短梗霉的研究進展

李陽

摘 要 短梗霉是與酵母菌親緣關(guān)系較近的真菌，廣泛分布于各種生態(tài)環(huán)境中。由于在其生長過程中能夠產(chǎn)生黑色素，因此也被稱為“黑酵母”。短梗霉的產(chǎn)物多種多樣，如普魯蘭多糖、多聚蘋果酸、胞內(nèi)油脂、重油、鐵載體以及多種酶類，其中多種產(chǎn)物具有重要的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 短梗霉；代謝產(chǎn)物；研究進展

中圖分類號：Q949.32 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）12-127-02

短梗霉（Aureobasidium spp.）是一種生活史復(fù)雜的多形態(tài)真菌。其細胞形態(tài)和部分生理特征與酵母菌相似，在分離和鑒定過程中，常采用與研究酵母菌相同的方法。在部分短梗霉菌株在生長過程中能夠產(chǎn)生黑色素。因此，有人也把短梗霉稱為“黑酵母”。在個體生長發(fā)育過程中，短梗霉可呈現(xiàn)帶有隔膜的菌絲體細胞、芽生孢子、膨脹孢子、厚壁孢子和酵母狀細胞等多種形態(tài)。短梗霉在發(fā)酵培養(yǎng)過程中可產(chǎn)生多種產(chǎn)物，主要有普魯蘭多糖、多聚蘋果酸、胞內(nèi)油脂、胞外重油、鐵載體以及多種酶類。國外對短梗霉的研究起步較早，并且取得了一定的研究成果；國內(nèi)對短梗霉的研究起步相對較晚，但近期也取得了一系列顯著成就。本文對短梗霉研究現(xiàn)狀進行簡單總結(jié)，著重介紹幾種有重要經(jīng)濟價值的產(chǎn)物研究情況。

1 短梗霉的分布和分類

短梗霉的分布非常廣泛，自然條件下主要分布在植物的莖、葉、花、果實表面、巖石表面和沿海水域。近期，有研究者在南極海洋沉積物和紅樹林中也分離得到了短梗霉。

在第4版《酵母菌分類研究》中，研究者將短梗霉歸于酵母菌。后來，研究者將短梗霉屬分為3個種：A. pullulans，A. leucospermi和A. proteae，其中A. pullulans有5個變種。Li等人[1]通過對216株短梗霉的26S rDNA序列，ITS序列，細胞形態(tài)和菌落形態(tài)進行對比，發(fā)現(xiàn)部分菌株不屬于已知的3個種和它們的變種。在最新的研究中，把A. melanogenum、A. subplaciale和A. namibiae3個變種定義為種。目前，關(guān)于短梗霉的分類問題仍存在較大爭議。

2 短梗霉的幾種重要發(fā)酵產(chǎn)物

2.1 普魯蘭多糖

普魯蘭多糖是一種線性葡聚糖，由重復(fù)的麥芽三糖單位經(jīng)α-1，6-糖苷鍵連接而成。普魯蘭多糖具有生物可降解性和不透氧性，但不能被人類分泌的消化酶降解。因此，可以應(yīng)用于口服藥物。普魯蘭多糖水溶液粘度不受溫度和pH變化的影響，且粘度相對較低，類似于阿拉伯樹膠，可用做飲料和果汁的填料。

一般情況下，普魯蘭多糖的發(fā)酵生產(chǎn)都是以葡萄糖或蔗糖為碳源進行的。但是短梗霉能夠合成多種胞外酶，如淀粉酶果膠酶和木聚糖裂解酶等。因此，短梗霉也可利用其它原料進行普魯蘭多糖的發(fā)酵生產(chǎn)。Thirumavalavan等人[2]利用椰汁為碳源進行普魯蘭多糖的發(fā)酵生產(chǎn)，在培養(yǎng)基中椰汁濃度為50g/L時，普魯蘭多糖的產(chǎn)量可達54g/L。G?ksungur等人[3]以甜菜糖蜜水解液為碳源生產(chǎn)普魯蘭多糖，產(chǎn)量為35g/L。同時，大量研究發(fā)現(xiàn)，碳源濃度對普魯蘭多糖的產(chǎn)量有極大的影響。

2.2 多聚蘋果酸

多聚蘋果酸（PMA）是一種水溶性陰離子聚酯，具有良好的水溶性、生物相容性和生物可降解性。多聚蘋果酸的降解產(chǎn)物為L-蘋果酸，而L-蘋果酸是三羧酸循環(huán)的中間體，對人體無毒無害。因此，多聚蘋果酸在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在生物材料和可降解塑料領(lǐng)域也有潛在應(yīng)用價值。

早期的多聚蘋果酸生產(chǎn)主要采用化學(xué)合成法。但是產(chǎn)量達不到工業(yè)生產(chǎn)的要求，并且產(chǎn)物也達不到醫(yī)用要求。Rathberger等人[4]發(fā)現(xiàn)，許多短梗霉菌株能夠生產(chǎn)聚蘋果酸，并且產(chǎn)量很高。對產(chǎn)聚蘋果酸短梗霉進行培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，當培養(yǎng)基中不含碳酸鈣時，短梗霉只產(chǎn)生普魯蘭多糖而不產(chǎn)生聚蘋果酸，只有當碳酸鈣存在時，短梗霉才能合成聚蘋果酸。Ma等人[5]從紅樹林樣品中篩選出一株高產(chǎn)聚蘋果酸的短梗霉菌株P(guān)6，在培養(yǎng)基中葡萄糖濃度為140 g/L、碳酸鈣濃度為65.0 g/L時，聚蘋果酸鈣產(chǎn)量達到118.3 g/L。這是目前已報道的最高產(chǎn)量。

2.3 微生物油脂

微生物油脂又稱單細胞油脂，是酵母菌、霉菌、微藻和部分細菌生長過程中積累在胞內(nèi)的油脂。研究發(fā)現(xiàn)，微生物油脂的成分主要為三酰甘油，約占微生物油脂的80%以上。三酰甘油包含甘油和脂肪酸兩部分，微生物油脂三酰甘油中脂肪酸主要為軟脂酸（C16∶0）、硬脂酸（C18∶0）、油酸（C18∶1） 等碳原子數(shù)為16或18的脂肪酸。而這3種長鏈脂肪酸是制備生物柴油的良好原料。短梗霉P10菌株胞內(nèi)油脂含量占細胞干重的66.3%。對P10菌株胞內(nèi)油脂脂肪酸成分進行分析發(fā)現(xiàn)，其主要成分為棕櫚酸（C16∶0）、油酸（C18∶1）和亞油酸（C18∶2），這3種脂肪酸占總量的95%左右，與動植物油脂脂肪酸成分非常相似，是制備生物柴油的良好原料。然而，培養(yǎng)短梗霉菌株生產(chǎn)胞內(nèi)油脂存在菌體生物量較少的缺點。因此，如何提高菌體生物量是今后相關(guān)研究工作的重點。

2.4 鐵載體

鐵元素在生物體內(nèi)參與多種代謝活動。例如，電子傳遞，氧的運輸和DNA的復(fù)制等。當生物體缺鐵時，上述各項生理活動不能正常進行。鐵載體是部分生物在鐵元素缺乏狀態(tài)下合成的一種小分子化合物，其作用是螯合周圍環(huán)境中的鐵并運送至細胞內(nèi)，以維持細胞正常生理功能。

鐵載體在多個領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。在醫(yī)藥領(lǐng)域，鐵載體共軛藥物可定向殺死特定微生物；在農(nóng)業(yè)上，鐵載體可促使植物更有效的吸收周圍環(huán)境中的鐵元素；在環(huán)境治理方面，鐵載體可以螯合多種重金屬離子，從而減弱甚至消除重金屬污染。馬再超用化學(xué)誘變法誘變短梗霉HN6.2菌株，得到的突變株HN18在5-L發(fā)酵罐中培養(yǎng)，在最有條件下其鐵載體產(chǎn)量可達0.51 g/L。

2.5 胞外重油

重油（Heavy Oil）通常指原油提取柴油汽油之后剩余的分子量較大，粘度較高的殘余物。近期的研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)短梗霉菌株能夠合成分子量較大的油脂，并能夠分泌至胞外。Liu等人[6]從100多株短梗霉中篩選出高產(chǎn)重油菌株P(guān)5，在最適培養(yǎng)條件下，重油產(chǎn)量可以達到32.5 g/L。對其重油成分進行分析發(fā)現(xiàn)其主要成分為C20以上的長鏈正烷烴，含量達79%，其中二十五烷、二十六烷、二十八烷和四十四烷分別占12.559%、13.944%、22.972%和16.271%。這是首次有關(guān)短梗霉可以產(chǎn)胞外長鏈正烷烴的研究。

3 展望

短梗霉分布廣泛，不同的短梗霉菌株能夠合成不同的產(chǎn)物，其中多種產(chǎn)物具有重要的應(yīng)用價值。許多研究者對短梗霉的分離、培養(yǎng)條件和產(chǎn)物的分離純化進行了大量研究。然而目前短梗霉的遺傳背景仍不十分清晰，從分子生物學(xué)水平對短梗霉進行的研究報道較少。因此，利用基因工程技術(shù)對短梗霉進行代謝工程改造是今后進一步短梗霉應(yīng)用的研究方向。

參考文獻

[1]Li Y，ChiZ，Wang G Y.Taxonomy of Aureobasidiumsppand Biosynthesis and Regulation of Their Extracellular Polymers[J]. Critical Reviews in Microbiology，2013 （10）：1-10.

[2]ThirumavalavanK，Manikkadan T R，DhanasekarR.PullulanProduction from Coconut By-products by AureobasidiumPullulans[J].African Journal of Biotechnology，2009，8（2）.

[3]G?ksungurY，U?anA，G?ven?U.Production of Pullulan from Beet Molasses and Synthetic Medium by AureobasidiumPullulans[J].Turkish Journal of Biology，2004，28（1）：23-30.

[4]RathbergerK，ReinerH，WillibaldB，etal.Comparative Synthesis and Hydrolytic Degradation of Poly（L-malate） by Myxomycetes and Fungi[J].Mycol Res，1999（103）：513–20.

[5]Ma Y，Wang G Y，Liu G L，etal.Overproduction of Poly （β-malic acid）（PMA） from Glucose by ANovel Aureobasidium sp. P6 Strain Isolated from Mangrove System[J]. Applied Microbiology and Biotechnology， 2013，97（20）： 8931-8939.

[6]Liu Y Y， Chi Z，Wang Z P.HeavyOils Principally Long-chain N-alkanes Secreted by AureobasidiumPullulansVar. MelanogenumStrain P5 Isolated from Mangrove System[J].Journal of Industrial Microbiology &Biotechnology，2014，41（9）：1329-1337.

（責(zé)任編輯：劉昀）