灵菌红素是一种天然的红色三吡咯色素,主要源自于微生物的次级代谢过程,其具有抗菌、抗肿瘤等功能,在医药、环境、染料等领域具有广阔的应用前景.随着合成生物学技术的不断发展,利用微生物发酵法合成灵菌红素是实现灵菌红素工业化生产的有效途径之一.目前,生产灵菌红素的微生物主要以粘质沙雷氏菌为主.本文系统介绍了灵菌红素的结构性质和应用潜力,重点阐述了粘质沙雷氏菌中灵菌红素的合成路径,总结了通过高产菌株选育与改造、发酵工艺优化和转录因子调控等策略提高灵菌红素合成的最新研究进展,分析了不同提取纯化工艺的效率,并对未来灵菌红素的高效合成进行了展望,以进一步提高灵菌红素的工业化生产效率.

二十二碳六烯酸(DHA)作为人体必需的多不饱和脂肪酸,在维护心血管健康、抗癌、支持视觉和脑功能等方面至关重要.传统的深海鱼油提取DHA方法存在鱼腥味重、工艺繁琐等问题,迫使研究者寻求更为高效、环保的替代方案.破囊壶菌(Thraustochytrids)凭借其生长迅速、低重金属污染以及高DHA含量的特性,成为工业化生产DHA的潜力微生物之一.当前在破囊壶菌发酵生产DHA的过程中,依然需要解决一系列关键问题,包括提高发酵产量、降低成本等.本文旨在全面阐述破囊壶菌发酵生产DHA的研究现状,包括菌株筛选与改良、DHA生物合成途径、遗传转化及代谢工程、发酵控制策略等方面.首先,总结归纳了对野生型菌株的自然筛选和诱变改良等方法,不断提高破囊壶菌中DHA产油量.其次,详细介绍了破囊壶菌DHA合成途径的研究进展,着重分析了生物合成途径中关键辅助因子在DHA生产中的作用.此外,概述了外源DNA传递到破囊壶菌细胞的遗传转化技术的应用现状,为提高其遗传转化效率和稳定性提供重要参考.在DHA代谢调控方面,探讨了氮限制对DHA合成的促进作用以及温度和氧气供应对生产效率的影响.最后,对利用破囊壶菌生产DHA存在的主要瓶颈问题和未来发展趋势进行了总结,以推动其在医药、保健品和食品等领域的广泛应用,实现工业规模下的高效生产.

为了解茶树菇(Agrocybe aegerita)种质资源的遗传多样性和筛选优良的茶树菇新品种,采用菌株拮抗试验方法观察了92株茶树菇菌株间拮抗反应及其类型,ISSR-PCR(inter-simple sequence repeat-PCR)分子标记方法对92株茶树菇菌株的遗传多样性进行了综合分析.拮抗试验将92株茶树菇菌株分为27组;筛选出的20条ISSR引物共扩增出317条清晰条带,多态性条带平均比率为82.60％;在遗传相似系数为0.742时,ISSR分子标记分析可将92株茶树菇划分为6大类群,拮抗试验和ISSR分子标记分析的结果基本一致.通过对比农艺性状分析,初步筛选出滇农5、滇农14、茶5-800、白茶、闽农5及滇农8作为工厂化生产茶树菇菌种.结果表明茶树菇的遗传多样性丰富,结合栽培出菇试验可为茶树菇品种选育和杂交育种的亲本选择提供参考.

目的 选育他克莫司高产菌株,优化培养基配方,提高发酵产量.方法 采用原生质体融合技术对2株筑波链霉菌进行基因组重排,并经响应面设计对发酵培养基配方进行优化.结果 以紫外灭活作为遗传标记经过4轮基因组重排育种后,摇瓶筛选获得3株高产菌株,其中菌株FK22-71菌丝球松散、椭圆状,发酵浸泡液颗粒状.该菌株稳定高产,采用响应面设计优化后的配方在50 L罐发酵产量平均达1684 mg/L.结论 基因组重排技术应用于他克莫司高产菌株选育,可大幅提高发酵产量,为其工业化发酵生产奠定了基础.

为了揭示我国不同蜜环菌Armillaria 的木腐特性,本研究以我国 8 个蜜环菌种为材料,采用蜜环菌液接种 1 cm3 的枹栎Quercus serrata木方,置于 23℃下培养 60 d和 120 d,采用重量法、Klason法、硫酸水解法和盐酸水解法测定木材质量、纤维素含量、木质素含量和半纤维素含量,研究各蜜环菌株的木腐能力及差异性.结果表明,各蜜环菌种对枹栎木质量损失率排序为:CBS M(A.borealis)>CBS A(A.sinapina)=CBS J(A.qinii)=CBS H(A.bruneocystidia)=CBS F(A.sinensis)=CBS B(A.gallica)>CBS N(A.violacea)=CBS D(A.ostoyae);木质素的分解能力排序为:CBS M=CBS A=CBS J>CBS H=CBS B=CBS F>CBS N>CBS D;纤维素降解利用率排序为CBS H=CBS A>CBS B>CBS J>CBS F>CBS D>CBS M>CBS N;半纤维素分解能力排序为:CBS M>CBS J>CBS H=CBS A=CBS F=CBS N>CBS B>CBS D;木质纤维素总量消耗排序为:CBS H>CBS A>CBS J>CBS B>CBS F>CBS M>CBS D>CBS N.我国主要蜜环菌的木腐能力在木腐真菌类群中处于中等以下水平.在蜜环菌属内,各菌种之间腐朽能力的多样性表现为对凋落物不同组成降解能力存在显著的差异和腐朽类型的可变性,其形成的原因可能与其适应森林生态系统物种多样性有关.本研究可为理解森林生态系统中凋落物的降解和碳循环的机理提供部分理论指导,同时为我国天麻栽培蜜环菌选育提供参考.

[目的]为选育出高度耐酸性酒酒球菌(Oenococcus oeni)突变菌株,研究其胁迫耐受性能及苹果酸-乳酸发酵(malolactic fermentation,MLF)能力.[方法]以酒酒球菌SD-2a为出发菌株,通过常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变技术,筛选高耐酸性酒酒球菌突变菌株,并探究其乙醇耐受性及在模拟酒和葡萄酒条件下的MLF能力.[结果]经过ARTP诱变处理后,利用pH 3.0的胁迫传代培养和分离纯化等,获得了 5株p-葡萄糖苷酶活性较好的耐酸突变菌株,且在高乙醇浓度下表现出了较好的耐乙醇性.其中突变菌株ARTP-2在模拟酒中的β-葡萄糖苷酶活性和L-苹果酸累积降解量最高,且其在葡萄酒中L-苹果酸降解速率快于出发菌株,在第18天完成MLF,发酵后的葡萄酒香气成分的含量显著高于接种SD-2a的酒样.[结论]突变菌株ARTP-2具有良好的胁迫耐受性和MLF能力,对葡萄酒的香气起到积极的作用,为进一步开发优质的MLF商业发酵剂奠定基础.

[目的]MYB家族成员在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面发挥重要调控作用,然而,小麦MYB转录因子在重金属镉(Cd)胁迫中的生物学功能研究较少.挖掘小麦Cd胁迫应答相关基因,阐明其在Cd胁迫中的生物学功能,为耐/低Cd小麦品种的选育奠定基础.[方法]构建Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库,筛选获得Cd胁迫应答基因,利用荧光定量PCR技术检测Cd胁迫条件下小麦不同组织中Cd胁迫应答基因的相对表达量;利用病毒诱导的基因沉默对该基因进行功能验证,检测对照和沉默植株的Cd含量、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活力等生理生化指标.此外,对Cd胁迫应答基因及其在小麦和其他物种中的同源基因进行生物信息学分析(系统进化关系、序列特征和表达谱).[结果]Cd胁迫主要抑制小麦根系发育,在添加 0.002 mol/L Cd的酵母培养基上筛选Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库获得 18 个耐Cd转化子,其中 5 个转化子编码TaMYB1 蛋白,转化TaMYB1酵母菌株在高Cd培养基中生长良好,而对照则明显受到抑制.RT-qPCR结果表明,TaMYB1在小麦幼苗中响应Cd胁迫.与对照相比,TaMYB1沉默植株中TaMYB1表达量明显下降,且根系和叶片Cd含量显著低于对照植株,叶绿素含量、SOD、POD活性高于对照植株,MDA含量则低于对照植株.同时,生物信息学分析发现,TaMYB1 属于 1R-MYB家族成员,具有高度保守的MYB和CC结构域,其包含 7 个外显子和 6 个内含子,在拔节期中期的花序和成熟期的花序表达最高,在灌浆前期种子和灌浆中后期种子中表达量最低.[结论]TaMYB1 在小麦响应Cd胁迫应答中发挥重要作用.

目的:探究低温胁迫对不同蜜环菌生长的影响,为高海拔地区天麻种植选育耐低温的优良蜜环菌菌株提供科学依据.方法:以不同天麻产区的 24 株蜜环菌为实验材料,采用rDNA-基因间隔区(IGS)序列进行分析鉴定,确定供试菌株的亲缘关系;以 23℃为对照(CK)、15℃为低温胁迫,利用赋值法综合评价各菌株生长速率、生物量、菌索长度,筛选耐低温的优良菌株,采用蒽酮硫酸法检测可溶性糖含量,利用SPSS 26.0 分析低温胁迫可溶性糖含量与生长特性的相关性.结果:24 株蜜环菌均与高卢蜜环菌Armillaria gallica亲缘关系较相近.低温胁迫后,各菌株的生物量、菌索长度、生长速率均受到不同程度的抑制,根据赋值法综合评价,有 4 株菌株的耐低温能力较强、可溶性糖含量均增加,而对于低温较为敏感的菌株可溶性糖含量均降低.相关性分析结果表明,可溶性糖含量与生物量、菌索长度、生长速率呈强正相关.结论:高卢蜜环菌为天麻生产中常用伴生菌种,YN4、GZ7、GZ17、SX2 菌株的耐低温能力较强,推测蜜环菌通过累积可溶性糖抵御低温胁迫.

我国人口占世界人口 17％,耕地面积约占世界耕地面积的 7.8％.根据国家统计局 2021 年数据,全国 19.18 亿亩耕地面积中旱地占 50.33％,水浇地占 25.12％,水田占 24.55％;其中约 10％的耕地已受到土壤盐渍化的影响.2020 年 12 月,习近平总书记在中央经济工作会议上深刻指出:"我国耕地总量少,质量总体不高,后备资源不足,我对这个问题一直高度重视、反复强调".干旱、盐害、低温、酸碱、重金属等非生物逆境严重影响作物产量和品质,是影响我国粮食安全的主要自然因素.另一方面,微生物在食品、农业、工业和能源生产中有着越来越多的应用,也是合成生物学改造的重要底盘.微生物生长也需要克服多种不利环境,包括高浓度底物产生的高渗透压、高浓度产物的毒性、高温、低pH和重金属等,胁迫耐受性提高的微生物可以在多种逆境条件下更好的生长和代谢.因此,解析生物对环境胁迫的响应机理,具有重要的基础研究意义,选育抗逆菌株和作物品系,具有广泛的应用价值.

以野油菜黄单胞菌为出发菌株,进行常压室温等离子体(ARTP)诱变,筛选产黄原胶的优良菌株.研究结果表明:以菌落直径为初筛指标,共获得5株诱变菌株;进一步以黄原胶产量和黏度为复筛指标,获得1株优良菌株X20.其黄原胶产量与黏度分别为3.52 g/L和77.30 mPa·s,比出发菌株分别提高77.78％和40.03％.经过10次传代培养,诱变菌X20具有较好的遗传稳定性.不同环境因子都会影响X20的发酵性能.以谷氨酸为氮源时,黄原胶产量及黏度均最高,分别为7.30 g/L和495.50 mPa·s,比出发菌分别提高43.27％和22.29％.高质量浓度谷氨酸(大于1 g/L)会显著抑制出发菌株和X20的发酵液黏度,4 g/L谷氨酸使其黏度分别降低至21.8 mPa·s和25.93 mPa·s.不同初始pH条件下X20的黄原胶黏度均高于出发菌株,且X20更适应pH 6.5的发酵环境,黏度可达546.5 mPa·s.随着盐度增加,诱变菌株的黄原胶产量增加、黏度下降,且都高于出发菌株.当盐度为8 g/L时,X20的黄原胶产量和黏度分别为12.19 g/L和331.23 mPa·s,比出发菌株分别高23.05％和109％.X20的发酵液黏度在不同温度(20℃～80℃)及高矿化度(28.90 g/L)条件下均保持稳定,且始终优于出发菌株,具有一定的工业应用潜力.