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腾冲热海嗜热纤维素酶产生菌的筛选及酶学研究

更新时间:2016-07-05

在自然环境中,细菌和霉菌分泌的纤维素酶可以降解植物纤维素[1],降解物再进行发酵转化为酒精等物质。此类物质转化对解决当前世界所面临的能源危机、环境污染等问题具有重要的意义[2]

从云南腾冲热海温泉的各个热源地区分离筛选出有纤维素酶活性的菌株,并对纤维素酶的性质进行初步研究。

1 材料与方法

1.1 样品采集

高温沉积物和水样采自云南腾冲热海,采集地点的温度范围 45~80℃,pH值范围4.0~9.0。

1.2 培养基

液体培养基:牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、氯化钠 5 g、CMC-Na 10 g加水到 1,000 mL,pH值调为7.0。

初筛固体培养基:采用嗜热菌通用的DSM88[3]培养基(添加 CMC-Na 10 g/L,琼脂2.0%,调节pH 值为7.0)。

将12株菌接种到发酵培养基中培养后,采用DNS法测定粗酶液(发酵液)中CMCase酶活,酶活在5.0 IU/mL以上的菌株有TCRH-3、TCRH-6、TCRH-7、TCRH-10、TCRH-13,其中酶活最好的是TCRH-6(酶活8.27 IU/mL)(表2)。与刚果红水解圈比值法测定结果比较,只有TCRH-6和TCRH-10在酶活较高的范围内,说明粗酶液(发酵液)测定与刚果红水解圈法测定酶活有一定的差异,初筛可用刚果红水解圈法,复筛则需用粗酶液(发酵液)进行酶活测定。通过筛选,选择酶活最高的菌株TCRH-6菌株进一步进行酶学特性研究。

1.3 试验方法

2.2.9 精密度试验 取“2.2.2”项下混合对照品溶液适量,按“2.2.1”项下色谱条件连续进样测定6次,记录峰面积。结果,龙脑与内标物峰面积比的RSD为0.51%(n=6),表明仪器精密度良好。

在100 mL液体培养基中接种1 mL水样或1 g泥土,于55℃振荡 (160 rmp)培养36~48 h,培养基变混浊。取1 mL培养液按10 倍梯度进行稀释 (10-1、10-2、10-3、10-4),取10-3、10-4稀释液涂布于初筛固体培养基上,置于55℃恒温培养箱中培养36~48 h。挑取单菌落于新鲜初筛固体培养基上再培养,重复多次直至菌落纯化。

2.1.2 菌种复筛

1.3.1 嗜热菌的分离与纯化

将纯化的菌株转接于初筛固体培养基上,分别于55℃恒温培养36~48 h。长出菌落后,用0.5%的刚果红染色液染色20~30 min,用 1.0%NaCl溶液脱色 10 min,对周围有透明圈的菌株进行纯化培养,并用刚果红染色液再次染色,测定透明圈直径(R)及菌落直径(r),筛选出R/r比值较大的菌株进行复筛实验。

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1.3.3 摇瓶复筛

2.2.1 发酵时间对菌株TCRH-6产酶的影响

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在250 mL锥形瓶中加入100 mL发酵培养基,将产纤维素酶的菌株接种于发酵培养基中,在 160 r/min、55℃条件下振荡培养36~48 h后,用二硝基水杨酸法(DNS法)测定发酵液中的粗酶活力[4]

1.3.4 羧甲基纤维素酶(CMCase)活性测定[5]

取1.0 g羧甲基纤维素钠(CMC-Na)溶解于100 mL缓冲溶液中,取2.0 mL CMC-Na溶液与0.5 mL粗酶液混合,55℃反应30 min,用DNS显色法于540 nm波长测定产生的还原糖量。按每1 min催化1 mL培养液产生1 μmol葡萄糖为一个酶活力单位(IU/mL)来计算纤维素酶活力。

2 结果与分析

2.1 菌种筛选

2.1.1 菌种初筛

用液体培养基对样品进行富集培养,分离得到18株菌,培养后选取刚果红染色透明圈直径(R)与菌落直径(r)比值较大的12株菌进行水解圈比值复筛。12株菌水解圈比值均在0.8以上(表1),其中菌株TCRH-10比值最大(3.65),比值在 2.0以上的菌株有TCRH-3、TCRH-5、TCRH-6、TCRH-7、TCRH-10 及TCRH-15,表明滕冲热海温泉中存在有大量产纤维素酶的嗜热菌,而且一些菌株的酶活力比较高。

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表1 产嗜热纤维素酶菌株的初筛结果

菌株编号 DR/r 菌株编号 酶R/r TCRH-2 1.34 TCRH-3 2.62 TCRH-5 2.31 TCRH-6 3.21 TCRH-7 2.48 TCRH-10 3.65 TCRH-11 0.94 TCRH-12 1.26 TCRH-13 1.13 TCRH-15 2.51 TCRH-16 0.84 TCRH-18 1.92

1.3.2 纤维素酶产生菌的初筛

发酵培养基:DSM88培养基(添加CMC-Na 10 g/L,调 pH值到 7.0)。

表2 产嗜热纤维素酶菌株的复筛结果

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2.2 不同因素对菌株TCRH-6产酶的影响

4)训练方式、手段及步骤:利用报纸、文学作品中的经典诗歌、散文等作品,让学生采用朗读、解说、吟诵等对不同形式进行训练。采用划分小组的方式,在小组内部进行个人展示,再从每个小组找代表进行汇报。教师根据学生情况进行总结,点评。

将1 mL菌悬液接种于100 mL发酵培养基中,置于50℃、160 r/min培养。每隔12 h测CMCase的酶活,结果(图1)表明,发酵时间在12~72 h内,菌株TCRH-6的酶活逐步上升。到第72 h,CMCase活力达到最大,72 h之后酶活力随发酵时间的增加逐步降低,因此72 h为最适发酵时间。

图1 发酵时间对TCRH-6产酶的影响

2.2.2 发酵温度对菌株TCRH-6产酶的影响

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将TTCRH-6接种于发酵培养基中,分别置于不同发酵温度的培养基中160 r/min培养,72 h后测定酶活。结果(图2)表明,当发酵温度在30~50℃内,酶活趋于逐步上升阶段,在50℃达到最大值,之后酶活逐步降低,所以50℃为最适发酵温度。

图2 发酵温度对TCRH-6产酶的影响

2.2.3 初始pH对菌株产酶的影响

将菌株TCRH-6接种于不同pH值的发酵培养基中,于50℃恒温培养箱中160 r/min培养,72 h后测量酶活。结果(图3)表明,当培养基的pH值在6.5时,产酶量最大,pH值在5.0~8.0之间菌株能较好的生长,而且具有较高的产酶量。由此表明菌株TCRH-6具有较广的pH值适应性。

图3 pH值对TCRH-6产酶的影响

3 结论

从云南滕冲热海温泉的泥土和水样中筛选到一株嗜热纤维素酶产生菌TCRH-6。该菌株在50℃、pH值为6.5、培养72 h时产酶量最高。

参考文献:

[1]邵学良,刘志伟.纤维素酶的性质及其在食品工业中的应用[J].中国食物与营养,2009,8:34~36.

[2]刘春芬,贺稚非.纤维素酶高产菌株的诱变选育[J].中国酿造,2008,5:29~33.

[3]Chen C,Lin L,Qian P,etal.Meiothermus rosaceus sp.nov.isolated from Tengchong hot spring in Yunnan,China[J].FEMS Microbiol Lett,2002,216(2):263~268.

[4]刘森林,邢苗,刘刚,等.碱性纤维素酶革兰氏阴性菌株筛选及酶学性质研究 [J].微生物学通报,2005,32(4):91~94.

[5]管斌,丁友昉.还原糖测定方法的规范[J].无锡轻工大学学报,1999,18(3):74~79.

晏爱芬,余丽
《保山学院学报》 2018年第2期
《保山学院学报》2018年第2期文献

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