@ 一s32- 39卷6期 微 生 物 学 报 39 No 6 1999年12月 Acta Micmbiologica Sinica December 1999 酵母菌絮凝的分型 其生理生化特性的研究T&钍。.i 越 铁翠娟 何秀萍 谭华荣 摘要通过对410余株酵母菌进行絮凝测定.从中筛选到5株强絮凝菌。依据不同糖对其 絮凝水平的抑制,将5株强絮凝菌分为Flo 1型和NewFIo型 对这两种絮凝型菌株的相关生 理生化特性进行了研究。结果表明,Flo 1型菌絮凝只受甘露糖抑制,它对高温(70℃)、蛋白 酶E、胰蛋白酶敏感,而对蛋白酶K、廉蛋白酶、Ca2一、pH有一定耐受性。NewFlo型菌絮凝受 甘露糖等多种糖抑制,它对高温(70℃)、各种蛋白酶、Ca2 、pH均较敏感。这两种类型菌株絮 凝的最适Ca2 浓度为10mmo[/L--lmo[/L,最适pH为3.0--4 5。 关键词 兰兰 .墅,盐丑,生里圭 堑堡.簟醇l啦. 分类号Q039.5文献标识码A文章编号0001.6209(1999)06,0527.32 酵母菌絮凝通常指酵母菌在生长期间发生的细胞间的无性凝集。在发酵工业中,酵 母菌细胞的絮凝能力是评价菌种优劣的一个重要指标。若细胞絮凝性强,在发酵后期,分 散于发酵液中的细胞相互聚集形成絮凝颗粒并沉降,从而有利于细胞同发酵液的有效分 离,可大大简化后处理工艺,降低成本。然而絮凝是一个极复杂的现象,不仅受遗传因子 的控制,而且受环境、生理等多方面的影响。目前,对酵母菌絮凝机理还不太清楚.主要有 两种假说 J:一种假说认为酵母菌细胞絮凝是由细胞壁上类外源凝集素的糖蛋白和甘露 聚糖相互作用形成;而另一种假说认为酵母菌细胞絮凝是细胞壁上蛋白和甘露聚糖间以 钙离子桥连接而成。近年来,国外有关学者对酵母菌絮凝机理及其分子遗传学进行了较 广泛的研究 J,而国内未觅类似报道。本文报道了强絮凝酵母菌的筛选、分型及其生 理生化特性的研究结果。 - 1材料和方法 I,I材料 I.I.I菌株:从本组保藏的酵母菌中挑选出不同种属的410余株菌作为筛选强絮凝菌的 出发菌株,编号为FLI~FL一410。标准Flo I型絮凝菌株ABXL-1D(MAT a,FLO1), BX24—2B(MAT ,FLO1),ABXR-11A(MATc ̄,FLO5),STX347—2C(MAT ,FLO5)由美国 的Rebecca Contopoulou教授赠送。标准NewFlo型絮凝菌株NCYCll90,NCYCl195由 英国的J.R.Johnston教授赠送。 1.1.2培养基:YEPD培养基,YNB培养基,麦芽汁培养基 ・。 1.1.3酶、试剂及溶液:各种蛋白酶均为国产。所用化学试剂为分析纯。絮凝缓冲液为 0.1mol/L柠檬酸钠缓冲液(pH4.0,含10mmol/L Caa2))。蛋白酶的缓冲液为0.1mol/L 收稿日期:1998 03.02,修回日期:19984)5.27 维普资讯 http://www.cqvip.com
微 生 物 学 报 39卷 磷酸钠缓冲液(pH7.5)。 1.2培养条件和测定方法 1.2.1培养条件:实验菌株于25℃活化后接一环于液体YEPD中,25"12,200r/rain培养 48h。 1.2.2絮凝水平测定:按文献[6]的方法略有改进。目测法:将待测菌接种于装有3mL YEPD液体培养基的试管中,28℃静置培养48h后,剧烈振荡lmin,室温静置,观察絮凝 形成速度及絮凝物大小,确定菌株的絮凝水平。分光光度法:取48h培养物离心收集菌 体,用250mmol/L EDTA溶液及无菌水各洗两次,离心收集菌体并悬于絮凝缓冲液中, 立刻在60Onto处测01)值;然后细胞悬液移至三角瓶中,25℃,120r/min振荡2h至絮凝 完成,室温静置30min,取上清在600nm处测OD值。以振荡处理后测定的01)值除以 振荡处理前测定的OD值,再乘以100%(即自由细胞浓度)表示絮凝水平。 1.3不同因素对菌株絮凝水平的影响 1.3.1不同糖对絮凝水平的影响_6 :将不同浓度的各种糖溶于絮凝缓冲液中,测定絮凝 水平,为避免代谢旺盛的酵母细胞消耗糖而降低其浓度,可于250mmol/L EDTA洗细胞 时,在60℃处理5min以杀死细胞(该处理不影响细胞的絮凝),然后测定絮凝水平。 1.3.2 Ca2 浓度对絮凝水平的影响”J:改变絮凝缓冲液中ca 的浓度,测定絮凝水平。 1.3.3 pH值对絮凝水平的影响:改变絮凝缓冲液的pH值,测定絮凝水平。 1.3.4高温对絮凝水平的影响:将用EDTA及蒸馏水洗过的酵母细胞重新悬于絮凝缓 冲液中,70℃保温,在不同时间取样,测定絮凝水平。 1.3.5蛋白酶对絮凝水平的影响:将用EDTA及蒸馏水洗过的酵母细胞重新悬于加有 各种蛋白酶的0.1mol/L磷酸钠缓冲液(ph7.5)中,30℃保温,在不同时间取样,测定絮凝 水平。蛋白酶浓度分别为:蛋白酶E 0.1mg/mL,蛋白酶K lmg/mL,胰蛋白酶lmg/mL, 糜蛋白酶0.5mg/mL。 1.3.6培养基对絮凝水平的影响:将酵母菌分别接种于YEPD培养基、YNB培养基、麦 芽汁培养基中,25"12,200r/rain培养48h,测定絮凝水平。 1.3.7培养时间对絮凝水平的影响:将酵母菌接种于YEPD培养基后,每隔8h取样测 定絮凝水平。 2结果和分析 2.1强絮凝菌株的筛选 通过目测法从酵母菌FL1~FL410中筛选到5株强絮凝菌株,即FL一186、FL一187、 FL一189、FL一190、FL一191,均为啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。用这5株菌进行后续 实验。 2.2絮凝菌株的分型 Stratford等人将酵母菌絮凝表型分为两型:Flol型和NewFlo型,Flol型菌絮凝只受 甘露糖抑制,而NewFlo型菌絮凝受甘露糖等多种糖抑制。本文检测了imol/L不同搪 (甘露搪、麦芽搪、葡萄糖)对5株强絮凝菌的絮凝水平抑制情况,并以标准絮凝菌株作对 照。结果表明FL一189、FL-190、FL一191的絮凝仅受甘露糖抑制,而不受其它糖的影响,与 维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 张博润等:酵母菌絮凝的分型及其生理生化特性的研究 标准Flo 1型菌株的表型一致,该特性表明这3株菌属于FIo 1型。而FL一186、FL一187的 絮凝则受以上3种糖不同程度的抑制,与标准NewF|o型菌株的表型一致,证明这两株菌 属于NewF10型。据文献 报道,Flo 1型菌可能同基固FLO1、FLO5、FLO8、Cyc8、Tupl 有关。分型结果见表1。 表1絮凝菌株的分型 Table 1 Distinction of yeast fl ̄culent phettotyp ̄ 注:“一”不絮凝;“+”弱絮凝;“++“中度絮凝;“+++”强絮凝 “一”No flo ̄tdatioa;“+ Poor fl ̄ea/adon;“++”medial floccu/ation; +++”Strong fI ̄eulation. 2.3不同因素对菌株絮凝水平的影响 2,3.1糖浓度对絮凝水平的影响:结果如图1 所示。不同浓度的糖对NewFlo型菌的絮凝均 有抑制作用,且随糖浓度增高,抑制作用加强。 其中麦芽糖的抑制作用最强,浓度仅为 100mmol/L时就几乎完全抑制絮凝;葡萄糖的 抑制作用最弱,当浓度升高至lmol/L时才能完 全抑制絮凝。Flo 1型菌的絮凝则只受甘露糖 抑制,抑制作用随糖浓度增加而缓慢增强。 2.3.2 Ca2 对絮凝水平的影响:结果如图2所 示,可以看出,Flo1型和NewFlo型菌株的絮凝 都依赖Ca2 。最适Ca2 浓度为lOmmoi/L~ 图1糖浓度对絮凝的影响 Fig 1 Effect of sugar cottoeatrati ̄n[mthe 1,0m。l/L,且NewFlo型菌对Caz 浓度变化较 lfooculafion of yeast ceils FI。1型菌敏感,当Ca 浓度低于10mmol/L或 ●}Manno ̄;‘:Maitre;■ G[ucc ̄e; 高于2.0moi/L时即表现出较明显的絮凝抑制。 FL 186;一:FL.191. 2.3.3 pH对絮凝水平的影响:实验结果表明Fio 1型和NewFlo型菌株的絮凝都依赖 pH(图3)。最适pH为3,0--4,5。同Caz 对絮凝的影响相似,NewFlo型菌对不同pH值 都较Flo l型菌敏感。 2.3.4高温对絮凝水平的影响:实验结果表明Flo 1型和NewFlo型菌株的絮凝均受高 温(70"C)抑制(图4),且温育时间越长,对细胞絮凝抑制越明显。这可能是由于参与絮凝 形成的细胞壁表面蛋白在高温时失活,空间结构发生改变,从而使絮凝受抑制。 维普资讯 http://www.cqvip.com
微 生 物 学 报 39卷 图2 ca2 对絮凝的影响 Fig 2 Effect of ̄leium chloride concentration on the floecutation of yeat ceils ■:FL一186; :FL.187;口:FL-191; :FL-189 承 童 蠹 盖 1 2 ,4 5 6 pH 图3 pH对絮凝的影响 图4高温(70℃)对絮凝的影响 F 3 Effect of pH value on the il ̄ulation F 4 Effect of tem4)e ̄tion on the of yeast edls lf ̄uh6on of yeast ed[s ●:FL-I86;AFL-187;口:FL-190; :FL-189 ■:Fl,186;AFL-187;口:FL-190; :FL-189 2.3.5不同蛋白酶对絮凝水平的影响:如图5所示,NewFlo型菌对蛋白酶E、蛋白酶K、 胰蛋白酶相当敏感,仅作用10rain就几乎完全丧失絮凝性。对糜蛋白酶则有一定耐受性, 随温育时间延长絮凝逐渐减弱,至60rain时才几乎不絮凝。Flo l型菌对蛋白酶E、胰蛋 白酶也较敏感,温育10min后即丧失絮凝性.但对蛋白酶K及糜蛋白酶均有一定耐受性, 随温育时间延长絮凝只缓慢减弱。蛋白酶对絮凝有抑制作用表明细胞壁蛋白参与絮凝形 成。由于Flol型和NewFlo型菌株对四种蛋白酶的敏感性不同,表明这两种絮凝型菌株 的细胞壁表面参与絮凝形成的蛋白组成可能不同。 2.3.6培养基对絮凝水平的影响:我们测定了Flo l型和NewFlo型菌株在不同培养基 中培养后细胞的絮凝水平.结果表明Flo l型菌株在YNB、YEPD中培养较在麦芽汁中培 养絮凝水平高,而NewFlo型菌株在麦芽汁、YNB中培养较在YEPD中絮凝水平高。 维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 张博润等:酵母菌絮凝的分型及其生理生化特性的研究 星 煮 盖 20 40 60 图5蛋白酶对絮凝的影响(A蛋白酶E,B胰蛋白酶,C蛋白酶K,D糜蛋白酶) Fig 5 Effect prote ̄Dnthe nocc山t1蚰0f v咖c us (A l ̄otease E,B Trypsas ̄,C Prote0s ̄K D Chymowyps[n) ■:FL.186;‘:FL-187;口:FL-191; :FL 189 2.3.7培养时间对絮凝水平的影响:实验结果表明Flo 1型菌株在整个培养期间都具絮 凝性,即所谓结构性絮凝。而NewFlo型菌只是到稳定期才开始出现絮凝。 3讨论 本文通过对410余株酵母菌进行絮凝水平能力测定,从中筛选到5株强絮凝菌株。 依据不同糖对其絮凝的抑制作用不同,将5株强絮凝菌株分为Flo 1型和NewFlo型。实 验了不同物理、化学因子对这两种絮凝型菌株的絮凝表型的影响,对酵母菌的絮凝机理作 了初步探索。结果表明,酵母细胞絮凝是ca2 依赖的,且有细胞壁蛋白和甘露聚糖的参 与。然而,对于不同絮凝型菌株,可能这三种因子所起的作用不同,有可能这两种絮凝型 菌株的絮凝机理分别属上述两种絮凝假说之一,还需进一步深入研究。 据文献l8 报道,可根据菌株絮凝性对高温和糜蛋白酶的敏感性不同将Flo l型菌株 分为两大类:对高温(7O℃)敏感而对糜蛋白酶不敏感的FIo 1型菌株可能带有FLO5基 维普资讯 http://www.cqvip.com
532 微 生 物 学 报 39卷 因;对高温(7O℃)不敏感而对糜蛋白酶敏感的Flo1型菌株可能带有FL01基因。本实验 结果表明我们筛选到的Flo 1型菌株对高温(70℃)和糜蛋白酶都有不同程度的敏感性, 仅对高温和糜蛋白酶的敏感性难以确定Flo 1型菌株带有何种絮凝基因。故还需进一步 对这些Flo l型菌株进行分子生物学方面的深入研究,才能确定絮凝基因和絮凝表型的 相关性。 参[1] 张博润.任考文献 健.刘玉方微生物学通报.1996,23(5):307~311 Yeast 1994 10:211~225 [2 J Watari】,Takata Y Og ̄wa M et 【3』Dengls P B,Inst B一,1997 103【4】:257~262 [4] Bony M,T nes-sempoux d,Borre P al J Bactericd.1997,179(15):4929~4936. [5] 贾盘 ,蔡金科,马薄钦等微生物遗传学实验技术,科学出版社,1992,407~408 【6 J Stratford M,A黜mderS Yeas ̄,1991,7:559~574 【7]DengisP b,Nelissen LR,Rouxhet PG ApplEnvi ̄nMicrobiol 1995,61(2):718~728 l8 l Bidard B Curr Genel,1994,25:196~201 DISTINCT10N 0F YEAST FL0CCULENT PHENOTYPES AND STUDIES OF THE PHYSIoLoGICAL AND B10CHEMICAL CHARACTERISTICS 0F YEAST FL0CCUL TIoN Zhang Bonm Chen Wei T|e Cuijuan He Xiulalng 1h Huarong (Institute Microbiology, £t—Acadmny of& ∞.Beling 100080)t Abstract More than 400 yeast strains were examined for their floccuhtion,and five of them dis— played strong lofccdation.The 5 strains were divided into two gmupe which are Flo 1 and NewFlo phenotypes on the basis of their response to sugar inhiiton.Relhated physolog ̄cal and biochemical characteristics of the'ucgo phenotypes’strains were studied The msdts showed that the floccdatbn of Flo 1 phenotype wa5 only inhibited by mHT】Tl0se;it WS.S sensitive to high temperature(70"C), pronase E,trypsin,whereas tolerant to pronase K,chymotrypein,Caz 。pH;the floccdat ̄n of NewFlo was inhibited by many sugars,such as glUCOS ̄,maltose.sucrose.n∞nrK ;it wss sensitive t o igh htemperature(70"C),pronase。Ca2 ,pH The Calcium concentration and pH value of the optimum flocculaton of the Flol and NewFlo phenotypes strains were respectively lOmmol/L—— lmol/L;3.0~4 5 Key words Yeasts.FlcculouLatiulon,Distinction of yeast flocculent phenotype,‘Physiological and bli— chemical charactefistics
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