CN112877257A - 一株地衣芽孢杆菌及其应用 - Google Patents
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Images
Classifications
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K10/00—Animal feeding-stuffs
- A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
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-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K10/00—Animal feeding-stuffs
- A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
Abstract
本发明公开了一株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)Kmust‑Li03,其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.21267;本发明将地衣芽孢杆菌Kmust‑Li03应用在发酵中草药提高中草药活性成分中,旨在代替抗生素,减少抗生素过度使用造成的药物残留、耐药性、环境污染及食品安全等一系列问题,提升动物生长性能,改善动物的免疫功能,为畜禽水产动物的无抗养殖提供新方向,以此推动畜牧业绿色、生态发展。
Description
技术领域
本发明涉及一株地衣芽孢杆菌及其在无抗养殖及无抗饲料生产中作为添加剂的应用,属于中草药发酵技术领域。
背景技术
抗生素是一类具有抗病原体或其它活性的化学物质,被广泛用于临床中疾病的预防和治疗。随着饲料工业和养殖业的快速发展,抗生素被广泛用于饲料添加剂和疾病防治药物。抗生素的应用提高了家禽的生长速度、饲料转化效率和抗病性能,同时还能显著提高家禽的增重。但近年来,抗生素的不合理使用,出现耐药性、药物残留和致病菌交叉感染等负面作用,更为严重的是对人体的三致(致癌、致畸、致突变)作用,畜牧业中抗生素的滥用对人类食品安全构成严重威胁。许多欧洲国家已禁止在饲料中添加抗生素生长促进剂。我国规定自2020年7月1日起,饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料。随着全球各国出台政策来限制饲用抗生素的添加,开发绿色、安全、无公害的无抗饲料是畜禽养殖发展的必然趋势。
目前,抗生素的替代品主要包括植物活性物质、益生菌、生物酶制剂和疫苗等,中草药以其天然性、毒副作用小、无抗药性、无药物残留等特点,同时具有改善机体代谢、促进生长发育、提高免疫功能及防治畜禽疾病等多重作用脱颖而出,成为代替抗生素的饲料添加剂首选。益生菌能够加快动物对营养物质的吸收、改善肠道健康、提升生长性能、增强免疫力。利用益生菌发酵中草药一方面可提高中草药活性成分含量,降低发酵产物毒性。另一方面,中草药可以和益生菌协同作用,发挥中草药最佳的药效和益生菌的益生作用。发酵中草药具有提高中草药有效成分提取率,增强药效,降低毒性,减少毒副作用,产生新活性等优势,已被视为抗生素替代品中最具成本效益的候选药物之一。随着社会对养殖业环保问题的持续关注,人们对畜牧产品品质的愈加重视,微生物发酵饲料在养殖业中将获得更加广泛的应用,发酵中草药作为饲料添加剂潜力巨大。
发明内容
本发明提供了一株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)Kmust-Li03,其于2020年11月30日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.21267,地址: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。
本发明另一目的是将上述菌种应用在发酵中草药中,以提高中草药中的活性成分;发酵产物用于制备无抗饲料添加剂,即采用本发明地衣芽孢杆菌发酵中草药可以提升中草药活性成分含量,发酵后产物可以用于无抗养殖或无抗饲料的生产中。
本发明将上述菌种发酵中草药后的发酵产物作为有效活性成分,或与其他物质复配制备无抗饲料添加剂;还可以加入一种或多种具有病害防治饲料可接受的辅料,所述辅料包括药学领域常规的填充剂、稀释剂、粘合剂、赋形剂、吸收促进剂、表面活性剂和稳定剂等;或者饲料制备中常用辅料。
本发明的优点在于:
1、地衣芽孢杆菌可作为安全、高效的饲料添加剂。据研究显示,地衣芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性,同时还能降解如木聚糖、地衣聚糖、果胶、羧甲基纤维素、多聚半乳糖醛酸以及其它一些结构复杂的植物性碳水化合物,同时可以产生多种氨基酸增强动物营养,发挥其具有的提高畜禽生长性能、改善肠道健康、促进宿主营养消化吸收、增强免疫能力作用;
2、中草药的活性成分促进了动物的免疫活性及健康。本发明所选用的四种中草药均具有提高增重、提升生长性能的作用之外, 白头翁添加到饲料中可以提高免疫性能,提升饲料转化率;苦参用于饲料添加具有防病、清热、健胃,增强畜禽食欲的功效;黄连具有调节肠道微生物平衡和改善肉品质的功效;金银花能增强动物机体免疫力和抵抗力,提高产品品质;
3、中草药与地衣芽孢杆菌协同作用,一方面发挥益生菌的益生功效,另一方面利用益生菌发酵来提升中草药活性成分含量,使二者的功效发挥到极致;
4、采用地衣芽孢杆菌发酵中草药替代抗生素,减少抗生素过度使用造成的药物残留、耐药性、环境污染及食品安全等一系列问题,提升动物生长性能,改善动物的免疫功能,减少抗生素的使用量,为无抗养殖或无抗饲料的发展提供新方向,推动了畜牧业绿色、生态发展。
附图说明
图1为地衣芽孢杆菌菌落形态图;
图2 为地衣芽孢杆菌镜检图;
图3为地衣芽孢杆菌生长曲线图;
图4为未添加中草药发酵的LC-MS峰图
图5为添加5%中草药发酵的LC-MS峰图
图6为添加7.5%中草药发酵的LC-MS峰图
图7为添加10%中草药发酵的LC-MS峰图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步说明,但本发明保护范围不局限于所述内容,本实施例中方法如无特殊说明的均按常规方法操作,所用试剂如无特殊说明均为常规市售试剂或按常规方法配置的试剂,培养基均为市售产品,按使用说明使用。
实施例1:地衣芽孢杆菌的分离及鉴定
1、菌株的分离和纯化
将猪的肠道匀浆用无菌生理盐水采用10倍稀释法进行稀释后,取10-3~10-6稀释范围的稀释液涂布于LB固体平板培养基上;其中LB固体培养基成分及质量百分比为:蛋白胨1%、氯化钠1%、酵母浸出物0.5%、琼脂粉1.8%,121℃灭菌20min;37℃恒温培养12h;挑取典型单菌落,反复划线分离至获得纯菌株,将其编号为Kmust-Li03,菌落为扁平、杆状、边缘不整齐、白色、表面粗糙皱褶,近中生的椭圆状芽孢,孢囊稍膨大,菌落形态及显微形态见图1、2。
2、地衣芽孢杆菌生长曲线测定
将菌株接种至LB液体培养基中,在37℃、150rpm的恒温摇床中振荡培养24h,在培养过程中,从0h开始,每隔2h取一次培养液,在600nm波长下测定菌液浓度(OD值),以未接入菌液的培养液作为对照来校正分光光度计的零点,来消除仪器所引入的误差,根据菌液浓度绘制地衣芽孢杆菌生长曲线图,该菌对数生长期为14h,生长曲线图见图3;
3、地衣芽孢杆菌生理生化鉴定
按芽孢杆菌种的生理生化鉴定试验要求,分别进行运动性、接触酶反应、耐盐(7%的NaCl)、耐酸(pH=5.7)、耐高温(40℃、50℃、55℃)、柠檬酸盐利用试验、甘露醇发酵试验、MR试验、VP试验、淀粉水解试验、明胶液化试验、硝酸盐还原试验、产硫化氢试验、酪素水解试验、酪氨酸水解试验、卵磷脂酶测定试验及过氧化氢酶试验、糖发酵产酸(葡萄糖、蔗糖、木糖)等生理生化实验,对照《伯杰氏细菌鉴定手册(第八版)》中的地衣芽孢杆菌模式菌株生理生化指标,可初步鉴定该菌为芽孢杆菌属地衣芽孢杆菌,实验结果见表1;
表1地衣芽孢杆菌生理生化实验结果
4、16S rRNA序列分析
对最终筛选出的菌株进行16sDNA分子生物学鉴定,用细菌基因组DNA提取试剂盒(天根生化科技有限公司 北京)提取菌株的总DNA,采用通用引物27F(5′ -AGAGTTTGATCCTGGCTCAG- 3′)和1492R(5′ -GGTTACCTTGTTAGGACTT- 3′ )扩增其16sDNA片段;PCR的反应程序如下:94℃预变性4min;94℃ 30s ,50℃退火1min,72℃延伸2min,30个循环;72℃延伸10min;4℃保温;PCR产物大小经过琼脂糖凝胶电泳检测验证后,将目标条带进行纯化,交由上海生工生物工程股份有限公司进行Sanger测序,得到测序序列在美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Informmion)网站GenBank数据库(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)中进行Blast比对,通过得分最高的已知种类确定种名;
经PCR扩增得到16S rRNA片段,经测序为1058bp,序列见SEQ ID NO:1所示,应用BLAST比对,MEGA构建Neighbor-Joining树,菌株与已知的地衣芽孢杆菌菌聚集在一个分支上,相似性为99.72%,综合形态学观察和分子生物学检测测序结果可知,从健康猪肠道分离的菌株为地衣芽孢杆菌,并命名为Kmust-Li03。
实施例2:采用地衣芽孢杆菌Kmust-Li03发酵中草药
1、中草药药粉制备
将干燥无霉变的白头翁、苦参、黄连、金银花干燥后,用粉碎机粉碎过100目筛,再按质量百分比白头翁40%、苦参20%、黄连20%、金银花20%将4种药粉混合均匀制得中草药药粉;
2、种子液制备
挑取地衣芽孢杆菌Kmust-Li03单菌落于LB液体培养基中,摇床培养至对数生长期,液体发酵培养基成分及质量百分比为:蛋白胨1%、氯化钠1%、酵母浸粉0.5%,121℃灭菌20min,培养温度为37℃,培养时间14h,转速150r/min,制得地衣芽孢杆菌Kmust-Li03种子液备用;
3、发酵培养基配置
先将培养基加入发酵罐中,培养基成分及质量百分比为蛋白胨1%、氯化钠1%、酵母浸粉0.5%、葡萄糖1%、七水硫酸镁1%,pH值自然,然后分别按5%、7.5%、10%的比例加入步骤1制得的中草药药粉,发酵罐的装液量体积为5L,中草药药粉与培养基混匀后121℃灭菌20min,待培养基冷却后即得发酵培养基;
4、发酵
按照4%的接种量将步骤2的地衣芽孢杆菌Kmust-Li03种子液接种至步骤3所得的发酵培养基中,同时用纯水代替种子液,设置未发酵对照组,中草药药粉5%、7.5%、10%为实验组,pH自然;在37℃下发酵 48h,转速300r/min,无菌空气通入量为2.0vvm;发酵结束后,发酵液经过滤去掉中草药渣和沉淀,即得地衣芽孢杆菌Kmust-Li03发酵中草药的发酵液。
5、液相-质谱联用检测发酵液活性成分
5.1样品制备
取步骤4中草药发酵液6000rpm/min离心10min后取上清液,使用2.2μm的滤膜过滤两次后即得样品液;利用液质-联用技术,根据已知中草药中的主要活性成分的分子质量见表2,检测发酵液中相应的活性成分丰度,以此来检测发酵对于中草药活性成分的影响;
表2中草药活性成分相对分子质量
5.2液相-质谱联用条件
5.2.1取液相色谱柱并设定质谱条件、参数
色谱柱选用:Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18,2 .1mm×150mm×5μm,设定色谱柱温度为35℃,保留时间:1.5min,设定流动相及流动相梯度,水相A:水;有机相B:90%甲醇;
设定质谱条件:离子源为ESI离子源(电喷雾离子源),离子源温度为350℃,雾化器工作压力为35psi,干燥气流速为8L/min;设定质谱定性定量检测模式:正离子模式、多反应监测模式(MRM),设定多反应监测模式参数;
使用地衣芽孢杆菌Kmust-Li03进行发酵中草药后,利用液相-质谱联用技术,检测中草药中主要活性成分丰度,以检测器检测到的离子信号强度(或离子丰度)为纵坐标,离子质荷比为横坐标作出质谱图,发酵后活性成分丰度结果见图5-7所示,结果如表3所示,在检测到的中草药活性成分中,溶出率最高的中草药活性成分为黄连中的表小檗碱,溶出率最低的中草药活性成分为金银花中的绿原酸;未发酵组中草药(图4)与发酵组中草药活性成分丰度存在较大差异,未发酵组中草药活性成分丰度最低,发酵组中7.5%发酵后中草药活性成分丰度相对较高,发酵效果最好;
表3 LC-MS分析发酵中草药中活性成分丰度
序列表
<110> 昆明理工大学
<120> 一株地衣芽孢杆菌及其应用
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1058
<212> DNA
<213> 猪(Sus)
<400> 1
cttctggtcc cttcggcggc tggctccaaa ggttacctca ccgacttcgg gtgttacaaa 60
ctctcgtggt gtgacgggcg gtgtgtacaa ggcccgggaa cgtattcacc gcggcatgct 120
gatccgcgat tactagcgat tccagcttca cgcagtcgag ttgcagactg cgatccgaac 180
tgagaacaga tttgtgggat tggcttagcc tcgcggcttc gctgcccttt gttctgccca 240
ttgtagcacg tgtgtagccc aggtcataag gggcatgatg atttgacgtc atccccacct 300
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gatgtcaaga cctggtaagg ttcttcgcgt tgcttcgaat taaaccacat gctccaccgc 540
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tcgtttacgg cgtggactac cagggtatct aatcctgttc gctccccacg ctttcgcgcc 720
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gcatttcacc gctacacgtg gaattccact ctcctcttct gcactcaagt tccccagttt 840
ccaatgaccc tccccggttg agccgggggc tttcacatca gacttaagaa accgcctgcg 900
cgcgctttac gcccaataat tccggacacg cttgccacct acgtattacc gcggctgctg 960
gcacgtagtt agccgtggct ttctggttag gtaccgtcaa ggtaccgccc tattcgaacg 1020
gtacttgttc ttccctaaca acagagttta cgatccga 1058
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial)
<400> 2
agagtttgat cctggctcag 20
<210> 3
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial)
<400> 3
ggttaccttg ttaggactt 19
Claims (3)
1.一种地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)Kmust-Li03,其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.21267。
2.权利要求1所述的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)Kmust-Li03在发酵中草药提高中草药活性成分中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:发酵产物在作为无抗饲料添加剂中的应用。
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