溫鋼 劉海燕 楊梅
摘要:從某水產(chǎn)市場附近土壤中分離篩選出4株具殼聚糖酶能力的微生物菌株,其中菌株S03具有較高的產(chǎn)酶能力,經(jīng)鑒定屬于毛霉屬(Mmucor sp.)。試驗(yàn)條件下該菌株培養(yǎng)3 d時(shí),發(fā)酵液中殼聚糖酶活性最高。并進(jìn)一步證明該菌株所產(chǎn)殼聚糖酶屬于誘導(dǎo)型殼聚糖酶,適量添加葡萄糖有助于殼聚糖酶的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞:殼聚糖酶;酶活力;鑒定
中圖分類號(hào): Q939.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2014)01-0347-02
收稿日期:2013-05-07
作者簡介:溫鋼(1976—),男,吉林四平人,碩士,講師,研究方向?yàn)閼?yīng)用微生物。E-mail:315554062@qq.com。殼聚糖(chitosan)別稱甲殼胺,是甲殼質(zhì)脫去部分乙?;漠a(chǎn)物,是一類由2-氨基-2-脫氧-葡萄糖和2-乙酰氨基-2-脫氧-葡萄糖(<40%)單體通過β-1,4糖苷鍵連接而成的直鏈多糖[1]。殼聚糖是自然界中唯一的天然陽離子高聚物,其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了這種高聚物有著獨(dú)特的生物活性。殼聚糖具有提高人體免疫力、促進(jìn)傷口愈合、降血脂、降血壓等保健作用,是一種有廣泛應(yīng)用前景的醫(yī)療保健材料[2]。另外,殼聚糖還有很好的殺菌、抑菌作用。但是由于殼聚糖分子量大,不溶于水,不易被人體吸收,從而限制了這種物質(zhì)作為醫(yī)療保健品的應(yīng)用。利用殼聚糖降解得到殼低聚糖,不但容易被人體吸收,而且某些殼寡聚糖還有許多新穎的生物活性,在治療癌癥和提高人體免疫力方面有很好的試驗(yàn)效果[3]。目前降解殼聚糖的方法主要有化學(xué)降解法和酶降解法,其中酶降解法以降解過程容易控制、反應(yīng)條件溫和以及對(duì)環(huán)境沒有污染等優(yōu)點(diǎn)成為殼聚糖降解的首選途徑[4],因此進(jìn)一步選育殼聚糖酶產(chǎn)生菌株就顯得尤為重要。本研究選育出具有一定產(chǎn)殼聚糖酶能力的菌株,并初步考察了其產(chǎn)酶能力,以期為后續(xù)殼聚糖酶發(fā)酵生產(chǎn)及應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。
1材料與方法
1.1材料
殼聚糖和氨基葡萄糖購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
膠體殼聚糖:取5 g殼聚糖加入100 mL 0.4 mol/L HCl溶液中,50 ℃攪拌至殼聚糖完全溶解,加入1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至5.0,得5%膠體殼聚糖。
1.2培養(yǎng)基
膠體殼聚糖液體培養(yǎng)基:A液:1%膠體殼聚糖;B液:04% K2HPO4·3H2O,0.2% KH2PO4,0.14% MgSO4·7H2O,0.1% NaCl,0.1% KCl,0.02% CaCl2,0.1%酵母粉,3%瓊脂,pH值7.2;將A液、B液分別滅菌后等體積混合。
殼聚糖粉末培養(yǎng)基:1%殼聚糖粉末,0.07% K2HPO4·3H2O,0.03% KH2PO4,0.05% MgSO4·7H2O,0.03%蛋白胨,0.03%酵母粉,pH值7.2。
1.3方法
1.3.1菌株初篩將采集土樣加入適量蒸餾水搖勻,梯度稀釋后,涂布于膠體殼聚糖固體培養(yǎng)基平板上,30 ℃培養(yǎng)3~5 d,逐一挑取平板上生長狀況良好且能夠形成水解圈的菌株,再次接種于膠體殼聚糖固體培養(yǎng)基平板,測定菌落直徑和透明圈直徑,進(jìn)一步比較菌株利用殼聚糖的能力。將分離所得菌株分別編號(hào),進(jìn)一步參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]進(jìn)行菌種鑒定。
1.3.2菌株降解能力考察將菌株接種于殼聚糖液體培養(yǎng)基中,接種后于150 r/min、30 ℃振蕩培養(yǎng),定時(shí)取樣,12 000 r/min 離心10 min后得粗酶液,采用DNS法測定殼聚糖酶活性[6]。具體方法為:在0.5 mL粗酶液中加入磷酸緩沖液(pH值7.2)1.0 mL和1%膠體殼聚糖0.5 mL,混勻后于46 ℃保溫30 min,沸水浴10 min。4 000 r/min離心5 min后,取2 mL上清液與1 mL DNS試劑混合,沸水浴中反應(yīng)5 min后冷卻至室溫,加入4 mL去離子水,混勻后于540 nm處測定吸光度,并根據(jù)氨基葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算殼聚糖酶活性。
酶活性單位的定義:pH值 7.2、溫度46 ℃時(shí),1 mL樣品1 min催化生成1 μmol氨基葡萄糖的還原糖量所需的酶量為1個(gè)酶活單位(U/mL)。
1.3.3菌株生長曲線的測定將菌株接入液體培養(yǎng)基中培養(yǎng),定時(shí)取樣,測定菌體干重和發(fā)酵液酶活性,考察菌株生長曲線和酶活性隨時(shí)間變化的規(guī)律。
1.3.4其他影響菌株產(chǎn)酶能力因素的考察
1.3.4.1不同碳源對(duì)產(chǎn)酶誘導(dǎo)的影響在液體培養(yǎng)基中,分別以1%殼聚糖粉末、1%膠體殼聚糖、1%甲殼質(zhì)、1%可溶性淀粉、1%葡萄糖、1%蔗糖、1%殼聚糖粉末+0.1%葡萄糖、2%殼聚糖粉末+0.1%葡萄糖、5%殼聚糖粉末+0.1%葡萄糖、1%殼聚糖粉末+1%葡萄糖作為碳源,接入菌種后150 r/min、30 ℃振蕩培養(yǎng)72 h,測定殼聚糖酶活性,考察碳源對(duì)菌株產(chǎn)酶能力的影響。
1.3.4.2培養(yǎng)溫度對(duì)產(chǎn)酶的影響將菌株接入裝有100 mL殼聚糖粉末液體培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中,分別在25、28、30、35、37 ℃下150 r/min振蕩培養(yǎng)3 d后,測定發(fā)酵液酶活性,考察培養(yǎng)溫度對(duì)菌株產(chǎn)酶的影響。
1.3.4.3培養(yǎng)基起始pH值對(duì)產(chǎn)酶的影響將菌株接入裝有100 mL殼聚糖粉末液體培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中,將培養(yǎng)基起始pH值分別調(diào)至4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,150 r/min振蕩培養(yǎng)72 h后,測定發(fā)酵液酶活性,考察培養(yǎng)基起始pH值對(duì)菌株產(chǎn)酶的影響。
2結(jié)果與分析
2.1菌株初篩
經(jīng)富集培養(yǎng)、反復(fù)劃線分離與純化,得到4株能在膠體殼聚糖固體培養(yǎng)基上生長并形成水解圈的菌株,分別編號(hào)為S01、S02、 S03、S04。挑取純化菌株接種于PHBV膠體殼聚糖固體平板培養(yǎng)基,30 ℃培養(yǎng)72 h后測量菌落直徑(d)、水解圈直徑(D),結(jié)果見表1。endprint
2.2菌株S03的分類鑒定
菌株S03的菌落形態(tài)不定型,培養(yǎng)初期菌絲呈白色,后轉(zhuǎn)為灰白色至黑色,菌絲在培養(yǎng)基內(nèi)外能廣泛蔓延,無假根或匍匐菌絲。菌絲無隔、多核、分枝狀,成熟菌絲體上直接生出單生、總狀分枝或假軸狀分枝的孢囊梗。各分枝頂端著生球形孢子囊,孢囊孢子呈球形。這些性質(zhì)與毛霉屬(Mucor)微生物菌株的基本性質(zhì)一致,依據(jù)Ainsworth分類系統(tǒng)初步鑒定菌株S03屬于毛霉屬。
2.3菌株S03生長曲線及培養(yǎng)時(shí)間對(duì)其產(chǎn)酶能力的影響
在微生物液體發(fā)酵過程中,為了高度積累目的產(chǎn)物,常須要掌握發(fā)酵代謝和酶活性的最旺盛時(shí)期,該時(shí)期也是高效積累產(chǎn)物的時(shí)期。微生物各生長階段對(duì)目的產(chǎn)物都有重要影響,因此必須根據(jù)不同微生物生長特點(diǎn),把其控制在有利于增加目的產(chǎn)物的最適條件下培養(yǎng)。由圖1可知,從菌株S03的生長曲線和產(chǎn)酶時(shí)程來看,在培養(yǎng)1~6 d時(shí)菌株穩(wěn)定生長,產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d,此時(shí)殼聚糖酶活性達(dá)到1.37 U/mL。
2.4不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)殼聚糖酶的影響
不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)酶的影響見表2。殼聚糖酶包括組成型和誘導(dǎo)型,其中多數(shù)為誘導(dǎo)型。本研究中只有以殼聚糖或與其結(jié)構(gòu)類似物作為碳源時(shí)才能誘導(dǎo)產(chǎn)酶,僅以蔗糖或葡萄糖為碳源菌株雖能生長良好卻不能誘導(dǎo)產(chǎn)酶[7]。添加葡萄糖促進(jìn)了酶活性的增長,說明菌株 S03產(chǎn)生的殼聚糖酶也屬于誘導(dǎo)型殼聚糖酶;但葡萄糖添加過多,并不利于殼聚糖酶的產(chǎn)生。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),菌株S03在以甲殼質(zhì)和殼聚糖為誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中產(chǎn)酶能力差別較大,表明該菌株為較專一的產(chǎn)殼聚糖酶菌株。
表2不同碳源對(duì)菌株S03產(chǎn)酶能力的影響
碳源1酶活性(U/mL)1%粉末殼聚糖10.961%膠體殼聚糖11.391%甲殼質(zhì)10.501%葡萄糖10.001%蔗糖10.001%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖11.932%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.175%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.271%粉末殼聚糖+1%葡萄糖10.40
2.5溫度、pH值等發(fā)酵條件對(duì)產(chǎn)酶的影響
由圖2可見,培養(yǎng)溫度為28~30 ℃時(shí),菌株S03產(chǎn)殼聚糖酶能力較高。
由圖3可見,培養(yǎng)基起始pH值對(duì)產(chǎn)酶的影響比較明顯,當(dāng)pH值為5.5~6.5時(shí)菌株S03產(chǎn)酶能力較高,pH值為6.0時(shí)該菌產(chǎn)酶能力最強(qiáng),酶活性最高。
3結(jié)論
本研究通過平板劃線分離法篩選到4株產(chǎn)酶能力較強(qiáng)的菌株,在以殼聚糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上均可產(chǎn)生明顯的水解透明圈,其中菌株 S03產(chǎn)酶能力較強(qiáng),系統(tǒng)分離鑒定表明
其屬于毛霉屬。在試驗(yàn)條件下菌株 S03產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d時(shí),在以粉末殼聚糖作為碳源的培養(yǎng)基中適量添加葡萄糖可以促進(jìn)菌體增殖從而更利于產(chǎn)酶,說明該菌株產(chǎn)生的殼聚糖酶屬于誘導(dǎo)酶。本研究為進(jìn)一步開發(fā)利用微生物殼聚糖酶資源奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]戴蕓,朱旭芬. 微生物殼聚糖酶的研究概況[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào):農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版,2004,30(2):229-236.
[2]陳小娥,夏文水,余曉斌. 微生物殼聚糖酶研究進(jìn)展[J]. 海洋科學(xué),2004,28(3):72-76.
[3]Tanaka T,F(xiàn)ujiwara S,Nishikori S,et al. A unique chitinase with dual active sites and triple substrate binding sites from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus kodakaraensis KOD1[J]. Applied and Environmental Microbiology,1999,65(12):5338-5344.
[4]Sugita A,Sugii A,Sato K,et al. Cloning and characterization of a gene coding for a major extracellular chitosanase from the koji mold Aspergillus oryzae[J]. Bioscience Biotechnology and Biochemistry,2012,76(1):193-195.
[5]魏景超. 真菌鑒定手冊[M]. 上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1979:58-91.
[6]張龍翔,張庭芳,李令媛. 生化試驗(yàn)方法和技術(shù)[M]. 2版.北京:高等教育出版社,1997:1-2.
[7]Dhillon G S,Brar S K,Valero J R,et al. Bioproduction of hydrolytic enzymes using Apple pomace waste by A. niger:applications in biocontrol formulations and hydrolysis of chitin/chitosan[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering,2011,34(8):1017-1026.張紅,沈永龍,黃金田,等. 幾種池塘養(yǎng)殖模式對(duì)水體葉綠素a含量周年變化的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(1):349-350.endprint
2.2菌株S03的分類鑒定
菌株S03的菌落形態(tài)不定型,培養(yǎng)初期菌絲呈白色,后轉(zhuǎn)為灰白色至黑色,菌絲在培養(yǎng)基內(nèi)外能廣泛蔓延,無假根或匍匐菌絲。菌絲無隔、多核、分枝狀,成熟菌絲體上直接生出單生、總狀分枝或假軸狀分枝的孢囊梗。各分枝頂端著生球形孢子囊,孢囊孢子呈球形。這些性質(zhì)與毛霉屬(Mucor)微生物菌株的基本性質(zhì)一致,依據(jù)Ainsworth分類系統(tǒng)初步鑒定菌株S03屬于毛霉屬。
2.3菌株S03生長曲線及培養(yǎng)時(shí)間對(duì)其產(chǎn)酶能力的影響
在微生物液體發(fā)酵過程中,為了高度積累目的產(chǎn)物,常須要掌握發(fā)酵代謝和酶活性的最旺盛時(shí)期,該時(shí)期也是高效積累產(chǎn)物的時(shí)期。微生物各生長階段對(duì)目的產(chǎn)物都有重要影響,因此必須根據(jù)不同微生物生長特點(diǎn),把其控制在有利于增加目的產(chǎn)物的最適條件下培養(yǎng)。由圖1可知,從菌株S03的生長曲線和產(chǎn)酶時(shí)程來看,在培養(yǎng)1~6 d時(shí)菌株穩(wěn)定生長,產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d,此時(shí)殼聚糖酶活性達(dá)到1.37 U/mL。
2.4不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)殼聚糖酶的影響
不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)酶的影響見表2。殼聚糖酶包括組成型和誘導(dǎo)型,其中多數(shù)為誘導(dǎo)型。本研究中只有以殼聚糖或與其結(jié)構(gòu)類似物作為碳源時(shí)才能誘導(dǎo)產(chǎn)酶,僅以蔗糖或葡萄糖為碳源菌株雖能生長良好卻不能誘導(dǎo)產(chǎn)酶[7]。添加葡萄糖促進(jìn)了酶活性的增長,說明菌株 S03產(chǎn)生的殼聚糖酶也屬于誘導(dǎo)型殼聚糖酶;但葡萄糖添加過多,并不利于殼聚糖酶的產(chǎn)生。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),菌株S03在以甲殼質(zhì)和殼聚糖為誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中產(chǎn)酶能力差別較大,表明該菌株為較專一的產(chǎn)殼聚糖酶菌株。
表2不同碳源對(duì)菌株S03產(chǎn)酶能力的影響
碳源1酶活性(U/mL)1%粉末殼聚糖10.961%膠體殼聚糖11.391%甲殼質(zhì)10.501%葡萄糖10.001%蔗糖10.001%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖11.932%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.175%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.271%粉末殼聚糖+1%葡萄糖10.40
2.5溫度、pH值等發(fā)酵條件對(duì)產(chǎn)酶的影響
由圖2可見,培養(yǎng)溫度為28~30 ℃時(shí),菌株S03產(chǎn)殼聚糖酶能力較高。
由圖3可見,培養(yǎng)基起始pH值對(duì)產(chǎn)酶的影響比較明顯,當(dāng)pH值為5.5~6.5時(shí)菌株S03產(chǎn)酶能力較高,pH值為6.0時(shí)該菌產(chǎn)酶能力最強(qiáng),酶活性最高。
3結(jié)論
本研究通過平板劃線分離法篩選到4株產(chǎn)酶能力較強(qiáng)的菌株,在以殼聚糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上均可產(chǎn)生明顯的水解透明圈,其中菌株 S03產(chǎn)酶能力較強(qiáng),系統(tǒng)分離鑒定表明
其屬于毛霉屬。在試驗(yàn)條件下菌株 S03產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d時(shí),在以粉末殼聚糖作為碳源的培養(yǎng)基中適量添加葡萄糖可以促進(jìn)菌體增殖從而更利于產(chǎn)酶,說明該菌株產(chǎn)生的殼聚糖酶屬于誘導(dǎo)酶。本研究為進(jìn)一步開發(fā)利用微生物殼聚糖酶資源奠定了基礎(chǔ)。
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[6]張龍翔,張庭芳,李令媛. 生化試驗(yàn)方法和技術(shù)[M]. 2版.北京:高等教育出版社,1997:1-2.
[7]Dhillon G S,Brar S K,Valero J R,et al. Bioproduction of hydrolytic enzymes using Apple pomace waste by A. niger:applications in biocontrol formulations and hydrolysis of chitin/chitosan[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering,2011,34(8):1017-1026.張紅,沈永龍,黃金田,等. 幾種池塘養(yǎng)殖模式對(duì)水體葉綠素a含量周年變化的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(1):349-350.endprint
2.2菌株S03的分類鑒定
菌株S03的菌落形態(tài)不定型,培養(yǎng)初期菌絲呈白色,后轉(zhuǎn)為灰白色至黑色,菌絲在培養(yǎng)基內(nèi)外能廣泛蔓延,無假根或匍匐菌絲。菌絲無隔、多核、分枝狀,成熟菌絲體上直接生出單生、總狀分枝或假軸狀分枝的孢囊梗。各分枝頂端著生球形孢子囊,孢囊孢子呈球形。這些性質(zhì)與毛霉屬(Mucor)微生物菌株的基本性質(zhì)一致,依據(jù)Ainsworth分類系統(tǒng)初步鑒定菌株S03屬于毛霉屬。
2.3菌株S03生長曲線及培養(yǎng)時(shí)間對(duì)其產(chǎn)酶能力的影響
在微生物液體發(fā)酵過程中,為了高度積累目的產(chǎn)物,常須要掌握發(fā)酵代謝和酶活性的最旺盛時(shí)期,該時(shí)期也是高效積累產(chǎn)物的時(shí)期。微生物各生長階段對(duì)目的產(chǎn)物都有重要影響,因此必須根據(jù)不同微生物生長特點(diǎn),把其控制在有利于增加目的產(chǎn)物的最適條件下培養(yǎng)。由圖1可知,從菌株S03的生長曲線和產(chǎn)酶時(shí)程來看,在培養(yǎng)1~6 d時(shí)菌株穩(wěn)定生長,產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d,此時(shí)殼聚糖酶活性達(dá)到1.37 U/mL。
2.4不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)殼聚糖酶的影響
不同碳源對(duì)菌株 S03產(chǎn)酶的影響見表2。殼聚糖酶包括組成型和誘導(dǎo)型,其中多數(shù)為誘導(dǎo)型。本研究中只有以殼聚糖或與其結(jié)構(gòu)類似物作為碳源時(shí)才能誘導(dǎo)產(chǎn)酶,僅以蔗糖或葡萄糖為碳源菌株雖能生長良好卻不能誘導(dǎo)產(chǎn)酶[7]。添加葡萄糖促進(jìn)了酶活性的增長,說明菌株 S03產(chǎn)生的殼聚糖酶也屬于誘導(dǎo)型殼聚糖酶;但葡萄糖添加過多,并不利于殼聚糖酶的產(chǎn)生。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),菌株S03在以甲殼質(zhì)和殼聚糖為誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中產(chǎn)酶能力差別較大,表明該菌株為較專一的產(chǎn)殼聚糖酶菌株。
表2不同碳源對(duì)菌株S03產(chǎn)酶能力的影響
碳源1酶活性(U/mL)1%粉末殼聚糖10.961%膠體殼聚糖11.391%甲殼質(zhì)10.501%葡萄糖10.001%蔗糖10.001%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖11.932%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.175%粉末殼聚糖+0.1%葡萄糖12.271%粉末殼聚糖+1%葡萄糖10.40
2.5溫度、pH值等發(fā)酵條件對(duì)產(chǎn)酶的影響
由圖2可見,培養(yǎng)溫度為28~30 ℃時(shí),菌株S03產(chǎn)殼聚糖酶能力較高。
由圖3可見,培養(yǎng)基起始pH值對(duì)產(chǎn)酶的影響比較明顯,當(dāng)pH值為5.5~6.5時(shí)菌株S03產(chǎn)酶能力較高,pH值為6.0時(shí)該菌產(chǎn)酶能力最強(qiáng),酶活性最高。
3結(jié)論
本研究通過平板劃線分離法篩選到4株產(chǎn)酶能力較強(qiáng)的菌株,在以殼聚糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上均可產(chǎn)生明顯的水解透明圈,其中菌株 S03產(chǎn)酶能力較強(qiáng),系統(tǒng)分離鑒定表明
其屬于毛霉屬。在試驗(yàn)條件下菌株 S03產(chǎn)酶高峰出現(xiàn)在培養(yǎng)3 d時(shí),在以粉末殼聚糖作為碳源的培養(yǎng)基中適量添加葡萄糖可以促進(jìn)菌體增殖從而更利于產(chǎn)酶,說明該菌株產(chǎn)生的殼聚糖酶屬于誘導(dǎo)酶。本研究為進(jìn)一步開發(fā)利用微生物殼聚糖酶資源奠定了基礎(chǔ)。
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