CN108707630A - 一种提高裂殖壶菌中epa含量的调控方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法与应用,涉及海洋微生物。将菌株Schizochytrium sp.MYA1381经过平板和二级种子活化,制备种子液,再接种于发酵培养基,在裂殖壶菌生长的不同阶段加入氟啶酮。所述氟啶酮可在提高裂殖壶菌EPA含量中应用。首次将氟啶酮应用到脂肪酸合成途径的调控中,为提高裂殖壶菌中EPA含量提供了新的思路。通过添加氟啶酮,显著提高了裂殖壶菌油脂中EPA的含量,相比于未添加提高了42.31%。为使用氟啶酮提高裂殖壶菌内EPA含量提供了基础。
Description
技术领域
本发明涉及海洋微生物,尤其是涉及一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法与应用。
背景技术
多不饱和脂肪酸(PUFA)是指分子结构中含有两个或两个以上不饱和双键且碳原子数目在20个以上的脂肪酸。依据双键离甲基端的距离可分为ω-3系列、ω-6系列和ω-9系列多不饱和脂肪酸。其中ω-3系列多不饱和脂肪酸具有防治心脑血管疾病、促进脑组织及视网膜的正常生长发育等生理作用,是人体健康的必需脂肪酸(Gill and Rao 1997;Das.et al.2003)。ω-3系列多不饱和脂肪酸主要包括二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五稀酸(EPA)。EPA的分子为式C20H30O2,具有促进血液循环,防止胆固醇和脂肪在动脉壁上积聚的功能。因此被广泛应用于冠状动脉心脏病、高血压和炎症等疾病的治疗(Nettleton.etal.1995)。
深海鱼油富含ω-3多不饱和脂肪酸,是EPA的传统商业来源。然而,因其鱼腥味重、EPA含量较低、脂肪酸组成复杂、且从鱼油中分离EPA是一项复杂且高成本的过程,很难满足工业化生产及市场的需求。与传统鱼油来源相比,微生物发酵法生产EPA具有生长速度快、易于规模化培养、不饱和脂肪酸含量高且组成简单及易于分离纯化等优点,具有广阔的应用前景,因而微生物法发酵生产EPA已逐步替代了传统的鱼油EPA来源(Yazawa.etal.1996)。
裂殖壶菌因高产DHA而被广泛研究(Yaguchi and Tanaka 1997),而裂殖壶菌除产DHA外,也能合成EPA等多不饱和脂肪酸(Ren.et al.2018),具有很大的商业前景。但目前EPA在裂殖壶菌中的含量还很低。关于裂殖壶菌生产多不饱和脂肪酸的研究主要集中在优良菌株的筛选、DHA的生物合成、培养基及培养条件的优化和工业化大规模生产工艺的探索上(Ling.et al.2015),而对EPA的研究很少。故本发明通过在培养过程中补加外源添加物调控裂殖壶菌的细胞代谢,从而提高EPA的含量。
氟啶酮是一种白色晶体,微溶于水,易溶于有机溶剂,是脱落酸生物合成的抑制剂,具有促进种子于不利的高温条件下萌发的作用(苏贺等.2016)。同时它也具有抑制类胡萝卜素合成的能力,因此被广泛用作除草剂(Bartels.et al.1978)。
中国专利CN106676127A公开一种酮基合成酶基因敲除的裂殖壶菌工程菌的构建方法及应用,包括如下步骤:(1)以裂殖壶菌的基因组为DNA模板,用上游引物对和下游引物对分别PCR扩增KS基因的上游片段UKS和下游片段DKS;(2)将上游片段UKS和下游片段DKS与敲除载体连接,构建重组敲除质粒;(3)将上述重组敲除质粒电转化裂殖壶菌,用抗性平板筛选,并经PCR抗性基因序列验证,得转化子,即所述酮基合成酶基因敲除的裂殖壶菌工程菌。本发明提供了裂殖壶菌敲除基因的工程菌的构建方法构,建了敲除FabA基因裂殖壶菌重组菌,该工程菌产多不饱和脂肪酸的能力比出发菌株中所占总油脂的比例减少了43%,而16碳和18碳饱和脂肪酸的生产量增加29%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法。
本发明的另一目在于提供氟啶酮在提高裂殖壶菌EPA含量中的应用。
所述提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法的具体步骤如下:
将菌株Schizochytrium sp.MYA1381经过平板和二级种子活化,制备种子液,再接种于发酵培养基,在裂殖壶菌生长的不同阶段加入氟啶酮。
所述菌株Schizochytrium sp.MYA1381从美国模式菌种收集中心(American TypeCulture Collection)购买。
所述裂殖壶菌生长的不同阶段可为第0h,24h,48h。
油脂合成初期为培养24h,发酵稳定期为培养120h。
所述平板的固体培养基(g/L)的组成可为:葡萄糖30,酵母粉10,琼脂15,无机盐成分,pH调至6.5,所述无机盐的组成(g/L)可为:Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O 0.17。
所述二级种子活化的种子培养基(g/L)的组成可为:葡萄糖30,酵母粉10,无机盐成分,pH调至6.5,所述无机盐的组成(g/L)可为:Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O 0.17。
所述发酵培养基(g/L)的组成可为:葡萄糖90,谷氨酸钠5,玉米浆粉5,无机盐成分、微量元素1mL和维生素1mL,pH调至6.5,所述无机盐的组成(g/L)可为:Na2SO4 12,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O 0.17;所述微量元素的组成(mg/L)可为:FeSO4·7H2O 10,泛酸钙3.2,MnCl2·4H2O 3,ZnSO4·7H2O 3,NiSO4·6H2O 2,CuSO4·5H2O 2,CoCl2·6H2O 0.04,Na2MoO4·2H2O 0.04;所述维生素的组成(mg/L)可为:VB19.5,VB120.1。
所述氟啶酮的质量浓度可为50mg/L。
所述氟啶酮可在提高裂殖壶菌EPA含量中应用。
在裂殖壶菌的培养基中加入50mg/L氟啶酮。
在裂殖壶菌生长的第0h,24h,48h加入氟啶酮。
在裂殖壶菌生长的第24h加入50mg/L氟啶酮,分析氟啶酮对裂殖壶菌整个生长阶段的生物量、油脂及EPA含量的影响。
本发明调控原理如下:在裂殖壶菌生长的不同阶段添加氟啶酮,通过对稳定期生物量,油脂及各脂肪酸含量的分析,确定最优的添加时间。在最优的添加时间添加氟啶酮,之后每24h取样,考虑到氟啶酮可能延缓裂殖壶菌生长,因此取样到稳定期之后的24h,分析氟啶酮对整个发酵过程生物量,油脂及各脂肪酸含量的影响。
本发明首次将氟啶酮应用到脂肪酸合成途径的调控中,为提高裂殖壶菌中EPA含量提供了新的思路。
本发明具有以下突出效果:
1)本发明首次提出了在裂殖壶菌生长的过程中添加氟啶酮,为提高裂殖壶菌油脂中EPA含量提供了一条新思路。
2)通过添加氟啶酮,显著提高了裂殖壶菌油脂中EPA的含量,相比于未添加提高了42.31%。为使用氟啶酮提高裂殖壶菌内EPA含量提供了基础。
附图说明
图1为不同生长阶段添加氟啶酮对裂殖壶菌生物量及油脂含量的影响。
图2为油脂合成初期添加氟啶酮对裂殖壶菌生物量的影响。
图3为油脂合成初期添加氟啶酮对裂殖壶菌总油的影响。
图4为油脂合成初期添加氟啶酮对裂殖壶菌EPA占总脂肪酸比重的影响。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
以下实施例中使用的裂殖壶菌菌株购买自美国模式菌种收集中心(AmericanType Culture Collection),命名Schizochytrium sp.MYA1381。
以下实施例中裂殖壶菌的培养方法:种子于固体培养基活化后,接于一级种子培养基中,200rpm,28℃,24h。按2%的接种量接于二级种子培养基,200rpm,28℃,24h。按2%接种量接于含100ml发酵液的500ml锥形瓶中,200rpm,28℃。
以下实施例中所用的培养基配方如下:
固体培养基(g/L):葡萄糖30,酵母粉10,琼脂15,无机盐成分,pH调至6.5。
种子培养基(g/L):葡萄糖30,酵母粉10,无机盐成分,pH调至6.5。
发酵培养基(g/L):葡萄糖90,谷氨酸钠5,玉米浆粉5,无机盐成分、微量元素1mL和维生素1mL,pH调至6.5。
其中,无机盐组成(g/L):Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl0.5,CaCl2.2H2O 0.17。微量元素组成(mg/L):FeSO4·7H2O 10,泛酸钙3.2,MnCl2·4H2O 3,ZnSO4·7H2O 3,NiSO4·6H2O 2,CuSO4·5H2O 2,CoCl2·6H2O 0.04,Na2MoO4·2H2O 0.04。维生素组成(mg/L):VB19.5,VB120.1。
以下实施例中裂殖壶菌的生物量通过以下方式得到:取1mL的发酵液于已称重的离心管中,离心去上清,于真空冷冻干燥至恒重。
以下实施例中裂殖壶菌的油脂通过以下方式得到:5ml HCl加入含3ml菌液的离心管中,65℃水浴30min,冷却后用3ml正己烷萃取,离心取上清于已称重的离心管中,重复3次,再经氮气吹干至恒重。
以下实施例中裂殖壶菌油脂中各脂肪酸含量通过以下方式得到:加入5mL 0.5M的KOH-CH3OH溶液至装有总油脂的50mL离心管中,在65℃水浴锅恒温10min发生皂化反应,直至油脂完全溶解。取出离心管冷却至室温,加入5mL 30%的三氟化硼乙醚,于65℃水浴锅反应30min;取出离心管冷却至室温,加入5mL正己烷和50μL 16g/L的十七烷酸甲酯(做为内标),混匀振荡,接着加入1mL饱和的氯化钠溶液防止乳化,静置3min分层。取上层有机相至事先已加入少量无水硫酸钠(用于脱水)的5mL离心管,使用0.22μm的有机滤膜过滤后,可进样进行气相色谱分析。
具体所用仪器型号及色谱条件如下所示:
仪器:Agilent GC7890A气相色谱法;
色谱柱:Supelco SP-2560(100m×0.25mm ID,0.20μm film);
进样设置:进样量1μL,进样温度260℃,分流比100︰1;
载气:氦气,20cm/s;
检测器温度:260℃;
柱温控制:初始温度140℃,维持5min;然后以3℃/min速度升温至240℃并维持10min。
以下给出具体实施例。
实施例1
为考察氟啶酮在裂殖壶菌不同生长阶段添加后对裂殖壶菌油脂及各脂肪酸含量的影响。在裂殖壶菌培养至第0h,24h及48h时分别添加50mg/L氟啶酮。发酵至120h时收集菌进行各成分分析。如图1所示,氟啶酮的添加对裂殖壶菌的生物量无明显影响;在油脂含量方面,在0h添加氟啶酮能明显减少油脂的积累,而在24h添加氟啶酮有利于油脂的积累,在48h添加氟啶酮对裂殖壶菌油脂积累没有明显的影响;在EPA含量方面,不同时间添加氟啶酮对裂殖壶菌脂肪酸成分的影响如表1所示,氟啶酮的添加均能提高EPA的含量,其中在24h添加的效果最好,EPA的含量达到0.65%,较对照组的0.45%提高了44.4%。综上所述,24h添加50mg/L氟啶酮为最优条件。
表1
实施例2
为考察氟啶酮对裂殖壶菌整个生长阶段的影响,在裂殖壶菌培养至第24h添50mg/L氟啶酮,每24h小时取样,对其生物量,油脂,及EPA含量进行分析。
由图2和图3可见,加入氟啶酮后,裂殖壶菌生长及油脂合成都有所延迟,在48h,72h,96h相对于对照组油脂和生物量都有所下降,但到120h时与对照组无明显差异,而到144h时,相对于对照组油脂有明显的提高。如图4所示,添加氟啶酮有利于整个过程EPA的积累,其中在144h时,EPA占脂肪酸的比重达到了0.75%,相对于对照组提高了42.31%。在裂殖壶菌的油脂合成初期添加氟啶酮会延缓菌的生长,但对其最终的生物量及油脂含量没有明显的影响,能够明显的促进EPA的积累。
通过研究氟啶酮对裂殖壶菌的影响,发现氟啶酮对裂殖壶菌的生长,油脂合成以及脂肪酸成分都具有较大的影响,关于其代谢机制尚不清晰。根据实验中发现,加入氟啶酮后,单细胞油脂的颜色比对照组深很多,可能是由于氟啶酮提高了裂殖壶菌单细胞内的总色素含量,保护了EPA避免被氧化,从而提高了EPA的含量。
Claims (10)
1.一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于其具体步骤如下:
将菌株Schizochytrium sp.MYA1381经过平板和二级种子活化,制备种子液,再接种于发酵培养基,在裂殖壶菌生长的不同阶段加入氟啶酮。
2.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述裂殖壶菌生长的不同阶段为第0h,24h,48h。
3.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于油脂合成初期为培养24h,发酵稳定期为培养120h。
4.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述平板的固体培养基的组成为:葡萄糖30,酵母粉10,琼脂15,无机盐,单位为g/L,pH调至6.5,所述无机盐的组成为:Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O0.17,单位为g/L。
5.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述二级种子活化的种子培养基的组成为:葡萄糖30,酵母粉10,无机盐,单位为g/L,pH调至6.5,所述无机盐的组成为:Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O0.17,单位为g/L。
6.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述发酵培养基的组成为:葡萄糖90,谷氨酸钠5,玉米浆粉5,无机盐、微量元素1mL和维生素1mL,单位为g/L,pH调至6.5,所述无机盐的组成为:Na2SO412,MgSO42,KH2PO41,(NH4)2SO41,K2SO40.65,KCl 0.5,CaCl2.2H2O 0.17,单位为g/L。
7.如权利要求6所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述微量元素的组成为:FeSO4·7H2O 10,泛酸钙3.2,MnCl2·4H2O 3,ZnSO4·7H2O 3,NiSO4·6H2O 2,CuSO4·5H2O 2,CoCl2·6H2O 0.04,Na2MoO4·2H2O 0.04,单位为mg/L;所述维生素的组成为:VB19.5,VB120.1,单位为mg/L。
8.如权利要求1所述一种提高裂殖壶菌中EPA含量的调控方法,其特征在于所述氟啶酮的质量浓度为50mg/L。
9.氟啶酮在提高裂殖壶菌EPA含量中应用。
10.如权利要求9所述应用,其特征在于在裂殖壶菌的培养基中加入50mg/L氟啶酮;在裂殖壶菌生长的第0h,24h,48h加入氟啶酮;在裂殖壶菌生长的第24h加入50mg/L氟啶酮,分析氟啶酮对裂殖壶菌整个生长阶段的生物量、油脂及EPA含量的影响。
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