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浓香型白酒酒醅古菌群落结构及其变化规律研究

2022-09-24 来源:小侦探旅游网
食品与发酵科技 而0d and Fermentation Technology 第49卷(第6期)Vo1.49,No.6 浓香型白酒酒醅古菌群落结构及其变化规律研究 冯治平,赵斌,黄治国 ,邓杰,刘燕梅,祝云飞,王艳丽 (四川理工学院,酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川自贡643000) 摘要:该试验采用PCR—SSCP技术研究了浓香型白酒酒醅发酵过程中古茵群落的变化规律,结果发现:所有酒醅 样品均出现5~lO条较清晰的条带,其中第2、4、9号条带在所有样品中均有检出,且优势度较高;所有样品古茵群 落生物多样性指数都在1.53~2.01之间,在发酵过程中波动较小;酒醅古茵SSCP图谱相似性指数较高,表明古茵 群落在发酵过程中的变化较小 关键词:白酒酒醅;古茵:PCR—SSCP;16S rDNA 中图分类号:TS262.3 1 文献标识码:A 文章编号:1674—506X(2013)06—0068—0005 Study on Archaea Community Structure and Changing Laws of Fermented Grains of Luzhou-flavor Liquor FENG Zhi-ping,ZHAO Bin,HUANG Zhi-guo ,DENG Jie,LIU Yan—mei, ZHU Yun—fei,WANG Yan—li (Liquor—making Biotechuology&Applw ̄ion key Laboratory of Sichuan Province。Sichuan University of Science& Engineering,Zigong Sichuan 643000,China) Abstract:The experiment researched the changing laws of eukaryotie microbes community in fermentation process of fermented grains of luzhou-fiavor liquor by PCR-SSCP technique.The results were as follows:clear bands from 5 to 10 were showed clearly in all grains samples,NO.2、4、9 bands were detected in all samples and they had a high dominant degree.The diversity index of all samples kept between 1.53 and 2.01.the diversity index of samples generllay showed small fluctuations during the fermentation process.The similarity indexs of PCR—SSCP pattern of samples were high,which means archaea community had small changes in the fermentation process. Key words:liquor fermented grains;archaea;PCR-SSCP;16S rDNA doi:10.39696.issn.1674—506X.2013.O6—014 浓香型白酒的生产过程与微生物菌群的演化 交替密不可分,窖池微生物经过长期的驯化和发 多年来科学家们一直认为地球上的生命由原核 生物和真核生物两大类组成。1977年,Woese等[2 3在 研究了60多种不同细菌的16S rRNA序列后,发现 了一群序列奇异的细菌一甲烷细菌,他们认为这是地 展,慢慢形成了独特的微生物群落,酒醅微生物与 窖池微生态环境相互作用并在窖池中进行复杂的 物质能量代谢,积累了丰富多样的代谢产物.这些 代谢产物是浓香型白酒酒体风味与口感形成的重 要物质基础[”。 球上的第三生命形式。命名为古细菌(Archaebacteria)。 古菌是一群具有独特的基因结构或系统发育生物大 分子序列的单细胞生物,多生活在地球上极端的生 收稿日期:2013—12—25 基金项目:四川省科技厅应用基础项目(07JYO29—026);四川理工学院引进人才项目(2007—18)。 作者简介:冯治平(1966~),男,硕士,教授。主要从事食品加工技术及食品分析研究。 通讯作者:黄治国(1978一),男,博士,副教授。主要从事发酵工程方面的研究。 第49卷(总第178期) 冯治平等:浓香型白酒酒醅古菌群落结构及其变化规律研究 境或生命出现初期的自然环境中,自营自养和异养 生活,具有特殊的生理功能,如在超高温、高酸碱度、 高盐及无氧状态,具有独特的细胞结构,如细胞壁骨 架假肽聚糖,细胞膜含甘油醚键,以及代谢中的酶作 用方式既不同于细菌又不同于真核生物[ 。 随着分子生物学技术的发展.基因指纹图谱技 术越来越多的应用于白酒酿造微生物群落结构研 究 ]。有学者已经鉴定出酒醅中所含的优势细菌和 真菌类群[6-7],也有学者证实过窖泥中含有古菌[8]。 本试验率先采用PCR—SSCP技术.研究发酵过程中 酒醅古菌群落结构及其变化规律。为浓香型白酒发 酵机理研究提供理论基础。 1试验材料与方法 1.1试验材料 1.1.1 样品 酒醅样品采自四川旭水酒业有限公司生产窖池 边上位置(距窖壁0.2m,距窖顶0.5m),每7d采一次 样,迅速置于冰盒运回实验室,一20℃保藏。 1.1.2主要试剂 Taq DNA聚合酶(大连宝生物工程有限公司): 去离子甲酰胺(德国AppliChem)。 1.1.3主要仪器 PCR仪(美国BIO—RAD公司My cycle);DGGE 电泳仪(美国BIORAD公司Dcode);高速冷冻离心 机(德国Hettich公司UNIVERSAL 32R);凝胶成像 系统(美国SIM公司Bio—Best200E)。 1.2 引物设计 采用16S rDNA基因引物序列选用Arc344f(5一 ACGGGGYGCAGCAGGCGCGA一3)和Arc5 19r(5一 ,rrACCGCGGCKGCTG一3)来扩增酒醅DNA。目的片 段为150bp c ,引物由上海英俊生物技术公司合成。 1.3 酒醅微生物总DNA提取及纯化 用SDS一酚氯仿抽提法El0]提取酒醅微生物基因 组DNA,然后用核酸蛋白仪检测DNA的浓度和纯 度,保存于一20℃备用。 1.4 PCR扩增 PCR反应体系为50trL:1.OI ̄L Taq酶(5U/ ̄L), 5.0txL 10 xbuffer,3.01 ̄L MgC12(25mmol/L),4.0 L dNTPs Mixture(各2.5mmol/L),引物(1O ̄mol/L)各 1 L,2lxL模板DNA,灭菌双蒸水补齐。PCR扩增程 序:采用td PCR:94oC预变性5min。94℃10s,65— 55℃,30s(每个循环降低0.5℃),72oC 40s,20个循 环,保持退火温度55℃10个循环;然后72℃延伸 10min。PCR产物用l%琼脂糖凝胶检测。 1.5 酒醅古菌SSCP分析 在lOlL PCR产物中加入lOlL变性缓冲液 (95%甲酰胺,0.03%-甲苯青,0.05%溴酚蓝,EDTA 20mmol/L),100 ̄C煮沸变性10rain后,立即冰浴 10min,随即放置于一2O℃条件下放置20min:取 14 L处理好的样品,点样于浓度为8%的非变性聚 丙烯酰胺凝胶中(交联度为29:1,不加甘油),电泳缓 冲液为0.5xTBE,常温下先200V,电泳4min,然后 180V下恒压电泳5h,银染拍照。 1.6数据分析 研究群落多样性的方法很多。本研究主要用丰 度(S)、优势度、样品间相似性指数(Cs)和shannon— wiener指数(H)来表示。通过quantity one 4.6.2软 件对SSCP图谱进行分析: (1)丰度(S):用SSCP图谱中条带的个数来表示。 (2)优势度:用某一特定条带的峰面积占样品总 体峰面积的百分数来表示。 (3)Shannon—Wiener多样性指数[ ]:反映群落种 类与均匀度的混合参数。 5 1 H一 p,lip, i=1 式中:日——Shannon—Wiener多样性指标值: p广一第i个物种所占的百分比,即是第i种 的个体数与个体总数的比例; s——样品中含有多少种不同的物种的数量, 即该样品总SSCP条带数。 (4)相似性用索伦森配对相似性系数Sorenson Pairwise Similarity Coefficient) 。 来计算 Cs=2j /(a+b) 式中: ——索伦森配对相似性系数: 某一样品的SSCP图谱的条带数目: 6——另一样品的SSCP图谱的条带数目; ——两个泳道所共有条带的数目。 2试验结果与分析 2.1 酒醅古菌16S rDNA PCR扩增结果 本试验采用引物Arc344f和Arc519r扩增酒醅 古菌16S rDNA,得到150bp左右的片段(图1),符 合引物设计的片段。 2.2 酒醅古茵16S rDNA PCR—SSCP图谱 由酒醅古菌16S rDNA PCR—SSCP图谱(图2) 中可以看出 所有样品均出现5~10条较清晰的条 带,说明酒醅古菌16S rDNA PCR产物通过SSCP 得到了较好的分离。 第49卷(总第178期) 冯治平等:浓香型白酒酒醅古菌群落结构及其变化规律研究 71 2.5 变化规律,结果发现:酒醅古菌多样性指数都在 2・0 1.53—2.01之间(图4)。随着发酵时间的增加,多样 1.5 性指数略呈先下降后上升再下降,然后保持平稳的 1.0 趋势。发酵第21d时,多样性指数达到最大值2.01, 0.5 之后开始下降.发酵56d以后,多样性指数略有回 0 1 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 升,但基本保持相对平稳。 发酵时间/d 2.6 酒醅古茵SSCP图谱相似性指数 图4酒醅古菌群落多样性指数的变化规律 本试验分析了酒醅古菌群落SSCP图谱的相似 Fig.4 Changing laws of diversity index of archaea 性。结果发现:发酵第63d和第70d的相似性指数最 community in fermented grains 高为0.87.发酵第7d和第35d相似性指数最低为 0.33(表2);基于相似性数据,构建UPGMA聚类图, 2.5 酒醅古茵SSCP图谱多样性指数变化规律 结果发现:发酵第7d.14d。21d聚为一大支,发酵第 本试验分析了古菌群落SSCP图谱多样性指数 49d,63d,70d聚为一大支(图5)。 表2不同发酵时期酒醅细菌群落相似性 Tab.2 Similarity of archaea communiyt in fermented grains during diferent fermentation period 发酵时间,d 第1d 第7d 第14d 第21d 第28d 第35d 第42d 第49d 第56d 第63d 第70d 第77d 数。SSCP将无法检测DNA在基因组中的含量少于 1.5%的种群。因此SSCP图谱所反映的是样品中的 优势菌群[5]。本试验所得的酒醅古菌SSCP图谱的丰 2 度为5—1O,优势条带在3—4条之间,其中既有所有 样品的共有条带,也有部分样品的共有条带。随着发 酵时间的增加.样品条带丰度总体上呈先下降后上 1 升再下降然后保持稳定的趋势。 0 条带的优势度反映的是该条带的量在整个样品 注:样1:发酵第1d;#2:发酵第7d;井3:发酵第14d;舭: 发酵第21d #5:发酵第28d:#6:发酵第35d:#7:发酵第 中所占的比例大小_1”。对具有代表性的优势条带的 42d;#8:发酵第49d;#9:发酵第56d;#10:发酵第63d; #11:发酵第70d;#12:发酵第77d; 优势度分析,可在一定程度上代表酒醅古菌群落在 发酵过程中演变情况。本试验分析了酒醅古菌SSCP 图5酒醅古茵群落UPGMA聚类图 图谱的优势度。结果发现:在所有的酒醅样品SSCP Fig.5 Effects of light on absorbance of purple-red pigments of pod and seed 图谱中,都检出第2、4、9号3条共有条带,且相对于 其他条带而言。优势度较高,说明这3条带所代表的古 3讨论 菌类群,可能在窖池微生态系统中起重要的作用。其中 生物多样性研究中,丰度代表一定区域的物种 第2、4号条带优势度随发酵时间的变化趋势较为相 72 食品与发酵科技 2013年第6期 似,且和第9号条带的优势度变化趋势相反。表明第 2、4号条带所代表的古菌类群可能存在共生关系,与 第9号条带所代表的古菌类群可能存在竞争关系。 生物多样性是生态系统稳定性的基础。较高水 平的生物多样性有利于生态系统功能的发挥N21。本 试验研究发现:酒醅古茵SSCP图谱的H值为1.53— 2.0l。发酵前期,随着发酵时间的增加.多样性指数 略呈先下降后上升再下降,然后保持平稳的趋势。虽 然发酵过程中.发酵产生的乙醇以及酸类物质会在 一[3] 东秀珠.古菌一原核生物到真核生物的过渡?[J].微生物 学通报,1999,37(11):426—430. 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