CN110172411A - 一种痂状炭角菌菌株zj1811及其培养方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其培养方法和应用,该菌株于2019年1月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏号为CGMCC NO.17000。进一步地,本发明对痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养基和固体培养基进行了优化,提供了适宜于痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养方法和固体培养方法。本发明首次从自然界中分离筛选出一种新的炭角菌菌株,进一步拓宽了炭角菌的种类,该菌株性质稳定,可长期保存,并且可以进行人工液体发酵和固体培养,其发酵产物具有较强的抗菌和抗氧化活性,可作为抗菌剂、抗氧化剂广泛应用于食品、果蔬防腐保鲜以及饲料添加剂等领域。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,涉及微生物发酵培养及发酵产物抗菌、抗氧化活性鉴定,具体涉及一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其培养方法和应用。
背景技术
按国际标准划分的国际化产业中,保健品行业是世界贸易增长最快的行业之一。近20年来,保健品的销售额平均年增长13%。数据显示,美国和日本的保健品人均年消费额分别是214美元和148美元,我国仅为26美元。随着人们对健康问题的日益关注,保健品市场迎来了发展生机。虫草是与人参、鹿茸并列为三大中药补品,是我国传统的滋补保健佳品。虫草产品是我国传统的滋补保健佳品,在保健品中占据着市场主导地位。目前世界上虫草(寄生昆虫的药用真菌、食用真菌)有500多种,市面上常见的有3种:冬虫夏草、蛹虫草和蝉花。冬虫夏草寄生在鳞翅目蝙蝠蛾科昆虫草蝙蝠蛾幼虫体上的子座及幼虫尸体复合体。蛹虫草(又称北虫草),为麦角菌科真菌蛹草的子座。蝉花是真菌蝉拟青霉寄生蝉若虫的复合体,系冬虫夏草类似物,隶属虫草属。虫草每年产量在100-130吨之间,到2020年虫草行业规模将达750亿元。由于虫草每年产量不会出现大波动,所以虫草保健品行业增长主要来自于新资源、新产品研发以及对产品深加工带来的结构升级。
乌灵参是生长在白蚁巢穴中炭角菌菌核俗称。近年来学者们对其化学成分、药理作用及临床应用研究发现,其具有高度抗肿瘤、调节免疫、抗疲劳、抗衰老等多种作用。乌灵参被世界药用真菌研究、应用领域均视为珍稀、名贵保健品,是一种营养价值和药用价值较高、并亟待开发的虫草保健品新资源。
全世界报道的炭角菌已有300多种。我国炭角菌有近百种,主要分布于浙江、西藏、四川、湖南等省。近年来国内外炭角菌的研究主要包括培养条件的优化、化学成分分析、药理作用评价和安全性评估。在培养优化方面,炭角菌的液体发酵正在日趋完善,但子实体大规模批量生产还未见报道。在化学成分及活性物质方面,炭角菌富含丰富化学成分,越来越多新活性成分在炭角菌中被提取分离出来。在药理作用上主要集中于黑柄炭角菌等少数炭角菌。
由于炭角菌生长环境和生长条件特殊,自然资源稀缺,野生炭角菌价格昂贵,野生资源储备量不能满足社会对其的需要。鉴于其珍贵的药用价值和较高的经济价值,很多人对其栽培技术进行大量的探索和研究。目前只能生产炭角菌菌丝体,而炭角菌子实体的人工栽培技术是世界难题。在其产业化上,目前仅有浙江佐力药业以纤细乌灵参为材料,用其液体发酵产物为原料研发上市了乌灵参菌丝体乌灵胶囊。相较于众多的炭角菌种类来说,炭角菌的应用不可能局限于某个单一物种。往往一种新资源、新原料、新菌株的研发可以促进产业的发展。
发明内容
针对现有技术中存在的问题与不足,本发明的目的在于提供一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其培养方法和应用,具体涉及痂状炭角菌菌株ZJ1811液体发酵、固体培养及发酵产物抗菌、抗氧化活性鉴定。
作为本发明的第一方面,本发明提供一种痂状炭角菌菌株,保藏名称为ZJ1811,分类命名为痂状炭角菌Xylaria escharoidea,保藏编号为CGMCC NO.17000,保藏日期为2019年01月17日,保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
本发明所提供的痂状炭角菌菌株ZJ1811采集自浙江省诸暨市大唐镇杨板桥山塘白蚁死亡巢穴上,将巢穴上生长真菌子实体经分离、纯化获得菌株,该菌株经鉴定属于子囊菌纲(Ascomycetes)球壳目(Sphaeriales)炭角菌科(Xylariaceae)炭角菌属(Xylaria),为痂状炭角菌Xylaria escharoidea。
痂状炭角菌ZJ1811的平板菌落形态特征:
平板菌落呈不规则形态,菌丝体为白色絮状,在温度28±1培养15天后出现黑色菌索出现。
痂状炭角菌ZJ1811的斜面培养特征:
菌丝体为白色絮状,接菌后3天即可铺满整个斜面培养基,在温度28±1,℃培养10-15天左右出现黑色菌索。
痂状炭角菌ZJ1811的菌丝显微特征:
菌丝透明,有隔膜,菌丝大多数为二分叉,菌丝成90°角分叉。
痂状炭角菌ZJ1811的子实体外观形态特征:
子实体多为单生,少数存在分支现象,子实体大,质地坚硬;底部细小黑色,中上部分粗大,颜色为黄色至黑灰色,表面有黑色乳状凸起,顶部呈细长状、圆柱状。
痂状炭角菌ZJ1811的子实体横切扫描电镜形态特征:
子实体内部组织黄褐色,中间黑褐色;子囊壳长梭形(外宽内窄),或极少卵圆形,埋生于子座内,壁通常黄色至暗褐色,内部组织黄褐色,向外有孔口(乳头状);子囊长棒状,排列紧密,黑褐色,子囊内有子囊孢子8个;子囊孢子单胞,呈褐色至黑色,卵形或椭圆形。
痂状炭角菌ZJ1811的分子生物学特征:
采用分子生物学PCR技术,DNA序列测定分析,采集到的菌株子实体ITS序列由 522个碱基组成,其序列如SEQ ID No.3所示,培养后的菌株的菌丝体ITS序列由522 个碱基组成,其序列如SEQ ID No.4所示。
作为本发明的第二方面,本发明提供一种痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养方法。
作为优选,所述方法包括以下步骤:
1)种子培养:取4℃条件保存的斜面菌种,于20-30℃条件下复苏30min后,挑取菌丝接入PDA培养基中,于28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板;
2)发酵培养:将种子培养菌种用直径为0.3-0.7cm的打孔器打取菌碟1块,然后接种至液体培养基中,于28±1℃,160-180r/min培养8-10天。
作为优选,步骤2)中所述液体培养基包括以下重量百分比的原料:10-30%马铃薯、 3-5%可溶性淀粉、0.2-0.8%蚕蛹粉和0.04-0.08%硫酸镁。
作为优选,步骤2)中打孔器的直径可以为0.3cm、0.5cm、0.7cm等。
作为本发明的第三方面,本发明提供一种痂状炭角菌菌株ZJ1811的固体培养方法。
作为优选,所述方法包括以下步骤:
1)母种培养:将痂状炭角菌菌株ZJ1811的菌种用直径为0.3-0.7cm的打孔器打取菌碟1块,然后接种至PDA液体培养基中,于28±1℃,160-180r/min培养3-5天,获得母种;
2)发酵培养:将母种接种至固体培养基中,于28±1℃条件下培养12-18天,其中,以每50g固体培养基计,所述母种的接种量为1-3mL。
作为优选,步骤1)中打孔器的直径可以为0.3cm、0.5cm、0.7cm等。
作为优选,步骤2)中所述固体培养基包含以下组分:(1)基础培养基,该基础培养基由固体基料和占固体基料70-85wt%的水组成,和(2)占固体基料1-3wt%的氨基酸,其中,所述固体基料包括以下重量百分比的原料:70-80%木屑,1-3%石膏,1-4%蔗糖和10-30%玉米粉。
作为优选,所述氨基酸为缬氨酸、异亮氨酸和苏氨酸中的任意一种或多种。
作为本发明的第四方面,本发明提供一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其液体发酵产物作为抗菌剂的应用。
作为优选,所述痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体发酵产物包括痂状炭角菌菌株ZJ1811菌丝体的提取物、发酵液、胞外多糖或胞内多糖。
作为本发明的第五方面,本发明提供一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其液体发酵产物作为抗氧化剂的应用。
作为优选,所述痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体发酵产物包括痂状炭角菌菌株ZJ1811菌丝体的提取物、发酵液、胞外多糖或胞内多糖。
作为本发明的第六方面,本发明提供一种用于培养炭角菌的含有特异氨基酸的固体培养基。
作为优选,该固体培养基包含以下组分:(1)基础培养基,该基础培养基由固体基料和占固体基料70-85wt%的水组成,和(2)占固体基料1-3wt%的氨基酸,其中,所述固体基料包括以下重量百分比的原料:70-80%木屑,1-3%石膏,1-4%蔗糖和10-30%玉米粉。
作为优选,所述氨基酸为缬氨酸、异亮氨酸和苏氨酸中的任意一种或多种。
作为优选,所述炭角菌为痂状炭角菌ZJ1811。
作为优选,所述木屑可以为本领域常用的树木的木屑,例如松树木屑、杉树木屑、桑树木屑、橡胶木屑、莞香木屑等。
本发明具有以下有益的技术效果:
(1)本发明首次从自然界中分离筛选出一种新的痂状炭角菌菌株ZJ1811,进一步拓宽了炭角菌的种类,该菌株性质稳定,可长期保存,并且可以进行人工液体发酵和固体培养,其发酵产物具有较强的抗菌、抗氧化活性,可作为抗菌剂、抗氧化剂或用于制备抗菌剂、抗氧化剂的原料广泛应用于食品、果蔬防腐保鲜以及饲料添加剂等领域。
(2)本发明通过培养基组分的优化,提供了适宜于痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养方法和固体培养方法,本发明的培养方法成本低,易于工业化,且不受外在环境的影响,具有良好市场前景,可以促进产业的发展。
(3)本发明提供了一种痂状炭角菌菌株ZJ1811的含有特异氨基酸的固体培养基,通过该特异的培养基可以显著促进炭角菌子实体的生长,为获得优质、大量的炭角菌子实体提供了有力支持。
附图说明
图1是痂状炭角菌菌株ZJ1811的平板菌落示意图。
图2是痂状炭角菌斜面培养结果图。
图3是痂状炭角菌菌株菌丝显微结构视图,其中,A为10倍;B为20倍;C为40倍。
图4是痂状炭角菌菌株子实体外观图。
图5是痂状炭角菌子实体横切透射电镜图,其中,A为1倍;B为5倍;C为40倍。
图6是痂状炭角菌菌株ZJ1811三因素筛选结果图,其中(A)为不同碳源对菌丝体干重的影响;(B)为不同氮源对菌丝体干重的影响;(C)为不同金属离子对菌丝体干重的影响。
图7是痂状炭角菌菌株ZJ1811最佳三因素的三水平筛选结果图,其中(A)不同浓度的可溶性淀粉对菌丝体干重的影响;(B)为不同浓度的蚕蛹粉对菌丝体干重的影响; (C)为不同浓度的MgSO4对菌丝体干重的影响。
具体实施方式
下面结合实施例,更具体地说明本发明的内容。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中,若无特别指明,实施例采用的方法为本领域通用技术,所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。真菌基因组DNA提取试剂盒购自索莱宝科技有限公司。
实施例1:痂状炭角菌菌株ZJ1811的分离培养及鉴定
1、痂状炭角菌菌株的分离
将从浙江省诸暨市大唐镇杨板桥山塘白蚁死亡巢穴上采集的子实体样品使用75%酒精表面灭菌20s(共3次),然后再用灭菌无菌水冲洗3次。在超净台上用已灭菌的刀片切取小块(1cm×1cm)子实体接种于PDA培养基上(马铃薯200g/L、葡萄糖20g /L、琼脂15g/L、氯霉素0.1g/L),置于温度28±1℃培养箱培养3天。挑取单菌落进行分离、纯化,并重复纯化1次,获得纯化的分离菌株。
2、分离菌株的基因组DNA提取
根据真菌基因组DNA提取试剂盒(Solarbio)的操作说明提取分离菌株的基因组DNA,用于后续的测序研究。
(1)将提取材料放在液氮中研磨;
(2)加入200μL Extraction Buffer剧烈振荡,室温静置5min;
(3)加入20μL Proteinase K,充分混匀后置于56℃水浴1h;
(4)14000rpm离心5min,取上清至1.5mL EP管中;
(5)加入200μL Binding Buffer充分混匀置于70℃水浴10min;
(6)加入200μL无水乙醇,振荡混匀后转移至套有EP管的离心柱中,14000rpm 离心1min;
(7)弃滤液,往离心柱中加入300μL Binding Buffe,14000rpm离心1min;
(8)弃滤液,加入700μL Wash Solution,14000rpm离心1min,本步骤重复一次;
(9)弃滤液,12000rpm离心2min;将离心柱更换至新的EP管中,网离心柱中加入100-200μL Elution Solution,室温静置2min;
(10)12000rpm离心1min,弃离心柱,将获得基因组DNA保存于-20。℃
3、分离的菌株的ITS序列测序及鉴定
对分离得到的菌株的子实体基因组DNA和培养的菌丝体基因组DNA进行提取并作为模板进行ITS序列扩增。PCR反应体系(20μL)为:Taq聚合酶10μL,上、下游引物各0.5μL,模板DNA 1μL,ddH2O 8μL。扩增条件为:(1)94℃变性3min;(2) 94℃变性30s,55℃退火30s,72℃延伸1min该过程重复30个循环;(3)最后72℃延伸10min。扩增引物序列为:ITS4 5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’(SEQ ID No. 1)和ITS5 5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3’(SEQID No.2)。
通过扩增和测序,测得所采集到的菌株子实体ITS序列如SEQ ID No.3,培养得到的菌株菌丝体ITS序列如SEQ ID No.4所示。将测序结果在NCBI数据库中(https: //www.ncbi.nlm.nih.gov/)利用网上在线Blast程序(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.c gi)进行同源性比对。比对结果显示菌株子实体ITS序列(SEQ ID No.3)及培养的菌丝体ITS序列(SEQ ID No.4)与痂状炭角菌Xylaria escharoidea(EU179864.1)同源性达99%以上,是同种菌的不同菌株,因此将该菌株命名为痂状炭角菌Xylaria eschar oideaZJ1811。
SEQ ID No.3:
SEQ ID No.4:
4、痂状炭角菌菌株ZJ1811的形态学特征
(1)菌株平板菌落形态
如图1所示,痂状炭角菌菌株ZJ1811平板菌落呈不规则形态,菌丝体为白色絮状。在温度28±1,℃培养15天后已有黑色菌索出现。
(2)菌株斜面培养
在PDA培养基上进行痂状炭角菌ZJ1811菌株斜面培养,菌丝体为白色絮状,接菌后3天即可铺满整个斜面培养基。在温度28±1,℃培养10-15天左右就有黑色菌索出现(图2)
(3)菌株菌丝显微结构
通过显微镜观察痂状炭角菌菌丝的显微结构发现痂状炭角菌ZJ1811菌株菌丝透明,有隔膜,且菌丝大多数为二分叉,菌丝成90°角分叉(图3)。
(4)菌株子实体外观形态
从图4可以看出,痂状炭角菌菌株ZJ1811子实体多为单生,少数存在分支现象,子实体大,质地坚硬。底部细小黑色,中上部分粗大,颜色为黄色至黑灰色,表面有黑色乳状凸起,顶部呈细长状、圆柱状。
5、痂状炭角菌菌株ZJ1811子实体横切扫描电镜观察
(1)取材固定:新鲜组织确定取材部位,尽量减小牵拉、挫伤与挤压等机械损伤,组织体积一般不超过1mm×1mm×1mm,迅速投入电镜固定液固定,并用真空泵抽气直至沉底,室温放置2h,后转入4℃冰箱。0.1M磷酸缓冲液PB(PH=7.4)漂洗3次,每次15min。
(2)后固定:1%的锇酸、0.1M磷酸缓冲液PBS(pH7.4)室温(20℃)固定5h。 0.1M磷酸缓冲液PB(PH7.4)漂洗3次,每次15min。
(3)脱水:组织依次入30%-50%-70%-80%-90%-95%-100%-100%酒精上行脱水,每次1h。无水乙醇:丙酮=3:1 0.5h,无水乙醇:丙酮=1:1 0.5h,无水乙醇:丙酮=1: 30.5h,丙酮1h。
(4)渗透:丙酮︰812包埋剂=3︰1 2-4h,丙酮︰812包埋剂=1︰1渗透过夜,丙酮︰812包埋剂=1︰3 2-4h,纯812包埋剂5-8h,将纯812包埋剂倒入包埋板,将样品插入包埋板后37℃烤箱过夜。
(5)包埋:60℃烤箱聚合48h。
(6)切片:超薄切片机切片60—80nm超薄切片。
(7)染色:铀铅双染色(2%醋酸铀饱和酒精溶液,枸橼酸铅,各染色15min),切片室温干燥过夜。
(8)在透射电子显微镜下观察,采集图像并进行分析。
痂状炭角菌菌株ZJ1811子实体横切扫描电镜观察发现:子实体内部组织黄褐色,中间黑褐色。子囊壳长梭形(外宽内窄),或极少卵圆形,埋生于子座内,壁通常黄色至暗褐色,内部组织黄褐色,向外有孔口(乳头状)。子囊长棒状,排列紧密,黑褐色,子囊内有子囊孢子8个。子囊孢子单胞,呈褐色至黑色,卵形或椭圆形(图5)。
实施例2:痂状炭角菌菌株ZJ1811液体培养条件优化
本发明所提供的液体发酵优化的基础培养基的组分为马铃薯(市场购买)200g/L,葡萄糖(国药集团化学试剂有限公司,以下简称国药集团)20g/L,酵母提取物(酵母粉,BBILife Sciences)10g/L,KH2PO4(国药集团)1g/L,其余为水。在该基础培养基的基础上,对痂状炭角菌菌株ZJ1811液体发酵最佳三因素(碳源、氮源和金属离子) 进行筛选和优化。
一、菌种活化及菌种制备
取4℃条件保存的斜面菌种,20-30℃条件下复苏30min后,在超净工作台中用接种针挑取菌丝接入新鲜的PDA培养基上(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、琼脂15g/L、氯霉素0.1g/L,其中,所使用的培养皿直径为9cm,向培养皿中加入PDA培养基20m L),于温度28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板,得到活化菌种备用。
二、将活化菌种接种至液体培养基
将活化菌种分别接种至含不同碳源、不同氮源和不同金属离子的液体培养基中,进行培养基碳源、氮源、金属离子的优化。
1、碳源优化
将供试碳源试剂果糖(Solarbio)、蔗糖、乳糖、可溶性淀粉(国药集团)与上述基础培养基中葡萄糖进行替换,使用量不变。按照温度28±1℃、装液量150mL/250mL、转速160r/min、培养时间8天、接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,接种后在上述培养条件下进行培养。将滤纸烘干至恒重,称其重量并记录,将烘干的滤纸用于发酵液的过滤,过滤完成后将滤纸及过滤物置于烘箱中烘干至恒重,称其重量,计算菌丝干重。每种碳源重复3次,求其平均值,实验结果如图6(A)所示。
2、氮源优化
将供试氮源试剂蛋白胨(BBI Life Sciences)、蚕蛹粉、氯化铵、尿素(国药集团)与上述基础培养基中酵母粉进行替换,使用量不变。按照温度28±1℃、装液量 150mL/250mL、转速160r/min、培养时间8天、接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,接种后在上述培养条件下进行培养。将滤纸烘干至恒重,称其重量并记录,将烘干的滤纸用于发酵液的过滤,过滤完成后将滤纸及过滤物置于烘箱中烘干至恒重,称其重量,计算菌丝干重。每种氮源重复3次,求其平均值,实验结果如图6(B)所示。
3、金属离子优化
将供试无机金属离子试剂(MgSO4、ZnSO4、CaCl2、MnSO4,国药集团)与上述基础培养基中KH2PO4进行替换,使用量不变。按照温度28±1装液量150mL/250 mL、转速160r/min、培养时间8天、接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,接种后在上述培养条件下进行培养。将滤纸烘干至恒重,称其重量并记录,将烘干的滤纸用于发酵液的过滤,过滤完成后将滤纸及过滤物置于烘箱中烘干至恒重,称其重量,计算菌丝干重。每种金属离子重复3次,求其平均值,实验结果如图6(C)所示。
4、最佳三因素的三水平筛选
通过上述碳源优化、氮源优化和金属离子优化结果确定最佳碳源、氮源及金属离子。将已筛选出的最佳碳源、氮源及金属离子更换基础培养基中的对应成分,确定新的基础培养基。按照新的基础培养基配方,设置单个因子的浓度梯度,筛选出每个单因子最有利的三个浓度水平。其中碳源、氮源、金属离子浓度梯度分别为1%、2%、3%、 4%、5%;0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、1.2%;0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、 0.12%。按照温度28±1装液量150mL/250mL、转速160r/min、培养时间8天、接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,接种后在上述培养条件下进行培养。将滤纸烘干至恒重,称其重量并记录,将烘干的滤纸用于发酵液的过滤,过滤完成后将滤纸及过滤物置于烘箱中烘干至恒重,称其重量,计算菌丝干重。每个实验重复3次,求其平均值,实验结果如图7所示。
5、正交实验
以筛选出的最佳三因素的三水平构建三因素三水平表(如表1),并按照表2进行正交实验。按照温度28±1、℃装液量150mL/250mL、转速160r/min、培养时间8天、接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,接种后在上述培养条件下进行培养。将滤纸烘干至恒重,称其重量并记录,将烘干的滤纸用于发酵液的过滤,过滤完成后将滤纸及过滤物置于烘箱中烘干至恒重,称其重量,计算菌丝干重。每个实验重复3次,求其平均值。
表1因素水平表
表2正交实验方案
6、液体发酵培养条件优化结果
(1)炭角菌菌株液体发酵最佳三因素筛选
如图6所示,碳源中葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、可溶性淀粉发酵菌丝干重(g/150mL)分别为1.683、1.718、1.134、0.650、1.905;氮源中蛋白胨、酵母粉、蚕蛹粉、氯化铵、尿素发酵菌丝干重分别为1.907、1.636、3.083、0.158、0.067;无机金属盐离子中 KH2PO4、MgSO4、ZnSO4、CaCl2、MnSO4发酵菌丝干重分别为1.777、1.932、1.026、 1.733、1.609。综上所述,痂状炭角菌菌株ZJ1811的最佳碳源、氮源、金属离子分别为可溶性淀粉、蚕蛹粉、MgSO4。
(2)痂状炭角菌最佳三因素三水平筛选
如图7所示,确定了可溶性淀粉最佳三水平为3%、4%、5%;蚕蛹粉最佳三水平为0.2%、0.4%、0.6%;MgSO4最佳三水平为0.04%、0.06%、0.08%。
(3)痂状炭角菌正交实验结果
通过上述(1)和(2)结果构建黑柄炭角菌三因素三水平表(表3),并按照上述正交实验表进行正交实验,正交实验结果见表4和表5。
表3三因素水平表
表4痂状炭角菌正交实验结果
表5方差分析表
如表4和表5所示,从表中可以看出痂状炭角菌最大发酵菌丝干重为 3.335g/150mL,而从K值可以看出,痂状炭角菌各因素最大菌丝干重浓度为可溶性淀粉4%、蚕蛹粉0.6%、硫酸镁0.06%;从极值R可以看出不同因素影响痂状炭角菌生长顺序为:可溶性淀粉>蚕蛹粉>硫酸镁。综上所述痂状炭角菌菌株ZJ181最佳发酵的液体培养配方为马铃薯20%、可溶性淀粉4%、蚕蛹粉0.6%、硫酸镁0.06%。
实施例3:痂状炭角菌菌株ZJ1811固体培养条件优化
1、母种培养
母种培养培养基为PDA培养基:马铃薯20%,葡萄糖2%,氯霉素0.01%。经湿热灭菌后,取出冷却备用。用直径为0.5cm打孔器打取活化菌种菌碟1块,接种至该 PDA培养基中,在温度28±1℃、装液量为150mL/250mL三角瓶、转速160r/min的条件下培养时间3天,获得母种备用。
2、炭角菌菌株ZJ1811固体培养条件优化
基础培养基为木屑培养基,该基础培养基由固体基料和水组成,其中,固体基料包括木屑78%,石膏1%,蔗糖1%和玉米粉20%,向固体基料中加入占固体基料重量百分比为80%的水混合均匀得到基础培养基。在基础培养基中添加占固体基料重量百分比为1%的不同氨基酸(缬氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)后混合均匀即获得含有特异氨基酸的固体培养基。
培养条件:将加入不同氨基酸的木屑培养基(50g)装入耐高温的透明培养瓶中(料要装实,按压紧实)。装好培养基后用小木棒在培养基上打洞,洞深至培养瓶底。120℃高温高压湿热灭菌40min,冷却至室温备用。每瓶接种在转速160r/min、28±1℃培养 3天的菌液,接菌量为1mL,接种后在温度28±1℃的条件下培养15天。
以基础培养基为空白对照(CK),在同样的培养条件下进行培养。培养15天后统计子实体数量、粗细、高度。
炭角菌菌株在上述固体培养条件下培养15天后子实体生长情况见表6。从子实体数量、粗细程度和长度来看,相较于对照组,大多数的氨基酸能够对子实体的生长具有促进作用,而添加甲硫氨酸的培养基无子实体生长,说明甲硫氨酸对于炭角菌菌株子实体的生长具有较强的抑制效果,不能用于制备固体培养基。从子实体数量来看,添加了苯丙氨酸、苏氨酸、组氨酸、缬氨酸和异亮氨酸的培养基培养的子实体数量较多,分别为10条、9条、9条、8条和8条,均显著多于CK;从子实体粗细程度来看,添加了缬氨酸、精氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的培养基培养的子实体较粗;从子实体长度来看,添加了缬氨酸、甘氨酸、苏氨酸和异亮氨酸的培养基培养的子实体长度较长。综合上述3个指标,添加缬氨酸或异亮氨酸或苏氨酸的固体培养基是炭角菌菌株ZJ1811 比较好的固体培养基,能够有利于子实体的生长。
表6炭角菌菌株固体培养子实体统计
注:a粗细程度:粗(直径大于等于3cm);细(小于3cm);b长度:长(大于8cm);较长(5-8cm);较短(2-5cm);短(小于2cm)
实施例4:痂状炭角菌菌株ZJ1811发酵产物抗菌活性测定
1、痂状炭角菌菌株液体发酵
选用优化的液体发酵培养基(马铃薯20%、可溶性淀粉4%、蚕蛹粉0.6%、硫酸镁0.06%)进行痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体发酵。接种量为直径0.5cm打孔器菌碟 1块,按照温度28±1装液量150mL/250mL、转速160r/min的培养条件培养8天。
2、发酵液的处理
经过上述步骤1发酵的发酵液经双层纱布过滤除菌丝后,在4℃下,12000r/min 离心30min除去发酵液中较大颗粒物质;收集上清,64℃下旋转蒸干,用灭菌蒸馏水重溶。其中纱布的孔径为100目。
3、发酵液抗菌活性生测
参照Dang等(2010)的平板打孔穴抑菌法[Dang,X.L.,Wang,Y.S.,Huang,Y.D.,Yu,X.Q.,&Zhang,W.Q.Purification and characterization of an antimicrobialpeptide,insect defensin,from immunized house fly(Diptera:Muscidae).Journal ofMedical Entomology, 2010,47,1141-1145]进行抗菌活性测定。取缺乏营养的LB固体培养基(蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、NaCl 10g/L)约20mL,融化后冷却至45左℃右,加入30μL的生测菌 (OD600=0.3),摇匀,倒入一次性培养皿。培养基完全凝固后,在平板上打孔,孔径6mm,每孔加入待测样品100μL,以同体积的水作为阴性对照,以化学防腐剂山梨酸钾作为阳性对照,室温下待样品完全扩散后,于37℃培养箱中培养过夜,观察并测量抑菌圈直径。
发酵液生测结果如表7所示,可以看出,本发明的的痂状炭角菌菌株ZJ1811的发酵液对革兰氏阴性菌(Escherichia coli)和革兰氏阳性菌(Staphylococcus aureus)均具有较好的抗菌活性,抗菌效果显著好于常用的化学抗菌剂山梨酸钾,说明本发明的发酵产物具有优良的抗菌作用,其能够作为抗菌剂用于食品等的防腐保鲜,其中,其对 S.aureus的抗菌活性要高于E.coli。
表7痂状炭角菌发酵液对细菌的抗菌活性
a:+++:抑菌圈直径>20mm;++:20mm>抑菌圈直径>10mm;+:抑菌圈直径<10mm;—:没有明显的抑制抵抗作用。
实施例5:痂状炭角菌菌株ZJ1811抗氧化活性测定
1、痂状炭角菌菌株液体发酵
痂状炭角菌菌株液体发酵培养基:马铃薯20%、可溶性淀粉4%、蚕蛹粉0.6%、硫酸镁0.06%。接种量为直径0.5cm打孔器菌碟1块,按照温度28±1、℃装液量 150mL/250mL、转速160r/min的培养条件培养8天。
2、发酵液的处理
经过上述步骤1发酵的发酵液经双层纱布过滤除菌丝后,在4℃下,12000r/min 离心30min除去发酵液中较大颗粒物质;收集上清,64℃下旋转蒸干备用,其中纱布的孔径为100目。
3、抗氧化活性测定
将痂状炭角菌发酵产物用无水乙醇重溶,配成1.0mg/mL的溶液。以维生素E(VE)和维生素C(Vc)作为阳性对照品,同样用无水乙醇配成浓度为1.0mg/mL溶液。用无水乙醇将DPPH配成浓度为0.5mM的溶液。试验分为样品组和空白对照组,按下表依次加入各种液体。混匀器上充分混匀后,25℃下避光反应30min,然后在分光光度计上测定517nm吸光度。实验重复3次。按照下式计算样品的抗氧化活性:
抗氧化活性(%)=(1-OD样品/OD空白)×100%
其中OD空白为空白对照吸光度,OD样品为试样吸光度。
痂状炭角菌菌株ZJ1811发酵液抗氧化活性结果如表8所示,从实验结果可以看出,本发明所制备的痂状炭角菌菌株ZJ1811的发酵液对DPPH的抗氧化活性为75.19± 2.08%,显著优于阳性对照维生素E(VE)的抗氧化活性(60.56±1.21%),与维生素 C(Vc)的抗氧化活性(79.07±1.65%)较接近,说明本发明的痂状炭角菌菌株ZJ1811 的发酵产物具有优良的抗氧化效果。
表8痂状炭角菌发酵液抗氧化活性
实施例6:痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养
1、菌种活化及菌种制备
取4℃条件保存的斜面菌种,20-30℃条件下复苏30min后,在超净工作台中用接种针挑取菌丝接入新鲜的PDA培养基上(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、琼脂15g/L、氯霉素0.1g/L,其中,所使用的培养皿直径为9cm,向培养皿中加入PDA培养基20mL),于温度28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板,得到活化菌种备用。
2、将活化菌种接种至液体培养基
用直径为0.3cm打孔器打取菌碟1块,将其接种至液体培养基中,该液体培养基的组分为:马铃薯30%、可溶性淀粉5%、蚕蛹粉0.8%、硫酸镁0.08%,于温度28±1装液量150mL/250mL、转速180r/min的培养条件培养10天,发酵得到大量菌丝。
实施例7:痂状炭角菌菌株ZJ1811的固体培养
1、菌种活化及菌种制备
取4℃条件保存的斜面菌种,20-30℃条件下复苏30min后,在超净工作台中用接种针挑取菌丝接入新鲜的PDA培养基上(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、琼脂15g/L、氯霉素0.1g/L,其中,所使用的培养皿直径为9cm,向培养皿中加入PDA培养基20mL),于温度28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板,得到活化菌种备用。
2、母种培养
母种培养培养基为PDA培养基:马铃薯20%,葡萄糖2%,氯霉素0.01%。经湿热灭菌后,取出冷却备用。用直径为0.3cm打孔器打取活化菌种菌碟1块,接种至该 PDA培养基中,在温度28±1℃、装液量为150mL/250mL三角瓶、转速180r/min的条件下培养时间5天,获得母种备用。
3、接种至固体培养基
固体基料:木屑70%,石膏2%,蔗糖3%和玉米粉25%,向固体基料中加入占固体基料重量百分比为70%的水混合均匀得到基础培养基,向基础培养基中添加占固体基料重量百分比为2%的异亮氨酸混合均匀得到固体培养基。将固体培养基(50g)装入耐高温的透明培养瓶中,装好培养基后用小木棒在培养基上打洞,洞深至培养瓶底。 120℃高温高压湿热灭菌40min,冷却至室温备用。每瓶接种在转速180r/min、28±1℃培养5天的菌液,接菌量为2mL,接种后在温度28±1℃的条件下培养16天后,发现培养所得子实体的粗细程度和长度较好,子实体数量平均为8个/瓶。
实施例8:痂状炭角菌菌株ZJ1811的固体培养
1、菌种活化及菌种制备
取4℃条件保存的斜面菌种,20-30℃条件下复苏30min后,在超净工作台中用接种针挑取菌丝接入新鲜的PDA培养基上(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、琼脂15g/L、氯霉素0.1g/L,其中,所使用的培养皿直径为9cm,向培养皿中加入PDA培养基20mL),于温度28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板,得到活化菌种备用。
2、母种培养
母种培养培养基为PDA培养基:马铃薯20%,葡萄糖2%,氯霉素0.01%。经湿热灭菌后,取出冷却备用。用直径为0.7cm打孔器打取活化菌种菌碟1块,接种至该 PDA培养基中,在温度28±1℃、装液量为150mL/250mL三角瓶、转速180r/min的条件下培养时间3天,获得母种备用。
3、接种至固体培养基
固体基料:木屑80%,石膏3%,蔗糖4%和玉米粉13%,向固体基料中加入占固体基料重量百分比为85%的水混合均匀得到基础培养基,向基础培养基中添加占固体基料重量百分比为2%的缬氨酸和1%苏氨酸混合均匀得到固体培养基。将固体培养基 (50g)装入耐高温的透明培养瓶中,装好培养基后用小木棒在培养基上打洞,洞深至培养瓶底。120℃高温高压湿热灭菌40min,冷却至室温备用。每瓶接种在转速180r/min、 28±1℃培养3天的菌液,接菌量为3mL,接种后在温度28±1℃的条件下培养18天后,发现培养所得子实体的粗细程度和长度较好,子实体数量平均为14个/瓶。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围,凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本发明所涵盖专利范围。
序列表
<110>
绍兴市曙光科技开发有限公司
<120> 一种痂状炭角菌菌株ZJ1811及其培养方法和应用
<130> 19-100070-00012867
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
tcctccgctt attgatatgc 20
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
ggaagtaaaa gtcgtaacaa gg 22
<210> 3
<211> 522
<212> DNA
<213> 痂状炭角菌(Xylaria carpophila)
<400> 3
tacctggatc cgaggtcacc tttaagaaaa ttggggtgtt ttacggcagg acgccggccc 60
agctgcagac gagaataaaa ctactacgtc tagagcgtga aaccgactcc gccactgact 120
ttggggagct acccagaagg gtaggctccc aacgctaagc aacgagggct taagggttga 180
aatgacgctc gaacaggcat gcccgccaga atactgacgg gcgcaatgtg cgttcaaaga 240
ttcgatgatt cactgaattc tgcaattcac attacttatc gcatttcgct gcgttcttca 300
tcgatgccag aaccaagaga tccgttgttg aaagttttaa cttatttagt tattgattca 360
gaattcatgt acgaaacaga gttttcaggg ccgccggcag gggggagctc gccggacgga 420
agccgtccag cgtcccctgc cgaggcaaca gaaggtaacg ttcacatggg tttgggagtt 480
ttgtaaactc tttaatgatc cctccgctgg ttcaccaacg ga 522
<210> 4
<211> 522
<212> DNA
<213> 痂状炭角菌(Xylaria carpophila)
<400> 4
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agctgcagac gagaataaaa ctactacgtc tagagcgtga aaccgactcc gccactgact 120
ttggggagct acccagaagg gtaggctccc aacgctaagc aacgagggct taagggttga 180
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ttgtaaactc tttaatgatc cctccgctgg ttcaccaacg ga 522
Claims (10)
1.一种痂状炭角菌菌株ZJ1811,其特征在于,该菌株于2019年1月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏号为CGMCC NO.17000。
2.一种痂状炭角菌菌株ZJ1811的液体培养方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)种子培养:取4℃条件保存的斜面菌种,于20-30℃条件下复苏30min后,挑取菌丝接入PDA培养基中,于28±1℃的条件下培养至菌丝长满平板;
2)发酵培养:将种子培养菌种用直径为0.3-0.7cm的打孔器打取菌碟1块,然后接种至液体培养基中,于28±1℃,160-180r/min培养8-10天。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述液体培养基包括以下重量百分比的原料:10-30%马铃薯、3-5%可溶性淀粉、0.2-0.8%蚕蛹粉和0.04-0.08%硫酸镁。
4.一种痂状炭角菌菌株ZJ1811的固体培养方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)母种培养:将痂状炭角菌菌株ZJ1811的菌种用直径为0.3-0.7cm的打孔器打取菌碟1块,然后接种至PDA液体培养基中,于28±1℃,160-180r/min培养3-5天,获得母种;
2)发酵培养:将母种接种至固体培养基中,于28±1℃条件下培养12-18天,其中,以每50g固体培养基计,所述母种的接种量为1-3mL。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述固体培养基包含以下组分:(1)基础培养基,该基础培养基由固体基料和占固体基料70-85wt%的水组成,和(2)占固体基料1-3wt%的氨基酸,其中,所述固体基料包括以下重量百分比的原料:70-80%木屑,1-3%石膏,1-4%蔗糖和10-30%玉米粉。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述氨基酸为缬氨酸、异亮氨酸和苏氨酸中的任意一种或多种。
7.如权利要求1所述的痂状炭角菌菌株ZJ1811及其液体发酵产物作为抗菌剂或作为抗氧化剂的应用。
8.一种用于培养炭角菌的含有特异氨基酸的固体培养基,其特征在于,所述固体培养基包含以下组分:(1)基础培养基,该基础培养基由固体基料和占固体基料70-85wt%的水组成,和(2)占固体基料1-3wt%的氨基酸,其中,所述固体基料包括以下重量百分比的原料:70-80%木屑,1-3%石膏,1-4%蔗糖和10-30%玉米粉。
9.根据权利要求8所述的固体培养基,其特征在于,所述氨基酸为缬氨酸、异亮氨酸和苏氨酸中的任意一种或多种。
10.根据权利要求9所述的固体培养基,其特征在于,所述炭角菌为痂状炭角菌ZJ1811。
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