如生物柴油等,具有良好的应用前景。但是,目前微藻细胞的采收成本高居不下,已成为限制微藻生物技术大规模应用的重要因素之一。与其他方法相比,絮凝采收成本低、操作简便,是很有应用前景的采收方法。本文综述了国内外利用化学絮凝、物理絮凝及生物絮凝等方法对不同微藻细胞进行采收的研究,重点对生物絮凝方法进行了总结。利用微生物絮凝剂及微藻细胞的自絮凝进行微藻生物量的回收,是微藻采收技术中环境友好、低成本和行之有效的新方法之一。     

串联填充管式反应系统中高浓度乙醇连续发酵

在一套由搅拌罐和管式反应器串联而成的组合式反应系统中,利用酿酒酵母进行连续发酵生产高浓度乙醇。后续管式反应器内通过装填聚氨酯颗粒和木块对酵母细胞进行吸附固定化,在乙醇抑制造成细胞活性大幅降低的情况下,通过大幅提高细胞浓度保证发酵效率,在稀释速率0.02h^-1和280g/L葡萄糖的条件下,系统的终点乙醇浓度为15.4 % (v/v)。研究表明在一定稀释速率之下,应该通过增加反应器的级数来降低稀释速率,以达到提高终点乙醇浓度,如简单地降低进料速率则可能增加整个系统所受的乙醇抑制,对提高终点乙醇浓度效果不显著。     

絮凝特性对自絮凝颗粒酵母耐酒精能力的影响及作用机制

首次报道絮凝特性提高酵母菌耐酒精能力的现象及其机制。融合株SPSC与其两亲本粟酒裂殖酵母变异株和酿酒酵母变异株于 30℃经 18% (V/V)酒精冲击 7h的存活率分别为 52%、37%和 9%。细胞膜磷脂脂肪酸组成分析表明 ,两絮凝酵母 (融合株SPSC和粟酒裂殖酵母变异株 )的棕榈酸含量均约为非絮凝酵母 (酿酒酵母变异株 )的两倍 ,而棕榈油酸和油酸的含量明显低于后者。研究表明 ,当两絮凝酵母在培养中由于柠檬酸钠的作用 (抑制絮凝体的形成 )而以游离细胞生长存在时 ,其细胞膜磷脂棕榈酸含量显著下降 ,而棕榈油酸和油酸的含量明显增加 ,结果细胞膜磷脂脂肪酸组成特点与酿酒酵母变异株相似 ;而且实验表明 ,絮凝特性的消失伴随菌体耐酒精能力的急剧下降 ,变得与酿酒酵母变异株的水平相当。这些结果提示两絮凝酵母具有较强的耐酒精能力与其细胞膜磷脂脂肪酸组成中含有更高比例的棕榈酸有关。     

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。     

高效发酵木糖生产乙醇酵母菌株的构建

获得高效发酵木糖生产乙醇的酵母菌株是木质纤维素生物转化生产燃料乙醇的重要前提。在4%乙醇驯化的基础上,选择了乙醇耐性提高的休哈塔假丝酵母（Candida shehatae）CICC1766菌株进一步进行紫外诱变,得到了木糖发酵性能较强的呼吸缺陷型突变体,并与乙醇发酵性能良好的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）ATCC4126进行原生质体融合。采用单亲灭活法对休哈塔假丝酵母原生质体进行紫外灭活,在聚乙二醇（PEG）诱导下融合,对得到的融合子进行木糖发酵能力测定,选择到了一株能够更好地利用木糖产乙醇,并且木糖发酵性能比亲本得到明显提高的融合子F6,此融合子发酵50 g/L木糖,最高乙醇浓度达到18.75g/L,乙醇得率为0.375,达到理论转化值0.511的73.4%。与原始出发菌株CICC1766相比,乙醇产量提高了28%。     

无载体固定化细胞的研究进展

以无载体因三化酵母细胞酒精连续发酵的成功工业化应用为实例,并与通常的载休固定化细胞技术比较,无载体固定化细胞技术的优缺点,系统提出了无载体固定化细胞技术的概念,进而对载体固定化细胞技术在其它微生物发酵和动植物细胞培养过程的应用前景进行了展望。     

细胞膜磷脂棕榈酸含量对自絮凝颗粒酵母耐酒精能力的影响及作用机制

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与酵母菌耐酒精能力的一种新颖关系及其机制。分别培养于添加 0 6mmol L棕榈酸、亚油酸或亚麻酸不同条件下的自絮凝颗粒酵母 ,其细胞膜富含各自所添加的脂肪酸。细胞膜富含棕榈酸、亚油酸或亚麻酸的三种菌体于 30℃经 2 0 %(v v)酒精冲击 6h的存活率分别为 5 2 %、1 8%和 0。通过考察三种菌体于 30℃在 1 5 %(v v)酒精冲击下的细胞膜透性发现 ,细胞膜富含棕榈酸的菌体的胞外核苷酸平衡浓度分别仅为细胞膜富含亚油酸或亚麻酸菌体的 48%和 32 %,其细胞膜透性系数 (P′)分别仅为后者的 37%和 2 0 %,且三者的胞外核苷酸浓度和P′由小到大的排列顺序均与它们的存活率由高到低的排列顺序完全一致。因此 ,细胞膜富含棕榈酸的菌体具有较强的耐酒精能力是与其在高浓度酒精冲击下可维持较低的细胞膜透性密切相关的 的。     

不同宿主来源的重组酿酒酵母混合糖代谢比较

【目的】研究不同工业酿酒酵母宿主背景对重组酵母木糖利用效率的影响。【方法】将木糖利用途径的木糖还原酶(XR)、木糖醇脱氢酶(XDH)和木酮糖激酶(XK)编码基因串联后分别转入3株不同的工业酿酒酵母中,得到重组酵母ZQ1、ZQ5和ZQ7。分别对3个木糖途径代谢基因的表达水平、酶活和重组菌株的木糖发酵效率进行比较。【结果】重组菌株在木糖代谢基因转录、酶活性和木糖利用性能方面有很大差异,其中ZQ5木糖代谢能力最强,ZQ7其次,ZQ1木糖利用能力最弱。ZQ7在初始木糖浓度为20 g/L时木糖利用速率快于ZQ5,表明木糖浓度对重组菌发酵性能评价具有影响。【结论】不同菌株的遗传背景和木糖浓度对重组菌木糖利用的影响很大,评价重组酵母的木糖利用需考虑宿主的遗传背景和底物浓度的影响。     

马克斯克鲁维酵母的木糖和阿拉伯糖发酵

马克斯克鲁维酵母作为非常规酵母在燃料乙醇发酵中受到人们越来越多的关注。马克斯克鲁维具有天然的发酵戊糖的能力,但不同菌株的发酵能力存在较大差异。本研究比较了3株马克斯克鲁维菌株Kluyveromyces marxianus 9009/1911/1727(K.m 9009/1911/1727)在不同温度下的木糖和阿拉伯糖的发酵性能差异,结果发现不同发酵温度下,3株菌在耗糖速率、糖醇产率均表现出了显著的差异。菌株K.m 9009和K.m 1727在40℃下的发酵性能均优于30℃,这充分体现了马克斯克鲁维酵母的高温发酵优势。针对发酵差异,采用PCR方法获得3个不同菌株的戊糖代谢途径中的5种关键代谢酶(XR、XDH、XK、AR和LAD)的基因序列,并利用Clustalx 2.1进行了序列比对。结果显示3株菌的相关基因与文献中报道的1株克鲁维酵母的相应关键酶氨基酸编码序列相似性达98%以上,并且差异的氨基酸不在酶的关键位点处。在此基础上,通过Real-time实验,对木糖发酵差异最为明显的K.m 1727和K.m 1911的木糖代谢过程4个关键酶(XR、XDH、XK和ADH)的基因表达量进行测定,其结果显示对于耐热菌株K.m 1727,XDH和XK基因表达量低是导致木糖代谢过程中木糖醇积累、乙醇产量低的主要原因。最后,将所测得的马克斯克鲁维酵母的戊糖代谢关键酶序列与其他不同种属相比对,确定了其木糖和阿拉伯糖代谢途径,为进一步利用代谢工程方法提高戊糖发酵性能奠定了基础。