摘 要:為篩選具有廣譜抑菌性的益生菌用于飼料鱖魚養(yǎng)殖,分離定植于攝食人工配合飼料的鱖(Siniperca chuatsi)腸道優(yōu)勢菌并進(jìn)行體外抑菌特性研究。從飼料鱖腸道中分離、培養(yǎng)出 1 株優(yōu)勢益生菌(命名:SJ548),對該菌進(jìn)行形態(tài)學(xué)、生理生化以及 16S rDNA 分子鑒定,使用牛津杯法測定該優(yōu)勢菌對 8 種指示菌的抑菌活性。菌株 SJ548 在 MRS 固體培養(yǎng)基上呈現(xiàn)白色、圓形、邊緣圓潤的菌落,染色鏡檢為桿狀或雙桿狀的革蘭陽性菌;通過生理生化測試及 16S rDNA 基因序列分析,將菌株 SJ548 鑒定為食竇魏斯氏菌(Weissella cibaria)。研究發(fā)現(xiàn):菌株 SJ548 可以抑制大腸桿菌(Escherichia coli)、嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、沙門氏菌(Salmonella enterica)、鰻弧菌(Vibrio anguillarum)、哈維氏菌(V. harveyi)、副溶血弧菌(V. parahaemolyticus)、溶藻弧菌(V. alginolyticus)的生長,抑菌圈的直徑為 13~18 mm。本試驗(yàn)從飼料鱖腸道中分離獲得的 SJ548 作為益生菌,可作為候選菌株開發(fā)為益生菌添加劑。
關(guān)鍵詞:食竇魏斯氏菌(Weissella cibaria);飼料鱖;抑菌
魏斯氏菌(Weissella)屬乳桿菌目(Lactobacillales),明串珠菌科(Leuconostocaceae),魏斯氏菌屬(Weissella),是一類有益乳酸菌[1],生物學(xué)特性為兼性厭氧革蘭氏陽性菌,菌體形態(tài)呈桿狀或球狀[2]。魏斯氏菌屬微生物多存在于酸奶、泡菜等各種發(fā)酵食品,也定植于人、動物腸道[3-4]。魏斯氏菌不僅能產(chǎn)生細(xì)菌素、有機(jī)酸等抗菌物質(zhì),還能產(chǎn)生胞外多糖,具有避免腸道感染、促進(jìn)消化吸收、降低膽固醇以及癌癥的病發(fā)率等作用,因而在醫(yī)藥、食品等行業(yè)的關(guān)注度較高[5-6]。研究證明,魏斯氏菌是動物腸胃菌群成員之一[7],可添加至家禽、水產(chǎn)動物飼料中[8],是一種具有較高開發(fā)價(jià)值的飼料添加劑。
鱖(Siniperca chuatsi)隸屬鱸形目(Perciformes),鱖亞科(Sinipercinae),鱖屬(Siniperca),俗稱翹嘴鱖、桂花魚[9],是我國重要的淡水經(jīng)濟(jì)魚類。鱖喜食活魚餌料,傳統(tǒng)的鱖魚養(yǎng)殖需要配套養(yǎng)殖適口餌料魚,不僅養(yǎng)殖成本高還易污染水體,嚴(yán)重制約鱖魚養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?;l(fā)展[10]。上世紀(jì)90年代,吳遵霖等[11]最早對鱖魚幼魚進(jìn)行了人工配合飼料替換活魚餌料的食性馴化工作,5 d馴飼率超過90%,有效降低了養(yǎng)殖成本。近年來,為促進(jìn)鱖魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的綠色健康發(fā)展,研究人員通過改進(jìn)鱖魚人工配合飼料的工藝和飼養(yǎng)馴化技術(shù),將飼料系數(shù)降至 1 左右[12-17]。隨著飼料養(yǎng)殖技術(shù)的不斷升級和完善,飼料養(yǎng)殖鱖魚的成功率也在逐年提高。本研究從飼料鱖腸道中篩選到 1 株優(yōu)勢菌,通過對形態(tài)學(xué)觀察、革蘭氏染色、生理生化鑒定以及16S rDNA序列分析將該菌鑒定為食竇魏斯氏菌(Weissella cibaria),并對其抑菌活性進(jìn)行研究,以期為飼料鱖魚種質(zhì)選育、飼料添加劑的開發(fā)與應(yīng)用提供科學(xué)基礎(chǔ)。
1 材料和方法
1.1 試驗(yàn)魚及指示菌
50 尾健康飼料鱖由池州一絕生態(tài)養(yǎng)殖有限公司提供,體質(zhì)量(100±5)g,體長15~20 cm。飼料鱖育苗和養(yǎng)殖階段,不使用任何抗生素和益生菌制劑來處理飼料或養(yǎng)殖水體。抑菌試驗(yàn)所用8種指示菌株為大腸桿菌(Escherichia coli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、沙門氏菌(Salmonella enterica)、哈維氏菌(V. harveyi)、鰻弧菌(V. anguillarum)、溶藻弧菌(V. alginolyticus)、副溶血弧菌(V. parahaemolyticus)、嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)均取自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院科研中心。
1.2 主要試劑及儀器
細(xì)菌培養(yǎng)基(MRS、LB),北京陸橋技術(shù)股份有限公司;革蘭氏染色劑,湖南比克曼控股有限責(zé)任公司;細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒,北京索萊寶科技有限公司;光學(xué)顯微鏡BX60,Olympus Corporation 公司;PCR儀和凝膠成像系統(tǒng),莫納生物科技有限公司;UV-5200紫外分光光度計(jì),上海元析儀器有限公司;DY -6C電泳儀,北京市六一儀器廠;BL-50A立式壓力蒸汽滅菌器,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。
1.3 腸道細(xì)菌的分離培養(yǎng)
將采集的試驗(yàn)魚置入冰水混合物中20~30 min,用 75% 酒精對魚體表進(jìn)行消毒,解剖取出腸道,用手術(shù)剪將腸道縱向剪開,用1 mL 滅菌生理鹽水沖洗并收集原液,原液按10倍梯度稀釋至 10-1、10-3、10-5梯度,每個(gè)梯度取100 μL液體涂布于MRS固體培養(yǎng)基,每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)重復(fù)。置于30 ℃培養(yǎng)箱倒置培養(yǎng)12 h,挑取單菌落進(jìn)行反復(fù)劃線傳代,直至鏡檢確認(rèn)為純培養(yǎng)物。將純化后的菌株于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4 細(xì)菌形態(tài)觀察
提取上述純菌落在MRS固體培養(yǎng)基上劃線,30 ℃培養(yǎng)12 h,觀察菌落形態(tài)、顏色等。將純菌落接種至MRS液體培養(yǎng)基中,30 ℃、200 r/min恒溫振蕩培養(yǎng)12 h,將培養(yǎng)到指數(shù)期(OD600為0.5~0.8)的菌株使用PBS緩沖液漂洗、戊二醛(2.5%)固定、酒精梯度脫水和叔丁醇重懸后制片上機(jī)進(jìn)行掃描電鏡觀察其形態(tài)。
1.5 細(xì)菌生理生化鑒定
對菌株進(jìn)行革蘭氏染色試驗(yàn),鏡檢觀察細(xì)菌菌體形態(tài)及顏色。使用VITEK2法進(jìn)行生理生化測試[18],參考《伯杰細(xì)菌鑒定手冊》及《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》對其歸類判定。
1.6 16S rDNA鑒定
參照細(xì)菌基因組 DNA 提取試劑盒說明提取分離純化的菌株基因組DNA。以27F(5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3')和1492R(5'-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3')擴(kuò)增16S rDNA序列。將PCR產(chǎn)物送至北京知序生物科技有限公司進(jìn)行測序,測序結(jié)果在NCBI上進(jìn)行Blast在線比對分析,并使用MEGA 11軟件的鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。
1.7 抑菌試驗(yàn)
菌液的制備:將8種指示菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、哈維氏菌、鰻弧菌、溶藻弧菌、副溶血弧菌、嗜水氣單胞菌)接入LB培養(yǎng)基中30 ℃震蕩培養(yǎng)12 h,將達(dá)到對數(shù)期的菌液涂布于LB固體培養(yǎng)基上,放置4個(gè)牛津杯。其中3個(gè)牛津杯加入100 μL的菌懸液,1個(gè)牛津杯加入100 μL的蒸餾水作為空白對照。30 ℃恒溫培養(yǎng)12 h,觀察抑菌圈大小,并用游標(biāo)卡尺測量。
1.8 數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計(jì)使用Excel 2022軟件,采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,使用單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行顯著性差異比較,結(jié)果都以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SEM)”表示,顯著水平是P<0.05。
2 結(jié)果
2.1 菌株形態(tài)特征
本研究成功從飼料鱖腸道中分離得到1株優(yōu)勢菌,命名為SJ548。觀察菌落為白色、圓形、表面飽滿光滑、邊緣圓潤(封三圖1A);掃描電鏡結(jié)果如圖1B所示,優(yōu)勢菌的菌體形狀規(guī)則,呈桿狀或雙桿狀,無鞭毛,表面較光滑,細(xì)菌長度約為1.59 μm、寬度約為0.47 μm。
2.2 生理生化特征
革蘭氏染色結(jié)果顯示,菌株SJ548為革蘭氏陽性菌(封三圖2)。通過VITEK2法鑒定菌株SJ548的生理生化結(jié)果見表 1,菌株SJ548能利用甘露糖、蔗糖、麥芽糖,不能利用苦杏仁苷、核糖、木糖、山梨醇、葡萄糖吡喃苷、海藻糖、葡萄糖、半乳糖,對新生霉素、奧普托欣、O/129、多黏菌素、桿菌肽具有耐受性,菌株符合《常用細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》中關(guān)于魏斯氏菌的生理生化特征描述,初步鑒定其為魏斯氏菌。
2.3 16S rDNA序列分析和系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建
采用PCR儀擴(kuò)增菌株SJ548的16S rDNA基因獲得大小為1 441 bp的片段,將該序列提交到GenBank核苷酸序列數(shù)據(jù)庫,登陸號為PP068943.1(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/PP068943)。16S rDNA測序結(jié)果用NCBI 的Blast在線分析工具對該菌株的16S rDNA基因序列測序結(jié)果進(jìn)行同源序列比對分析,結(jié)果顯示:菌株SJ548與食竇魏斯氏菌2769 (MT611777.1) 的相似度為 99.93%,并利用MEGA 11構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,如封三圖 3。菌株SJ548與食竇魏斯氏菌2769 (MT611777.1)同處最小的進(jìn)化分支,說明相似性很高。綜合菌體形態(tài)、革蘭氏染色及分子鑒定結(jié)果,最終判定菌株SJ548為食竇魏斯氏菌。
2.4 抑菌能力結(jié)果
通過牛津杯法檢測食竇魏斯氏菌SJ548對8株指示菌的抑菌效果,結(jié)果顯示菌株SJ548對于指示菌均有不同程度的抑制作用。由封三圖4可見,在牛津杯周圍均出現(xiàn)了很清晰的抑菌圈,并且抑菌圈亦近圓形,抑菌圈的直徑為13~18 mm(表 2)。其中菌株SJ548對哈維氏菌、溶藻弧菌的抑菌圈相對于其他6種檢測菌株更大,與副溶血弧菌、大腸桿菌的抑菌圈直徑有顯著性差異。
3 討論
魏斯氏菌具有抗菌活性、抗氧化性及對胃腸道的耐受性,合理攝取后能夠調(diào)節(jié)機(jī)體腸道穩(wěn)態(tài),保持腸道的健康環(huán)境,對宿主具有積極的益生效果,是一種潛在益生菌[19]。近年來,水產(chǎn)動物腸道分離鑒定出魏斯氏菌時(shí)有報(bào)道,如王騰騰等[20]在許氏平鮋(Sebastes schlegelii)中分離的食竇魏斯氏菌 YH1、Soltanl等[21]在波斯鱘(Acipenser persicus)腸道中分離的食竇魏斯氏菌,以及Estefanla等[22]從魚、海鮮中分離的魏斯氏菌屬細(xì)菌等,這些研究不僅揭示了水產(chǎn)動物腸道中魏斯氏菌的特性,更為其在未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中開拓了廣闊的應(yīng)用前景。本研究從飼料鱖腸道內(nèi)分離獲得了1株優(yōu)勢菌,通過對其形態(tài)觀察、革蘭氏染色、生理生化檢測和16S rDNA基因序列分析,確定該株優(yōu)勢菌為魏斯氏菌屬成員,命名為食竇魏斯氏菌SJ548。
魏斯氏菌是乳酸菌中的重要菌種,具有很高的生物安全性[23],可以產(chǎn)生抗菌化合物如細(xì)菌素、乳酸、抗菌物質(zhì)等來抑制病原微生物的活性[8],因此具有良好的抗菌性。Zhu等[24]添加食竇魏斯氏菌C-10至鯽(Carassiu auratus)飼料中,增強(qiáng)了鯽對維氏氣單胞菌(Aeromonas veronii)感染的免疫力。Huy等[25]首次在凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)中分離一株食竇魏斯氏菌HN05并檢測其對大腸桿菌和弧菌具有均有較寬的抑制譜,可作為一種潛在的蝦用益生菌。本研究結(jié)果顯示,食竇魏斯氏菌SJ548表現(xiàn)出廣譜的抑菌活性,既可以抑制在水體中普遍存在的細(xì)菌,如大腸桿菌、嗜水氣單胞菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、鰻弧菌,也可以抑制分布于海水環(huán)境中的細(xì)菌,如:哈維氏菌、副溶血弧菌、溶藻弧菌。食竇魏斯氏菌SJ548的廣譜抗菌特性使其成為提高鱖魚抗病能力的理想益生菌添加劑,將其添加到鱖魚飼料中預(yù)計(jì)將會有助于鱖魚抵御多種病原體對腸道的侵害。
魏斯氏菌還具有免疫調(diào)節(jié)、提高生長性能、抗氧化性等的益生作用。有研究報(bào)道將魏斯氏菌添加至水產(chǎn)動物的飼料中,能安全存活于腸胃中。Kahyanl等[26]將融合魏斯氏菌添加至虹鱒(Oncorhynchus mykiss)飼料中,添加組的生長性能顯著提高(P<0.05),還發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)魚體內(nèi)溶菌酶活性顯著增加、TNF-α和IL-8顯著上升。王騰騰等[20]將食竇魏斯氏菌添加至許氏平鮋飼料中,提高了魚的特性生長率與飼料效率。因此,我們實(shí)驗(yàn)室下一步計(jì)劃將魏斯氏菌添加至鱖魚人工飼料中,并對鱖魚消化吸收、生長性能、血清免疫參數(shù)、免疫相關(guān)基因表達(dá)和腸道菌群等進(jìn)行研究,為鱖魚腸道微生態(tài)制劑的開發(fā)提供新的思路。
4 結(jié)論
本試驗(yàn)從飼料鱖腸道中篩選出1株優(yōu)勢菌SJ548,經(jīng)生理生化測試及16S rDNA基因序列以及系統(tǒng)發(fā)育樹分析鑒定該菌株為食竇魏斯氏菌。對其抑菌效果進(jìn)行分析,該菌株對大腸桿菌、嗜水氣單胞菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、鰻弧菌、哈維氏菌、副溶血弧菌、溶藻弧菌均表現(xiàn)出抑菌活性。食竇魏斯氏菌SJ548可作為益生菌添加劑的候選菌株,為鱖魚養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
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Isolation, identification and antibacterial characteristics of a Weissella strain from feed mandarin fish (Siniperca chuatsi)
WANG Jiayu1, GAO Xiaowei1, HAO Yaotong1, GAO Xiaotian2, QI Zunli1,SUN Yanfeng1, WU Chengbin1
(1.Ocean College of Hebei Agricalture University, Qinhuangdao 066000, China;2. Hebei Academy of Marine and Fishery Sciences (Hebei Marine Fisheries Ecological Environment Monitoring Station), Qinhuangdao, Hebei 066003, China)
Abstract:In order to select probiotics with broad-spectrum bacteriostatic properties for use in the culture of mandarin fish(Siniperca chuatsi), the dominant bacteria was isolated from the intestine of mandarin fish, which ingests artificial diets, and their bacteriostatic properties were investigated in vitro. A dominant probiotic strain (SJ548) was isolated and cultured from the intestine of feed mandarin fish. It was identified morphologically, physiologically, biochemically, and molecularly by 16S rDNA, and the inhibitory activities of SJ548 were determined by an Oxford Cup assay on 8 indicator organisms. SJ548 showed white, rounded colonies with rounded edges on MRS solid medium, and staining microscopy showed that it was a Gram-positive bacterium with rod-shaped
or double rods. Through physiological and biochemical tests and 16S rDNA gene sequence analysis, SJ548 was identified as a Weissella cibaria. It was found that strain SJ548 could inhibit Escherichia coli, Aeromonas hydrophila, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica, Vibrio anguillarum, V. harveyi, V. parahaemolyticus, and V. alginolyticus, and the diameter of the circle of inhibition was 13~18 mm. SJ548 isolated from the intestinal tract of feed mandarin fish in the present experiment can be used as a candidate strain for development as a probiotic, which can provide a scientific basis for the research and development of artificial feed additives for mandarin fish and the ecological culture of mandarin fish.
Key words:Weissella cibaria; feed mandarin fish; antibacterial
(收稿日期:2024-04-18)
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32303030);河北省自然科學(xué)基金(C2021204089;V1654588161890;236Z6701G);河北農(nóng)業(yè)大學(xué)人才引進(jìn)科研基金(YJ2020032);河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(BJK2024012);河北省淡水養(yǎng)殖創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)名優(yōu)特種類繁育及綠色高效養(yǎng)殖(HBCT2023230205)。
作者簡介:王家玉(1999-),女,碩士研究生,研究方向:水產(chǎn)動物遺傳育種。E-mail:wangjygjm@sina.com。
通訊作者:孫硯峰(1981-),男,副教授,研究方向:水域環(huán)境生態(tài)。E-mail:yfsun2004@163.com。