高产2,3-丁二醇的潜在酿酒酵母菌株筛选

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700383

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (24): 107-115.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700383

高产2,3-丁二醇的潜在酿酒酵母菌株筛选

丁昊¹^,²(), 刘文娟¹^,², 孙健¹^,², 刘磊¹^,², 平文祥¹^,², 葛菁萍¹^,²()

¹微生物黑龙江省高校重点实验室/黑龙江大学生命科学学院,哈尔滨 150080
²黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心,哈尔滨 150500

收稿日期:2019-07-04 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-08-25 发布日期:2020-08-20
通讯作者: 葛菁萍
作者简介:丁昊,男,1995年出生,黑龙江齐齐哈尔人,硕士研究生,研究方向：生物学。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号,Tel：0451-86609016,E-mail：760216740@qq.com。
基金资助:
黑龙江省自然科学基金重点项目“乙酸代谢与副干酪乳杆菌群体感应互作探究及对细菌素产生的影响”;国家自然科学基金“从2,3-丁二醇代谢角度构建工程微生物群体及其生态学机制研究”(31570492);黑龙江省教育厅重点项目“利用肺炎克雷伯氏菌发酵生产2,3-丁二醇及机理探讨”(HDJCCX-2016Z05)

Potential Saccharomyces cerevisiae Strains of Producing 2,3-butanediol: Screening

Ding Hao¹^,²(), Liu Wenjuan¹^,², Sun Jian¹^,², Liu Lei¹^,², Ping Wenxiang¹^,², Ge Jingping¹^,²()

¹Key Laboratory of Microbiology of Heilongjiang Province, Life Science College, Heilongjiang University, Harbin 150080
²Agricultural Microorganisms Technology Education Engineering Research Center, Harbin 150500

Received:2019-07-04 Revised:2019-07-29 Online:2020-08-25 Published:2020-08-20
Contact: Ge Jingping

摘要/Abstract

摘要：

为了获得潜在高产2,3-丁二醇的酿酒酵母菌株,探究不同菌株生产2,3-丁二醇的潜力。通过对不同供试菌株进行形态观察、产物耐受性检测、关键酶活测定、乙偶姻产量以及发酵试验,筛选出一株生产2,3-丁二醇最有潜力的菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W141。结果表明,发现W141菌株生长迅速,能分别耐受13%(w/v)乙醇和0.8%(w/v)乙酸,具有较高的乙醇得率(0.593 g/g)和碳源利用率（发酵24 h葡萄糖消耗率为100%）,关键酶α-ALS、BDH的酶活力较高,分别是0.046 U/mg和0.040 U/mg,2,3-丁二醇途径关键中间产物乙偶姻含量较高,可达0.246 g/L。说明该菌株在发酵工业中具有一定的改造空间和应用前景。

关键词: 2,3-丁二醇, 酿酒酵母, 菌株筛选, 发酵, 关键酶活力, 菌株代谢产物

Abstract:

The aims are to obtain the potentially high-production 2,3-butanediol Saccharomyces cerevisiae, and study the 2,3-butanediol producing potential of different strains. The most promising Saccharomyces cerevisiae strain W141 for producing 2,3-butanediol was screened by morphological observation, product tolerance detection, key enzyme activity assay, acetoin yield and fermentation test. The results showed that the W141 grew rapidly, could withstand 13% (w/v) ethanol and 0.8% (w/v) acetic acid, respectively, and had the high ethanol production (0.593 g/g) and carbon source utilization rate (the glucose consumption rate was 100% after fermentation for 24 h). The enzyme activities of key enzymes α-ALS and BDH were higher, 0.046 U/mg and 0.040 U/mg, respectively. The key intermediate of the 2,3-butanediol pathway, acetoin, had a high content, which reached 0.246 g/L. The study indicates that Saccharomyces cerevisiae W141 has certain transformation space and application prospect in the fermentation industry.

Key words: 2,3-butanediol, Saccharomyces cerevisiae, strain screening, fermentation, key enzyme activity, strain metabolite

中图分类号:

S182

丁昊, 刘文娟, 孙健, 刘磊, 平文祥, 葛菁萍. 高产2,3-丁二醇的潜在酿酒酵母菌株筛选[J]. 中国农学通报, 2020, 36(24): 107-115.

Ding Hao, Liu Wenjuan, Sun Jian, Liu Lei, Ping Wenxiang, Ge Jingping. Potential Saccharomyces cerevisiae Strains of Producing 2,3-butanediol: Screening[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(24): 107-115.

图/表 9

图1. S. cerevisiae W5/W27/W39/W41/W96/W141显微形态观察(640×) A：S. cerevisiae W5,B：S. cerevisiae W27,C： S. cerevisiae W39,D：S. cerevisiae W41,E：S. cerevisiae W96,F：S. cerevisiae W141

图2. S. cerevisiae W5、W27、W39、W41、W96、W141菌落形态观察(10×) A：S. cerevisiae W5,B：S. cerevisiae W27,C：S. cerevisiae W39,D：S. cerevisiae W41,E：S. cerevisiae W96,F：S. cerevisiae W141

图3. 候选菌株的生长曲线

图4. 供试菌株乙醇耐受性测定结果 A：S. cerevisiae W5,B：S. cerevisiae W27,C：S. cerevisiae W39,D：S. cerevisiae W41,E：S. cerevisiae W96,F：S. cerevisiae W141

菌株	W5	W27	W39	W41	W96	W141
乙醇（w/v）	13	11	12	13	12	13
乙酸（w/v）	0.7	0.8	0.8	0.6	0.6	0.8

表1. 候选菌株产物最低耐受浓度%

图5. 供试菌株乙酸耐受性测定结果 A：S. cerevisiae W5,B：S. cerevisiae W27,C：S. cerevisiae W39,D：S. cerevisiae W41,E：S. cerevisiae W96,F：S. cerevisiae W141

图6. S. cerevisiae W5、W27、W39、W41、W96、W141的pH值、OD600值、葡萄糖消耗量、乙醇产量随发酵时间变化的关系曲线

图7. 供试菌株发酵过程中的乙偶姻含量

图8. α-ALS和BDH酶活力测定结果

参考文献 25

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Potential Saccharomyces cerevisiae Strains of Producing 2,3-butanediol: Screening

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