CN107338212A - 镧化合物在促进细菌生长中的应用 - Google Patents

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朱芳
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Abstract

本发明公开了一种镧化合物在促进细菌生长中的应用。所述镧化合物为La(NO3)3·6H2O；所述镧化合物的添加浓度为5.0～200.0mg/L；所述镧化合物可用于促进细菌繁殖，具体是保护细菌的细胞壁肽聚糖结构和β‑1,4糖苷键，所述细菌为大肠杆菌。本发明以Penicillin和Lysozyme的作用靶点为参照，发现La(NO3)3·6H2O可以逆转Penicillin的生理作用使细胞壁中相邻多糖链交联保护细胞壁肽聚糖，逆转Lysozyme的生理作用保护细胞壁β‑1,4糖苷键，增强细胞完整性，促进细菌繁殖。

Description

镧化合物在促进细菌生长中的应用
技术领域
本发明涉及一种镧化合物在促进细菌生长中的应用。
背景技术
稀土元素具有特殊电子层结构及良好的光、电、磁性能，并有类似钙的性质，生物学效应广泛。单在影响细胞生长及机理方面，很多研究发现稀土元素具有低促高抑的特点，影响机理也很多样。以植物细胞为例，有的研究认为稀土元素可以提高叶绿素a的含量和碳酸酐酶活性，能促进植物光合作用，从而促进植物生长；有的认为稀土元素可以稳定细胞膜蛋白，改善细胞膜结构，促进细胞内外物质交换从而加速细胞生长和分裂；也有研究发现稀土元素可以促进线粒体代谢来加速植物生长。虽然许多学者对稀土元素的生理效应及机理进行了总结和综述，提供了很好的参考，但还很不系统。
发明内容
本发明的目的是提供镧化合物在促进细菌生长中的应用，基于细胞壁的结构变化研究镧化合物对大肠杆菌生长的影响，具体是以Penicillin(青霉素)和Lysozyme(溶菌酶)对细菌细胞壁作用靶点为参照，比浊法表征细菌的生长，红外光谱法表征细菌细胞壁肽聚糖(3 427cm-1和1 654cm-1)和β-1,4糖苷键(890cm-1)结构，扫描电镜观察菌体形态。
本发明提供了La(NO3)3·6H2O在促进细菌繁殖中的应用。
所述La(NO3)3·6H2O可以逆转Penicillin和Lysozyme对所述细菌繁殖的抑制作用。
所述La(NO3)3·6H2O可以保护所述细菌的结构。
所述La(NO3)3·6H2O保护细菌的细胞壁肽聚糖结构和β-1,4糖苷键，进而促进所述细菌的繁殖；所述La(NO3)3·6H2O可以逆转Penicillin和Lysozyme对细菌细胞壁的破坏作用，增强细胞完整性起到促进细菌繁殖的目的；
所述细菌为大肠杆菌。
上述应用中，红外光谱显示Penicillin使大肠杆菌细胞壁相应位点透过率下降，所述La(NO3)3·6H2O使其透过率增加；Lysozyme使相应位点透过率增加，所述La(NO3)3·6H2O使其透过率下降或基本不变，表明La(NO3)3·6H2O总是可以逆转Penicillin和Lysozyme对大肠杆菌细胞壁的破坏作用，即所述La(NO3)3·6H2O保护细菌的细胞壁肽聚糖结构和β-1,4糖苷键，这是La(NO3)3·6H2O能够促进细菌生长的原因之一。
本发明还更进一步提供了促进细胞繁殖的方法，包括如下步骤：
向细菌的培养基中添加所述镧化合物；
所述镧化合物的添加浓度可为5.0～200.0mg/L，具体可为10.0～50.0mg/L。
本发明以Penicillin和Lysozyme的作用靶点为参照，发现La(NO3)3·6H2O可以逆转Penicillin的生理作用使细胞壁中相邻多糖链交联保护细胞壁肽聚糖，逆转Lysozyme的生理作用保护细胞壁β-1,4糖苷键，增强细胞完整性，促进细菌繁殖。
附图说明
图1为添加La(NO3)3·6H2O和Penicillin(1×105IU/L)后E.coli的生长曲线。
图2为添加La(NO3)3·6H2O和Lysozyme(0.5g/L)后E.coli的生长曲线。
图3为La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme处理后E.coli菌体结构的电镜照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、La(NO3)3·6H2O对大肠杆菌的增殖作用
菌株大肠杆菌(Escherichia coli)，购自中国科学院微生物研究所菌种保藏中心。
水合硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、酵母膏、蛋白胨、氢氧化钠、溶菌酶(Lysozyme，均由国药集团化学试剂有限公司生产)。青霉素钠(Penicillin，华北制药股份有限公司)。
扫描电镜(S-4800，日本日立)、紫外可见分光光度计(UV-3600,日本岛津)、高速冷冻离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)、恒温恒湿振荡培养箱(BS-4G,常州国华电器有限公司)、超声波细胞粉碎机(JY92-2D，宁波新芝生物科技股份有限公司)、傅里叶红外光谱仪(IRPrestige-21，日本岛津)。
1、比浊法测定添加La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme后细菌的生长状况
配制牛肉膏蛋白胨液体培养基，分别添加La(NO3)3·6H2O浓度为5.0～200.0mg/L，高压灭菌，将不同浓度Penicillin(5×104～2×105IU/L)和Lysozyme(0.5g/L)溶液膜过滤后加入，接入菌种培养(37℃，150r/min，12h)，每隔2h测一次菌悬液吸光度A600，绘制生长曲线。
2、结果与分析
扫描电镜表征细菌形态结构：
取适量细菌发酵液，3000r/min离心10min，收集菌体沉淀，取适量菌体涂于盖玻片上，干燥固定后，扫描电镜观察。
红外光谱法表征细菌细胞壁结构：
取适量细菌发酵液，冰浴降温至4℃，3000r/min离心10min，收集菌体沉淀；4℃生理盐水洗涤3次后置于100℃沸水浴中灭活处理20min。将灭活菌体于冰浴中超声处理10min(功率400W、间隔2S、破碎2min)后，1000r/min离心15min，去除沉淀，上清液再以10 000r/min离心15min，收集沉淀即为细胞壁，将沉淀烘箱中干燥备用，溴化钾压片进行红外光谱分析。
2.1、添加La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme后细菌的生长状况
细菌生长一般分为4个时期：迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期，对数期时细菌繁殖速度最快，呈对数级增长。以时间为横轴，细胞浓度为纵轴，可以形象描述细菌生长的“S”形规律，即生长曲线，如图1-图2所示。实验中稀土元素浓度均是5.0～200.0mg/L，Penicillin浓度均是5×104～2×105IU/L。
图1中，曲线1表示对照，曲线2表示青霉素(1×105IU/L)+硝酸镧(50mg/L)，曲线3表示青霉素(1×105IU/L)+硝酸镧(10mg/L)，曲线4表示青霉素(1×105IU/L)。
图2中，曲线1表示溶菌酶(0.5g/L)和硝酸镧(40mg/L)，曲线2表示对照，曲线3表示溶菌酶(0.5g/L)和硝酸镧(20mg/L)，曲线4表示溶菌酶(0.5g/L)和硝酸镧(10mg/L)，曲线5表示溶菌酶(0.5g/L)。
图1-图2的曲线变化表明，由于Penicillin和Lysozyme破坏了细胞壁，抑制了E.coli的繁殖，而La(NO3)3·6H2O可加速E.coli繁殖，逆转Penicillin和Lysozyme对其增殖的抑制作用。
2.2、添加La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme后细菌的菌体结构
细菌从形态上常见有球状和杆状，菌体微小，光学显微镜下难以观察清楚；扫描电镜(SEM)具有较高的放大倍数(20～20万倍)，并有很大的景深和视野，成像富有立体感，可直接观察菌体表面凹凸不平的细微结构，如图3所示，其中，图片1表示对照，图片2表示溶菌酶(0.5g/L)，图片3表示青霉素(1×105IU/L)，图片4表示青霉素(1×105IU/L)+硝酸镧(50mg/L)，图片5表示溶菌酶(0.5g/L)+硝酸镧(40mg/L)。
如图3所示的E.coli菌体结构的光纤维照片可以看出，与对照(图片1)相比，Lysozyme处理后(图片2)菌体有的呈细条状，比Penicillin处理后(图片3)更不规则，可能是由于E.coli属于革兰氏阴性菌，对Penicillin不敏感，菌体形态变化没有Lysozyme处理后显著；图片4中菌体形态基本正常，也可能是这一原因。图片5中菌体相对图片2中形态更规则，未见明显变形，更接近于对照，可见La(NO3)3·6H2O对保护E.coli结构有一定作用。
2.3、La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme对细菌细胞壁结构的影响
Penicillin是细菌细胞壁合成时糖肽转肽酶的抑制剂，可以抑制细胞壁中肽聚糖的合成；Lysozyme可以水解肽聚糖主链上N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡萄糖胺之间的β-1,4糖苷键。本发明以这两个作用位点为参照研究稀土元素对细菌细胞壁影响的具体机理。为了使相应位点的红外光谱变化更加直观，下表列出的是这些位点的红外光谱透过率数值而非相应红外曲线图谱。
表1 La(NO3)3·6H2O、Penicillin和Lysozyme处理E.coli细胞壁红外吸收透过率
依据文献(张正奇.分析化学[M].第2版.北京:科学出版社,2006:265-294ZhangZQ.Analytical Chemistry[M].2nd.Beijing:Science Press,2006:265-294)对各峰进行归属，890cm-1归属于β-1,4糖苷键的特征吸收，3427cm-1属仲酰胺游离的N-H伸缩振动，1654cm-1属酰胺的C＝O伸缩振动，称酰胺Ⅰ峰。以上三个波数是肽聚糖重要的归属位点。
表1数据显示Penicillin使相应位点透过率下降，La(NO3)3·6H2O使其透过率增加；Lysozyme使相应位点透过率增加，La(NO3)3·6H2O使其透过率下降或基本不变，表明La(NO3)3·6H2O也总是可以逆转Penicillin和Lysozyme对E.coli细胞壁的破坏作用。这与已经公开的La(NO3)3·6H2O对B.subtilis的作用规律一致：以La(NO3)3·6H2O，Penicillin和Lysozyme处理B.subtilis细胞壁的研究发现，La(NO3)3·6H2O对这三个位点的影响恰好与Penicillin和Lysozyme对这三个位点的影响相反，即Penicillin使透过率均下降，La(NO3)3·6H2O(100.0mg/L)使其升高，Lysozyme使透过率均升高，La(NO3)3·6H2O(160.0mg/L)使其下降，表明La(NO3)3·6H2O总是可以逆转Penicillin和Lysozyme对细胞壁的不利影响。所以无论是革兰氏阳性菌还是阴性菌，La(NO3)3·6H2O可以保护其细胞壁肽聚糖结构和β-1,4糖苷键是促进生长的原因之一。
3、结论
大多数细菌细胞壁都含有肽聚糖，肽聚糖由肽和聚糖两部分组成，肽有四肽尾和肽桥两种，聚糖则是由N-乙酰葡糖胺(NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM)两种单糖相互间隔连接成长链，组成网格状的肽聚糖分子，形成细胞壁包覆在整个细胞上。细胞壁结构的完整性会影响到细菌的生长，生活和生理状态，因此Penicillin通过抑制肽聚糖合成达到抑菌或杀菌效果，Lysozyme通过水解细胞壁β-1,4糖苷键使细菌裂解。本发明以Penicillin和Lysozyme的作用靶点为参照，发现La(NO3)3·6H2O可以逆转Penicillin的生理作用使细胞壁中相邻多糖链交联保护细胞壁肽聚糖，逆转Lysozyme的生理作用保护细胞壁β-1,4糖苷键，增强细胞完整性，促进细菌繁殖。

Claims (7)

1.镧化合物在促进细菌繁殖或制备促进细菌繁殖的产品中的应用。
2.镧化合物在保护细菌的细胞壁肽聚糖结构和β-1,4糖苷键中的应用。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述镧化合物为La(NO3)3·6H2O。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的应用，其特征在于：所述细菌为大肠杆菌。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的应用，其特征在于：所述镧化合物逆转青霉素和/或溶菌酶对所述细菌繁殖的抑制作用。
6.一种促进细胞繁殖的方法，包括如下步骤：
向细菌的培养基中添加镧化合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述镧化合物为La(NO3)3·6H2O；
所述镧化合物的添加浓度为5.0～200.0mg/L。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112746048A (zh) * 2021-03-02 2021-05-04 上海农乐生物制品股份有限公司 一种液体菌剂及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102898249A (zh) * 2012-11-15 2013-01-30 孙凤祥 一种含有远红外粒子的生物菌肥
CN103860589A (zh) * 2014-03-14 2014-06-18 沈阳药科大学 一类具有抗细菌和真菌作用的稀土化合物

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102898249A (zh) * 2012-11-15 2013-01-30 孙凤祥 一种含有远红外粒子的生物菌肥
CN103860589A (zh) * 2014-03-14 2014-06-18 沈阳药科大学 一类具有抗细菌和真菌作用的稀土化合物

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DWIGHT E. TALBURT等: "Some Effects of Rare Earth Elements and Yttrium on Microbial Growth", 《MYCOLOGIA》 *
柴瑞娟等: "La和Ce对两种细菌抗性的影响及其细胞壁的红外光谱分析", 《稀土》 *
柴瑞娟等: "镧和铈对两种细菌生长的影响及胞内DNA的荧光光谱分析", 《光谱学与光谱分析》 *
柴瑞娟等: "镧和铈对蜡状芽孢杆菌抗性、生长及胞内核酸的影响", 《微生物学通报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112746048A (zh) * 2021-03-02 2021-05-04 上海农乐生物制品股份有限公司 一种液体菌剂及其制备方法

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