传统发酵蔬菜微生物群落结构分析

2021年第40卷第5期总第351期• 1 •中国酿造专论与综述高通量测序技术在传统发酵食品微生物群落中的应用研究夏梦雷，杨帆，陆错，王頓，郑宇，王敏*收稿日期：2020-09-04修回日期：2020-11-12基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目(21706194)；国家自然科学基金项目(31671851)；天津市教委项目(2017KJ009,2018ZD08,TD13-5013)作者简介:夏梦雷(1984-)，男，讲师，博士，研究方向为发酵食品酿造生产与品质调控。

*通讯作者:王敏(1971-),女，教授，博士，研究方向为发酵食品酿与品质调控。

(天津科技大学生物工程学院食品营养与安全国家重点实验室工业发酵微生物教育部重点实验室天津市工业微生物重点实验室天津300457)摘 要:传统发酵食品风味独特，营养丰富，历史悠久，生产方式多采用自然接种，部分食品的生产工艺已有数千年的历史，其最终质 量与 酵过程中存在的多种密切相关。

研究表明,运用现 分子学技术，可从基因 上揭示 的多样构的动态变化，系统阐明其 酵机 该文综述高通量测序技术统发酵食品 中的应用研究，对聚合酶链 应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE )、实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-FQPCR )、宏基因组、宏转录组测序等研究方法的原、操作方法及其研究果进行了总结，并对各分析技术 进行了比较，旨在为传统发酵食品的研究关键词:高通量测序技术 统 酵食品 聚合酶链应-变 梯度凝胶电泳;实时荧光定量聚合酶链式反应;宏基因组测序技术 宏转录组测序技术中图分类号:TS201.3文章编号：0254-5071 (2021)05-0001-07doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2021.05.001引文格式:夏梦雷，杨帆，陆错，等•高通量测序技术在传统发酵食品微生物群落中的应用研究[J] •中国酿造,2021,40(5):1-7.Advances in the application of high-throughput sequencing technology in traditional fermented foodsXIA Menglei, YANG Fan, LU Kai, WANG Di, ZHENG Yu, WANG Min *(Tianjin Key Laboratory of I ndustrial Mic&obiology, Key Laboratory of I ndustrial Fermentation Microbiology, Ministry of E ducation,State Key Laboratory of F ood Nutrition and Safety Key Laboratory, College of B iotechnology, Tianjin University of S cience andTechnology, Tianjin 300457, China)Abstract ： Traditional Wermented Woods have unique flavor, rich nutrition and long history, which often employs the natural inoculation for fermentation. Theproduction process of some fermented foods has a history as long as thousands of years, and their final quality is closely related to a variety of microorgan ­isms in the fermentation process. Researches showed that the use of modern molecular biology technology can reveal the diversity of microorganisms andthe dynamic changes of community structure at the gene level, and systematically clarify its fermentation mechanism. In this paper, the application of high-throughput sequencing technology for microbial community in traditional fermented foods was reviewed. The principles, operating methods and research results of related technologies such as polymerase chain reaction-denatured gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE), real-time fluorescence quantitative- polymerase chain reaction (RT-FQPCR), metagenomic sequencing, and macro-transcriptome sequencing were summarized, and the advantages and disad­vantages of each analysis technology were compared, aiming to provide reference for the study of microbial community in traditional fermented foods.Key words : high-throughput sequencing technology; traditional fermented foods; microbial community; PCR-DGGE; RT-FQPCR; metagenomic sequenc ­ing; macro-transcriptome sequencing technology高通量测序技术是当今基因组学研究中最为重要的 方法之一，是将脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid , DNA ) 或者互补脱氧核糖核酸(complementary DNA , cDNA )随机片段化、加接头,制备测序文库，通过对文库中数以万计的 基因进行延伸反应，检测对应的信号,最终获取序列信息，现已广泛应用于传统发酵食品中,高通量测序技术的不断 进步为传统酵食品中 的研究 重要的 。

微生物群落结构与组成微生物群落是指生物体内和周围环境中所有微生物的总体，包括细菌、真菌、病毒等各种微生物，它们在整个生态系统中扮演着重要的角色。

微生物群落的结构和组成直接关系到生态系统的平衡和生物体的健康，并且对环境的污染以及疾病的发生都有着重要的影响。

一、微生物群落的结构微生物群落的结构包括微生物的组成、丰度、多样性、群落的稳定性和群落间的相互作用等方面。

微生物群落的组成主要由细菌、真菌、病毒、原生动物和古菌等组成。

其中，细菌是微生物群落中最为丰富和多样的一类，占据着微生物群落的主导地位。

真菌和病毒的数量相对较少，但它们在微生物群落中的作用也是至关重要的。

微生物群落的丰度指的是微生物的数量，通常用微生物密度来表征。

微生物群落的密度受到环境因素的影响，如温度、湿度、氧气、光照等因素。

不同的环境条件下，微生物群落的丰度也会有所不同。

微生物群落的多样性是指微生物的种类和数量的多样性，是微生物群落的一个重要特征。

微生物的多样性直接关系到微生物群落在生态系统中的作用和生物体的健康。

多样性较高的微生物群落往往能够更好地适应环境的变化，从而维持生态系统的平衡。

微生物群落的稳定性是指微生物群落对环境变化的响应程度和调节能力，是微生物群落健康的一个重要因素。

微生物群落的稳定性受到微生物的群落结构和环境因素的影响。

微生物群落间的相互作用是微生物群落形成和维持的关键因素之一，各种微生物之间存在着复杂的相互作用，从而形成微生物群落的稳定态。

二、微生物群落的组成微生物群落的组成对于生态系统的稳定和生物体的健康具有非常重要的影响。

微生物群落的组成与人类的健康、环境保护、农业等多个领域都有关。

微生物群落的组成可以通过对微生物的分类鉴定来实现。

细菌是微生物群落中最为丰富和多样的一类微生物，其种类和数量都非常之多。

细菌对于生态系统的平衡和生物体的健康都有着巨大的影响。

人体内的细菌群落与宿主的健康密切相关，包括肠道菌群、口腔菌群和皮肤菌群等。

中国果菜China Fruit &Vegetable第43卷,第4期2023年4月收稿日期:2022-07-09基金项目:黑龙江省农业科学院“创新跨越工程”中试项目———富硒酸菜加工中试（2021ZSXM014）第一作者简介:景秋菊（1979—），女，助理研究员，硕士，主要从事寒地果蔬加工研究工作质量控制Quality Control 东北酸菜中微生物多样性的研究进展景秋菊（黑龙江省农业科学院园艺分院，黑龙江哈尔滨150069）摘要:东北酸菜是我国东北地区广受欢迎的传统发酵蔬菜制品之一，其发酵过程中涉及许多微生物的增殖与代谢活动，这些微生物决定了酸菜的风味、口感、品质以及安全性。

近年来随着酸菜需求量的增加，酸菜工业化规模逐渐扩大，因此保证酸菜生产的稳定性与安全性尤为重要。

本文对东北酸菜发酵过程中细菌与真菌的菌群种类，物种丰富度与均匀度，发酵条件、发酵菌种的改变对酸菜微生物活动的影响，以及酸菜乳酸菌发酵菌剂的筛选与制备过程进行了综述，为提高酸菜产品品质提供理论基础。

关键词:东北酸菜；细菌多样性；真菌多样性；乳酸菌筛选中图分类号：TS225.53文献标志码：A文章编号：1008-1038(2023)04-0049-05DOI：10.19590/ki.1008-1038.2023.04.010Research Progress on Microbial Diversity in Northeast SauerkrautJING Qiuju(Horticulture Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150069,China)Abstract:Northeast sauerkraut is one of the popular traditional fermented vegetable products in northeastern China.The fermentation process involves the proliferation and metabolism of many microorganisms,which determine the flavor,taste,quality and safety of the pickle.In recent years,with the increase of the demand for sauerkraut,the scale of industrialization of sauerkraut has gradually expanded,so it is particularly important to ensure the stability and safety of the sauerkraut products.In this paper,the influence of bacteria and fungi species,species richness and evenness,fermentation conditions,and changes of fermentation bacteria on the microbial activities in the fermentation process of northeast sauerkraut were reviewed.At the same time,the screening and preparation process of lactic acid bacteria fermentation agents of sauerkraut were summarized,providing a theoretical basis for improving the quality of sauerkraut products in industrial production.Keywords:Northeast sauerkraut;bacterial diversity;fungal diversity;screening of lactic acid bacteria发酵蔬菜是我国一种重要的传统发酵制品，生产工艺简单，原料成本低廉，能有效延长蔬菜的保质期，广受欢迎。

环境中的微生物群落结构与功能分析在环境中存在着丰富多样的微生物群落，它们以其微小的体积和不可见的形态，却对环境的结构和功能发挥着重要作用。

本文将对环境中的微生物群落的结构与功能进行分析。

一、环境中微生物群落的结构环境中的微生物群落包括细菌、真菌、古菌和病毒等微生物，它们以不同的比例存在于土壤、水体、空气和生物体中。

微生物群落的结构主要由物种组成和物种丰度两个方面来描述。

1. 物种组成环境中的微生物群落由众多物种组成，其中细菌是数量最多的成员。

根据微生物的16S rRNA或18S rRNA基因序列差异，可以将细菌、真菌、古菌等进行分类。

不同环境中的微生物物种组成存在差异，土壤中的微生物种类较为丰富，水体中的微生物种类相对较少。

2. 物种丰度微生物群落的物种丰度是指在群落中不同物种的数量占比。

物种丰度可以通过测定微生物样本中的基因丰度或者菌落形成单位(CFU)来评估。

丰度高的物种在微生物群落中起主导作用，并对环境的结构和功能产生重要影响。

二、环境中微生物群落的功能环境中的微生物群落以其特殊的代谢能力和生物转化作用，对环境中的物质循环和能量流动发挥重要功能。

1. 生物降解微生物群落中的某些物种具有降解有机物的能力，可以分解植物残渣、油类和其他有机废物。

例如，土壤中的细菌和真菌可分解有机质，并将有机质转化为可供植物吸收的养分。

2. 氮循环微生物群落中的一些细菌和古菌参与氮循环过程，包括氮气固定、硝化、反硝化和氨化等。

这些过程对于土壤中的氮素转化和植物的氮营养具有重要意义。

3. 水质净化水体中的微生物群落能够降解污染物，改善水体的质量。

例如，一些细菌和藻类能够吸收水体中的营养盐，减少水体中藻类过度生长引起的富营养化问题。

4. 支持生态系统微生物群落在维持生态系统的稳定性和健康方面起到重要作用。

例如，土壤中的微生物参与了植物根系的固氮作用，提供了植物所需的氮源，促进了植物生长。

三、微生物群落结构与功能之间的关系微生物群落的结构和功能之间存在着密切联系。

中温大曲在发酵和贮存过程中微生物群落结构分析唐贤华;田伟;张崇军;周文;舒学香【摘要】通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术解析中温大曲在不同发酵期和贮存期的微生物群落结构,获得表征中温大曲细菌和真菌群落结构的DGGE指纹图谱.结果表明,中温大曲细菌有19种,其中芽孢杆菌属(Bacillus)和乳酸菌属(Lactobacillus)均属于优势菌群;真菌共13种,其中根霉属(Rhizopus)和酵母属(Saccharomyces)均属于优势菌.大曲微生物总体的变化趋势是发酵开始时微生物数量较少,发酵中期(4～8 d)微生物数量达到顶峰,大量细菌和真菌旺盛繁殖,发酵后期(12 d)微生物群落逐渐减少并趋于稳定;贮存期内,微生物的种类的趋于平稳,数量变化较大.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2019(038)006【总页数】6页(P113-118)【关键词】中温大曲;细菌;真菌;聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳【作者】唐贤华;田伟;张崇军;周文;舒学香【作者单位】四川工商职业技术学院,四川都江堰 611830;中国测试技术研究院,四川成都 610021;四川工商职业技术学院,四川都江堰 611830;四川工商职业技术学院,四川都江堰 611830;四川工商职业技术学院,四川都江堰 611830【正文语种】中文【中图分类】TS261.1我国传统白酒的酿造是依靠大曲中菌系的繁殖代谢而进行的[1]。

参与酿酒发酵的微生物种类很多，包括细菌、霉菌、酵母菌等。

追踪其来源，主要是大曲发酵过程中网罗自然界的微生物，因而通过研究大曲中的微生物，了解大曲中微生物数量、种类和分布规律，从而明白白酒的发酵原理是很有必要的[2-5]。

中温大曲是清香型大曲酒的糖化发酵剂，由于其发酵最高品温一般在50℃以下，故称中温大曲。

大曲的质量与培养、贮存过程有着密切的关系，主要体现在微生物的差异上，不同时期曲坯的微生物结构和数量有显著区别，影响着糖化酶、液化酶和蛋白酶等多种酶类以及有机酸等代谢产物的生成[6]。

泡菜制作的微生物
泡菜制作的微生物是指在泡菜制作过程中起到关键作用的微生
物群落。

泡菜是一种传统的韩国发酵食品，它由大白菜、萝卜等蔬菜经过加盐腌制、发酵而成。

在泡菜制作过程中，微生物起到了至关重要的作用。

这些微生物包括乳酸菌、酵母菌、嗜热菌等。

首先是乳酸菌，它是泡菜中最重要的微生物之一。

乳酸菌通过代谢糖类产生乳酸，这种乳酸可以抑制有害菌的生长，并保持泡菜的酸度和稳定性。

其次是酵母菌，它也是泡菜发酵过程中必不可少的一种微生物。

酵母菌可以将糖分解成酒精和二氧化碳，这些反应会产生微小的气泡，使泡菜更加鲜脆。

最后是嗜热菌，它是一种可以在高温环境下生长的微生物。

在泡菜制作中，嗜热菌可以在高温条件下发酵，促进泡菜的味道和香气的形成。

总的来说，泡菜制作的微生物是相互作用的，它们共同作用使泡菜更加美味和营养。

因此，在泡菜制作中，掌握微生物的种类和作用是非常重要的。

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微生物群落结构和功能的分析微生物群落是生物界中最为复杂且具有多样性的存在形式之一，包括了各种微生物如细菌、真菌和病毒等。

这些微生物群落在生态系统中发挥着至关重要的作用，例如参与循环和转换元素、降解有害物质等。

近些年，随着高通量测序技术的发展，对微生物群落的研究已经进入了全新的阶段，可以直接快速地获取群落的结构和功能信息。

微生物群落结构的分析主要是通过对各种微生物的数量、分布和多样性等方面的研究，来了解群落的组成和结构。

测序技术是获取微生物群落结构信息的主要手段之一，其中最常用的是16S rRNA基因测序和整个基因组测序。

16S rRNA基因测序通常用于菌群的分类及进化研究，主要依据不同微生物菌株之间的16S rRNA序列差异，划分它们所在的分类学种属。

而整个基因组测序则可获得各群落（单个生物体）的全面信息，包括菌株的基因、诱导基因、功能基因等。

基于组成和多样性的分析可以展示出微生物群落结构的复杂性和多样性，发现了可能影响群落结构的因素，如环境、时间、寄主体健康等。

微生物群落结构的另一个值得研究的方面则是微生物之间的相互作用和竞争关系，这些关系可透过特定宿主与微生物的之间互动过程展示出来。

与微生物群落结构相对应的则是群落的功能。

微生物群落的功能是指在宿主中的蒸馏和因子转换能力。

微生物群落功能的分析通常采用元转录组测序技术，可以研究群落中活跃的基因、代谢通路以及制定元件和酶的信号途径，帮助理解微生物群落对宿主的影响和调节。

在这个过程中，不仅仅是找到了细菌群落中的各类基因，同时也是有助于发现宿主与微生物之间我们未知的相互作用关系，例如有研究表明肠道微生物可影响人的神经系统功能，而口腔微生物则可能影响痴呆症的发生和发展。

在研究微生物群落结构和功能的时候，我们不仅需要了解群落存在的环境和条件，还需要进行其他多方位的研究。

例如要在样本前处理中尽量避免引入各类干扰物，以保证测序数据的准确性；同时我们也应该考虑样本的大小、采集时间点以及样品存储条件等信息向客观生物学家分享并将其记录。

酱油发酵过程中微生物群落发生机理的研究酱油作为中国传统的调味品，赢得了全世界人民的喜爱。

而酱油的味道和质量则源于它的发酵过程。

如今，随着生物技术的不断发达，科学界对于酱油发酵过程中微生物群落的研究也越发深入。

本文将对酱油发酵过程中微生物群落发生机理的研究进行探讨。

一、酱油微生物群落的构成酱油的制作离不开微生物的参与，而微生物的种类和数量正是影响酱油质量的重要因素。

酱油发酵过程中主要涉及到以下两类微生物：曲霉属和乳酸菌。

曲霉属包括多种亚属，其中以Aspergillus和Aspergillus oryzae最为常见，这种微生物在酱油的发酵过程中扮演着酿造发酵液的角色。

而乳酸菌则通过其代谢产生的酸性物质，调节发酵液的pH值和促进酱油的发酵。

二、酱油发酵过程中微生物群落的变化在酱油的发酵过程中，微生物群落的变化与酱油的味道和质量息息相关。

研究表明，在酱油的发酵初期，曲霉属微生物占主导地位，而乳酸菌的数量相对较少。

随着时间的推移，酱油中乳酸菌的比例逐渐上升，最终达到相对均衡状态。

这种变化主要是由以下两个因素所致：1. 曲霉属微生物在酱油发酵过程中逐渐失活。

随着酱油发酵的进行，酿造发酵液中的曲霉属微生物数量逐渐减少。

研究表明，这种变化主要是由于曲霉属微生物的代谢产物以及发酵液中其他微生物的作用所致。

2. 乳酸菌数量逐渐上升。

随着发酵的进行，酿造发酵液的pH值逐渐下降。

乳酸菌正是在这种条件下逐渐取代了曲霉属微生物的位置。

同时，乳酸菌自身的代谢产物又可以促进其他微生物的生长，从而维持酱油发酵过程的稳定。

三、酱油微生物群落对酱油质量的影响酱油发酵过程中微生物群落的变化不仅仅是一个理论问题，它也直接决定了酱油的质量和味道。

研究表明，曲霉属微生物的代谢产物可以使酱油变得更加鲜美和浓郁。

而乳酸菌则通过发酵液的pH值来调节酱油的酸度和咸度，从而起到了重要的调味作用。

但是，微生物群落的影响并不仅限于以上方面。

在酱油发酵过程中，微生物群落中的某些微生物还会释放出一些不利于酱油干燥和防泛水的化合物，从而影响酱油的质量和储存效果。