新疆特色藥食同源植物恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌的分離與篩選

趙燃，迪麗達(dá)爾·庫德熱提，姚粟，苗蕾，梁寒峭，劉素輝，曹艷花，陳建國，劉洋*，孫玉萍*

1(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心，北京，100027)2(新疆醫(yī)科大學(xué)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)教研室，新疆 烏魯木齊，830011)3(新疆醫(yī)科大學(xué)，公共衛(wèi)生學(xué)院，新疆 烏魯木齊，830011)

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新疆特色藥食同源植物恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌的分離與篩選

趙燃1，迪麗達(dá)爾·庫德熱提2，姚粟1，苗蕾3，梁寒峭1，劉素輝2，曹艷花1，陳建國1，劉洋1*，孫玉萍2*

1(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心，北京，100027)2(新疆醫(yī)科大學(xué)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)教研室，新疆 烏魯木齊，830011)3(新疆醫(yī)科大學(xué)，公共衛(wèi)生學(xué)院，新疆 烏魯木齊，830011)

通過傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法對(duì)我國新疆恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行分離及篩選，共得到48株內(nèi)生細(xì)菌，分為7個(gè)OTUs，經(jīng)形態(tài)學(xué)觀察、16S rDNA擴(kuò)增及系統(tǒng)發(fā)育分析，將其歸為厚壁菌門(Firmicutes)中的芽胞桿菌屬(Bacillussp.)、放線菌門(Actinobacteria)中的微桿菌屬(Microbacteriumsp.)和變形菌門(Proteobacteria)中的噬脯氨酸菌屬(Prolinoborussp.)。這是國內(nèi)外首次對(duì)我國新疆特有的藥用植物恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行分離篩選的研究。

新疆恰瑪古；內(nèi)生細(xì)菌；培養(yǎng)方法

植物內(nèi)生菌是指一類微生物，它們的生活史中部分或全部階段在健康植物中定殖，并且不會(huì)對(duì)植物的細(xì)胞及組織造成危害。植物內(nèi)生菌定植在宿主植物中，內(nèi)生菌與其宿主在協(xié)同進(jìn)化的過程中形成了互利共生的關(guān)系。內(nèi)生菌生長所必需的碳源氮源等多種營養(yǎng)物質(zhì)由宿主植物光合作用來提供；同時(shí)，內(nèi)生菌在生長代謝過程中會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)植物生長、抵抗病原菌、提高植物抗逆性，間接起到植物促生作用的活性物質(zhì)[1]。

非培養(yǎng)方法能夠反映植物內(nèi)生菌的多樣性及群落分布結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有客觀、全面等特點(diǎn)[2-3]。然而，培養(yǎng)方法作為傳統(tǒng)的植物內(nèi)生菌研究手段，也有其特有的優(yōu)點(diǎn)，它以微生物的純培養(yǎng)法為基礎(chǔ)，對(duì)微生物進(jìn)行分離、篩選和純化，進(jìn)而對(duì)篩選到的菌株進(jìn)行分類學(xué)鑒定，通過該方法能夠了解植物內(nèi)的可培養(yǎng)微生物的生長情況，尤其是在特定生長條件下的生存狀況，另一方面通過對(duì)可培養(yǎng)微生物的分離篩選，可以獲得微生物新種和一些具有潛在應(yīng)用價(jià)值的菌種資源[2]。

恰瑪古(BrassicarapaL.)又名蕪菁或蔓菁，恰瑪古是其維吾爾文名稱，在我國新疆南部地區(qū)大面積種植，具有一定藥用作用，尤其是其根部，是新疆維吾爾等少數(shù)民族日常喜食的植物[4]。目前關(guān)于恰瑪古的研究大多著重于化學(xué)成分的角度，對(duì)其內(nèi)生細(xì)菌的研究還鮮有報(bào)道，本文采用傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法對(duì)恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行了分離及篩選，為進(jìn)一步研究其內(nèi)生細(xì)菌與恰瑪古之間的相互作用關(guān)系，揭示恰瑪古在長壽作用方面的療效奠定了基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1植物樣品

恰瑪古成熟果實(shí)，于2015年9月15日采集自中國新疆烏魯木齊市米東區(qū)古牧地鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村十一小隊(duì)，具體位置為北緯87.69°，東經(jīng)44.02°，樣品于4 ℃保存。

1.2培養(yǎng)基及試劑

成品培養(yǎng)基LB、R2A及TSA購自北京陸橋公司；細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒購自TIANGEN公司；PCR引物由北京諾賽生物公司合成； PCR相關(guān)試劑購自TIANGEN公司。

1.3樣品表面滅菌

恰瑪古果實(shí)用無菌水將表面泥土清洗干凈，并用無菌水沖洗，采用劉洋等[5]的方法對(duì)恰瑪古果實(shí)進(jìn)行表面滅菌；表面滅菌效果檢測(cè)方法為取最后一次淋洗水120 μL，涂于LB固體培養(yǎng)基平板上，28 ℃培養(yǎng)72 h，觀察有無菌落形成[5]。用無菌手術(shù)刀及鑷子切取5 g已表面滅菌的恰瑪古樣品內(nèi)部組織塊，置于無菌研缽中。

1.4內(nèi)生細(xì)菌的分離與純化

對(duì)恰瑪古內(nèi)生菌進(jìn)行分離培養(yǎng)及純化，具體參考劉琳等方法[2]。根據(jù)平板上長出的菌落形態(tài)(大小、形狀、顏色、透明度、濕潤度、表面光澤度、邊緣整齊度等)，記錄菌落形態(tài)的基本特征，同時(shí)隨機(jī)挑取菌落形態(tài)不同的代表性菌落，用對(duì)應(yīng)培養(yǎng)基對(duì)其進(jìn)行分離純化，保證每個(gè)菌落為單菌落，再接種于斜面培養(yǎng)基4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.5內(nèi)生細(xì)菌的16S rDNA序列分析

采用細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒(TIANGEN)提取菌株基因組DNA。引物選取細(xì)菌通用27F和1492R[6]， 以細(xì)菌基因組DNA作為PCR反應(yīng)的模板，對(duì)菌株16S rDNA片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR反應(yīng)條件參見劉洋等方法[5]。1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。采用ABI 3730型DNA測(cè)序儀測(cè)序(ABI，USA)，將序列信息提交至NCBI，并將測(cè)序所得結(jié)果在EzTaxon server 2.1進(jìn)行比對(duì)[7]，確定得到序列與已知序列的同源關(guān)系。

2　結(jié)果與分析

2.1恰瑪古種子內(nèi)生細(xì)菌的分離純化

通過傳統(tǒng)微生物分離培養(yǎng)共獲得恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌48株，根據(jù)這些菌株較為明顯的形態(tài)差異分為5類，其菌落及菌體形態(tài)特征如表1所示。

表1　恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌及其形態(tài)特征

2.2恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌基因組DNA提取及16S rDNA片段PCR擴(kuò)增

用細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒提取恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌基因組DNA，并以其為模板，對(duì)16S rDNA片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增， 1%凝膠電泳顯示PCR產(chǎn)物條帶單一且明亮，大小約為1 500 bp(見圖1)。

M-D2000 Marker Ladder; 1-10: 恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌16S rDNA片段圖1　恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌16S rDNA片段擴(kuò)增結(jié)果Fig.1　The 16S rDNA agarose gel electrophoresis of endogenous bacteria from Turnip

2.3恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌16S rDNA系統(tǒng)發(fā)育分析

恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌的16S rDNA序列比對(duì)分析結(jié)果如表2所示，所得序列 GenBank登錄號(hào)為KT990223- KT990229。經(jīng)16S rDNA序列比對(duì)及其系統(tǒng)發(fā)育分析(見圖2)，恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌包含7個(gè)OTU，分屬厚壁菌門(Firmicutes)中的芽胞桿菌屬(Bacillussp.)、放線菌門(Actinobacteria)中的微桿菌屬(Microbacteriumsp.)和變形菌門(Proteobacteria)中的噬脯氨酸菌屬(Prolinoborussp.)；該群落優(yōu)勢(shì)屬(豐度)為Bacillus(85.4%)(表2)。

3　討論

恰瑪古(BrassicarapaL.)又稱為蕪菁或蔓菁，維吾爾文稱其為恰瑪古，其根常入藥，是新疆地區(qū)少數(shù)民族喜愛食用的藥食植物[4]。藥典中對(duì)恰瑪古的藥理作用有所記載可以追溯到兩千多年前，《本草綱目》等書籍中稱其益中氣、利五臟、解邪毒。近幾年也有學(xué)者對(duì)恰瑪古的藥理作用有所研究，恰瑪古中多糖提取后對(duì)小鼠進(jìn)行血糖試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)劑量達(dá)到400 mg/kg時(shí)，受試小鼠血糖下降明顯，這說明恰瑪古具有降糖效果是其中的多糖成分在發(fā)揮作用[8]。孫艷等[9]發(fā)現(xiàn)恰瑪古制成的蜜膏能夠促進(jìn)血清中抗體的生成，實(shí)驗(yàn)表明其作為一種免疫促進(jìn)劑，能夠使小鼠食用后血清中IgM抗體的水平有所提高。還有研究表明恰瑪古硫代葡萄糖苷的含量很高，其降解后的產(chǎn)物能預(yù)防多種癌癥發(fā)生[10]，恰瑪古根皮中含有蕓苔素成分，可以對(duì)某些病原菌及人類寄生蟲產(chǎn)生抑制作用[11]。

本研究自我國特有的新疆藥食植物恰瑪古中分離培養(yǎng)得到48株內(nèi)生細(xì)菌，包含7個(gè)OTUs，分屬于芽胞桿菌屬(Bacillussp.)、微桿菌屬(Microbacteriumsp.)和噬脯氨酸菌屬(Prolinoborussp.)，其中優(yōu)勢(shì)菌屬為Bacillus(85.4%)，最優(yōu)勢(shì)菌為蠟樣芽胞桿菌(Bacilluscereus)，所占比例達(dá)到41.8%。芽胞桿菌由于其能夠產(chǎn)生耐極端生境的內(nèi)生孢子，因此在自然界中分布廣泛。芽胞桿菌中也不乏一些植物促生菌和生防菌，如多粘芽胞桿菌(B.polymyxa)、蠟樣芽胞桿菌(B.cereus)和枯草芽胞桿菌(B.subtilies)等。芽胞桿菌的生防作用主要通過代謝產(chǎn)物對(duì)病原菌起到拮抗作用，例如蠟樣芽胞桿菌代謝產(chǎn)生的酶類物質(zhì)可以降解或水解其他病原菌，從而起到生防作用[12]。同時(shí)，芽胞桿菌也能夠促進(jìn)植物生長，合成生長素、赤霉素等生長激素，對(duì)植物起到促生作用[13]。

表2　恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌16S rDNA序列相似性分析

圖2　鄰接法構(gòu)建的恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌16S rDNA序列系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2　The phylogenetic tree of 16S rRNA gene sequences from Turnip using the neighbour-joining(注：每個(gè)分支點(diǎn)處的數(shù)字為Bootstrap(1000次抽樣)的支持百分率，標(biāo)尺代表1%的序列差異度。)

通過以上研究可見，新疆藥食植物恰瑪古中存在多種細(xì)菌資源，內(nèi)生細(xì)菌的群落多樣性較豐富，其中富含一些有益的菌種資源。因此，通過傳統(tǒng)培養(yǎng)方法對(duì)恰瑪古內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行分離和鑒定，能夠篩選出具有生防及植物促生作用的潛在功能性菌株，為深入研究內(nèi)生菌與恰瑪古植物的藥理作用之間的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。

4　結(jié)論

本研究是國內(nèi)外首次針對(duì)我國特色新疆藥食植物恰瑪古，利用傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法分離其內(nèi)生細(xì)菌，內(nèi)生菌分屬芽胞桿菌屬、微桿菌屬和噬脯氨酸菌屬，其中包含潛在的生防菌及植物促生細(xì)菌，本研究為今后進(jìn)一步開展恰瑪古的藥食作用與其內(nèi)生細(xì)菌之間的相互作用關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。

致謝:中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院程池教授在本研究工作中提供了指導(dǎo)與幫助，在此特表示感謝。

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Separation and screening of endophytic bacteria in Xinjiang Turnip (BrassicarapaL.)

ZHAO Ran1, DILIDAER Kudereti2,YAO Su1, MIAO Lei3, LIANG Han-qiao1,LIU Su-hui2, CAO Yan-hua1, CHEN Jian-guo1, LIU Yang1, SUN Yu-ping2*

1(China Center of Industrial Culture Collection, China National Research Institute of Food and Fermentation Industries, Beijing 100027,China)2(College of Basic Medical Science, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, China)3(College of Public Health, Xinjiang Medical University,Urumqi 830054, China)

The endophytic bacteria in Xinjiang Turnip were isolated, screened and identified by the microbial culture-dependent method combing with morphological observation, 16S rDNA amplification and phylogenetic analysis. The result showed that the total 48 strains from Turnip were classified into 7 OTUs and belonged toBacillus,MicrobacteriumandProlinoborus. It was the first time that culture-dependent method was used to isolate and identify the endophytic bacteria in Turnip used as medicinal plants in Xinjiang.

Xinjiang Turnip;endophytic bacteria;culture-dependent method

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201609022

碩士研究生(劉洋,孫玉萍為通訊作者,E-mail：ly81150@163.com,544481723@qq.com)。

中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院科技發(fā)展基金(博士基金)項(xiàng)目(2012KJFZ-BS-01) ；國家自然科學(xué)基金(81460153，81560153)；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金(2015211C014)

2016-02-23,改回日期：2016-04-13