一株解淀粉芽胞杆菌的筛选及其益生特性研究

芽胞杆菌(Bacillus)已被广泛用作动物益生菌,其分泌的纤维素酶(cellulose)可以提高饲料利用率,改善动物肠道微生物菌群结构。本研究利用羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose,CMCNa)培养基从甘蔗(Saccharum officinarum)、麻类等纤维作物根际分离具有较高纤维素酶活性的芽胞杆菌,并对其纤维素酶的产酶条件、动物肠胃耐受性、对滤纸条纤维素的降解情况以及菌株的溶血性检验安全性进行鉴定。研究结果表明,获得了8株具有产纤维素酶活性的芽胞杆菌,其中菌株FJAT-29941的活性最高,形态学、生理生化和16S r RNA基因鉴定结果显示,该菌株为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens);菌株FJAT-29941产纤维素酶的培养温度为20~50℃(最佳培养温度为30℃),pH为4.0~9.0(最佳pH值为9),培养时间18~72 h(最佳培养时间为42 h),最佳培养基为0.5%NaCl的营养琼脂(nutrient agar,NA)培养基;利用1%胰蛋白酶的人工肠液和1%胃蛋白酶的人工胃液处理该菌株,其存活率分别为27.98%和64.91%,表明其具有较好的肠胃耐受性;菌株FJAT-29941在48 h内可以将滤纸条降解为小圆片,表现出较强的纤维素降解能力;该菌株在溶血性检测中未产生透明圈,是安全可应用的。本研究筛选获得的解淀粉芽胞杆菌FJAT-29941具有较好的纤维降解能力和动物肠胃耐受性,为益生菌研发提供了菌种资源和科学依据,具有良好的开发前景。     

纤维素降解菌CMC-4的分离鉴定、诱变和酶学特性研究

从秸秆还田土壤中初筛获得一株高效纤维素降解菌CMC-4,根据菌株形态、理化性质及16S rDNA序列分析,初步鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。以此为出发菌株,经亚硝酸钠诱变获得一株稳定高产纤维素酶突变株CMC-4-3。对CMC-4和CMC-4-3的产酶条件和酶学性质进行比较分析,结果表明:CMC-4-3纤维素酶活力较CMC-4提高67.5%;其最适产酶条件是:37℃、pH 6.0、葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、接种量2.0%、装液量60 ml/250 ml。该菌株所产纤维素酶的最适反应pH为6.0,且在4.0~7.0酶活力较稳定;最适反应温度为50℃,在20~80℃范围内均保持稳定;金属离子Fe~(2+)、Mg~(2+)、Co~(2+)、K~+对酶有激活作用,其余离子均有不同程度抑制作用,而Cu~(2+)和Ca~(2+)抑制作用最强,酶活力减弱近50%,是该酶的强效抑制因子。诱变前后菌株产酶条件和酶学性质等部分表型发生了变化,而突变菌株显示出了更宽泛的环境适应范围。据此,获得一株高效产纤维素酶、耐受范围广的具纤维素降解能力的地衣芽孢杆菌,而CMC-4-3和CMC-4的表型可作为深入探讨基因型变化的线索。     

一株高活性纤维素降解细菌的筛选鉴定及酶学特性

利用小麦/玉米秸秆还田土壤样品,通过富集培养和刚果红平板染色法筛选分离出纤维素降解细菌XWS-12;对分离的菌株进行16S rRNA基因序列系统发育分析,初步鉴定为伯克氏菌属(Burkholderia),定名为Burkholderia sp.XWS-12。以玉米秸秆和麸皮为碳源,研究了氮源、发酵时间、初始发酵温度、培养基初始pH等条件对该伯克氏菌产纤维素酶的影响。结果显示,该菌株产纤维素酶最适氮源为硝酸钠,培养时间为60 h,培养温度为37℃,培养基初始pH为4,该菌株的CMC酶活力最高,可达25 U/ml。其粗酶液的最适反应温度为50℃,最适反应pH为5,在pH 4~8的范围内酶活力较稳定。粗酶液的热稳定较差,当温度超过50℃时,该酶活力显著下降;当温度为50℃时,保温1 h,该酶活力损失53%。     

1株产高温纤维素酶细菌的分离及Biolog鉴定

以羧甲基纤维素钠为唯一碳源,从来自甘肃永昌的双孢菇培养料中分离筛选得到1株降解纤维素的耐高温菌X3。利用Biolog GEN III微孔板将该菌株鉴定为芽孢杆菌(Bacillus vallismortis/subtilis)。在初始pH 为7.0、温度为50 ℃、接种量为2%、摇床转速为200 r/min的条件下培养72 h,该菌株粗酶液的CMCase活力达到20.36 U/mL。     

枯草芽胞杆菌重组木聚糖酶基因高效表达系统的构建

以木聚糖酶基因为研究对象,构建了枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)稳定的高效表达系统。采用PCR方法从芽胞杆菌(Bacillus sp.)基因组DNA中分别扩增出完整和不带启动子的木聚糖酶(xynA)基因;利用芽胞杆菌的强启动子,即S-层蛋白的启动子,通过SOE(splicing by overlapping extension)法连接到xynA基因上得到重组基因S-xynA,将xynA和S-xynA分别装载到整合载体pDG1730上,转化α-淀粉酶高产菌株枯草芽胞杆菌B47,将重组基因整合到α-淀粉酶基因上,以期目标基因像淀粉酶基因一样高效表达。结果表明,2个重组菌的产酶活性均得到提高,其中S-层蛋白启动子表达的木聚糖酶活是自身启动子表达的酶活的1.69倍。重组表达的木聚糖酶在pH5~8和40~60℃范围内均具有较高活性。     

纤维素酶高产菌株的诱变选育及产酶条件研究

本研究通过γ射线照射和亚硝基胍交替处理 ,诱变出一株纤维素酶高产菌株T80 1 ,与出发菌株相比 ,其产酶能力提高 1 77倍。通过对诱变菌株产纤维素酶条件研究发现 ,以稻草粉为碳源、蛋白胨为氮源时 ,菌株产酶最高。该菌株产酶最适培养温度为 2 8℃～ 30℃ ,最适培养 pH为 4 8～ 5 0 ,在此条件下发酵五天达到产酶高峰。该诱变株产酶能力高于国内外一些已知的纤维素酶高产菌株如QM941 4等 ,具有重大的实用价值。     

内生解淀粉芽胞杆菌β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bglS)的克隆与表达及酶学特性分析

β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶普遍存在于植物内生芽胞杆菌中,为了探讨其功能,以内生解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)TB2菌株基因组为模板,克隆了β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因(bglS).测序结果表明,该基因的ORF全长732 bp,编码一条243个氨基酸的蛋白,理论分子量约为27.33 kD,等电点约为6.89,其ORF序列已登录GenBank(Accession No.EU368224).Blast同源性分析结果表明,该基因的ORF序列与植物互作生防解淀粉芽胞杆菌(B.amyloliquefaciens FZB42,GenBank Accession No.CP000560)的β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因核苷酸序列的一致性达97.3%,氨基酸序列的一致性达97.1%.将β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因全长克隆至pUC18载体上,利用基因自身的启动子构建重组表达载体pUC-bglS,并导入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21菌株中表达.SDS-PAGE分析表明,BL21::pUC-bglS菌株表达了27 kD左右的蛋白;该酶的最适反应温度为55℃,在50℃以下保温60 min后残余80%以上酶活;最适反应pH为6.2,在pH4.4～6.8 4℃保温30 min残余85%以上的酶活;Ca2+和Fe肛可提高β-1,3-1,4-葡聚糖酶的活性,而Cu2+、Zn2+、Mg2+和Mn2+对其活性具有显著的抑制作用.实验结果为进一步研究植物内生解淀粉芽胞杆菌TB2 β-1,3-1,4-葡聚糖酶的功能和应用打下了基础.     

绿色木霉T206产纤维素酶特性与酶促动力学研究

对分离自霉变玉米穗的产纤维素酶绿色木霉(Trichoderma Viride)T206进行产酶条件、酶学性质及酶促动力学特性研究.结果表明:T206菌株在1%羧甲基纤维素钠为碳源、0.3%蛋白胨和0.2%NH4NO3为氮源,起始pH值为5.0、接种量为6%,28℃培养4 d的条件下产酶量最高.该酶热稳定性强,热变温度为60～80℃,反应的最适温度为50℃,最适pH值为4.5.     

玉溪醇化烟叶表面细菌酶制剂对烟叶中淀粉和纤维素的降解作用

合理降解烤后烟叶中的淀粉和纤维素含量已成为提高烟叶质量的关键工艺之一。本研究对分离自烤烟叶面的产淀粉酶细菌菌株解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens A1)和产纤维素酶细菌菌株短小芽孢杆菌(B.pumilus C1)进行发酵培养,提取粗酶液,检测酶活性并应用于初烤烟叶上。通过设计不同酶量、作用时间、相对湿度和温度的方法考察这两种酶制剂对烟叶(Nicotiana tabacum K326)中淀粉和纤维素的降解效果。结果表明,菌株A1主要产α-淀粉酶,酶活力为7×105U/mL,菌株C1以产内切酶为主,酶活力为6×103U/mL;在温度40℃、湿度70%条件下作用96h,用菌株A1所产淀粉酶制剂4×107U/kg处理后的烟叶总糖增加率为12.78%,还原糖增加率为12.03%,菌株C1所产纤维素酶制剂4×105U/kg处理后的烟叶总糖增加率为13.87%,还原糖增加率为18.07%。研究结果提示,利用从烟叶表面分离的产酶菌株进行发酵生产的酶制剂可降解初烤烟叶中淀粉和纤维素,提高还原糖含量,可望在烟叶加工过程中得到应用。     

芽胞杆菌FJAT-28592抗真菌脂肽的研究

为研究产表面活性剂芽胞杆菌(Bacillus)的生防作用,本研究筛选了一株能够抑制尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的芽胞杆菌FJAT-28592,经16S rRNA鉴定为暹罗芽胞杆菌(Bacillus siamensis.菌株FJAT-28592的生长温度范围为25～50℃,最佳生长温度为35℃;pH 5.0～9.0,最佳pH 6.0～8.0;可在NaC1浓度为0～6％的条件下生长,最佳生长盐浓度为2％.透射电镜显示,菌株呈杆状,具有鞭毛,宽度为0.76～0.94 μm,长度为1.76～2.94 μm.暹罗芽胞杆菌FJAT-28592发酵液和提取的发酵液粗产物对尖孢镰刀菌有很好的抑菌效果.通过血平板和排油圈实验,初步认定暹罗芽胞杆菌FJAT-28592能分泌表面活性剂至发酵液.通过酸沉淀处理,甲醇和丙酮抽提,分离和收集发酵液中表面活性剂.高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)对初步纯化的粗品与iturin A的标准品进行分析,粗品与标准品iturin A的主峰保留时间均为10.687 min,初步判断粗品含有iturinA.克隆iturinA类脂肽合成的相关基因,获得丙二酰辅酶a转酰酶(malonyl-CoA-transacylase,ituD)和4’-磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(4’-phosphate generic acyl cysteamine transferase,lpa-14)基因序列,得出此表面活性剂为iturinA类的脂肽.本研究为芽胞杆菌生防菌的开发,分析获得抑菌物质提供基础资料.     

球形芽胞杆菌S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和表达

根据S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因核苷酸序列的保守性,利用苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)基因组中SAMS序列信息设计引物。通过PCR扩增出球形芽胞杆菌(Bacillus sphaericus)SAMS基因,插入大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pGEX-6P-1,获得重组质粒pGEX-SAM。序列分析表明,来自球形芽胞杆菌的SAMS与大肠杆菌(K02129)、枯草芽胞杆菌(U52812)、酿酒酵母(U17246)、小鼠(J05571)和人(BC018359)的SAMS基因,分别有63.9%、75.4%、58.8%、59.1%和55.7%的同源性。由于一级结构存在明显的差异,将该重组的质粒转入大肠杆菌DH5α并成功地表达了SAMS。通过亲和层析纯化出球形芽胞杆菌的SAMS,SDS-PAGE分析显示蛋白分子量为43kD。HPLC对SAMS的活性分析表明,该酶可催化ATP和蛋氨酸形成S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。     

产纤维素酶菌群的筛选及其酶学特性研究

从常年堆放的腐质豆秆中分离到1组产纤维素酶菌群MO,并在50℃、pH8.0条件下培养,90h时达到最高酶活,活性为1.3611IU。该酶最适反应温度为60℃,pH为7.0,在60℃以下和pH3~8范围内具有良好的热稳定性和pH稳定性。在最适反应条件下,该酶的最高活性可达2.13IU。通过生长动力学研究了菌群内部不同生长阶段pH、酶活和失重率的相互关系,并通过非变性电泳对酶谱进行初步研究,得到7条活性条带,说明MO中具有多种产酶菌株。     

地衣芽孢杆菌β-1,3-1,4葡聚糖酶基因的克隆和表达

提取地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)基因组，通过PCR克隆了该菌的β-1，3-1，4．葡聚糖酶基因全长。该基因全长818bp,ORF为732bp,编码243个氨基酸，计算分子量为27.35kD，等电点为8．31。经Blast分析，该序列与短小芽孢杆菌(B．pumilus)同源性最高(99％)，而与基因库中地衣芽孢杆菌的同源性为94％，该基因已被GenBank接受(AY225317)。用BamHI和XhoⅠ双酶切目的片断和表达载体pET-30a( )后相连接，构建重组表达载体pET-lic，并导人大肠杆菌(Escherichia coli)BL21菌株中表达。酶学特性表明：SDS-PAGE电泳在27kD左右有表达蛋白带，该工程菌总酶活达67．34U／mL，是出发菌的60倍，最适温度在50℃左右，最适pH在5～6之间。该工程菌可作为材料构建耐热性好和酶活高的杂合基因工程菌。     

啤酒用β-葡聚糖酶高产菌株的选育及发酵条件优化

对产β-葡聚糖酶的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)A302菌株进行紫外线和硫酸二乙酯(DES)复合诱变和选育，获得产β-葡聚糖酶达27．3U／mL的突变株H302。采用均匀实验设计对H302菌株产β-葡聚糖酶的液体培养基组成及发酵条件进行优化实验，所获优化配方(W／V)为麦麸1．41％，鱼粉0．80％，硝酸钾0．34％，硫酸镁0．11％，起始pH6．0；用含孢量10^8个／mL的种子菌液按体积比3．3％接种上述液体培养基，在36℃下发酵52h，菌株H302的产酶活力达到115．1U／mL，是原出发菌株及培养条件下产酶活力的9．4倍。对突变株H302所产β-葡聚糖酶性质的研究表明，该酶最适作用温度为60℃，最适作用pH为5．5，适用于啤酒生产中的麦芽糖化。     

细菌酶制剂对烟叶中蛋白质的降解作用研究

如何有效利用外源酶降解烟叶中的残留蛋白质,进一步提升烟叶质量成为烟草行业研究的新课题。本研究通过对玉溪烤烟叶面的细菌菌株的筛选鉴定,得到一株高产蛋白酶菌株,对其发酵培养制备成酶制剂,测定酶制剂活力并进行酶制剂性质研究。通过正交试验设计考察该酶制剂在不同施酶量(40、80和120 U/g烟叶)、温度(25、35和45℃)、相对湿度(50%、60%、70%)和作用时间(30、60和90 h)条件下对烟草(Nicotiana tabacum)K326中蛋白质的降解作用,并进一步分析了最优条件处理下烟叶香气成分的含量变化。结果表明,分离自烤烟烟叶表面的高产蛋白酶活菌株为短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)B1,所产蛋白酶活力为4 200 U/mL,最适温度50℃,最适pH 6.0。正交试验表明,其降解烟草蛋白的最适水平为加酶量120 U/g、温度35℃、相对湿度70%、作用时间60 h,蛋白质降解率为18.64%,氨基酸增加率为12.72%,同时烟叶中各香气成分也有不同程度增加。研究结果提示,以玉溪烟叶表面的细菌菌株为材料制得的细菌酶制剂处理醇化烟叶,可有效降解烟草中的大分子蛋白,缩短烟叶醇化时间,同时烟叶品质得到提升,该酶制剂可望在工业生产中应用。     

酰基高丝氨酸内酯酶在蜡状芽胞杆菌中可增强双效菌素抗软腐病

双效菌素(zwittermicin A,ZwA)是一种广谱、新型的抗生素,对很多植物病原菌具有抑制作用;酰基高丝氨酸内酯酶(AHL)通过降解植物病原菌群体感应(quorum-sensing)系统的信号分子,减弱致病基因的表达从而达到抗病的效果。结合这两种物质的不同抗病机理,将来自苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)中的AHL基因导入到蜡状芽胞杆菌(B.cereus)中,得到相应的重组菌株。实验表明,AHL基因在重组菌中可正常表达,并且不影响受体菌ZwA的表达和产量;感病实验证明,同时表达ZwA和AHL的重组菌对于胡萝卜软腐欧文氏菌(Erwinia carotovora)感染马铃薯(Solanum tuberosum)所引起的病害的抗病效果比单独含产ZwA或AHL的蜡状芽胞杆菌的抗病效果有明显增强。说明结合ZwA和AHL的不同抗病机理来提高抗病效果是可行的。     

高产中性纤维素酶的巨大芽胞杆菌基因工程菌发酵工艺条件优化

为了加快纤维素酶工业化应用的步伐,解决纤维素酶发酵工业产量低、生产成本高等问题,本研究采用正交设计法对高产中性纤维素酶的巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)基因工程菌的培养基和发酵条件进行优化.结果表明,最佳发酵培养基成分为:麦麸2.5%、玉米浆1.5%、磷酸二氢钾0.75%、硫酸镁0.04%、氯化钠0.25%;最佳发酵条件为:温度37℃,pH 7.0,罐压0.03～0.05 Mpa,转速600 r/min,装液量3 L,接种量10%,培养4 h后以0.25 g/L/h的流速流加木糖10 h,发酵16 h后,以恒溶氧方式流加补料8 h,共补加料320mL,发酵过程控制溶氧浓度≥30%.该工程菌在此最佳发酵条件下培养,纤维素酶活力可达3846.48 U/mL,是优化前摇瓶发酵的4.3倍.本研究可为工业化生产纤维素酶提供依据.     

一株烟草秸秆降解菌的分离、鉴定及酶学性质研究

从皖南地区烟稻轮作田土壤中经CMC-Na初筛获得5株纤维素降解菌,经DNS法测定纤维素酶活性复筛得到一株降解活性较高的降解菌YC-2。根据该菌16S r DNA序列比对结果,结合形态和生理生化特征,确定YC-2为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。对YC-2酶学性质进行相关研究,并分析YC-2对烟碱的耐受情况及对烟草秸秆的降解情况,结果表明:在7天内,YC-2对烟草秸秆降解率为10.14%;酶学特性表现为最适反应温度为60℃且在15~60℃之间具有稳定性;最适反应pH为7.0,在pH 4.0~7.5范围内稳定性较好;YC-2在浓度为1~2 g/L烟碱中能快速生长,而在高浓度的烟碱中生长受到抑制。因此,菌株YC-2产纤维素酶活性较高、相对耐热耐碱且对烟杆有一定分解作用,通过进一步诱变选育和发酵条件优化有较好的田间应用潜力。     

高效纤维素优势分解菌的筛选和鉴定

本试验基于获得高效纤维素优势分解菌的目的,通过分离纯化初步得到30株菌株,利用刚果红染色法初筛共得到14株纤维素分解菌,并通过滤纸条崩解实验进一步进行筛选得到5株效果较好的纤维素分解菌,通过发酵产酶利用DNS显色法测定CMC酶活力和FPA酶活力最终确定了4株优势纤维素分解菌,通过测定4株菌株的羧甲基纤维素酶(CMCase)、滤纸酶(FPA)以及β-葡萄糖苷酶(β-Gase)活,验证4株纤维素优势分解菌的产酶能力,并分别命名为X-1、X-6、X-7和X-11,并将该4株优势纤维素分解菌应用于秸秆的液态发酵,其对秸秆的降解率较自然降解相比,降解率分别提高了31.92%、40.15%、35.29%和39.98%。对4株优势菌株进行了分子鉴定,根据16S r DNA序列比对结果表明,菌株X-1、X-7和X-11均为粪产碱杆菌;菌株X-6属于解糖假苍白杆菌。     

木质素降解菌的筛选及其纤维素酶基因克隆表达研究

以高效降解木质素为指标, 进行木质素降解菌的筛选和纤维素酶处理纤维材料的研究.通过测定14株白腐菌菌株在愈创木酚、苯胺兰和鞣酸培养基上生长状况和酶活分泌能力, 得到8株能产生阳性反应的菌株.以木质素和综纤维素失重的比值(SF指数)为指标, 对这几株菌进行复筛, 从中筛选出具有生长优势和强酶分泌能力的菌株平菇10969和侧耳WP1.与黄胞原毛平革菌Phanerochaete chrysosporium RP78和P.chrysosporium BKM-F-1767两株模式菌相比, 白腐菌具有良好的生长优势、强酶系分泌能力和降解的优势.从分离的白腐菌中克隆纤维素酶基因(egl2), 表达蛋白并测定酶活.用粗酶液处理不同的纤维材料, 结果表明, 其还原糖产量为综纤维素(酸解)>菌草(白腐菌处理)>未处理菌草.白腐菌的研究对草质资源的充分利用、污染物的降解、燃料乙醇的开发以及我国生态农业的持续发展等都有着重要意义.