耐有机溶剂脂肪酶产生菌的筛选和鉴定

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由于有机溶剂耐受菌分泌的酶在高浓度的有机 溶剂中通常保留活性, 所以它在工业生物技术和环 境生物技术中发挥积极作用[2]. 自从 Inoue Horikoshi 在 1989 年首次发现一种假单孢菌能够在高浓度的 苯中生长以来, 人们陆续发现某些细菌比其他大多 数微生物更能耐受有机溶剂, 其中一些细菌能产耐 有机溶剂的酶[3-4]. 迄今为止, 从自然界分离到能产 耐有机溶剂脂肪酶的菌种较少, 据报道的有 Pseudomonas aeruginosa LST-03、Pseudomonas sp. S5、Bacillus sphaericus 205y 和 Serratia marcescens ECU1010 等 [5-8]菌株. 本文进行了耐有机溶剂脂肪 酶产生菌的筛选、分离和菌种鉴定, 同时对粗酶液 的有机溶剂耐受性也进行了研究.
肪酶液在乙腈中酶活提高, 在苯、氯仿、正己烷、石油醚和异辛烷中表现出较高的稳定性.
关键词: 铜绿假单胞菌; 有机溶剂耐受性; 脂肪酶
中图分类号: Q 93
文献标识码: A
脂肪酶作为一种重要的生物催化剂, 其潜力越 来越被人们所认识, 尤其是它在有机溶剂存在的情 况下用于催化不对称合成反应. 然而酶在非水介质 中活性降低—— 比其在水溶液中活性降低 4~5 个数 量级[1], 因此人们采取了一些物理和化学方法来提 高酶在有机溶剂中的活性. 可是如果能从自然界直 接筛选到耐有机溶剂脂肪酶, 那么对于催化有机合 成将是十分有利的.
彭 仁1, 2, 林金萍1, 魏东芝1*
(1. 华东理工大学反应器工程国家重点实验室, 上海 200237; 2. 江西师范大学生命科学学院, 江西 南昌 330022)
摘要: 从国内各地采取土样分离筛选产耐有机溶剂脂肪酶的新菌株, 通过形态和生理生化特征以及系统进
化树分析, 筛选到的新菌株命名为 Pseudomonas aeruginosa CS-2. 来自 Pseudomonas aeruginosa CS-2 的粗脂
2 结果与讨论
2.1 耐有机溶剂脂肪酶产生菌的筛选 脂肪酶产生菌包括细菌、真菌、酵母和放线菌.
现有多种简单可靠的方法来筛选脂肪酶产生菌. Sierra[12] 用 含 有 Tween-80 的 固 体 培 养 基 来 筛 选 脂 肪 酶产生菌, 微生物分泌的脂肪酶会在菌落周围形成 透明圈. 此外, 也可用其他类型的吐温表面活性剂 加入耐尔蓝. Cardenas等[13]用三丁酸甘油酯在琼脂 平板上来筛选脂肪酶产生菌, Wang等[14]用改良的罗 丹明B琼脂平板来筛选脂肪酶产生菌. 本文在三丁 酸甘油酯琼脂平板中加入维多利亚蓝来进行脂肪酶 产生菌的筛选, 通过菌落周围形成变色圈来指示脂 肪酶产生.
表 1 菌株 CS-2 的生物学特征
特征
结果
特征 结果
形状
杆状
淀粉

形 革兰氏染色 革兰氏阴性 水
明胶
+

芽孢
不产芽孢 解 干酪素
+

荚膜
具夹膜 状 吐温-80 +

鞭毛
单端生鞭毛

25 ℃
+Байду номын сангаас


37 ℃
+

45 ℃
+
触酶活性
+
D-乳糖 +
脲酶活性

硝酸盐还原

伏普实验

甲基红实验
征 H2S 形成

本文通过富集培养后, 将获得的耐有机溶剂的微 生物用于初筛和复筛. 所有的菌株中, 菌株 CS-2 所产 脂肪酶的有机溶剂耐受性最高, 它在体积分数为 25% 的甲苯中 30℃下孵育 30 min 后残余酶活力达 95.7%, CS-2 被作为目标菌用于后续研究中. 2.2 菌株 CS-2 的形态特征和生理生化特征
收稿日期: 2010-11-03 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(2009CB724703)和江西省科技支撑计划(200800361)资助项目. 作者简介: 彭 仁(1972-), 男, 江西丰城人, 副教授, 主要从事生物催化与生物转化研究.
198
江西师范大学学报(自然科学版)
2011 年
D-果糖 +

+
用 D-麦芽糖 −

碳 D-葡萄糖 +

源 蔗糖


甘露醇 +
柠檬酸盐利用
+
甘油
+
“+”表示阳性结果; “−” 表示阴性结果.
第2期
彭 仁, 等: 耐有机溶剂脂肪酶产生菌的筛选和鉴定
199
为Pesudomonas aeruginosa[15-16]. 该菌株与产耐有机 溶剂脂肪酶的菌株 Pseudomonas aeruginosa LST-03 相比, 在某些特征方面不相同. Pseudomonas aeruginosa LST-03 在 45℃不能生长, 而菌株 CS-2 却能生长; Pseudomonas aeruginosa LST-03 不能利用乳糖作为 碳源, 而菌株 CS-2 却可以利用乳糖. 2.3 16S rDNA 基因的 PCR 扩增和克隆
培养48 h, 产脂肪酶能力较强的菌株在培养基上生 长之后会分解培养基中的三丁酸甘油脂, 菌落周围 形成蓝色且大小不一的变色圈. 根据菌体生长的快 慢和变色圈的大小, 选择合适的菌株(变色圈直径与 菌落直径比大于2)用于复筛. 1.3.3 复筛 将初筛获得的菌株接种到种子培养基 中, 于 30 ℃、180 r/min 下培养 24 h, 然后取 2. 5 mL 种子液转接到复筛培养基中, 于 30 ℃、180 r/min 下 培养 48 h, 取 1 mL 发酵液在 12 000 r/min 离心 15 min, 上清液加入体积分数为 25%的甲苯, 在30 ℃下孵育 30 min 后测定脂肪酶活力, 同时测定未加甲苯时的 脂肪酶活力. 1.3.4 脂肪酶活性的测定方法 脂肪酶的活性测定 用对硝基苯棕榈酸酯(p-NPP)作为底物. 将该底物溶 解在异丙醇中(20 mmol/L), 取75 μL底物加入3 mL Tris-HCl(50 mmol/L, pH=8.0)缓冲液中, 然后在50 ℃ 条件下孵育5 min, 再加入50 μL酶溶液, 并让反应持 续10 min. 最后加入1 mL 质量体积分数为0. 05%的 SDS终止反应, 在410 nm测定吸光度. 以1 min内反 应释放1 μmol对硝基苯酚作为1个单位的脂肪酶 活性. 1.3.5 菌株的形态特征和生理生化特征鉴定 试验 方法分别参照文献[9]的方法进行. 1.3.6 菌株的 16S rDNA 分析 用 TIANamp Bacteria DNA Kit 提取细菌基因组, 然后扩增 16S rDNA 基因. 引物分别为5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′(正向) 和 5′-ACGGTTACCTTGTTACGACTT-3′(反向)[10]. PCR 反应条件: (1)94 ℃预变 2 min; (2)94 ℃变性 20 s; (3) 58 ℃退火 20 s; (4)72 ℃延伸 1.5 min; (5)重复步骤(2)~ (4) 35 次; (6)72 ℃最终延伸 3 min; 用琼脂糖凝胶电泳分 析 PCR 结果, 然后用博大 PCR 产物快速胶回收试剂 盒进行扩增产物的回收. 用 PTG-19T 载体克隆 PCR 产物, 克隆所用的受体菌为 E. coli DH5α 感受态细胞, 将插入 16S rDNA 基因的质粒进行测序. 将测序结果 用 BLAST 软件与 GenBank 中相关菌属的 16S rDNA 进行比对, 用 CLUSTALX 和 PHYLIP 软件构建进化 树[11]. 1.3.7 粗酶液的有机溶剂耐受性 将 Pseudomonas aeruginosa CS-2 转接到复筛培养基中, 于 30°C (180 r/min)下培养 48 h. 取 1 mL 发酵液在 12 000 r/min 离 心 15 min, 上清液加入不同的体积分数为 25%的有机 溶剂, 30 ℃下孵育 30 min 后, 测定残余脂肪酶活力, 同时测定未加有机溶剂的脂肪酶活力作为对照.
第 35 卷 第 2 期 2011 年 3 月
江西师范大学学报(自然科学版) JOURNAL OF JIANGXI NORMAL UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE)
文章编号: 1000-5862(2011)02-0197-04
耐有机溶剂脂肪酶产生菌的筛选和鉴定
Vol. 35 No. 2 M a r . 2011
1 材料和方法
1.1 材料 供试土壤为不同地点的土样. 采样后, 用灭菌
的铝盒将土壤样品带回实验室. TIANamp Bacteria
DNA Kit 购自 TIANGEN BIOTECH 公司、PTG-19T 购自上海捷瑞生物工程有限公司、E. coli DH5α 为本 实验室保存. PCR 产物快速胶回收试剂盒购自博大 泰恒生物技术有限责任公司. 1.2 培养基 1.2.1 富集培养基 橄榄油10.00%, (NH4)2SO4 0.50%, K2HPO4 0.35%, KH2PO4 0.10%, NaCl 0.25%, MgSO4· 7H2O 0.05%, 用蒸馏水配置, 调节 pH 值为 7.5. 1.2.2 固体平板分离培养基 琼脂 1.50%, 三丁酸甘 油脂 2.50%, (NH4)2SO4 1.00%, 维多利亚蓝 0.001%, K2HPO4 0.35%, KH2PO4 0.10%,NaCl 0.25%, MgSO4· 7H2O 0.05%, 用蒸馏水配置, 调节 pH 值为 7.5. 1.2.3 种 子 培 养 基 蛋 白 胨 0.50%, 酵 母 提 取 物 0.30%, 葡萄糖 0.50%, NaCl 0.25%, MgSO4·7H2O 0.05%, 用蒸馏水配置, 调节 pH 值为 7.5. 1.2.4 复筛培养基 橄榄油 1.00%, 酵母提取物 4.00%, K2HPO4 0.50%, MgSO4·7H2O 0.10%, 0.04%的阿拉 伯胶, 用蒸馏水配置, 调节 pH 值为 7.5. 1. 3 方法 1.3.1 富集培养 将采集的土壤样品 10 g, 悬浮在 90 mL 灭菌的生理盐水中, 在 180 r/min 中的摇床中 振荡 30 min, 取其中 200 µL 的悬浮液加入到 20 mL 并含有 2 mL 甲苯的富集培养基中, 于 30 ℃、180 r/min 下培养 7 d. 然后将 2 mL 培养液转接到含有甲 苯的新鲜培养基中再培养 7 d, 重复转接 2 次. 1.3.2 初筛 选择有明显的微生物生长的富集培养 液, 将培养液涂布于固体分离平板中, 30 ℃温箱中
注: Pseudomonas fluorescens ICMP、Pseudomonas fluorescens NO7、Pseudomonas putida 813、Pseudomonas putida MHF 7109、 Pseudomonas sp.S5、Pseudomonas sp. pDL01、Pseudomonas aeruginosa MML2212、Pseudomonas aeruginosa CS-2、Pseudomonas aeruginosa PAO1、 Burkholderia cepacia CCUG3000 的 16S rDNA 基因登录号分别为 AJ308308、FJ972536、FJ544330、 FJ975149、AY738722、AF125317、EU344794、AE004091、 GQ254065、AF346901.
菌株 CS-2 的形态特征和生理生化特征见表 1. 该菌的菌落为圆形有光泽, 乳黄色. 菌株形状为杆 状, 革兰氏阴性, 不产芽孢, 具夹膜, 单端生鞭毛. 在 25、37、 45℃均能生长. 不产脲酶,不产 H2S,能 利用柠檬酸盐、D-乳糖、D-果糖、D-葡萄糖、甘露 醇和甘油, 但不能利用 D-麦芽糖和蔗糖. 能水解明 胶、干酪素和吐温-80, 但不能水解淀粉. 从菌株 CS-2 的形态特征和生理生化特征来分析, 菌株 CS-2
以菌株 CS-2 基因组总 DNA 为模板, 用细菌的 通用引物进行 PCR 扩增, 得到约 1.5 kb 的产物(图 1). PCR 产物回收纯化后, 用 PTG-19T 载体进行克隆, 克 隆酶切(内切酶为 EcoRI/HindIII)鉴定结果见图 1, 说 明 16S rDNA 基因已经成功地连接在 PTG-19T 载体 上, 然后将插入 16S rDNA 基因的质粒进行测序, 结 果表明 16S rDNA 基因序列长度为 1 499 bp, 将菌株 CS-2 的 16S rDNA 向 GenBank 进行了提交, 其序列 登录号为 GQ254065.
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