题名葡萄植物微生物多样性及对葡萄酒发酵的影响
作者张世伟
答辩日期2020-05
文献子类博士后
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师白志辉
关键词酿酒葡萄根际 叶际 果际 葡萄发酵 微生物多样性 wine Grape Rhizosphere, Phyllosphere, Berries , Fermentation, Microbial Diversity
学位名称理学
其他题名The M icrobial D iversity of Grape Plants and T heir E ffect s on W ine F ermentation
学位专业环境科学与工程
英文摘要

      葡萄微生物和葡萄 生活在复杂的环境系统中,对塑造土壤质量及促进葡萄生产和健康具有重要的意义。 酿酒葡萄微生物广泛存在,它可以定殖在葡萄的根际、叶际、果际及非根际土壤等,影响葡萄植株的健康、果实产量与品质。研究酿酒葡萄圈 微生物群落结构及在发酵过程中微生物对葡萄酒代谢产物的影响,可对控制酿酒过程中有害物质的产生,葡萄酒工艺的定向控制提供理论指导依据。
      (1).葡萄根际最丰富的细菌属有节杆菌属 Arthrobacter 、芽球菌属Blastococcus 和芽孢杆菌属 Bacillus 。其中以节杆菌属( Arthrobacter )最为丰富, Rie 7.19%7.19%)、 Chardonnay 7.11%7.11%)和 Mer lot 6.53%6.53%)三个品种最为丰富。十个最丰富的真菌属分别是 Guehomyces Alternaria Cladosporium Phoma Acremonium Chaetopyrena Mycocentrospora Monographella Emericella 和 Tetracladium ,约占所有属的 50% 。真菌种类以 Lon gan 中的 Guehomyces 最多 23.66% Pin nior 中的 Guehomyces 最少( 14.28%14.28%),表明这些群落具有不同的生境选择。 Bray Curtis 和 Unweighted Unifrac 差异均表现出显著的细菌和真菌群落差异( P<0.01 ),进一步证明葡萄品种是影响微生物群落的最重要因素。16S rRNA 功能预测结果表明,与膜转运、氨基酸代谢和碳水化合物代谢相关的一系列序列被表达,表明根际群落的功能与相应的酶活性相关。
      (2)对葡萄 叶际 (叶片和浆果 上的细菌和真菌群落进行了分析。结果表明,9 个酿酒葡萄品种叶片 细菌以假单胞菌最为丰富, 丰度最高的 分别为 Zin fandel22.61%22.61%)、 Syr ah 21.64%21.64%)和 Mer lot 13.53%13.53%) 。真菌 以链格孢菌( Alternaria最丰富,链格孢菌( Alternaria 丰度 最 低 的 葡萄 品种为 Syr ah 33.55%33.55%),表明这些 细菌 群落 在葡萄上 具有不同的生境选择。所有种的 LEFSe 均显示Enterococcus 在 Mer lot 中显著富集, Massilia 显著富集于 Syr ah Kocuria 显著
富集于 Cabernet Sauvignon Pseudoonadales 和 Pantoea 显著富集于 Zin fandelBacillus 、 Turicibacter 和 Romboutsia 显著富集于 Pin nior 。同样,枝孢菌在 Zin fandel中显著富集, Phoma 在 Lon gan 中显著富集, Sporormiella 在 Gem 中显著富集。不同酿酒葡萄 浆果 的优势菌门为变形菌门( Proteobacteria )、放线菌Actinomycetes )、厚壁菌门 Firmicutes )、 Gemmatimonadete 和拟杆菌(Bacteroidetes )。不同葡萄品种的优势菌属有假单胞菌 Pseudomonas )、节杆菌( Arthrobacter )、芽孢杆菌 Bacillus )、泛孢菌 Pantoea )、扁孢菌Planomicrobium )、 Massillia 、 Curtobacterium 、棒状杆菌( Corynebacterium )、Cellulomonas 、鞘氨醇单胞菌( Sphingomonas )和 Microvirga 。 9 个葡萄品种的真菌群落均以子囊菌门( Ascomycota )为主。葡萄 浆果 真菌优势属有链格孢菌属( Alternaria )、枝孢菌属 Cladosprium )、非分类的 Capnodiales 、茎点霉属Phoma )、红酵母属 Rhodotorula )、隐球菌属 Cryptococcus )、金黄色葡萄球菌属( Aureobasidium )和表球菌属 Epicoccum )。 通过叶际的 Bray Curtis 和Unweight unifrac 分析发现, 细菌( P <0.01 )和真菌 P <0.01 群落结构对不同品种酿酒葡萄 均 有显著影响 。 同时 探讨了根际和叶际之间关系,发现 叶际上的大多数微生物和根际具有相似的关系, 可以发现 无论是细菌还是真菌 均表现为 叶 片 和浆果中的微生物群落更 接近 但最终和根际的聚为一类,推测 叶际微生物可能来源于根际土壤 。
      (3)通过分析巨峰葡萄发酵葡萄汁发酵前期、发酵中期、发酵后期及发酵末期微生物动态变化及与发酵液中酒精度、残糖、 pH 等的关系,发现 残糖、 pH值和酒精度与不同的发酵密切相关。线性判别分析效应大小法( LEFSe )检测了葡萄发酵过程中的 73 个特征细菌群落及 62 个特征真菌群落。无论是细菌还是真菌,微生物的网络结构均是发酵后期与葡萄汁的相互作用更为复杂。另外,根据在发酵过程中 Schwanniomyces 与 Hanseniaspora 两种酵母的含量,发现随着发酵的进行这两种菌逐渐增多并在发酵中期达到最大,而 Lactococcu s 与Lactobacillus 两种乳酸菌的含量也逐渐增加,但是增加的缓慢,直到发酵后期才达到最大,说明在发酵过程中先进行的是酒精发酵过程,然后再缓慢的进行苹果酸 乳酸发酵途径。进一步通过 Pearson’s 相关性分析 说明在葡萄酒发酵的过程中真菌群落起到的作用明显大于细菌。

页码106
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43703]  
专题生态环境研究中心_中国科学院环境生物技术重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
张世伟. 葡萄植物微生物多样性及对葡萄酒发酵的影响[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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