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    高產(chǎn)纖維素酶菌株的微波誘變及篩選研究

    2014-07-28 13:55:54王強(qiáng)強(qiáng)莫海飛董靜張利伍紅
    湖北畜牧獸醫(yī) 2014年3期
    關(guān)鍵詞:里氏木霉致死率

    王強(qiáng)強(qiáng)+莫海飛+董靜+張利+伍紅

    摘要:為了能夠選育出一株高產(chǎn)纖維素酶的優(yōu)良菌株,采用微波對(duì)其孢子懸液進(jìn)行不同時(shí)間的輻照處理后,篩選出一株能高產(chǎn)纖維素酶的突變菌株B40 1,在最適產(chǎn)酶條件下,該突變菌株所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力和羧甲基纖維素酶活力分別是出發(fā)菌株的169.9%、110.0%。

    關(guān)鍵字:里氏木霉;纖維素酶;微波誘變;酶活力

    中圖分類號(hào):S852.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-273x(2014)03-0005-03

    纖維素是地球上最豐富且最廉價(jià)的可再生資源之一,棉、木、麻及各種秸稈中均含有豐富的纖維素。目前已經(jīng)得到的纖維素酶仍不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要,所以尋找新的適于再生能源需要的高催化活性、低成本的纖維素酶,依舊是此后的研究熱點(diǎn)[1 3]。尋找和開發(fā)高產(chǎn)纖維素酶新菌種,選育出纖維素酶高產(chǎn)優(yōu)良菌株是纖維素資源能否高效利用的關(guān)鍵問(wèn)題,也是今后纖維素酶高產(chǎn)菌選育研究的一項(xiàng)重要任務(wù),具有非常重要的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義[4 7]。

    微波是一種高頻電磁波,能夠?qū)σ恍O性分子如水分子、蛋白質(zhì)、核苷酸、碳水化合物等產(chǎn)生快速震動(dòng)的刺激作用,使細(xì)胞內(nèi)DNA分子氫鍵和堿基堆積化學(xué)力受到損傷,引起DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而發(fā)生遺傳變異[8]。本試驗(yàn)以里氏木霉Rutc30為出發(fā)菌株,經(jīng)微波輻照處理,最終選育出一株高產(chǎn)纖維素酶的里氏木霉突變菌株B40 1。

    1材料與方法

    1.1材料

    1.1.1菌種 里氏木霉菌株(TrichodermareeseiRutc30),由本實(shí)驗(yàn)室保存。

    1.1.2主要儀器 ODELGSKP 01BII型隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱(湖北省黃石市醫(yī)療器械廠);HZQ CV型空氣振蕩培養(yǎng)箱(哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠);UV 6100型紫外可見分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司);家用微波爐(額定輸出功率800 W,脈沖頻率2450 MHz);ST16R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)Thermo(德國(guó))。

    1.1.3主要試劑 ①DNS試劑:3,5 二硝基水楊酸5.3 g,NaOH 9.9 g,酒石酸鉀鈉153 g,無(wú)水亞硫酸鈉4.15 g,苯酚3.8 mL,蒸餾水708 mL;②葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液:稱取葡萄糖0.036 g,蒸餾水定容至100 mL;③0.05 mol/mL,pH 4.8的檬酸 檸檬酸鈉緩沖液:無(wú)水檸檬酸9.6 g,無(wú)水檸檬酸鈉16.1186 g,蒸餾水定容至100 mL等。

    1.1.4培養(yǎng)基 ①土豆培養(yǎng)基:馬鈴薯20 g,葡萄糖2 g,瓊脂2 g,自來(lái)水定容至100 mL,pH自然;②分離培養(yǎng)基:KH2PO4 0.100 g,MgSO4·7H2O 0.025 g,(NH4)2SO4 1.000 g,CMC Na 1.000 g,去氧膽酸納0.250 g,剛果紅0.020 g,瓊脂2.000 g,蒸餾水定容至100 mL,pH自然;③MM培養(yǎng)基:葡萄糖20 g,(NH4)2SO4 5.0 g,KH2PO415 g,MgSO4·7H2O20.6 g,CaCl2 0.453 1 g,CoCl2·6H20 3.7mg,F(xiàn)eSO4·7H2O 5 mg,ZnSO4·7H2O1.4mg,MnSO4·H2O1.6mg,加蒸餾水至1 000 mL,pH自然。

    1.2方法

    1.2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線 取6支10 mL試管,分別加入相應(yīng)試劑,于沸水浴中顯色5 min,取出后用冰水迅速冷卻,加入蒸餾水至5 mL,搖勻靜置,于540 nm波長(zhǎng)處測(cè)定光吸收值。以葡萄糖含量(mg/mL)為橫坐標(biāo),以O(shè)D值為縱坐標(biāo),繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線[9]。

    1.2.2菌株的活化、培養(yǎng)與孢子懸液制備 刮取冷凍里氏木霉菌絲少許,轉(zhuǎn)至盛有0.85%生理鹽水的試管內(nèi),40 ℃水浴振蕩復(fù)蘇100 s;吸取適量菌液平板涂布,30 ℃恒溫培養(yǎng)4 d;用pH為7.0的磷酸緩沖液沖洗下孢子,180 r/min,30℃恒溫振蕩30 min,使孢子充分活化并分散;用血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行計(jì)數(shù),最后用相同濃度的生理鹽水將孢子懸液稀釋至106個(gè)/mL[8 11]。

    1.2.3微波誘變 微波爐調(diào)至最大功率800 W,額定頻率2 450 MHz。按不同的輻照時(shí)間對(duì)孢子懸浮液進(jìn)行處理后,冰水浴1 min以消除微波熱效應(yīng),取輻照后的孢子懸液涂布于分離培養(yǎng)基平板上,30 ℃恒溫培養(yǎng)5d后進(jìn)行菌落計(jì)數(shù),同時(shí)計(jì)算微波不同輻照時(shí)間下的致死率[8,12]。致死率=(對(duì)照菌落數(shù) 處理菌落數(shù))/對(duì)照菌落數(shù)×100%。

    1.2.4突變菌株的篩選及擴(kuò)大培養(yǎng) 篩選培養(yǎng)5 d后,挑選透明圈與菌落直徑之比大于2.0(H/C>2.0)、生長(zhǎng)較快且產(chǎn)孢豐滿的菌落,接種到MM培養(yǎng)基中,180 r/min,30 ℃恒溫培養(yǎng)72 h。稱取菌絲1 g(濕重)接種于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中,相同條件下培養(yǎng)5 d。取適量培養(yǎng)液于4 ℃,6 000 r/min離心10 min,將上清液移至新的EP管中,備用[8,13 15]。

    1.2.5纖維素酶活力測(cè)定 ①取適量原菌株酶液,沸水浴中處理5 min,為對(duì)照組備用;②FPA活力測(cè)定:將新華濾紙裁成6 cm×1 cm的長(zhǎng)方形,卷成圓筒狀置于50 mL試管中,加入0.05 mol/mL、pH 4.8的檸檬酸 檸檬酸鈉緩沖液1.5 mL,加酶液0.5 mL(空白先不加),50℃水浴平衡60 min后,加3 mLDNS試劑,沸水浴10 min后冰水中迅速冷卻,補(bǔ)加蒸餾水至25 mL,搖勻靜置,于540 nm處測(cè)吸光值。③羧甲基纖維素酶活力測(cè)定:在50 mL試管中先各加入1%CMC溶液0.5 mL,再加入0.5 mL酶液(空白先不加),50 ℃保溫30 min后,加入2.0 mLDNS試劑,水浴煮沸5min,冰水迅速冷卻后加蒸餾水至10 mL,混勻靜置,在540 nm處測(cè)OD值[9,15]。

    纖維素酶活定義:在50℃條件下,每毫升樣品每小時(shí)水解生成1mg葡萄糖的酶量為一個(gè)酶活力單位。

    2結(jié)果與分析

    2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

    從圖1可知,葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.002 3x 0.015,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.997 8,線性較好,可以用于纖維素酶活力的測(cè)定。

    2.2微波對(duì)里氏木霉Rutc30的孢子懸液致死率

    以里氏木霉Ritc30為出發(fā)菌株,選用輸出功率800W,額定頻率2450MHz的微波對(duì)其孢子懸浮液進(jìn)行輻照處理,輻照時(shí)間分別是10、20、40、60、80、100 s后,孢子致死率與輻照時(shí)間關(guān)系見表1、圖2。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20 s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    2.2微波誘變后突變菌株的篩選及其產(chǎn)酶活力的鑒定

    微波誘變后,在分離培養(yǎng)基平板上挑選纖維素水解圈與菌落直徑之比大于2.0( H/C>2.0)、選擇生長(zhǎng)較快且孢子豐滿的6株菌株,編號(hào)后對(duì)其搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng),測(cè)定突變菌株產(chǎn)纖維素酶的酶活力,以鑒定突變菌株的產(chǎn)酶性能,結(jié)果見表2。

    從表2可知,挑選出的6株突變菌株,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力均高于原出發(fā)菌株,相對(duì)FPA活力為127.7%~169.9%。綜合CMCase活力測(cè)定結(jié)果,最終選育出一株高產(chǎn)纖維素酶的菌株B40 1。其相對(duì)FPA活力、CMCase活力分別為169.9%、110.0%。

    3小結(jié)與討論

    通過(guò)本試驗(yàn),可知以微波作為菌株誘變方法是可行的,且具有較好的誘變效果;運(yùn)用冰水浴法,對(duì)輻射后的孢子懸液冰水浴處理,極大程度上消除了微波熱效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響,從而使孢子懸液誘變過(guò)程中,溫度始終保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。由此建立了微波誘變方法。

    通過(guò)本試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)輻射時(shí)間為20 s時(shí),致死率為81.2%,說(shuō)明里氏木霉Rutc30對(duì)微波極為敏感,同時(shí)確定微波誘變的最佳時(shí)間為40s。篩選出的突變菌株B40 1,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力達(dá)到3.061 U,是原出發(fā)菌株所產(chǎn)纖維素酶活力的1.7倍。

    在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波誘變后的菌株生長(zhǎng)較原菌株快很多,但菌絲高度較原菌株矮,其機(jī)理有待進(jìn)一步的探討。

    參考文獻(xiàn):

    [1]李燕紅,趙輔昆.纖維素酶的研究進(jìn)展[J].生命科學(xué),2005,17(5):392 397.

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    [3]CHAND P,ARUNA A,MAQSOOD A M,et al.Novel mutation method forincrease cellulose production[J].The Society for Applied Microbiology,2004,98:318 323.

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    [13] 董志揚(yáng),祝令香,于 巍.等.纖維素酶高產(chǎn)菌株的誘變選育及其產(chǎn)酶條件研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2001,15(1):26 31.

    [14] 伍 紅,秦天鶯,譚德勇,等.瑞氏木霉QM9414利用蔗渣發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008,30(6):620 624.

    [15] 張瑞萍.纖維素酶的濾紙酶活和CMC酶活的測(cè)定[J].印染助劑,2002,19(5):52 53.

    纖維素酶活定義:在50℃條件下,每毫升樣品每小時(shí)水解生成1mg葡萄糖的酶量為一個(gè)酶活力單位。

    2結(jié)果與分析

    2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

    從圖1可知,葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.002 3x 0.015,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.997 8,線性較好,可以用于纖維素酶活力的測(cè)定。

    2.2微波對(duì)里氏木霉Rutc30的孢子懸液致死率

    以里氏木霉Ritc30為出發(fā)菌株,選用輸出功率800W,額定頻率2450MHz的微波對(duì)其孢子懸浮液進(jìn)行輻照處理,輻照時(shí)間分別是10、20、40、60、80、100 s后,孢子致死率與輻照時(shí)間關(guān)系見表1、圖2。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20 s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    2.2微波誘變后突變菌株的篩選及其產(chǎn)酶活力的鑒定

    微波誘變后,在分離培養(yǎng)基平板上挑選纖維素水解圈與菌落直徑之比大于2.0( H/C>2.0)、選擇生長(zhǎng)較快且孢子豐滿的6株菌株,編號(hào)后對(duì)其搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng),測(cè)定突變菌株產(chǎn)纖維素酶的酶活力,以鑒定突變菌株的產(chǎn)酶性能,結(jié)果見表2。

    從表2可知,挑選出的6株突變菌株,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力均高于原出發(fā)菌株,相對(duì)FPA活力為127.7%~169.9%。綜合CMCase活力測(cè)定結(jié)果,最終選育出一株高產(chǎn)纖維素酶的菌株B40 1。其相對(duì)FPA活力、CMCase活力分別為169.9%、110.0%。

    3小結(jié)與討論

    通過(guò)本試驗(yàn),可知以微波作為菌株誘變方法是可行的,且具有較好的誘變效果;運(yùn)用冰水浴法,對(duì)輻射后的孢子懸液冰水浴處理,極大程度上消除了微波熱效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響,從而使孢子懸液誘變過(guò)程中,溫度始終保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。由此建立了微波誘變方法。

    通過(guò)本試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)輻射時(shí)間為20 s時(shí),致死率為81.2%,說(shuō)明里氏木霉Rutc30對(duì)微波極為敏感,同時(shí)確定微波誘變的最佳時(shí)間為40s。篩選出的突變菌株B40 1,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力達(dá)到3.061 U,是原出發(fā)菌株所產(chǎn)纖維素酶活力的1.7倍。

    在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波誘變后的菌株生長(zhǎng)較原菌株快很多,但菌絲高度較原菌株矮,其機(jī)理有待進(jìn)一步的探討。

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    [14] 伍 紅,秦天鶯,譚德勇,等.瑞氏木霉QM9414利用蔗渣發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008,30(6):620 624.

    [15] 張瑞萍.纖維素酶的濾紙酶活和CMC酶活的測(cè)定[J].印染助劑,2002,19(5):52 53.

    纖維素酶活定義:在50℃條件下,每毫升樣品每小時(shí)水解生成1mg葡萄糖的酶量為一個(gè)酶活力單位。

    2結(jié)果與分析

    2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

    從圖1可知,葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.002 3x 0.015,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.997 8,線性較好,可以用于纖維素酶活力的測(cè)定。

    2.2微波對(duì)里氏木霉Rutc30的孢子懸液致死率

    以里氏木霉Ritc30為出發(fā)菌株,選用輸出功率800W,額定頻率2450MHz的微波對(duì)其孢子懸浮液進(jìn)行輻照處理,輻照時(shí)間分別是10、20、40、60、80、100 s后,孢子致死率與輻照時(shí)間關(guān)系見表1、圖2。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20 s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    從表1、圖2中可知,微波輻照處理里氏木霉孢子懸液20s時(shí),致死率達(dá)81.2%,當(dāng)輻照時(shí)間為80 s時(shí),致死率為95.8%,100 s處理時(shí),致死率接近100%。說(shuō)明里氏木霉Ritc30的孢子對(duì)微波極為敏感。

    2.2微波誘變后突變菌株的篩選及其產(chǎn)酶活力的鑒定

    微波誘變后,在分離培養(yǎng)基平板上挑選纖維素水解圈與菌落直徑之比大于2.0( H/C>2.0)、選擇生長(zhǎng)較快且孢子豐滿的6株菌株,編號(hào)后對(duì)其搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng),測(cè)定突變菌株產(chǎn)纖維素酶的酶活力,以鑒定突變菌株的產(chǎn)酶性能,結(jié)果見表2。

    從表2可知,挑選出的6株突變菌株,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力均高于原出發(fā)菌株,相對(duì)FPA活力為127.7%~169.9%。綜合CMCase活力測(cè)定結(jié)果,最終選育出一株高產(chǎn)纖維素酶的菌株B40 1。其相對(duì)FPA活力、CMCase活力分別為169.9%、110.0%。

    3小結(jié)與討論

    通過(guò)本試驗(yàn),可知以微波作為菌株誘變方法是可行的,且具有較好的誘變效果;運(yùn)用冰水浴法,對(duì)輻射后的孢子懸液冰水浴處理,極大程度上消除了微波熱效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響,從而使孢子懸液誘變過(guò)程中,溫度始終保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。由此建立了微波誘變方法。

    通過(guò)本試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)輻射時(shí)間為20 s時(shí),致死率為81.2%,說(shuō)明里氏木霉Rutc30對(duì)微波極為敏感,同時(shí)確定微波誘變的最佳時(shí)間為40s。篩選出的突變菌株B40 1,其所產(chǎn)纖維素酶的濾紙酶活力達(dá)到3.061 U,是原出發(fā)菌株所產(chǎn)纖維素酶活力的1.7倍。

    在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波誘變后的菌株生長(zhǎng)較原菌株快很多,但菌絲高度較原菌株矮,其機(jī)理有待進(jìn)一步的探討。

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