芽孢杆菌种间原生质体融合选育高产脂肽新菌株

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脂肽是芽孢杆菌中通过非核糖体途径合成的次级代谢产物,主要有表面活性素(Surfactin)、芬荠素(Fengycin)和伊枯草素(Iturin)三大类,其中以Surfactin被研究的最为彻底。脂肽具有高效抑菌、抗肿瘤和抗病毒等生物活性以及稳定性好、生物相容性好,易被自然降解等优良的理化性质,因而在农业、医药、食品、畜牧、环保等众多领域均有广阔的应用前景。但野生型菌株产脂肽的能力非常低,为了解决野生型菌株中脂肽普遍低产量的问题,本研究对实验室保存的两株产脂肽的芽孢杆菌进行原生质体融合、高产脂肽菌株的筛选,以及发酵体系的优化等手段来提高脂肽的产量,其研究结果如下:(1)采用16S rDNA测定方法,确定了两亲本菌株分别为纳豆芽孢杆菌和暹罗芽孢杆菌。并绘制了两亲本菌株的生长曲线,确定了亲本菌株达到对数生长中期的培养时间,纳豆芽孢杆菌培养6 h,暹罗芽孢杆菌培养5 h。(2)利用酶解法制备原生质体,探索原生质体的形成,以SMM作为高渗溶液有利于原生质体的形成。纳豆芽孢杆菌原生质体形成的最佳条件为:在菌株培养过程中加入2%的甘氨酸,酶解浓度为0.25 mg/m L,酶解时间25 min,酶解温度38℃时,其原生质体的形成率为85.3%,再生率为34.8%。暹罗芽孢杆菌原生质体形成的最佳条件为:在菌株培养过程中加入1%的甘氨酸,酶解浓度为0.2 mg/m L,酶解时间20 min,酶解温度38℃时,其原生质体的形成率为86.2%,再生率为35.1%。(3)对再生培养基成分的进行优化,确定了最佳再生培养基为:蛋白胨1%、酵母粉0.5%、牛肉膏0.5%、Na Cl 0.5%、0.3 mol/L甘露醇、0.02 mol/L Mg Cl2·6H2O、0.02 mol/L顺丁烯二酸,p H 7.0-7.2,灭菌后再另外加入1%牛血清蛋白。利用PEG诱导原生质体的融合,其最佳条件为:50%PEG6000,p H 9.0下,38℃水浴15 min,融合率达到1.73×10-5。通过PCR扩增技术,对两亲本菌株的Sp和It差异片段进行扩增鉴定阳性融合子。(4)通过抑菌圈筛选的方法,对两亲本菌株的发酵培养基进行了筛选,最终确定Landy培养基作为发酵培养。并探究了两亲本菌株的发酵液对6株致病菌的抑菌能力,发现纳豆芽孢杆菌发酵液的抑菌能力强于暹罗芽孢杆菌,最终确定以嗜水气单胞菌作为指示菌。(5)对215株融合菌株进行了筛选,最终通过CPC-BTB方法初筛及HPLC复筛确定了融合菌株F8产Surfactin能力相比于纳豆芽孢杆菌提高了33.3%,暹罗芽孢杆菌提高了60%。通过电镜扫描发现融合菌株F8的菌体形态有所加长。对融合菌株F8进行了发酵体系优化,确定了最佳的发酵碳源为果糖、氮源为硝酸铵、Mn2+浓度为0.01mmol/L,Fe2+浓度为1.0 mmol/L,发酵时间为36 h,培养基起始p H 7.0,接种量为3%,发酵温度为30℃,其Surfactin产量相比优化前提高了54.8%。
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