CN107603922A - 海绵共生链霉菌及其发酵生产星形孢菌素的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一株海绵共生链霉菌SP6206,属于海绵共生链霉菌发酵领域,所述海绵共生链霉菌SP6206的保藏编号为CCTCCM2017451。本发明还公开了所述的海绵共生链霉菌SP6206发酵生产星形孢菌素中的方法,包括以下步骤:1)培养SP6206种子液;2)将培养获得的SP6206的种子液接种至发酵培养基中发酵培养,获得发酵液;3)从步骤2)获得的发酵液中分离星形孢菌素。所述海绵共生链霉菌SP6206,星形孢菌素产量最高产量达到320mg/L,与现有技术中一般的野生链霉菌星形孢菌素产量相比有很大提高。所述星形孢菌素可用于防治山药炭疽病菌,防治山药炭疽病菌的最小抑菌浓度为8μg/ml,最小抑菌浓度是阳性药放线菌酮的1/4。
Description
技术领域
本发明涉及海绵共生链霉菌发酵技术领域,尤其涉及海绵共生链霉菌及其发酵生产星形孢菌素的方法和应用。
背景技术
海绵是多孔动物门的无脊椎海洋动物,其组织内外栖息着许多种类丰富新颖的海洋共生微生物群体,这些共生微生物产生的生物碱类、内酯类、醌类、酮类、聚醚类、萜烯类及甾体等多种活性次级代谢产物正成为海洋药物先导化合物筛选的重要来源。
星形孢菌素(Staurosporine)是1977年从链霉菌Streptomyces staurosporeusAM-2282的发酵产物中分离到的第一个吲哚咔唑类生物碱。1986年发现该生物碱具有抗肿瘤作用,属于一类细胞膜渗透性良好的非选择性蛋白激酶抑制剂,与蛋白激酶相互作用,阻止了生理状况下ATP与蛋白激酶的结合,从而抑制蛋白激酶的活性,影响细胞周期的正常过程。
目前现有技术中链霉菌的星形孢菌素产量不高,且发酵成本高,主要应用在抗癌研究方面。例如中国抗生素杂志2015年5月第40卷第5期上发表的《生物与化学方法相结合提高海洋生境放线菌YB-24菌株星形孢菌素产量》中记载,经过紫外线和氯化锂复合诱变后获得的高产菌株星形孢菌素的产量为3.833mg/L,产量仍然较低,不能满足工业应用。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供海绵共生链霉菌及其生产星形孢菌素的方法和应用,提高星形孢菌素的发酵产量,扩大星形孢菌素的应用领域。
本发明提供了一株海绵共生链霉菌SP6206,所述海绵共生链霉菌SP6206 保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号为CCTCCM2017451。
本发明还提供了所述的海绵共生链霉菌SP6206发酵生产星形孢菌素中的方法,包括以下步骤:
1)培养SP6206种子液;
2)将培养获得的SP6206的种子液接种至发酵培养基中发酵培养,获得发酵液;
3)从步骤2)获得的发酵液中分离星形孢菌素。
优选的,所述发酵培养基包括以下质量百分含量的组分:可溶性淀粉 1.5~3.5%,黄豆粉1~2.5%,酵母浸粉0.1~0.3%,碳酸钙0.2~0.5%,HP~20 大孔树脂1~3%,海水45~55%,余量的自来水。
优选的,所述发酵培养基的pH值为7~9.5。
优选的,步骤2)中所述发酵培养的温度为25~30℃,发酵转速为 180~220rpm,发酵时间为7~10d。
优选的,步骤1)中所述种子液的细胞浓度为1.8~2.0×106cfu/mL。
优选的,步骤2)中获得发酵液的细胞浓度为5.5~6.5×109cfu/mL。
优选的,步骤3)所述的分离纯化星形孢菌素包括以下步骤:
3.1)过滤发酵液获得包括菌体和树脂的混合物;
3.2)丙酮浸提所述包括菌体和树脂的混合物,收集浸提液;
3.3)减压蒸干浸提液获得星形孢菌素浸膏。
本发明还提供了所述的海绵共生链霉菌SP6206生产的星形孢菌素在防治山药炭疽病菌中的应用。
优选的,所述星形孢菌素的最低抑菌浓度为8μg/ml。
本发明的有益效果:本发明中的海绵共生链霉菌SP6206,发酵生产星形孢菌素的产量高,实施例的结果表明,最高产量达到320mg/L,与现有技术中一般的野生链霉菌星形孢菌素产量相比有很大提高。所述海绵共生链霉菌 SP6206产生的星形孢菌素可用于防治山药炭疽病菌,防治山药炭疽病菌的最小抑菌浓度为8μg/ml,最小抑菌浓度是阳性药放线菌酮的1/4。
进一步的,所述海绵共生链霉菌SP6206的发酵培养基成分简单,成本低。
附图说明
图1为本发明实施例中星形孢菌素粗浸膏HPLC分析结果图;
图2为本发明实施例2提供的星形孢菌素的EIS-MS质谱图;
图3为本发明实施例2提供的星形孢菌素的紫外光谱图。
生物保藏说明
海绵共生链霉菌SP6206(Streptomyces),本发明所述的海绵共生链霉菌 SP6206菌种保藏在中国典型培养物保藏中心CCTCC,地址为中国.武汉.武汉大学,武汉大学保藏中心号,生物保藏编号为CCTCC NO:M2017451,保藏时间为2017年8月24日。
具体实施方式
本发明提供了一株海绵共生链霉菌SP6206,所述海绵共生链霉菌SP6206 保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号为CCTCCM2017451。保藏日期为2017年8月24日。
本发明所述的链霉菌SP6206分离自海绵样品,所述海绵样品来源于海南三亚海域。本发明分离所述链霉菌SP6206菌株的分离培养基优选包括以下质量百分含量的组分:可溶性淀粉0.5~1.5%,干酪素0.02~0.04%,硝酸钾 0.1~0.3%,七水合硫酸镁0.004~0.006%,氯化钠0.1~0.3%,磷酸氢二钾 0.1~0.3%,碳酸钙0.001~0.003%,七水合硫酸亚铁0.0005~0.0015%,重铬酸钾0.005~0.015%,琼脂1.5~2.5%,陈海水45~55%和余量的蒸馏水。更优选的,本发明所述的链霉菌SP6206菌株分离培养基以1L体积计,组成如下:可溶性淀粉10g,干酪素0.3g,硝酸钾2g,七水合硫酸镁0.05g,氯化钠2g,磷酸氢二钾2g,碳酸钙0.02g,七水合硫酸亚铁0.01g,重铬酸钾0.1g,琼脂20g,陈海水500ml和余量的蒸馏水。所述分离培养基的pH值为7.2~7.4,优选的为7.3。
本发明中所述SP6206菌株的分离方法包括如下步骤:
a,用海水研磨海绵样品获得研磨液;b,梯度稀释所述研磨液获得稀释液;c,将所述稀释液涂布分离培养基平板上恒温培养1~4周;d,挑取平板上的放线菌菌落进行纯化。
本发明中,所述研磨时,海绵样品与海水的质量体积比(g/ml)优选为 1:10;所述海绵样品的质量优选为0.5~2g,更优选的为1g。
在本发明中,所述梯度稀释研磨液的梯度为10倍、100倍、1000倍;
所述每一平板上稀释液涂布的体积优选的为50~200μl,更优选的为 100μl。在本发明中所述恒温培养的温度优选的为25~30℃,更优选的为28℃。
本发明中所述的纯化培养为3~8代平板传代纯化培养。本发明在纯化后获得菌株SP6206,并将其单菌落置于20wt%的无菌甘油中保存于-20℃。
本发明分离获得SP6206菌株后,对其进行分子鉴定。采用通用引物27F 和1492RPCR扩增其16S rRNA基因序列,测得菌株SP6206的16S rRNA基因序列有效片段长度为1380bp。在EzTaxon数据库中进行有效种的序列相似性搜索,菌株SP6206与链霉菌属的菌株高度相关,确定菌株SP6206是链霉菌属的放线菌。
本发明还提供了所述的海绵共生链霉菌SP6206发酵生产星形孢菌素中的方法,包括以下步骤:1)培养SP6206种子液;2)将培养获得的SP6206的种子液接种至发酵培养基中发酵培养,获得发酵液;3)从步骤2)获得的发酵液中分离星形孢菌素。
在本发明中,所述培养SP6206种子液优选的将保藏的菌种接种到种子液培养基中进行培养获得。在本发明中,所述种子液培养基优选的包括以下质量百分含量的组分:酵母浸粉0.35~0.45%,麦芽浸粉0.5~1.5%,葡萄糖 0.35~0.45%,陈海水45~55%,余量的自来水;更优选的包括酵母浸粉0.4%,麦芽浸粉1%,葡萄糖0.4%,陈海水50%,余量的自来水。在本发明的实施例中,以1L体积计,优选的包括以下组分:酵母浸粉4g,麦芽浸粉10g,葡萄糖4g,陈海水500mL,余量的自来水。
在本发明中,所述获得种子液的培养温度为25~30℃,优选的为26~29℃,更优选的为28℃;所述种子液培养的转速优选的为150~200rpm,更优选的为 180rpm;所述种子液培养的时间优选的为84~108h,更优选的为90~100h,最优选的为96h。在本发明中,所述培养好的种子液的细胞浓度优选的为 1.8~2.0×106cfu/mL;更优选的为1.9×106cfu/mL。
本发明在培养获得SP6206种子液后,将培养获得的SP6206的种子液接种至发酵培养基中发酵培养,获得发酵液。所述接种优选的在无菌条件下进行,接种量优选的为0.8~1.2%,更优选的为1%。在本发明中所述发酵培养的发酵培养基优选包括以下质量百分含量的组分:可溶性淀粉1.5~3.5%,黄豆粉1~2.5%,酵母浸粉0.1~0.3%,碳酸钙0.2~0.5%,HP~20大孔树脂1~3%,海水45~55%,余量的自来水;更优选的包括:可溶性淀粉3.13%,黄豆粉 1.5%,酵母浸粉0.2%,碳酸钙0.4%,HP~20大孔树脂1.25%,海水50%,余量的自来水。在本发明的实施例中,以1L体积计,优选的包括以下组分:可溶性淀粉31.3g,黄豆粉15g,酵母浸粉2g,碳酸钙4g,HP-20大孔树脂12.5 g,海水500ml,余量的自来水定容至1L。在本发明中所述发酵培养基的pH 值优选的为7~9.5,更优选的为9。
在本发明中所述发酵培养的温度为25~30℃,优选为26~29℃,更优选为28℃;所述发酵培养的转速优选为180~220rpm,更优选为200rpm;所述发酵培养的时间优选为7~10d,更优选为8~9d。本发明在发酵培养后获得的发酵液的菌体浓度优选为5.5~6.5×109cfu/mL,更优选为6.0×109cfu/mL。
本发明在获得发酵液后,从获得的发酵液中分离星形孢菌素。在本发明中,所述的分离纯化星形孢菌素的方法包括以下步骤:3.1)过滤发酵液获得包括菌体和树脂的混合物;3.2)丙酮浸提所述包括菌体和树脂的混合物,收集浸提液;3.3)减压蒸干浸提液获得星形孢菌素浸膏。
在本发明中,所述过滤发酵液采用本领域常规的纱布或滤膜过滤方法均可,在本发明具体实施过程中优选的采用三层纱布过滤发酵液,本发明在过滤后收集纱布上截留的成分获得菌体和树脂。
本发明在获得菌体和树脂后,用丙酮浸提菌体和树脂,所述菌体和树脂的总质量与丙酮的体积比优选的为:(菌体和树脂):丙酮=1:15;更优选的为1:10。所述浸提的时间优选的为10~14h,更优选的为12h;所述浸提的温度优选的为25~30℃。
本发明在浸提后优选的进行再次过滤,收集浸提液;所述过滤的方法采用本领域常规的纱布或滤膜过滤方法均可,在本发明具体实施过程中优选的采用三层纱布;过滤后收集纱布滤过液体为浸提液。
本发明在获得浸提液后,减压蒸干浸提液获得星形孢菌素浸膏。本发明对所述减压蒸干的方法和设备没有特殊限定,采用本领域常规的减压蒸干方法和设备即可,具体的在本发明实施过程中使用旋蒸仪进行减压蒸干。
本发明在获得星形孢菌素浸膏后,优选的还对获得的星形孢菌素浸膏进行进一步的纯化,所述纯化方法优选的为硅胶柱层析分离纯化;所述硅胶柱优选的为200-300目;所述洗脱液为二氯甲烷和甲醇;所述二氯甲烷和甲醇的体积比优选的为(28~32):1,更优选的为30:1;所述洗脱液的总体积优选的为2.8~3.2倍柱床体积,更优选的为3倍柱床体积。
本发明在星形孢菌素浸膏样品过硅胶柱后,收集洗脱液。本发明对收集到的洗脱液进行浓缩后进行定量分析。所述分析参数优选的为:采用 YMC-Pack C18,150×4.6mmL.D.,S-5μm.12nm。所述分析的流动相优选的为甲醇水溶液,流速优选的为1.0ml/min;所述检测器为DAD检测器;检测波长优选的为291nm。本发明根据HPLC分析结果计算获得单位体积发酵液中纯化星形孢菌素的产量。
本发明还提供了所述的海绵共生链霉菌SP6206生产的星形孢菌素在防治山药炭疽病菌中的应用。在本发明中所述星形孢菌素的最低抑菌浓度为 8μg/ml。
下面结合具体实施例对本发明所述的海绵共生链霉菌及其发酵生产星形孢菌素中的方法和应用做进一步详细的介绍,本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1链霉菌(Streptomyces)SP6206的分离和鉴定
一、链霉菌SP6206的分离
菌株分离培养基的组成如下:可溶性淀粉10g,干酪素0.3g,硝酸钾2g,七水合硫酸镁0.05g,氯化钠2g,磷酸氢二钾2g,碳酸钙0.02g,七水合硫酸亚铁0.01g,重铬酸钾0.1g,蒸馏水500ml,陈海水500ml,琼脂20g,pH 7.3。
称取1g海绵样品(采自海南三亚海域),用10毫升无菌海水进行研磨,再用无菌海水稀释10倍、100倍、1000倍,分别吸取100μl稀释液,涂布分离培养基平板上,在28℃的恒温培养箱中倒置培养1~4周。根据平板上菌落的形态特征,用无菌竹签挑出平板上的放线菌菌落进行纯化。获得了一株菌,将其命名为菌株SP6206。挑取纯化后的菌株SP6206的单菌落于无菌20%甘油中-20℃冰箱中保存。
二、链霉菌SP6206的鉴定
采用通用引物27F和1492R PCR扩增其16S rRNA基因序列,测得菌株 SP6206的16SrRNA基因序列有效片段长度为1380bp。在EzTaxon数据库中进行有效种的序列相似性搜索,菌株SP6206与链霉菌属的菌株高度相关,说明菌株SP6206是链霉菌属的放线菌。根据16SrRNA基因序列分析,鉴定菌株SP6206为链霉菌。
实施例2应用链霉菌SP6206生产星形孢菌素
种子培养基的制备方法如下(pH值7.5):将酵母浸粉4g,麦芽浸粉10g,葡萄糖4g,陈海水500mL,余量的自来水定容至IL。121℃灭菌20分钟。
发酵培养基的制备方法如下(pH值9.0):将可溶性淀粉31.3g,黄豆粉15 g,酵母浸粉2g,碳酸钙4g,HP-20大孔树脂12.5g,海水500ml,余量的自来水定容至IL。121℃灭菌20分钟。
一、菌株发酵
1、种子培养:将链霉菌SP6206接种100ml种子培养基。28℃、180rpm培养 96小时,得到种子液。
2、发酵培养:在500ml的三角瓶中装200ml发酵培养基。在培养基中接种2ml 种子液,28℃、180rpm培养9天,收获发酵液。
二、有效成分的分离纯化
1、将1L发酵液用3层纱布过滤得到菌体和树脂。
2、将获得的菌体和树脂用400ml丙酮浸提(室温25℃过夜静置),再用3层纱布过滤并收集滤液,减压蒸干得粗浸膏,即为星形孢菌素粗提物。
3、将星形孢菌素粗浸膏上样硅胶柱(200-300目),用3倍柱床体积的洗脱液二氯甲烷:甲醇=30:1洗脱,收集洗脱液。浓缩洗脱液,做HPLC分析。 HPLC分析参数:采用YMC-PackC18,150×4.6mmL.D.,S-5μm.12nm。流动相为甲醇水溶液梯度洗脱,流速为1.0ml/min;检测波长291nm。
HPLC图谱见图1。主要活性成分的保留时间约为35min。
4、将步骤3的浓缩液过滤后进行反相HPLC;反相HPLC参数:采用YMC-Pack C18,250×10mmL.D.,S-5μm.12nm。流动相为体积百分比为80%的甲醇水溶液,流速为4.0ml/min;收集保留时间为10min~11min的洗脱液,蒸干后得到活性组分,计算每升发酵液中含有320.0mg星形孢菌素。
三、有效成分的鉴定
1、外观
淡黄色粉末。
2、溶解性
易溶于甲醇,乙醇,丙酮,DMSO,微溶于氯仿,不溶于水。
3、质谱
EIS-MS质谱见图2,检测其分子离子峰[M+H]十为467.1,提示该分子量为466,与文献报道星形孢菌素的结果一致。
4、紫外光谱
紫外光谱测试仪器为Mariner System5304instrument。活性组份的紫外光谱图见图3,在285nm处有最大吸收峰。与文献报道星形孢菌素紫外特征一致。
5、核磁图谱碳氢信号归属
核磁图谱测试仪器为Varian nova 600MHZ,所用溶剂为DMSO-d6。活性组分碳氢信号归属如表1所示。所述活性组分碳氢信号归属与文献报道一致。
表1活性组份的碳氢谱核磁信号归属
综合上述结果,所述活性组份的结构式见式(Ⅰ),为星形孢菌素:
实施例3应用链霉菌SP6206发酵生产星形孢菌素
种子培养基的制备方法如下(pH7.5):将酵母浸粉4g,麦芽浸粉10g,葡萄糖4g,陈海水500mL,余量的自来水定容至IL。121℃灭菌20分钟。
发酵培养基的制备方法如下(pH9.0):将可溶性淀粉25.4g,黄豆粉18g,酵母浸粉1.5g,碳酸钙3g,HP-20大孔树脂20.5g,海水450ml,余量的自来水定容至IL。121℃灭菌20分钟。
一、菌株发酵
1、种子培养:将链霉菌SP6206接种100ml种子培养基。28℃、180rpm培养 96小时,得到种子液。
2、发酵培养:在500ml的三角瓶中装200ml发酵培养基。在培养基中接种3ml 种子液,28℃、190rpm培养10天,收获发酵液。
二、有效成分的分离纯化
1、将1L发酵液用3层纱布过滤得到菌体和树脂。
2、将获得的菌体和树脂用400ml丙酮浸提(室温25℃过夜静置),再用3层纱布过滤并收集滤液,减压蒸干得粗浸膏,即为星形孢菌素粗提物。
3、将星形孢菌素粗浸膏上样硅胶柱(200-300目),用3倍柱床体积的洗脱液二氯甲烷:甲醇=30:1洗脱,收集洗脱液。浓缩洗脱液,做HPLC分析。 HPLC分析参数:采用YMC-PackC18,150×4.6mmL.D.,S-5μm.12nm。流动相为甲醇水溶液梯度洗脱,流速为1.0ml/min;检测波长291nm。
HPLC图谱见图1。主要活性成分的保留时间约为35min。
4、将步骤3的浓缩液过滤后进行反相HPLC;反相HPLC参数:采用YMC-Pack C18,250×10mmL.D.,S-5μm.12nm。流动相为体积百分比为80%的甲醇水溶液,流速为1.0ml/min;收集保留时间为10min~11min的洗脱液,蒸干后得到活性组分,计算每升发酵液中含有290mg星形孢菌素。
实施例4检测化合物抗山药炭疽病菌活性
PDA培养基:称取去皮土豆200g,切成小块放入锅中,加水1000ml,在加热器上加热至沸腾,维持20-30min,用2层纱布趁热过滤,得滤液补充水分到 1000ml;加入葡萄糖20g,溶解后,121℃灭菌20分钟。
一、制备菌液
通过血球计数板计数,用PDA培养基将山药炭疽病菌孢子制备成 (2~4)×106个孢子/mL的菌液。
二、制备待测溶液
以无菌DMSO为溶剂将化合物和阳性药放线菌酮配制为1280μg/ml的母液。然后用无菌DMSO依次稀释得到浓度为1280、640、320、160、80、40、 20、10、5、2.5、1.25μg/ml的稀释液
三、测定化合物抑制山药炭疽病菌最小抑菌浓度
1、取无菌96孔细胞培养板,每孔加入:80ulPDA培养基。
2、取完成步骤1的96孔细胞培养板,分组处理如下:阳性对照组(11个孔):分别加入20ul上述制备的11个稀释度的阳性对照药物放线菌酮稀释液;实验组(11个孔):分别加入20ul上述制备的11个稀释度的星形孢菌素化合物稀释液;阴性对照(11个孔):分别加入20ul无菌DMSO。
3、取完成步骤2的96孔细胞培养板,每孔加入100ul步骤一得到的孢子液,28℃培养48小时后观察各孔中孢子的生长状况:如该孔中呈混浊状态,说明相应浓度的化合物无抗炭疽病菌活性;如该孔中呈澄清状态,说明相应浓度的化合物具有抗炭疽病菌活性。孢子生长被完全抑制的孔所对应的化合物的最小终浓度即为该化合物对炭疽病菌的最低抑菌浓度,MIC值。星形孢菌素抗山药炭疽病菌活性的MIC为8μg/ml,阳性药放线菌酮的MIC为32μg/ml。说明星形孢菌素的山药炭疽病菌活性优于阳性药放线菌酮。
由上述实施例可知:本发明中的海绵共生链霉菌SP6206,星形孢菌素产量高,最高产量达到320mg/L,与现有技术中一般的野生链霉菌星形孢菌素产量相比有很大提高。所述海绵共生链霉菌SP6206产生的星形孢菌素可用于防治山药炭疽病菌,防治山药炭疽病菌的最小抑菌浓度为8μg/ml,最小抑菌浓度是阳性药放线菌酮的1/4。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一株海绵共生链霉菌株SP6206,所述海绵共生链霉菌SP6206保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号为CCTCCM2017451。
2.利用权利要求1所述的海绵共生链霉菌株SP6206发酵生产星形孢菌素的方法,包括以下步骤:
1)培养SP6206种子液;
2)将所述步骤1)获得的SP6206种子液接种至发酵培养基中发酵培养,获得发酵液;
3)从所述步骤2)获得的发酵液中分离出星形孢菌素。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述发酵培养基包括以下质量百分含量的组分:可溶性淀粉1.5~3.5%,黄豆粉1~2.5%,酵母浸粉0.1~0.3%,碳酸钙0.2~0.5%,HP-20大孔树脂1~3%,海水45~55%,余量的水。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述发酵培养基的pH值为7~9.5。
5.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述步骤2)中发酵培养的温度为25~30℃,发酵时间为7~10d;
所述发酵过程伴随搅拌;所述搅拌的转速为180~220rpm。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤1)中所述种子液的菌体浓度为1.8~2.0×106CFU/mL。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤2)中获得发酵液的菌体浓度为5.5~6.5×109CFU/mL。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤3)中分离星形孢菌素的方法包括以下步骤:
3.1)过滤所述发酵液,收集固相,获得包括菌体和HP-20大孔树脂的混合物;
3.2)丙酮浸提所述包括菌体和HP-20大孔树脂的混合物,收集浸提液;
3.3)减压蒸干所述浸提液,获得星形孢菌素浸膏。
9.权利要求1所述的海绵共生链霉菌株SP6206生产的星形孢菌素在防治山药炭疽病中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述星形孢菌素的抑菌浓度≥8μg/mL。
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