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2012,VoI.29 No.9亿 与生物互程
Chemistry&Bioengineering
doi:10.3969/j.issn.1672—5425.2012.09.009
南极微生物絮凝剂产生菌的筛选、
分子鉴定及适应性研究
杜 宁
(国家海洋局第一海洋研究所海洋活性物质重点实验室,山东青岛266061)
摘要:从南极海水、海冰、底泥中分离得到7株产絮凝剂的菌株,通过16S rRNA基因序列扩增方法进行分子鉴
定,分别隶属于不动杆茵属(Acinetobacter)、节杆茵属(Arthrobacter)、嗜冷杆茵属(Psychrobacter)、沙雷茵属(Serratia)、
假单胞茵属(Pseudomonas)和假交替单胞茵属(Pseudoalteromonas)。改变培养基中碳源和氮源的组成并观察絮凝率的
变化,筛选出在经济培养基条件下具有较高絮凝活性、同时对碳源和氮源具有普适性的菌株I_2和P2—13—1。
关键词:微生物絮凝剂;16S rRNA;絮凝率;培养基
中图分类号:Q 939.3 文献标识码:A 文章编号:1672—5425(2012)09—004O—O3
微生物絮凝剂是一类由微生物产生的可使水中的
悬浮颗粒、菌体及胶体粒子凝聚、沉淀的一类高效、安
全的水处理剂 卜 ,其成分一般为糖蛋白、多糖、蛋白
质、纤维素和DNA等嘲。研究表明,极地微生物较常
温微生物的胞外分泌物分子量更大、成分更复杂[6卅]。
1.3方法
1.3.1 絮凝剂产生菌的分离和筛选
分别取海水、海冰和底泥,在蛋白胨固体培养基上
采用平板划线法分离并纯化以获得纯菌种。将分离到
的菌种置于液体培养基中,于5℃、120 r・min_。、pH
因此,作者以极地微生物为筛选目标,拟开发出在经济
培养基、低温环境下絮凝效率高、产量大的微生物絮凝
剂。
值7左右条件下发酵培养7 d。取发酵液测其絮凝率,
将具有良好絮凝率的菌株作为复筛菌种。
1.3.2活性菌株的分子鉴定
细菌总RNA提取,16S rRNA基因序列扩增采用
细菌16S rRNA基因的通用引物,引物序列为:5,_
AGAGTTTGATCCTGGCTCAG一3 和5'-GGTTAC—
l 实验
1.1材料、试剂与仪器
海水、海冰和底泥为作者在第25次南极科学考察
中采集。
8O目过筛高岭土。
实验所用试剂均为分析纯。
CTTGTTACGACTT-3 。PCR反应体系总体积为
2 L,包括:1×PCR缓冲溶液、1.6 mmol・L-1
MgC12、4×dNTP混合物各100#mol・L_。,引物各
1.0/ ̄mol・L_。,Taq RNA聚合酶1 U,模板RNA
1 L。PCR反应条件为:94℃5 min;94℃l min,
53℃1 rain,72℃1.5 rain,30个循环;72℃延伸
721型可见分光光度计、磁力搅拌机、恒温振荡培
养箱、高压灭菌锅、PCR扩增仪、凝胶电泳仪。
1.2培养基
10 min。测序工作由上海桑尼生物科技有限公司完
成。将所测定菌株的16S rRNA基因序列与GenBank
数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/blast.
cgi)进行相似性比较分析。
1.3..3活性菌株碳、氮源适应性研究
分别改变通用发酵培养基中的碳源、氮源,观察活
通用发酵培养基:葡萄糖20 g,KH。PO 2 g,
K2 HPO4 5 g,NaC1 3.5 g,(NH4)2 SO4 0.2 g,尿素
0.5 g,酵母膏.0.5 g,蒸馏水1000 mL,pH值6.8~
7.2,12O℃灭菌20 min。
基金项目:国家海洋局第一海洋研究所基本科研业务费专项资金项目(20lOG15)
收稿日期:2012一O5—24
作者简介:杜宁(198O一),男,山东济南人,硕士,实习研究员,主要从事极地海洋微生物及活性物质的研究,E-mail:duning:@rio.
org.cno
杜 宁:南极微生物絮凝剂产生菌的筛选、分子鉴定及适应性研究/2012年囊9霸
性菌株絮凝率的变化,考察其碳、氮源适应性,筛选出
表2 7株絮凝活性菌株16S rRNA序列同源性比较
在经济培养基条件下具有较高絮凝活性的菌株。
Tab.2 Homology comparison of 16S rRNA
1.3.4絮凝率测定
sequence of 7 bacteria with flocculation activity
向100 mL烧杯中加人0.2 g高岭土、1 mL絮凝
菌株 相似性最高菌株(收录号) 相似度/
剂样品(微生物发酵液)、1 mL 1 g・mL一1的CaC1z溶
Is-11—1O一1 Acinetobacter sp.N22(JQ687406.1) 99.93
液,加蒸馏水至总体积5O mL,调节溶液的pH值为
I.2 Arthrobacter sp.SH一43B(FN377717.1) 1OO.O0
7.0,置于磁力搅拌机上首先200 r・min 下快搅
I一1—2 Psychrobacter glacincola(AB334769.1) 100.00
1 min,然后80 r・min 下慢搅4 min。静沉2 min,
P2—14—1 Serratia grimesii DSQ3(HM217122.1) 99.75
P2-14-2 Pseudomonas fzuorescens LMG 5830(GU198109.1)99.43
吸取上清液测定其550 nm处吸光度,同时以蒸馏水
P3—06—1 Serratia sp.V5(HQ335002.1) 99.57
代替发酵液作对照。以絮凝率(E)表示絮凝活性,按
P2—13—1 Pseudoalteromonas sp.48X(EU100390.1) 99.85
下式计算:
E=[(A—B)/A]×100%
从表2可看出,所分离到的7株活性菌株与Gen—
式中:A为对照上清液的0D 。值;B为样品上清
Bank数据库已有菌株的16S rRNA序列具有很高的
液的0D。 。值。
相似度,均在99 以上;分别隶属于不动杆菌属
2结果与讨论
(Acinetobacter)、节杆菌属(Arthrobacter)、嗜冷杆菌
属(Ps3, r06口c r)、沙雷菌属(Serratia)、假单胞菌属
2.1菌株的筛选
(Pseudomonas)和假交替单胞菌属(Pseudoaltero—
从海水、海冰和底泥中共分离、纯化得到56株菌
monas)。表明筛选到的南极活性细菌没有专属性,这
株,经初筛得到有絮凝活性的菌株18株,再经复筛和传 与目前已报道的产絮凝剂微生物种类多达几十种以
代培养,得到7株具有稳定高絮凝活性菌株,见表1。
上[1叼相吻合。 ,
表1 产微生物絮凝剂菌株筛选结果及其生存环境
从现有研究来看,微生物絮凝剂为多糖蛋白、粘多
Tab.1 The screening result of microbial fiocculantoproducing
糖和纤维素等[1 。结合本实验筛选到微生物的生存
bacteria and their living enviornment
环境来看,正是由于南极恶劣的自然环境,迫使生活在
菌株 来源 温度/℃ 盐度/ 水深/m 絮凝率/
其中的细菌需要在胞外分泌大量的活性物质来抵御环
IS-1I-10-I 泥样 一1.7 33.7 380 79.75
境的侵害,而这类物质同时也具备了絮凝活性,这为以
I-2 冰样 一10.0 12.1 0 80.25
后改变培养条件,刺激活性菌株提高絮凝活性提供了
I-1—2 冰样 一10.0 12.1 0 82.25
理论基础。
P2—14-1 泥样 一1.7 33.7 452 52.50
2.3活性菌株的碳、氮源适应性
P2一l4—2 泥样 一1.7 33.7 452 83.75
2.3.1碳源(表3)
P3—06-1 泥样 一1.7 33.7 2975 52.00
表3 碳源对菌株絮凝活性的影响
P2—13-1 泥样 一1.7 33.7 114 83.25
Tab.3 Effect of carbon sources on floccalation
activity of the strains
从表1可看出,所筛选的7株活性菌株均来自泥
样和冰样,表明南极产絮凝活性的微生物以生活在海
冰冰层和底质沉积物中为主。这是由于海冰冰层冰晶
形成的胁迫以及底质沉积物的影响造成了这些菌株胞
外分泌物的多样化与大量化,为分离纯化具有絮凝活
性的物质提供了基础。
2.2活性菌株的16S rRNA序列分析
对筛选到的7株具有絮凝活性的南极细菌基因组
RNA进行扩增,获得了长度约为1.4 kb的16S rRNA
序列,经比对分析后提交GenBank数据库,获得其同
源相似性比较结果,见表2。
从表3可知,当培养基中原有葡萄糖含量增加时,
杜 宁:南极微生物絮凝剂产生菌的筛选、分子鉴定及适应性研究/2012年■9期
微生物的絮凝活性并没有明显提高,相反菌株P3-06-I
失去了絮凝活性。以麦芽糖、乳糖和蔗糖作碳源时,虽
专属性,分别隶属于不动杆菌属(Acinetobacter)、节杆
菌属(Arthrobacter)、嗜冷杆菌属(Ps c r06nc£Pr)、沙
然它们同属最简单的二糖,但是不同微生物将其降解
成单糖葡萄糖的能力却有着很大的差别,这对降低大
规模发酵成本有着很大的参考意义。另外,以复杂的
雷菌属(Serratia)、假单胞菌属(Pseudomonas)和假交
替单胞菌属(Pseudoalteromonas)。改变培养基中碳源
和氮源的组成并观察絮凝率的变化,筛选出在经济培养
基条件下具有较高絮凝活性,同时对碳源和氮源具有普
适性的菌株I_2和P2—13—1,可以作为下一步大规模发酵
研究微生物絮凝剂的实验菌种。
参考文献:
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culation of bentonite suspensions by a cyanobacterial biofloeculant
多糖(可溶性淀粉)为碳源时的絮凝活性为0,说明所
筛选的微生物不具备降解多糖的能力,这可能是由于
南极环境中碳源种类、含量较少。在最为廉价的蔗糖
实验中,菌株I一2、I一1—2、P2—14—1、P2—14—2和P2—13—1的
絮凝率保持在80 9/6以上,表明其具有碳源普适性。
2.3.2 氮源(表4)
表4
Tab.4
氮源对菌株絮凝活性的影响
Effects of nitrogen sources on flocculation
activity of the strains
[J1.Water Research,1992,26(2):249—259.
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从表4可知,南极产微生物絮凝剂活性菌对分子
量小、结构简单的无机营养盐有着更好的利用能力。
在最为廉价的氯化铵实验中,菌株P2-13-1、I-2的絮凝
5005—5011.
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验中,菌株I一2、P2—14—1和P2—13—1均表现出较高的絮
凝率。表明菌株I一2和P2—13~1具有氮源普适性。
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3 结论
从南极海水、海冰、底泥中分离得到7株产絮凝剂
的菌株。分子鉴定表明,筛选到的南极活性细菌没有
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前景[J].安徽农学通报,2009,15(19):45—48.
Screening,Molecular Identification and Adaptability Exploration of
Antarctic Microbial Fl0cculant-PrOducing Bacteria
DU Ning
(First Institute of Oceanography,K Laboratory of Marine Bioactive Substance,S0A,Qingdao 266061,China)
Abstract:Seven microbial flocculant—producing bacteria were separated from antarctic seawater,sea ice and
marine sediment.The molecular identification of these bacteria was by the way of 1 6S rRNA gene sequence am—
plification.Phylogenetic analysis showed that they belonged to Acinetobacter,Arthrobacter,Psychrobacter,Ser—
ratia,Pseudomonas and Pseudoalteromonas,respectively.Different carbon sources and nitrogen sources were
used to culture the bacteria in order to observe the change of flocculation activity.The bacteria,I-2 and P2—13—1,
were of universal adaptability to different carbon sources and nitrogen sources and had higher flocculation activ—
ity in economic culture medium.
Keywords:microbial flocculant;16S rRNA;flocculation rate;culture medium
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