基本信息
- 项目名称：
- 低能离子注入油脂高产菌株粘红酵母（Rhodotorula glutinis）的选育
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文通过离子注入油脂高产菌株粘红酵母，筛选出一株高产菌株D30，产量比出发菌株提高34%，经多次传代实验表明，该菌株遗传稳定性较好。并对选育过程中筛选方法进行了研究，对苏丹黑B染色、索氏抽提法和酸热耦合超声波等高产菌株筛选方法进行了研究比较，最终确定了为苏丹黑B染色为最优的初筛方法。另外，还对高产突变株D30的发酵特性进行了研究，在发酵10天时，其油脂产量达7.81g/L。
- 详细介绍：
- 目前人口的快速增长，使得油脂需求量与自然资源严重短缺的矛盾日益尖锐，在此情况下，开辟新油源—微生物油脂更具有重要的理论和实际意义。 目前对微生物油脂的研究和开发主要集中在利用微生物生产的各种不饱和脂肪酸油脂上，有单不饱和脂肪酸，如棕榈油酸、油酸等；多不饱和脂肪酸，如亚油酸(LA)、亚麻酸(LNA)、花生四烯酸（AA）、二十五碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等，这些具有特殊功能和用途的功能性油脂越在促进人类健康方面具有越来重要的作用。 微生物油脂具有很多优点，如微生物细胞增殖快，生产周期短，价值便宜，不受季节、气候变化的限制等。但是，微生物油脂也有其局限性，最明显的一点就是油脂的产量低。为了提高产量，本文做了以下的研究工作： 1．高产油脂菌株的诱变选育 为了进一步提高其菌体油脂量，以粘红酵母(Rhodotorula glutinis)31596为出发菌株，采用低能离子注入诱变。经过初筛、复筛，获得一株油脂高产菌株D30，其油脂产量达到3.10 g/L，比出发菌株提高了33.05 %， 连续传代多次，其产量性状无显著变化，说明该菌株遗传稳定性良好，可以作为工业微生物菌株。 2． 筛选方法的选择 本文对选育过程中筛选方法进行了研究，对苏丹黑B染色、索氏抽提法和酸热耦合超声波三种高产菌株筛选方法进行了研究比较，最终确定了苏丹黑B染色为最优的定性初筛方法，酸热耦合超声波作为最优的定量筛选方法。 3．发酵培养基的优化 通过单因素和Box-Behnken实验设计，确定粘红酵母(Rhodotorula glutinis)31596摇瓶发酵的最佳发酵培养基成分(g/L)：葡萄糖73.40， 磷酸二氢钾3.56，蛋白胨1.06；培养条件为：温度28 ℃，初始pH 5.8，接种量9 %，250 ml摇瓶装液量30 ml。在此优化条件下，当发酵时间为96 h时，粘红酵母产油脂量高达3.49 g/L，较优化前提高了13 ﹪。同时，对D30发酵动力学进行了研究，到达到发酵终点时（10 d），生物量为47.98 g/L(菌体湿重), 油脂产量达到7.81 g/L。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品选用新型诱变方法——低能离子束技术对目标菌株进行诱变，在诱变中对低能离子的注入参数进行研究，另外还对高产菌株的初筛方法进行研究，最后得出适宜的方法，并筛选得到一株油脂的高产菌株，并对高产菌株的动力学进行研究。
科学性、先进性及独特之处
- 1、选育先进的低能离子注入技术，为得到突变频率高，突变谱系广的突变体打下基础。 2、对众多的初筛方法进行研究，得出简单、易操作的筛选方法，为大量筛选突变菌株打下基础。
应用价值和现实意义
- 多不饱和脂肪酸是人体必须的，但是人体又不能合成，本作品通过研究，目的是超出产多不饱和脂肪酸的高产菌株，为后续的工业生产打下基础。
学术论文摘要
- 本文通过离子注入油脂高产菌株粘红酵母（Rhodotorula glutinis），筛选出一株高产菌株D30，产量比出发菌株提高34 %，经多次传代实验表明，该菌株遗传稳定性较好。并对选育过程中筛选方法进行了研究，对苏丹黑B染色（Sudan Black B staining）、索氏抽提法 (Soxhlet Extraction method )和酸热耦合超声波（Acid-heating+Ultrasonic extration）三种高产菌株筛选方法进行了研究比较，最终确定了为苏丹黑B染色（Sudan Black B staining）为最优的初筛方法。另外，本文对高产突变株D30的发酵特性进行了研究，在发酵96h时，其油脂产量达3.10 g/L。
获奖情况
- 作品在2010.12.25，以英文文章在国际细胞生物学、生物学和生物工程会议（CMBB）发表，该论文将被ISTP和EI收录。
鉴定结果
- 优秀。 本作品获“河南科技大学第四届挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛自然科学类学术论文一等奖。
参考文献
- [1]薛飞燕，张栩，谭天伟．微生物油脂的研究进展及展望[J].生物加工过程.2005，3(1)：23-27． [2]董欣荣，曹健,赵斌等.几种真菌油脂的检测与提取[J]. 郑州工程学院学报. 2002，123（1）：14-18. [3]Singleton J A, Stikeleather L F. A solvent extractor system for the rapid extraction of lipids and trace bioactive micronutrients in oilseeds.[J]. Jaocs. 1999, 76(12) : 1461-1466. [4]王敏，李市场,刘红霞等.响应面优化粘红酵母油脂提取工艺的研究[J].中国油脂.2010，35（4）：7-11. [5]孔凡敏，赵祥颖,田延军等. 酸热法提取酵母油脂条件的研究[J].中国酿造. 2010,218（5）:143-146. [6]Jinchao Shen, Xueguang Shao. A comparison of accelerated solvent extraction, Soxhlet extraction, and ultrasonic-assisted extraction for analysis of terpenoids and sterols in tobacco[J]. Anal Bioanal Chem. 2005, 383: 1003–1008. [7]张嘉,沈丹虹,郑晓冬. 1 株高产油脂酵母菌株的诱变选育及其发酵条件研究[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2009,35(5): 497-502.
同类课题研究水平概述
- 微生物油脂研究最早可追溯到19世纪70年代中期。第一次世界大战期间。当时德国科学家准备利用内孢霉属(Endomyces vernalis)和镰刀菌属(Fusarium)的某些菌种作为油脂生产菌，以缓解当时食用油脂的供应不足的状况。大约在1920年到1945年之间，德国科学家筛选出了适合生产用的菌种。20世纪50年代左右，美国、英国等一些国家也开始发展微生物油脂的研究。自1945年开始利用农作物来生产油脂，不仅能够提供廉价的油脂，并且可以提供其他一些食品。但是，利用微生物发酵生产油脂在成本上根本无法与从大豆、葵花籽以及近今年来常用的油菜籽中获取油脂相竞争。随后的研究探索一度集中在获取附加值较高的功能性油脂上，如某些微生物可以生产具有极高药用价值的γ-亚麻酸、花生四烯酸(ARA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等稀有脂肪酸。 近年来，具有保健、医疗功能的功能性油脂日益受到人们的青睐，微生物油脂的研究主要集中于利用微生物生产经济价值较高的特殊营养油脂，即微生物功能性油脂。目前，用微生物生产功能性油脂已成为科学研究的热门课题。 产油微生物具有以下优点，如不受气候限制、油脂含量高、资源丰富、碳源来源广、生长周期短、易于实现大规模生产等。加快微生物油脂发酵技术的创新，推进微生物油脂产业化的进程，能为我国未来生物柴油产业化及油脂化工业的健康发展提供有力的保障。 目前，已有利用微生物批量生产油脂的报道，但我国的研究还很落后于世界其他国家。今后微生物油脂的研究方向主要有以下几点： 1，将现代生物技术运用到产油脂微生物的研究技术中，继续寻找或改良高产油脂菌种和高产不饱和脂肪酸的菌株，优化微生物发酵产油脂工艺； 2，利用农副产品及工业废水、废料等廉价碳源，降低产油脂微生物培养成本，促进微生物油脂产业化； 3，开发微生物功能性油脂，加快其在保健食品、医药中的应用。
