CN103757067A - 一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基及培养方法 - Google Patents

一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基及培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用水稻基腐病原Dickeyazeae产生广谱抗生素zeamine的高产培养基及培养方法。所述1L培养基含有1~30g碳源、0.5~5g氮源、0.05~5g无机盐类和0.1~5g氨基酸。所述碳源为葡萄糖、蔗糖、甘露醇、甘油或果糖中的一种或几种;氮源为硫酸铵、硝酸钠、硝酸铵或氯化铵中的一种或几种;无机盐类为硫酸亚铁、氯化钙、氯化锰、硫酸镁或氯化钾中的一种或几种;氨基酸为天冬氨酸、天冬酰胺或脯氨酸中的一种或几种。采用本发明培养基得到的抗生素产量比使用基础培养基得到的抗生素产量多20~30倍,而且,本发明培养基成分简单,配制简便,成本低,易于抗生素的纯化、分离,培养方法操作简单,培养条件容易控制,有利于抗生素的大量制备。

Description

一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基及培养方法
技术领域
本发明涉及生物高技术领域,尤其是涉及一种细菌培养用培养基及培养方法,具体涉及一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基及培养方法。
背景技术
水稻基腐病菌(Dickeya. Zeae)菌体单生,短杆状,两端钝圆,大小为0.7 μm×1.4~1.75 μm,周生多根鞭毛。革兰氏染色反应呈阴性,不形成芽胞和荚膜。在牛肉浸膏蛋白胨琼脂培养基上菌落呈假根状或变形虫状,边缘不整齐,表面稍凸,不透明,色暗淡,菌苔直线形,边缘锯齿状,凸起,初为乳白色,后逐渐变成淡土黄色,表面稍皱缩,无光泽(刘琼光等,1997)。在金氏培养基上无荧光反应,厌气生长,致病类型为软腐,能使马铃薯片腐烂,散发出难闻的恶臭味(洪剑鸣等,1983)。近期研究结果表明由水稻基腐病菌产生一种新型的抗生素zeamine,从化学结构来看,zeamine属为多胺类聚酮化合物,是一类全新的抗生素,zeamine对多种革兰氏阴性和革兰氏阳性菌包括多种植物病原细菌和动物病原细菌都有高强度的抑制作用(Wu等,2010)。因此Zeamine是一种非常有潜力、有价值的新型抗生素药物,值得深入的研究与开发。众所周知,当今抗生素的抗药性问题是新的医学问题,抗生素的代替品亟待开发,Zeamine作为抗生素的代替品有巨大的开发潜力,需要加大开发的力度与速度。但现阶段面临一个基础而又非常重要的问题就是现有的培养基下Zeamine的培养产量都比较低,提取的难度大,不利于进一步的研究和商业开发。
 在本申请之前,本领域技术人员用于水稻基腐病菌培养与zeamine抗生素的产生的常规培养基是LB培养基、YEB培养和MM培养基。所述LB培养基配方为10g 胰蛋白胨、5g 酵母浸出液粉、10g 氯化钠,所述LB培养营养丰富,一般用于菌种的快速繁殖,但其成分复杂,难于分离抗生素,一般不用LB培养基作为产抗生素培养基。所述YEB培养基配方为10g 胰蛋白胨、5g 酵母浸出粉、5g 蔗糖,5g  NaCl,0.2g硫酸镁 ,pH 7.0。所述MM培养基的配方为10.5g 磷酸氢二钾、4.5g 磷酸二氢钾、2g 硫酸铵、2g 甘露醇、2g 甘油、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0,所述MM培养基由于其成分清晰、简单,本发明的发明人在早期研究中,将其作为基础培养基,培养条件为温度控制在28~30℃,三角瓶200mL,转速100转/分,培养36小时,发酵液进行抗生素提取。
 要进一步研究水稻基腐病菌抗生素zeamine的抑菌机理、理化功能和今后商品化等,需要大量制备抗生素zeamine,但现有的常规培养基在配方上存在以下问题:(1)水稻基腐病菌产抗生素基础培养基配制繁琐,微量元素称量困难、劳动力强,不利于规模化生产。(2)原发酵培养基与培养条件下产抗生素效率低、产量少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中水稻基腐病菌培养基zeamine产量低,培养基配制过程繁琐,不利于抗生素提取的缺陷,提供一种水稻基腐病菌抗生素zeamine的高产培养基。
本发明的另一个目的是提供一种利用水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基高产抗生素zeamine的方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
    一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基,所述1L培养基含有如下组分:1~30 g碳源、0.5~5 g氮源、0.05~10 g无机盐类和0.1~5 g氨基酸;所述碳源为葡萄糖、蔗糖、甘露醇、甘油或果糖中的一种或几种;所述氮源为硫酸铵、硝酸钠、硝酸铵或氯化铵中的一种或几种;所述无机盐类为硫酸亚铁、氯化钙、氯化锰、硫酸镁或氯化钾中的一种或几种;所述氨基酸为天冬氨酸、天冬酰胺或脯氨酸中的一种或几种。
作为本发明的进一步改进,所述1L培养基中还含有0.05~15 g辅助盐类,所述辅助盐类为磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的一种或两种。优选地,所述辅助盐类为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾。
作为本发明的进一步改进,所述碳源为蔗糖;氮源为硝酸铵;氨基酸为天冬酰胺;无机盐类为硫酸镁和氯化钾。
作为本发明的进一步改进,所述1L培养基包括如下组分:0.5~5 g硝酸铵,2~20 g 蔗糖,5~10g 磷酸氢二钾,1~5g磷酸二氢钾,1~3g 氯化钾,0.05~3g硫酸镁,0.5~3 g天冬酰胺。更优选地,所述1L培养基包括如下组分:1.4g硝酸铵,12.7g 蔗糖,9.25g 磷酸氢二钾,3.3g磷酸二氢钾,1g 氯化钾,1g硫酸镁,1g天冬酰胺。
本发明所述水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基的配置方法为:按上述培养基配方称取各组分加水搅拌均匀,调节pH7,将培养基装入200mL/400mL/1000mL的蓝口瓶中,0.1Mpa灭菌20分钟。
一种利用如上所述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法,包括如下步骤:将水稻基腐病菌接种在水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基中,25~31℃,180~220转/分,培养48~72小时,得到水稻基腐病菌产毒发酵液,产毒发酵液中含有抗生素zeamine。将水稻基腐病菌接种在水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基中,其最优选的培养条件为25℃,180转/分,培养48~72小时。所述的水稻基腐病菌为水稻基腐病原Dickeya zeae
本发明的有益效果是:
经本发明所述水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基培养得到的抗生素产量比MM培养基提高了20~30倍,且本发明所述培养基配制简单,发酵条件容易控制,成本低,所述水稻基腐病菌高产抗生素培养基所用的各个成分在市场上可以大量廉价的采购,利于规模化生产、提取抗生素zeamine。
说明书附图
图1 不同温度对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响。
图2不同转速对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明,本发明采用的试剂、设备为本技术领域常规试剂和设备。
实施例1 水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基各成分的探索
一、材料和方法
1、菌种:水稻基腐病菌菌种由广东省微生物信号与作物病害防控重点实验室提供,菌种由LB培养基培养扩繁冻存、保藏。
2、培养方法:摇瓶250mL三角锥形瓶,装液量100mL,接种100μL浓度为OD1.0的水稻基腐病菌Dickeya.zeae菌液种子液。置水平恒温摇床,转速100转/分,温度28~30℃,每种试验三个重复,结果取其平均值。
3、抗生素量测定方法:样品制备发酵结束后将培养液取10mL,100℃沸水浴10分钟,12000转/分,分离沉淀5分钟,取上清液进行生物测定抗生素含量。
二、培养基成分对液体发酵抗生素产量的影响。
1、氮源选择试验:将基础培养基(上述MM培养基)中的氮源分别换成硝酸铵、硝酸钠、硫酸铵或氯化铵,配制不同氮源的培养基,发酵后测定抗生素含量,测定结果见表1。
表1 不同氮源对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响
序号 1 2 3 4
氮源 NH4SO4 NaNH4 NH4NO3 NH4Cl
OD600 >2.5 1.73±0.10 1.89±0.17 >2.5
Zeamine(μg·mL-1) 5.29±0.70 11.67±1.23 12.08±1.13 11.08±1.13
表1结果显示:在供试的氮源中,以硝酸铵为氮源时,抗生素量产为最大,水稻基腐病菌zeamine产生最适氮源为硝酸铵,表现为抗生素的抑菌圈直径最大,抗生素产量最大,因此选用硝酸铵为氮源。
2、碳源选择实验:将基础培养基(上述MM培养基)中的碳源分别换成蔗糖、葡萄糖、甘露醇、甘油或果糖,配制不同碳源的培养基,发酵后测定抗生素含量,测定结果见表2。
表2不同碳源对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响
序号 1 2 3 4 5
氮源 葡萄糖 蔗糖 甘露醇 甘油 果糖
OD600 1.92±0.18 2.01±0.23 1.73±0.09 0.86±0.31 0.21±0.22
Zeamine(μg·mL-1) 6.86±0.88 17.30±1.23 9.51±1.81 3.31±0.22 3.19±0.37
 表2结果显示:在供试的碳源中,以蔗糖为碳源时,抗生素的产量最大,水稻基腐病菌抗生素产生最适碳源为蔗糖,表现为抑菌圈的直径最大,抗生素产量最大,因此选用蔗糖为碳源。
3、无机盐类选择实验:将基础培养基(上述MM培养基)中的无机盐类换成硫酸亚铁、氯化钙、氯化锰、硫酸镁或氯化钾中的一种或几种,配制含有不同无机盐类的培养基,发酵后测定抗生素含量,测定结果见表3。
表3 不同无机盐类含量对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响
无机盐类 OD600 Zeamine (μg·mL-1)
Mg2++Fe2++Ca2++Mn2+ ≥2.5 24.33±2.57
Mg2++K++Fe2++Ca2++Mn2+ ≥2.5 21.50±2.86
Mg2++K++Fe2++Ca2+ ≥2.5 22.88±2.98
Mg2++Fe2++Ca2+ ≥2.5 28.24±1.92
Mg2++K++Ca2+ ≥2.5 38.30±3.02
Mg2++Fe2+ 1.499±0.04 11.43±1.69
Mg2++K+ 1.874±0.02 56.66±4.06
Mg2++Ca2+ 1.713±0.01 37.84±3.51
Mg2+ 1.834±0.01 53.52±7.42
K+ 0 0
Mg2++K+(omitted) 0 0
注释:表3中,Mg2+代表硫酸镁,K+代表氯化钾,Fe2+代表硫酸亚铁,Ca2+代表氯化钙,Mn2+代表氯化锰。
表3结果显示:在供试的无机盐类中,以硫酸镁、氯化钾为无机盐时,抗生素的产量最大,水稻基腐病菌抗生素产生最适无机盐为硫酸镁、氯化钾,表现为抑菌圈的直径最大,抗生素产量最大,因此选用无机盐为硫酸镁、氯化钾。
    4、氨基酸选择实验:基础培养基是没有含有氨基酸或其他任何维他命物质,根据前人的研究,抗生素zeamine合成途径中所需要的氨基酸物质,在培养基中加入适量的氨基酸,提高抗生素zeamine的产量,配制含有不同氨基酸的培养基,发酵后测定抗生素含量,测定结果见表4。
表4 加入不同氨基酸对水稻基腐病菌抗生素zeamine产生的影响
氨基酸与其他维他命物质 OD600 Zeamine (μg·mL-1)
LS+丝氨酸 ≥2.5 47.91±4.11
LS+脯氨酸 ≥2.5 89.09±7.64
LS+亮氨酸 ≥2.5 26.21±5.76
LS+天冬氨酸 ≥2.5 109.41±13.23
LS+缬氨酸 ≥2.5 80.92±10.50
LS+天冬酰胺 ≥2.5 124.30±27.24
LS+天冬酰胺+缬氨酸 ≥2.5 83.67±7.72
LS+酵母提取物 ≥2.5 114.62±21.98
LS+干酪素水解物 ≥2.5 19.05±5.30
LS+胰蛋白胨 ≥2.5 5.37±0.57
   注:LS为上述最优氮源、碳源、无机盐类的组合培养基
表4结果显示:在供试的氨基酸和其他维他命物质中,以含有天冬酰胺时,抗生素的产量最大,水稻基腐病菌抗生素产生最适氨基酸为天冬酰胺,表现为抑菌圈的直径最大,抗生素产量最大,因此选用氨基酸为天冬酰胺。
三、培养温度和转速对液体培养基发酵抗生素产量的影响
1、培养温度的选择
根据之前的培养条件,将原培养温度28℃改为15℃、18℃、22℃、25℃、30℃、32℃、35℃,在不同的温度进行培养发酵,发酵后测定抗生素含量,测定结果见图1。图1显示,在不同的培养温度下,其中培养温度为25℃时,抗生素的产量最大,水稻基腐病菌抗生素产生最适培养温度为25℃,表现为抑菌圈的直径最大,抗生素产量最大,因此选用25℃为培养温度。
2、培养转速的选择:根据之前的培养条件,将原培养转速100转/分,改为75、125、150、180、200转/分,在不同的转速条件下进行发酵培养,发酵后测定抗生素含量,测定结果见图2。图2 结果显示:在不同的培养转速下,其中培养转速为180转/分时,抗生素的产量最大,水稻基腐病菌抗生素产生最适培养转速为180转/分,表现为抑菌圈的直径最大,抗生素产量最大,因此选用转速为180转/分为培养转速。
实施例2
水稻基腐病菌菌种由广东省微生物信号与作物病害防控重点实验室提供,菌种由LB培养基培养扩繁冻存、保藏。
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L的各组分含量为:1.4g硝酸铵,12.7g 蔗糖,9.25g 磷酸氢二钾,3.3g磷酸二氢钾,1g 氯化钾,1g硫酸镁,1g天冬酰胺。
培养基配制方法:按上述培养基配方称取各组分,加水搅拌均匀,调节pH7,将培养基装入200mL/400mL/1000mL的蓝口瓶中,0.1Mpa灭菌20分钟。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:将水稻基腐病菌接种在培养基中,摇瓶温度控制在28℃,装量200mL/500mL,最适pH7.0,转速180转/分钟,培养时间72小时,得到水稻基腐病菌产毒发酵液,产毒发酵液含抗生素zeamine。
而实施例1得到的抗生素产量是原培养基(MM培养基)培养所得抗生素产量的30倍,此培养方法所需成本低,有利于大量制备。现有的发表公开的水稻基腐病菌抗生素制备,培养及配方,发酵培养的zeamine抗生素产量低,不易分离、纯化,不利于下一步科学研究项目的展开。
实施例3
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:4.5g硝酸铵,10g 蔗糖,5g 磷酸氢二钾,2.5g磷酸二氢钾,3g 氯化钾,0.7g硫酸镁,4.5g天冬酰胺。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例3所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的20倍。
实施例4
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:2g硝酸铵,15g 蔗糖,10g 磷酸氢二钾,5g磷酸二氢钾,2g 氯化钾,0.5g硫酸镁,3g天冬酰胺。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例4所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的24倍。
实施例5
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:10g 磷酸氢二钾、4.5g 磷酸二氢钾、2g 硝酸钠、2g 甘露醇、2g 甘油、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例5所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的2.5倍。
实施例6
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:3g 磷酸氢二钾、2g 磷酸二氢钾、1g 硝酸钠、1g 甘露醇、1g 甘油、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例6所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的1.5倍。
实施例7
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:10g 磷酸氢二钾、5g 磷酸二氢钾、5g 硝酸铵、2g 甘露醇、2g 甘油、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例7所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的3倍。
实施例8
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:2g 磷酸氢二钾、1g 磷酸二氢钾、1g 硝酸铵、2g 甘露醇、2g 甘油、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例8所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的2倍。
实施例9
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:10g 磷酸氢二钾、5g 磷酸二氢钾、5g 硝酸铵、30g 葡萄糖、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例9所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的3倍。
实施例10
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:2g 磷酸氢二钾、1g 磷酸二氢钾、1g 硝酸铵、2g 葡萄糖、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例10所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的2倍。
实施例11
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:9g 磷酸氢二钾、6g 磷酸二氢钾、4g 硝酸铵、25g 蔗糖、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例5所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的4倍。
实施例12
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:3 磷酸氢二钾、5 g 磷酸二氢钾、2 g 硝酸铵、8 g 蔗糖、0.2g 硫酸镁,5mg 硫酸亚铁、10mg 氯化钙、2mg 氯化锰,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例12所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的2.5倍。
实施例13
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:10g 磷酸氢二钾、5g 磷酸二氢钾、5g 硝酸铵、30g 蔗糖、0.2g 硫酸镁,2g 氯化钾,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例13所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的12倍。
实施例14
水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基1L组分含量为:3g 磷酸氢二钾、1g 磷酸二氢钾、2 g 硝酸铵、5 g 蔗糖、0.2g 硫酸镁,0.5g 氯化钾,pH7.0。
培养基配制方法:同实施例2。
利用上述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法:同实施例2。
利用实施例14所述培养基所得抗生素产量是使用MM培养基获得抗生素量的9倍。

Claims (8)

1.一种水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基,其特征在于,所述1L培养基含有如下组分:1~30 g碳源、0.5~5 g氮源、0.05~15 g无机盐类和0.1~5 g氨基酸;所述碳源为葡萄糖、蔗糖、甘露醇、甘油或果糖中的一种或几种;所述氮源为硫酸铵、硝酸钠、硝酸铵或氯化铵中的一种或几种;所述无机盐类为硫酸亚铁、氯化钙、氯化锰、硫酸镁或氯化钾中的一种或几种;所述氨基酸为天冬氨酸、天冬酰胺或脯氨酸中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述培养基,其特征在于,所述1L培养基中还含有0.05~15g辅助盐类,所述辅助盐类为磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述培养基,其特征在于,所述辅助盐类为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾。
4. 根据权利要求1所述培养基,其特征在于,所述碳源为蔗糖;氮源为硝酸铵;氨基酸为天冬酰胺;无机盐类为硫酸镁和氯化钾。
5.根据权利要求1至4任一项所述培养基,其特征在于,所述1L培养基包括如下组分:0.5~5 g硝酸铵,2~20 g 蔗糖,2~10g 磷酸氢二钾,0.5~5g磷酸二氢钾,0.5~3g 氯化钾,0.05~1g硫酸镁,0.5~3 g天冬酰胺。
6.根据权利要求5所述培养基,其特征在于,所述1L培养基包括如下组分:1.4g硝酸铵,12.7g 蔗糖,9.25g 磷酸氢二钾,3.3g磷酸二氢钾,1g 氯化钾,0.25g硫酸镁,1g天冬酰胺。
7.一种利用权利要求1至6任一项所述培养基高产培养水稻基腐病菌抗生素zeamine的方法,其特征在于,包括如下步骤:将水稻基腐病菌接种在水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基中,25~31℃,180~220转/分,培养48~72小时,得到水稻基腐病菌发酵液,发酵液中含有抗生素zeamine。
8.根据权利要求7所述方法,其特征在于,将水稻基腐病菌接种在水稻基腐病菌抗生素zeamine高产培养基中,25℃,180转/分,培养48~72小时。
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