中国应用生理学杂志
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黑曲霉群菌种多相分类和鉴定方法最新研究进展

黑曲霉群(Aspergillusnigergroup)是曲霉属(Aspergillus)环绕亚属()黑色组()的一组具有不同程度的黑褐色、红褐色、橄榄褐色和暗褐色等至黑色分生孢子头的菌群,即Raper & Fennell(1965)分类系统中的Aspergillusnigergroup[1]。黑曲霉群菌种在自然界分布极为普遍,也是常见引起食品和饲料等腐败变质的植物病害真菌,但某些菌种因具有重要的经济利用价值而被广泛用于食品、医药等工业[2]。20世纪80年代,美国食品药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)将黑曲霉列入一般认为是安全的菌种(generally recognized as safe,GRAS)进行管理,并将其广泛用于淀粉酶、脂肪酶、柠檬酸和葡萄糖酸等几十种食品添加剂的生产[3-6]。据报道,已知的黑曲霉群菌种主要来源于土壤,但近年来,越来越多的研究发现黑曲霉群菌种可普遍从污染的葡萄、咖啡和可可及其制品等中分离[7-11]。

黑曲霉群菌种作为食品发酵工业常用菌和食品中常见的腐败菌,已有许多分类学家对其系统发育和分类学关系进行了比较全面的研究,但黑曲霉群菌种的正确分类和鉴定仍然是目前分类学研究中较为困难的一类[10, 12-15]。截止到2019年,黑曲霉群中已有27种黑曲霉的分类学地位被确定。此外,已有研究表明,该类群菌种生物多样性复杂,难以通过形态学进行鉴定,需要结合生理学分析、细胞外分泌物类型、分子生物学手段等进行综合鉴定[10, 12-21]。FRISVAD等[16]总结了不同鉴定方法在曲霉属(包括黑曲霉群)菌种分类鉴定和系统发育中的应用情况,具体见表1。分别阐述形态学、生理特征、细胞外分泌物特征、分子生物学特征和全基因组测序等技术在该类菌种分类鉴定中的具体应用情况。

表1 不同鉴定技术在曲霉属真菌分类鉴定和系统发育中的应用情况Table 1 Application of different identification technologies used to characterizeAspergillusstrains for taxonomic and phylogenetic purposes鉴定特征专用仪器和设备一般实验室是否配备鉴定结果可信度应用情况微观形态显微镜是++++宏观形态照相机、比色计是++++生理特征培养箱等是++挥发性次级代谢产物GC很少实验室配备+不常用非挥发性次级代谢产物TLC个别实验室配备++不常用HPLC-DAD很少实验室配备+++不常用HPLC-MS很少实验室配备+++不常用diMS很少实验室配备++不常用胞外酶GE、CE很少实验室配备+不常用DNA序列测定PCR仪、测序仪个别实验室配备+++注:GC,气相色谱; TLC,薄层色谱;HPLC,高效液相色谱;DAD,二极管阵列检测;MS,质谱;diMS,质谱直接进样;GE,凝胶电泳;CE,毛细管电泳; PCR,聚合酶链式反应

1 不同分类和鉴定方法的研究现状

1.1 形态学特征

通常来说,以菌落的宏观形态和微观形态为基础的传统形态学特征数据是曲霉属真菌菌种分类和鉴定的主要依据。但考虑到菌落形态受培养条件(培养基和培养温度等)的影响易发生改变,因此,如何确保待鉴定菌种与参考模式菌种的培养条件一致性是进行正确鉴定的前提。我国的曲霉属真菌鉴定学专著《中国真菌志 第5卷曲霉属及其相关有性型》推荐黑曲霉群菌种鉴定的培养基为查氏琼脂(czapek agar,CA)、查氏酵母膏琼脂(czapek yeast extract agar,CYA)和麦芽汁琼脂(malt extract agar,MEA),培养温度为25 ℃,变化范围为22~27 ℃,培养时间为5、7、10和14 d或更长时间[1]。真菌学分类和鉴定领域的国际权威专家推荐黑曲霉群菌种鉴定的培养基为CYA、MEA和氯硝胺18%甘油(dichloran glycerol,DG18)琼脂,培养温度为15、25和37 ℃,培养时间为7和14 d 或更长时间[13-16]。此外,对于某些难以通过上述培养基进行区分的菌种,还可选择肌酸蔗糖琼脂(creatine sucrose agar,CREA)、麦芽汁提取物啶酰菌胺琼脂(malt extract agar-boscalid,MEA-B)、酵母提取物蔗糖琼脂(yeast extract sucrose agar,YES)和燕麦琼脂(oatmeal agar,OAT)等,培养温度还可选择18、21、30、33和40 ℃等[13-14, 22-24]。

黑曲霉群菌种形态学鉴定的主要依据为待鉴定菌种在推荐的培养条件下的宏观形态和微观形态特征[1-2, 13-24]。其中菌落的宏观形态特征主要包括菌落的生长速度(以菌落直径来表示)、菌落的边缘是否整齐或有不规则缺裂、菌落的颜色及其变化、菌落的质地(丝绒状、絮状、绳状)、菌落的基部菌丝体薄或厚,柔软或坚韧,平坦、褶皱或具沟纹、菌落的表面是否产生无色或具有不同颜色的液滴、菌落的反面无色或具不同颜色,是否可以产生菌核等[1-2, 13-24]。菌落的微观形态特征主要包括菌落在显微镜下的分生孢子梗包括足细胞、分子孢子头、分生孢梗茎、顶囊、梗基、瓶梗和分生孢子等的形状、大小、颜色、表面纹饰等,同时还要观察产孢结构具体特征如产孢细胞的层数、长度和颜色等[1-2, 13-23]。黑曲霉群菌种一般具有黑色、黑褐色、紫褐色等的分生孢子头,分生孢子头一般为球形、辐射形或分裂成几个柱状结构;分生孢梗茎一般为光滑无色或近顶囊处带暗褐色;顶囊球形或近球形,有时呈暗褐色;产孢结构为单层或双层或同时存在单层或双层产孢细胞;分生孢子球形、近球形、椭圆形或横向扁平,光滑或不同程度的粗糙至具刺或纵向条纹;有的菌种可以产生菌核,菌核一般为球形或近球形,初为白色至奶油色,老后颜色变暗[1-2, 13-24]。