角蛋白降解菌分离、鉴定及其降解机制研究

实验旨在筛选具有高效角蛋白水解活性的微生物,并对其降解羽毛角蛋白机制进行研究,为提高角蛋白生物降解率提供理论指导。采用透明圈和完整羽毛降解相结合的方法,从废弃羽毛中筛选角蛋白降解菌,并进一步研究其羽毛角蛋白降解过程。获得一株可高效降解角蛋白菌株,基于形态观察和16S rDNA分子鉴定,该菌被命名为Bacillus licheniformis CP-7,其5 d可将天然完整羽毛完全降解。CP-7发酵过程产生大量巯基、可溶性蛋白和亚硫酸盐。分离发酵48 h菌株胞内、胞外粗酶液,发现胞外酶液具有较高的角蛋白酶活性,而胞内酶液具有一定二硫键还原酶活性。胞内酶液能够极显著地促进胞外酶液水解角蛋白活性(P<0.01),但对酪蛋白水解活性无影响(P>0.05)。筛选菌CP-7为具有高二硫键还原能力的角蛋白降解菌,二硫键还原酶可能是高效降解羽毛角蛋白的关键。     

地衣芽孢杆菌CP-16脂类水解酶的研究

本试验旨在通过异源表达获得地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)CP-16的脂类水解酶,并探究其在羽毛降解过程中的作用。试验以地衣芽孢杆菌CP-16基因组DNA为模板,扩增脂类水解酶基因,转化入大肠杆菌中表达,获得重组酶L-4。研究重组酶L-4的适宜p H、p H稳定性、适宜温度、温度稳定性以及有机溶剂和金属离子对其相对活性的影响,同时探究其对角蛋白酶K水解天然羽毛角蛋白的作用。结果显示,获得的脂类水解酶基因大小为747 bp,编码248个氨基酸,在大肠杆菌中成功表达出重组酶L-4,其分子质量约为28.3 ku,酯酶活性为0.42 U/m L,适宜p H为6.5,适宜温度为50℃;在p H 6.5~9.5条件下处理30 min相对活性保持80%以上,在低于50℃温度条件下处理30 min相对活性保持70%以上。二价铁离子(Fe~(2+))、钠离子(Na~+)、锰离子(Mn~(2+))、钙离子(Ca~(2+))对重组酶L-4相对活性具有激发作用,钡离子(Ba~(2+))、锌离子(Zn~(2+))、铜离子(Cu~(2+))、镍离子(Ni~(2+))对重组酶L-4相对活性具有抑制作用。当有机溶剂浓度为30%时,重组酶L-4在二甲基亚砜(DMSO)和甲醇中保存97%和85%的相对活性,在丙酮、乙醇中保存45%以上的相对活性,在异丙醇中保存不到20%的相对活性,而在乙腈中相对活性基本完全丧失。用重组酶L-4预处理天然羽毛底物,可提高角蛋白酶K对底物的水解效率,促进率为4.32%。由此可见,脂类水解酶可降解羽毛表层脂质,可在促进角蛋白酶水解羽毛角蛋白中发挥作用。     

木质素降解菌的筛选及其漆酶性质研究

为筛选产漆酶的木质素降解菌,采用愈创木酚平板法和RB亮蓝平板法进行菌株筛选,利用16S r DNA序列分析对菌株进行鉴定,通过液体发酵培养对漆酶活性和木质素降解能力进行研究。将漆酶基因cot A克隆到表达载体p ET-32a(+)上获得重组质粒p ET-32a(+)-Cot A并转化到BL21中进行表达,通过酶活测定将表达条件进行优化。结果:从白蚁肠道中成功筛选出1株产漆酶的木质素降解菌,鉴定为枯草芽胞杆菌。漆酶的最适酶活温度为60℃,最适酶活p H为3.5~4.0;0.2 mmol/L Cu2+可诱导菌株漆酶的产生,缩短了产酶时间并提高了酶活性。菌株木质素降解率在液体发酵培养24 h后达到了17.1%。漆酶基因大小为1 542 bp,表达的重组蛋白为85 ku,属于有活性的可溶性蛋白。在IPTG浓度为1mmol/L、Cu2+浓度为0.3mmol/L、诱导时间为9 h的条件下,漆酶蛋白活性可达到113.10 U/L。研究表明,本试验成功筛选出1株降解木质素能力较强的枯草芽胞杆菌,获得可分泌较高活性漆酶的重组菌,为木质素酶在畜牧业生产实践上的应用奠定了基础。     

黑曲霉中单宁酶基因的克隆表达及酶学特性分析

本试验旨在从一株黑曲霉中克隆单宁酶基因,并研究其酶学性质。利用前期分离的一株黑曲霉菌株SL-5,克隆出单宁酶基因,基因全长1533 bp,编码510个氨基酸;使用大肠杆菌BL21作为宿主,并使用p ET32a(+)作为表达载体,实现了单宁酶基因在大肠杆菌中的表达。纯化的单宁酶能够降解单宁,酶的最适反应温度为40℃,最适反应p H为6.0。     

组合酶水解羽绒加工副产物工艺参数的优化

本研究旨在对来源于地衣芽孢杆菌CP-16的重组角蛋白酶和二硫键还原酶协同酶解羽绒加工副产品最佳工艺条件进行探讨。试验探讨角蛋白酶与二硫键还原酶组合水解羽毛角蛋白的适宜比例，并研究蒸汽压力处理时间、酶解时间、组合酶添加水平和水分含量等单一因素对酶解效率的影响，再利用L9（3⁴）正交试验进一步优化处理工艺条件。结果显示，当角蛋白酶与二硫键还原酶的酶活比例为80：1，角蛋白酶终浓度为90 U/mL时，组合酶酶解羽绒加工副产品效率最佳；经压力处理2 h更有利于提高酶解效率；水解60 h酶解率最高，但与48 h差异不显著（P>0.05）；总反应体系中缓冲液为5.5 mL时酶解效率显著高于对照组（P<0.05），但与4.5 mL组差异不显著（P>0.05）。正交试验优化酶解羽绒加工副产品条件发现，影响组合酶酶解效率的因素由大到小依次为压力处理时间、酶解时间、酶剂量；酶解羽绒加工副产品最适条件为：角蛋白酶与二硫键还原酶活性比例为80：1，121℃高压处理2 h，角蛋白酶终浓度为90 U/mL，50℃酶解48 h，此时1 g羽绒加工副产品产生的上清液可溶性蛋白含量为352.72 mg，比对照组提高640.26%。综上，利用多种处理工艺相结合更有利于提高组合酶水解羽绒加工副产品的效率。本试验结果可为羽绒加工副产品资源开发利用提供理论指导。     

热胁迫对多化性家蚕5龄雌性幼虫脂肪体谷胱甘肽氧化还原循环的影响

谷胱甘肽氧化还原循环对保障机体的内环境稳定至关重要。对多化性家蚕品种兰溪10的5龄雌性幼虫连续72 h分别以常温25℃和32℃热胁迫处理,测定脂肪体中与谷胱甘肽氧化还原循环相关分子的含量和酶活性变化。在常温和热胁迫处理的雌蚕脂肪体中均检测不到谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性。与常温处理组相比,热胁迫处理组的雌蚕脂肪体中还原型谷胱甘肽(GSH)含量、GSH/氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值、谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性和硫氧还蛋白还原酶(TrxR)活性均显著降低,H2O2、GSSG、总谷胱甘肽的含量以及硫氧还蛋白过氧化物酶(TPX)活性和TPX编码基因Bmprx的转录水平显著提高,谷胱甘肽还原酶(GR)活性和TPX的另一个编码基因Bmtpx的转录水平则无显著差异。研究结果表明,在热胁迫环境下家蚕脂肪体中的Bmprx基因被诱导上调表达,使TPX活性提高和TrxR活性降低,导致GSH/GSSG比值显著降低,谷胱甘肽氧化还原循环向氧化态转移。     

1株耐酸秸秆纤维素降解菌株的筛选、鉴定及其内切葡聚糖酶的异源表达研究

试验旨在解决农作物秸秆饲料化过程中，秸秆纤维素难降解、适口性差和营养价值低等问题。试验以玉米秸秆粉为唯一碳源，从堆砌秸秆的土壤中分离筛选出1株耐酸且具有高纤维素酶活性的菌株HSU-20SJ。经3,5-二硝基水杨酸法测定纤维素酶活性，利用形态学、生理生化和16S rDNA进行种属鉴定，通过分子克隆技术，构建内切葡聚糖酶的大肠杆菌异源表达系统。结果显示，菌株HSU-20SJ粗酶液酶活为3.23 U/mL，最适反应pH值为5.0。该菌株被鉴定为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis），从菌株HSU-20SJ基因组中获得内切葡聚糖酶基因eg20SJ，异源表达后获得重组酶，分子量约为55 kDa，粗酶液酶活为6.28 U/mL。研究表明，试验在获得耐酸、高纤维素酶活菌株基础上，实现了内切葡聚糖酶基因的异源表达，可为纤维素酶的规模化生产和应用提供参考。     

桑天牛肠道微生物内切葡聚糖酶基因的克隆及在乳酸杆菌中的表达

本试验旨在构建含内切葡聚糖酶基因的重组乳酸杆菌,研究其对秸秆植物性饲料的降解效果,为后期构建高效分解纤维素的工程菌奠定基础。从桑天牛(Apriona germari)体内分离出枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),克隆其内切葡聚糖酶基因,通过酶切连接的方式将目的基因片段与启动子P_(32)、信号肽SP_(lp0373)、乳酸杆菌载体pLEM-415共同构建了内切葡聚糖酶分泌表达重组质粒pLEM-P_(32)SPNqm,并对重组乳酸菌酶学性质和其在秸秆饲料中的降解能力进行测定。结果表明:从枯草芽孢杆菌中克隆出的目的基因大小为1 490 bp,构建的重组乳酸杆菌其表达产物的蛋白大小约54 ku。进一步测定发现,重组乳酸杆菌产酶最适温度和时间分别为37℃、24 h,在最佳条件下其羧甲基纤维素酶(CMCase)活性为2.06 U/mL。酶促反应最适温度和pH分别为60℃、6.0。在50～70℃、弱酸性条件下该酶的稳定性较好。金属离子Na~+、K~+、Mn~(2+)对酶促反应有促进作用,而Mg~(2+)、Cu~(2+)对酶活性抑制作用较大。重组乳酸杆菌发酵粗饲料,对玉米秸秆、苜蓿秸秆、小麦秸秆均发挥了一定的降解作用,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维相对降解率分别为10.42%、21.12%,4.99%、7.85%,4.57%、9.53%。综上,本试验构建的重组乳酸杆菌对常见的秸秆植物性饲料均有一定的降解能力。     

角蛋白酶制备羽毛蛋白粉的工艺研究

为研究角蛋白酶对羽毛蛋白粉的降解效果,采用不同的酶解温度、初始酶解液p H、酶添加量和酶解时间对羽毛蛋白粉进行酶解,并利用正交试验对酶解条件进行优化。结果表明:每克羽毛粉加入角蛋白酶0.03 g,酶解液初始p H为7,在35℃下酶解36 h。羽毛分解率达到50.5%,酶解液可溶性蛋白含量为225.7 mg/L,而酶解羽毛蛋白粉的胃蛋白酶体外消化率为23%,显示了角蛋白酶具有很好的酶解效果。     

玉米赤霉烯酮降解酶在枯草芽孢杆菌中的表达及其对母猪繁殖性能的影响

本试验旨在建立玉米赤霉烯酮(ZEN)降解酶基因ZEN-jjm在枯草芽孢杆菌中的表达体系,确定其产物的生物降解活性及对母猪繁殖性能的作用。克隆ZEN-jjm基因,经EcoRⅠ和NotⅠ双酶切后连接至p HT01表达载体中,构建重组质粒;转化枯草芽孢杆菌,通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析ZEN-jjm蛋白表达水平。高效液相色谱法(HPLC)检测表达的ZEN-jjm蛋白降解ZEN的活性。通过对母猪的繁殖性能的评价,确定ZEN降解酶降解ZEN对母猪繁殖性能的影响。双酶切和测序结果表明:ZEN-jjm成功插入p HT01中,SDSPAGE表明获得1株高效表达目的蛋白的重组枯草芽孢杆菌,其大小约为29 ku。HPLC结果表明表达的ZEN-jjm蛋白能有效地降解ZEN;表达的ZEN-jjm蛋白能显著缓解ZEN对繁殖母猪的毒害作用(P0.05)。综上:1)本研究成功构建了表达ZEN-jjm在枯草芽孢杆菌中的表达载体,并在枯草芽孢杆菌中得到了表达。2)表达的ZEN-jjm蛋白具有降解ZEN的生物活性。3)在饲粮中添加ZEN-jjm蛋白能显著降低ZEN对母猪能繁殖性能的危害。     

植酸酶基因在嗜酸乳杆菌中的表达

植酸酶和嗜酸乳杆菌是重要的饲料添加剂,为获得产植酸酶的嗜酸乳杆菌菌株,克隆了大肠杆菌植酸酶基因,构建表达载体并转化嗜酸乳杆菌,对重组嗜酸乳杆菌进行发酵产酶并测定所产酶液的酶学性质,进一步研究重组嗜酸乳杆菌的耐酸性及植酸酶液的抗蛋白酶活性。结果表明：重组嗜酸乳杆菌发酵24 h植酸酶活性为984 U/mL,植酸酶的最适催化pH为4.5,最适催化温度为60℃。重组嗜酸乳杆菌在pH 2.0～4.5有一定的耐酸性,在pH 2.0条件下2 h的存活率为76.4%。植酸酶液用胃蛋白酶处理160 min后植酸酶液剩余85%的相对酶活,用胰蛋白酶处理160 min后剩余29%的相对酶活。上述研究结果为重组嗜酸乳杆菌后续应用研究提供了重要依据。     

海栖热袍菌耐热葡聚糖内切酶EG12B基因的克隆表达及酶学特性分析

为了促进家畜对纤维素饲料的消化吸收,提高饲料利用率,改善畜产品品质,本研究基于海栖热袍菌(Thermotoga maritima)的基因组信息,通过筛选获得一段具有潜在耐热特性的葡聚糖内切酶基因(EG12B)序列。经删除预测信号肽和优化密码子偏好性,运用基因工程手段将成熟肽EG12B基因克隆至原核表达载体pET-28a中,成功构建了重组表达质粒pET28-EG12B。转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中,经重组菌发酵培养及IPTG诱导表达,实现了EG12B在大肠杆菌系统中的胞内高效表达,表达量约占全细胞总蛋白的36%。通过细胞超声破碎、镍离子亲和层析以及热处理分离纯化,获得了电泳纯重组酶EG12B。酶学特性分析表明,该重组酶的最适反应温度为90℃,最适反应pH为5.2,在70℃下保温1 h,酶活力基本维持不变。表明葡聚糖内切酶EG12B具有优越的耐热性和良好的热稳定性,为进一步作为饲料添加剂用于纤维素饲料关键技术的开发和畜产品品质的提升奠定了理论基础。     

一株产角蛋白酶的铜绿假单胞菌的分离鉴定

本研究从鸡场长期堆放羽毛的土壤中筛选到一株降解羽毛能力强的菌株。该菌株在牛奶平板上培养24 h后产生透明降解圈,形状不规则,表面粗糙,边缘模糊,产生绿色荧光色素;革兰氏染色阴性,短杆状,无芽孢,有鞭毛,无荚膜。生化试验显示,该分离株能够水解牛奶、明胶,具有角蛋白酶活性,能利用柠檬酸盐,硝酸还原反应阳性。系统进化树分析显示,分离株与铜绿假单胞菌模式菌株（GenBank登录号：BAMA01000316）亲缘关系最近,综合以上结果,最终确定分离株为铜绿假单胞菌,并正式命名为Pesudomonas aeruginosa B1-2。将该分离株在以1%羽毛为唯一碳氮源的基础培养基中发酵培养,48 h后角蛋白酶活性最高达到60.3 U/mL,对羽毛降解率为85.7%。本研究中分离获得的Pesudomonas aeruginosa B1-2可用于畜禽废弃物的处理。     

一株家禽羽毛角蛋白降解菌的分离与鉴定

为了探寻降解家禽羽毛角蛋白的微生物资源,利用富集及驯化培养的方法,从家禽养殖场长期堆积废弃羽毛的土壤中,分离能够有效降解羽毛角蛋白的细菌,并对其降解效果进行初步研究,结果分离筛选出1株能以羽毛角蛋白为唯一碳氮源的菌株N01。经形态特征观察,生理生化特征鉴定和16SrDNA序列分析,初步鉴定其属于节杆菌属。系统发育树显示,该菌株与金黄色节杆菌(Arthrobacter aurescens)的相似性最高,达99%,因而确定其为金黄色节杆菌。该菌株经过72h发酵,对羽毛角蛋白的降解率达75%,表明该菌株对羽毛角蛋白有明显的降解作用。该菌株的分离鉴定为微生物降解利用家禽羽毛角蛋白提供了新的种质资源。     

体外酶解菜籽粕最适条件的研究

本实验以菜籽粕为底物,研究纤维素酶和木聚糖酶体外酶解菜籽粕的最适反应条件。分别在温度为35℃、37℃、39℃、41℃,以及p H为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0的条件下,研究纤维素酶和木聚糖酶降解菜籽粕的最适反应情况。结果表明,纤维素酶降解菜籽粕的最适温度为37℃、最适p H为6.0;木聚糖酶降解菜籽粕的最适温度为39℃、最适p H为5.0。比较而言,纤维素酶对菜籽粕的降解效果优于木聚糖酶。     

复酶降解羽毛蛋白工艺的研究

研究复酶对羽毛蛋白尤其是对角蛋白的降解效果。选择复酶酶解温度、酶解液pH、复酶添加量和酶解时间为因素水平,采用L9(34)正交试验设计,对酶解条件进行优选。确定最佳酶解参数:酶解液初pH为7,酶解温度为45℃,酶解时间为32h,复酶添加量为0.006g。结果表明:在试验确定的最佳酶解条件下,羽毛降解率达到了90.87%,酶解液可溶性蛋白的含量达到848.1mg/L,酶解上清液中蛋白分布在20.1～66.2ku,酶解羽毛蛋白体外消化率达到82.83%。     

表达木质素降解酶的基因工程产朊假丝酵母菌部分生物学特性研究

木质素是农作物秸秆饲用化利用的主要限制因素,现仅有少数微生物产生木质素降解酶,且产量少、酶活低,不适合工业化生产,酶蛋白的高效异源表达是提高木质素降解酶产量的有效途径。工程菌ZHMX4和ZHQX1是分别从黄孢原毛平革菌和云芝栓孔菌中扩增出木质素过氧化物酶基因（lip）和漆酶基因（lac）,利用同源整合重组技术构建所得的工程菌。对前期构建的表达木质素降解酶工程菌ZHMX4和ZHQX1进行了部分生物学特性研究,包括木质素降解酶适宜反应条件、木质素降解酶基因拷贝数和工程菌降解天然木质素能力的测定及工程菌营养需要分析,了解2株工程菌特性的同时为后续研究工作奠定基础。结果显示：工程菌ZHMX4和ZHQX1产木质素降解酶最适反应温度和pH分别为30℃、3.0和30℃、4.5;2株工程菌各2 m L（添加量为109cfu/g）混合对100 g玉米秸秆进行发酵时,木质素的降解率达到50.12%;根据Biolog YT微孔板试验结果,可优化2株工程菌的培养基,在培养基中添加一些营养物质,可促进工程菌的生长。     

瘤胃厌氧真菌木聚糖酶基因的表达与酶学特性研究

旨在表达来源于瘤胃厌氧真菌基因组的4个木聚糖酶基因A、C、D和F,并比较分析其酶学特性。首先根据大肠杆菌基因编码偏好,合成可在大肠杆菌中表达的木聚糖酶基因序列,然后采用同源重组的方法将各序列分别插入载体pET-28a中,在大肠杆菌BL21(DE3)宿主菌中异源表达,并研究其酶学特性,结果成功表达出来源于厌氧真菌的4个木聚糖酶基因。测定其酶学性质发现,4种木聚糖酶的反应最适pH值均为8.0;木聚糖酶D的反应最适温度为37℃,其余3种木聚糖酶的反应最适温度均为45℃;4种木聚糖酶具有广泛的温度稳定性和pH稳定性;金属离子Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺显著促进木聚糖酶活性(P<0.05),而Zn²⁺则有明显的抑制作用(P<0.05);4种木聚糖酶降解山毛榉木聚糖的能力显著高于其他底物(P<0.05)。本研究成功表达了4种来源于厌氧真菌的木聚糖酶,其良好的温度和pH稳定性具有潜在的工业应用价值。     

植物乳杆菌DPP8胆盐水解酶基因在大肠杆菌中的表达及其酶学性质

本试验旨在克隆植物乳杆菌DPP8胆盐水解酶(BSH)基因并在大肠杆菌表达系统对其进行表达,同时探讨其酶学性质。通过PCR技术克隆植物乳杆菌DPP8 BSH基因,然后将该基因重组到大肠杆菌表达载体pET32a(+)中,获得重组表达载体pET32a(+)-BSH,再将其转化至大肠杆菌BL21中,通过异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达BSH。采用牛磺酸标准液标定法对表达的BSH的活性进行测定,并对其酶学性质进行研究。结果显示:本试验获得了BSH基因全长975 bp的序列,同源性比较和系统进化树分析表明成功获得了BSH基因。对BSH表达产物的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)显示获得了1条约为56 ku的蛋白条带,与预期蛋白分子质量大小相符。重组菌株在37℃、0.1 mmol/L IPTG诱导6 h时BSH活性最高,可达22.81 U/mL。纯化的BSH的最适反应温度为37℃,最适反应pH为6.5,在40℃以下时具有较好的热稳定性,pH在3.0～9.0时可保持90%以上的活性。镁离子(Mg~(2+))、铝离子(Al~(3+))、三价铁离子(Fe~(3+))对BSH活性具有较强的抑制作用,而钠离子(Na~+)、钾离子(K~+)、二价铁离子(Fe~(2+))、铜离子(Cu~(2+))、锰离子(Mn~(2+))、锌离子(Zn~(2+))、钙离子(Ca~(2+))对BSH活性无明显抑制作用。综上,本试验成功表达了植物乳杆菌DPP8 BSH,且其活性可达22.81 U/mL,在40℃以下和pH 3.0～9.0时能够保持较强的活性,但Mg~(2+)、Al~(3+)和Fe~(3+)对其活性具有较强的抑制作用。     

鼠伤寒沙门菌5'-nucleotidase基因的序列特征及其蛋白核酸酶活性分析

为研究鼠伤寒沙门菌5'-nucleotidase基因的序列特征,本研究应用PCR扩增得到鼠伤寒沙门菌SL1344株的5'-nucleotidase基因片段,利用在线网站和DNAMAN 6.0.3.48软件进行其核苷酸和氨基酸序列的同源性分析。然后将目的基因亚克隆至原核表达载体p ET32a构建重组表达质粒(pET32a-5'-nucleotidase),转入大肠杆菌Rosetta中经IPTG诱导表达,亲和层析法纯化后采用SDS-PAGE和western blot进行分析。采用酶切活性试验分析重组蛋白的核酸酶活性。结果显示,鼠伤寒沙门菌SL1344株5'-nucleotidase基因为1 482 bp,5'-nucleotidase核苷酸序列与其它22种微生物的5'-nucleotidase及其类似物的同源性较低,最高仅为52.8%。理论上蛋白的分子量为57.18 ku,编码523个氨基酸。SDS-PAGE和western blot结果显示5'-nucleotidase重组蛋白约72 ku,且以可溶性和包涵体两种形式表达。同时,酶切活性试验结果显示重组5'-nucleotidase蛋白具有降解DNA的能力。本实验克隆了鼠伤寒沙门菌5'-nucleotidase基因,并表达得到了具有核酸酶活性的重组蛋白,为进一步研究5'-nucleotidase基因在鼠伤寒沙门菌感染中的作用奠定基础。