温度调控黄曲霉菌生长和产毒的代谢特征研究

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黄曲霉菌(Aspergillus flavus)是一种常见的腐生真菌,常见于发霉的粮食和粮油制品上,是引起食物霉变的主要因素。黄曲霉毒素是黄曲霉菌的次生代谢产物之一,也是一种毒性极强的致癌物质。而黄曲霉菌的生长和产毒却受多种环境因素的影响,包括温度、水活度、p H值和CO2等,其中温度是影响黄曲霉菌生长和产毒的最主要因素之一。目前关于温度调控黄曲霉菌生长和产毒的研究主要是从转录组和蛋白组层面进行探究,但从超微形态学和代谢组学层面研究温度调控黄曲霉菌生长和产毒的影响还鲜有报道。本文以黄曲霉菌A3.2890菌株为材料,应用生理生化分析、超微形态学分析和代谢组学分析等技术手段,比较产毒温度28℃和不产毒温度37℃下生长的黄曲霉菌的胞内超微形态和代谢的差异,旨在揭示温度调控下黄曲霉菌产毒和不产毒的生长发育特征和代谢特征。结果表明:1.本文应用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察并结合生理生化分析,比较产毒温度28℃和不产毒温度37℃条件下黄曲霉菌在生长发育不同阶段的菌丝形态及内部超微结构的差异。结果显示:28℃条件下,在24h44h期间,黄曲霉毒素含量不断增加,培养体系中碳、氮源含量逐步降低,菌丝体表面有丝状粘性分泌物附着,并且菌丝细胞内部出现大囊泡;在48h72h期间,黄曲霉毒素含量持续增加,培养体系中碳、氮源含量也进一步降低,菌丝体逐渐出现皱缩、塌陷和扭曲现象,且菌丝体内部细胞器模糊不清。与28℃相比,在37℃条件下24h至72h期间未检测到黄曲霉毒素的积累,但菌丝体干重在这期间均持续高于28℃,碳、氮源的消耗也在37℃加快,菌丝体粗壮饱满,菌丝细胞内部细胞器清晰,线粒体和脂质体在44h和48h数量最多,并在72h后观察到隔膜结构。随后比较观察产毒温度30℃和不产毒温度40℃下培养的黄曲霉菌丝超微结构也验证了上述发现。28℃和30℃促进黄曲霉菌产毒,却导致菌丝体更早更快地衰老,37℃和40℃不利于黄曲霉毒素合成但菌丝生长旺盛,且菌丝衰老进程相对减缓。2.本文应用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析28℃和37℃下黄曲霉菌的非靶向代谢组。GC-MS共检测到140个峰,其中85个代谢物通过标准品完成了定性分析;进一步多元统计分析发现两种温度下的不同发育阶段的菌丝胞内代谢差异显著,尤其生长发育的前期(2d)代谢差异显著,随着培养时间延长代谢差异逐渐变小,这些差异代谢物主要为有机酸、氨基酸和糖类,差异代谢途径富集在三羧酸循环途径、糖代谢途径和氨基酸代谢途径。三羧酸循环途径、糖代谢途径和氨基酸代谢途径均在37℃得到促进,这与在该温度下观察到菌丝生长更旺盛的现象相一致。3.本文应用液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术分析28℃和37℃下黄曲霉菌脂质组。正离子模式下鉴定到155个脂质分子,负离子模式下鉴定到113个脂质分子。分析研究发现甘油磷脂和甘油酯是黄曲霉菌中的主要脂质类别,甘油磷脂在黄曲霉菌生长发育的前期(2d和3d)含量很高,随着培养时间延长逐渐下降;而甘油酯则存在于黄曲霉菌生长发育的整个时期。与此同时,与饱和脂肪酸链结合的甘油磷脂和甘油酯大多在37℃上调,与不饱和脂肪酸链结合的甘油磷脂和甘油酯大多在37℃下调。为了进一步验证该结果,本文开展了基于GC-MS的靶向脂肪酸分析,定量分析了10种饱和脂肪酸和7种不饱和脂肪酸。结果显示与28℃相比,饱和脂肪酸含量在37℃显著上调,而不饱和脂肪酸在37℃被显著下调。该结果与脂质组分析结果完全吻合。
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