全 文 ：文章编号 :100028551 (2004) 032190203
离子注入对苹果酒酵母菌的影响
宋安东1 　陈红歌1 　贾翠英2 　张世敏1
(11 河南农业大学生物技术与食品科学学院 ,河南 郑州　450002 ;21 中国科学院过程工程研究所 ,北京　100080)
摘 　要 :以野生型苹果酒酵母菌 Y02为出发菌株 ,利用 8 ×1015 ionΠcm2 注入剂量对出发菌株 Y02进
行诱变处理 ,得到 1 株形态特征、部分生化特征、菌体蛋白质等发生明显变异的突变株 IONⅡ2
11dry ,该突变株的产酒率比出发菌株提高 2214 % ,表明离子注入诱变育种是行之有效的。
关键词 :苹果酒酵母菌 Y02 ;离子注入 ;发酵
EFFECT OF ION IMPLANTATION ON APPLE WINE YEAST
SONG An2dong1 　CHEN Hong2ge1 　J IA Cui2ying2 　ZHANG Shi2min1
(1. Biotechnology and Food Science College , Henan Agricultural University , Zhengzhou , Henan , 　450002 ;
21 Institute of Process Engineering , CAS , Beijing 　100080)
Abstract :The wild type apple wine yeast Y02 was treated by ion implantation with the dose of 8 ×1015 ionΠcm2 . As
results , a special mutant strain , IONⅡ211dry , was obtained. The morphology characters , partial biochemistry
characters , mycelium protein of the mutant strain were distictively changed compared with original strain Y02 . After
the fermentation test ,the apple wine producing rate of the mutant strain increased 2214 % compared with original
strain. These results showed that ion implantation was an effective method for mutagenesis.
Key words :apple wine yeast Y02 ; ion implantation ; fermentation
收稿日期 :2003202225
基金项目 :2003 - 2005 年度河南省杰出人才创新基金资助项目 (321001300) ,河南省高等学校农业生物技术与工程技术重点开发实验
室资助项目
作者简介 :宋安东 (1972～) ,男 ,河南宜阳人 ,讲师 ,博士 ,从事发酵工程、环境与能源工程等方面的研究。
离子注入是 20 世纪 80 年代兴起的一种材料表面处理技术 ,它具有能量沉积、动量传递、质量沉积
和电荷中和与交换的联合作用 ,从而对生物体产生明显的诱变优势[1 ,2 ] 。余增亮等把离子注入技术率先
应用于作物品种改良和生物效应研究 ,获得了损伤轻、突变率高、突变谱广的结果 ,为选育高产、优质的
新品种或新型基因材料提供一个新方法[3 ,4 ] 。为解决目前苹果酒工业发酵生产中产苹果酒酵母发酵能
力低这一关键问题 ,我们采用离子注入法对本室筛选的苹果酒酵母菌 Y02进行诱变处理 ,同时对特异突
变株的生物学特性进行详尽研究 ,获得了比出发菌株产酒率高 2214 %的优良酵母菌株。关于采用离子
注入对酵母菌诱变而引起生物学特性改变的研究国内尚未见报道。
1 　材料与方法
111 　出发菌株[5 ]
出发菌株来自本教研室从苹果渣中分离纯化得到的苹果酒酵母菌 Y02 。
112 　离子注入操作[6 ]
091　 核 农 学 报　2004 ,18 (3) :190～192Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
每个无菌平皿中吸入 012ml 在苹果清汁中培养 36h 的苹果酒酵母菌 Y02 ,涂布均匀后经无菌风吹干
制成菌斑。采用 30keV N + 离子束源 ,束流强度为 200mA ,脉冲宽度为 400μs ,脉冲频率为 25Hz ,注入剂量
为 8 ×1015 ionΠcm2 。离子机为俄罗斯生产的脉冲式全元素 Titan 离子机。
113 　特异突变菌株的部分生物学特性研究[5 ]
对经离子注入诱变处理后的菌种进行涂布培养试验 ,发现特异突变菌落。对该菌株进行形态特性、
部分生化特征以及酵母菌体蛋白研究。
114 　突变株发酵试验[7 ]
在接种量为 7 %、20 ℃、pH510 的条件下 ,对含糖 14 %的无菌澄清苹果汁进行发酵 ,每天取样对发酵
过程中发酵液的糖分、酒精度进行分析。
2 　结果
211 　菌落特征和形态特征比较
对出发菌株和突变株的菌落形态特征进行平板和显微照相(图 1 和图 2) 。从图 1 可看出 ,原酵母菌
菌落在苹果汁琼脂平板上有光泽、湿润、隆起、边缘整齐 ,经离子注入后出现了一些菌落边缘不整齐、表
面干燥、无光泽的特异菌落 ,记作 IONⅡ211dry。对突变株进行显微观察 ,发现有的细胞形态发生了变化 ,
由原来单个的椭圆型细胞变成了 2～4 个连在一起并有分枝的形态 (图 2) 。
图 1 　苹果酒酵母菌平板菌落
Fig. 1 　Plate clony of apple wine yeast
左 : Y02 ;右 : ION Ⅱ211dry
L : Y02 ; R : ION Ⅱ211dry 图 2 　酵母菌形态Fig. 2 　Morphology of apple wine yeast左 : Y02 ;右 : ION Ⅱ211dryL : Y02 ; R : ION Ⅱ211dry
　　对经离子注入前后的菌株进行液体培养 ,发现本不产生菌醭的酵母菌经诱变后产生菌醭 ;同时在菌
落形态、子囊孢子产生、假菌丝有无等特征上突变株与出发菌株也表现出明显不同。
212 　部分生物学特征比较
对特异突变株和出发菌株的部分生理学特征进行研究 ,如表 1 所示 ,可以看出 : (1)对于糖发酵和同
化而言 ,出发菌株 Y02只能利用葡萄糖、蔗糖和麦芽糖 ,对乳糖和淀粉则不可利用 ;经诱变处理后的特异
突变株 IONⅡ211dry 对葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖 4 种糖类和淀粉均可利用 ; (2) 对氮源同化测试结果表
明 :出发菌株 Y02只能利用 (NH4 ) 2 SO4 ,而突变株 IONⅡ211dry 对 (NH4 ) 2 SO4 和 KNO3 均可利用 ,充分说明经
过离子注入处理后苹果酒酵母菌在生物特性上发生了变化。
表 1 　出发菌株和突变株部分生化特征比较
Table 1 　Comparison of partial biochemical characters between Y02 and IONⅡ211dry
菌株
strains
糖发酵和同化
utility of carbohydrates
氮源同化
utility of nitrogen
葡萄糖
glucose
乳糖
lactose
麦芽糖
maltose
蔗糖
sucrose
淀粉
starch
(NH4) 2SO4 KNO3
Y02 + + - + + + + - + -
ION Ⅱ211dry + + + + + + + + + + +
191　3 期 离子注入对苹果酒酵母菌的影响
图 3 　菌体蛋白 SDS2PAGE电泳分析
Fig. 3 　SDS2PAGE electrophoresis
analysis of mycelium protein
1 ,2 : Y02 ;3 ,4 : ION Ⅱ211dry 图 4 　苹果酒产率变化曲线Fig. 4 　Changing curve of applewine producing rate
　　采用淀粉酶活力平板检测法进一步验证了诱变前后菌株同化淀粉的性能 ,在以淀粉为唯一碳源的
固体培养基上均匀涂布 012ml 出发菌株和突变株菌悬液 ,于 25 ℃恒温培养 24h ,然后加入已配好的碘
液 ,发现出发菌株 Y02无透明水解圈 ,而突变株 IONⅡ211dry 则有透明水解圈产生 ,说明该突变株能产生
水解淀粉的酶类利用淀粉 ,用该菌株发酵生产苹果酒可以提高原料的苹果酒产率。
213 　酵母菌蛋白 SDS2PAGE凝胶电泳[4 ,6 ]
对出发菌株和突变株的菌体蛋白进行 SDS2PAGE凝胶电泳分析 ,如图 3 所示 ,突变株 IONⅡ211dry 的
蛋白泳带明显比出发菌株 Y02的蛋白带多出 1 条低分子量的蛋白带 ,原来的两条带仍然存在 ,但表达量
明显减少。从而说明突变株 IONⅡ211dry 是不同于原出发菌株 Y02的一个新菌种。
214 　发酵试验
采用出发菌株和突变株分别进行苹果酒的发酵试验 ,结果见图 4。从图 4 可看出 ,特异突变株在发
酵至第 10d 时产酒率最高 ,达 910 % (vΠv) ,比出发菌株在发酵至第 9d 时的最高产酒率 (7135 %) 高
2214 %。随着发酵时间的延长 ,糖度逐渐下降 ,直到发酵接近终了时 ,糖度不再发生变化 ,最后残糖为
211 %。表明该突变株是一优良的苹果酒发酵菌株。
3 　结论
离子注入对生物体的诱变技术在本研究中得到了应用。本文用最佳注入剂量 8 ×1015 ionΠcm2 对苹
果酒酵母进行了诱变研究 ,并获得特异突变株 IONⅡ211dry ,对该突变株与出发菌株在形态特征、部分生
化特征、菌体蛋白等方面进行较为详尽的比较研究 ,表明该突变株是一个新菌株 ,对该菌株的发酵试验
表明 ,突变株产苹果酒的能力较出发菌株提高了 2214 % ,证明离子注入诱变育种是行之有效的 ,用此方
法可以对微生物发酵生产菌种进行发酵性能的改良。
参考文献 :
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