短梗霉的研究進展

李陽

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

關鍵詞 短梗霉；代謝產物；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.）是一種生活史復雜的多形態真菌。其細胞形態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生黑色素。因此，有人也把短梗霉稱為“黑酵母”。在個體生長發育過程中，短梗霉可呈現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。短梗霉在發酵培養過程中可產生多種產物，主要有普魯蘭多糖、多聚蘋果酸、胞內油脂、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狀進行簡單總結，著重介紹幾種有重要經濟價值的產物研究情況。

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，細胞形態和菌落形態進行對比，發現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酵產物

2.1 普魯蘭多糖

普魯蘭多糖是一種線性葡聚糖，由重復的麥芽三糖單位經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，普魯蘭多糖的發酵生產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酵生產。Thirumavalavan等人[2]利用椰汁為碳源進行普魯蘭多糖的發酵生產，在培養基中椰汁濃度為50g/L時，普魯蘭多糖的產量可達54g/L。G?ksungur等人[3]以甜菜糖蜜水解液為碳源生產普魯蘭多糖，產量為35g/L。同時，大量研究發現，碳源濃度對普魯蘭多糖的產量有極大的影響。

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物為L-蘋果酸，而L-蘋果酸是三羧酸循環的中間體，對人體無毒無害。因此，多聚蘋果酸在醫藥衛生領域得到廣泛應用，在生物材料和可降解塑料領域也有潛在應用價值。

早期的多聚蘋果酸生產主要采用化學合成法。但是產量達不到工業生產的要求，并且產物也達不到醫用要求。Rathberger等人[4]發現，許多短梗霉菌株能夠生產聚蘋果酸，并且產量很高。對產聚蘋果酸短梗霉進行培養發現，當培養基中不含碳酸鈣時，短梗霉只產生普魯蘭多糖而不產生聚蘋果酸，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聚蘋果酸的短梗霉菌株P6，在培養基中葡萄糖濃度為140 g/L、碳酸鈣濃度為65.0 g/L時，聚蘋果酸鈣產量達到118.3 g/L。這是目前已報道的最高產量。

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的油脂。研究發現，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菌株胞內油脂含量占細胞干重的66.3%。對P10菌株胞內油脂脂肪酸成分進行分析發現，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，培養短梗霉菌株生產胞內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研究工作的重點。

2.4 鐵載體

鐵元素在生物體內參與多種代謝活動。例如，電子傳遞，氧的運輸和DNA的復制等。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下合成的一種小分子化合物，其作用是螯合周圍環境中的鐵并運送至細胞內，以維持細胞正常生理功能。

鐵載體在多個領域有重要的應用。在醫藥領域，鐵載體共軛藥物可定向殺死特定微生物；在農業上，鐵載體可促使植物更有效的吸收周圍環境中的鐵元素；在環境治理方面，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。馬再超用化學誘變法誘變短梗霉HN6.2菌株，得到的突變株HN18在5-L發酵罐中培養，在最有條件下其鐵載體產量可達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。近期的研究發現，少數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重油菌株P5，在最適培養條件下，重油產量可以達到32.5 g/L。對其重油成分進行分析發現其主要成分為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%。這是首次有關短梗霉可以產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物，其中多種產物具有重要的應用價值。許多研究者對短梗霉的分離、培養條件和產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，利用基因工程技術對短梗霉進行代謝工程改造是今后進一步短梗霉應用的研究方向。

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.

（責任編輯：劉昀）