CN115637243B - 一种高产纤维素酶的菌株、筛选方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高产纤维素酶的菌株,其为副干酪乳酪杆菌,已于2022年4月28日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,简称GDMCC,地址为:广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,其保藏编号为GDMCC No:62441。该菌株的筛选方法,包括以下步骤:(1)菌株分离;(2)菌株产酶能力的测定。本发明可选育获得高产纤维素酶菌株,对于低成本开发和使用微生物饲料添加剂具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于产纤维素酶菌株筛选技术领域,具体涉及一种高产纤维素酶的菌株、筛选方法及其应用。
背景技术
纤维素酶是一类多组分酶系的总称,具有水解纤维素,使之降解成为葡萄糖的功能。在饲料中添加纤维素酶能提高饲料中纤维素利用率,能促进草食家畜生长发育,在日粮中加入0.3%纤维素复合饲料酶,能提高育肥肉牛43%平均日增重Ρ;在日粮中添加纤维素酶(30g/d),可使绵羊日增重提高5.41%,羊毛产量提高5.04%B,但由于纤维素酶制剂成本高,大大限制了纤维素酶制剂的应用。
利用产纤维素酶微生物制备单一或复合型微生物添加剂用于草食家畜生产,能取得同样效果,但成本大大下降。真菌和细菌等多种微生物都具有产纤维素酶的能力,鉴于菌体具有发酵周期短、产酶和繁殖速度快,有利于工业化生产等,所以产纤维素酶微生物被广泛用做饲料添加剂。芽孢杆菌因具对环境的耐受力强,且对营养要求不高等优势而倍受欢迎,其中以枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌及地衣多糖芽孢杆菌最为常用。李杰梅等在奶牛日粮中添加枯草芽孢杆菌微生物添加剂(10g/头/天)显著增加了奶牛乳脂产量和乳脂率。王振华等在奶牛日粮中添加产纤维素酶枯草芽孢杆菌制剂(5×109CFU/头/天)使奶牛的产奶量提高了26.34%。可见选育高产纤维素酶菌株,对于开发和使用微生物饲料添加剂具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种高产纤维素酶的菌株、筛选方法及其应用,以解决现有技术生产的纤维素酶制剂成本高,如何开发一种高产纤维素酶的菌株,以降低微生物饲料添加剂生产成本的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种高产纤维素酶的菌株,所述菌株为副干酪乳酪杆菌,已于2022年4月28日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,简称GDMCC,地址为:广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,其保藏编号为GDMCC No:62441。
进一步地,所述菌株采集自奶牛瘤胃内容物。
本发明还提供一种高产纤维素酶的菌株的筛选方法,包括以下步骤:
(1)菌株分离;
(2)菌株产酶能力的测定。
进一步地,步骤(1)的菌株分离方法,包括以下步骤:
采集奶牛瘤胃内容物用接种环划线接种于MRS固体培养基中,置于37℃培养24h,挑取单个菌落进行革兰氏染色,镜检。
进一步地,步骤(2)的菌株产酶能力的测定包括:纤维素降解能力测定初筛、CMC酶活测定复筛、高产酶菌株的鉴定。
进一步地,纤维素降解能力测定初筛的方法,包括以下步骤:
用接种环从平板上无菌挑取单个菌落至于羧甲基纤维素钠液体培养培养基1mL中,置于37℃摇床过夜培养,然后在转速为8000r/min的条件下离心10min,取上清;采样打孔法将100μL上清液置于刚果红培养基平板上37℃培养3-4d,观察透明圈直径,根据透明圈直径和菌体直径初步筛选出高产纤维素酶菌株。
进一步地,CMC酶活测定复筛的方法,包括以下步骤:
将乳酸菌菌液在转速为8000r/min的条件下离心10min,取0.5mL上清液,加入0.5mL 0.2%羧甲基纤维素钠底物溶液,在50℃恒温水浴锅中温育1h,然后加入2mL.DNS试剂,再100℃沸水浴10min终止反应,室温冷却后在600nm下测定光吸收值,酶液沸水浴处理10min后作为阴性对照,每个样品做3个平行。
进一步地,高产酶菌株的鉴定包括:生化鉴定、16SrDNA分子水平鉴定。
进一步地,生化鉴定是参照《伯杰式细菌鉴定手册》进行的。
进一步地,16SrDNA分子水平鉴定的方法,包括以下步骤:
取纯培养物1mL,按照细菌基因组DNA提取试剂盒说明书提取DNA,置-20℃保存,备用;合成细菌16S rDNA引物27F:AGAGTTTGATCMTGGCTCAG和1492R:GGTTACCTTGTTACGACTT,扩增长度为1500bp;再以上述DNA为模板,F/R为引物进行PCR扩增,扩增程序为:95℃预变性5min;然后进行30个循环95℃变性30s、52℃退火40s、72℃延伸1min;最后再进行72℃延伸10min;扩增结束后,取7μL的PCR产物在1.5%的凝胶琼脂糖上进行电泳,克隆、测序分析。
与现有技术相比,本发明具有如下的优点:
本发明的方法能够高效、准确地筛选出高产纤维素酶的乳酸菌,应用到饲料中后可节约饲料成本,因其自身的物理化学特性,应用于农业副产物以及部分城市废物的处理中,使之实现生态化处理效果;作为微生态制剂,具有天然、无毒、安全可靠、无污染、可以用于疾病防治等优势,使其得以更加广泛的应用;高纤维素酶菌改善了农业副产物与有效应用物间的良性循环关系,发展了绿色畜牧业、促进了农业生态安全和绿色食品的生产,对于微生物饲料添加剂的低成本开发和使用具有较好的参考和指导意义。
附图说明
图1为处理后的乳酸菌菌液图;
图2为16SrDNA琼脂糖凝胶电泳图图;
图3为部分刚果红初筛结果图;
图4为葡萄糖标准曲线图;
图5为纤维素分解菌糖化水平图;
图6为纤维素酶活测定结果图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明,通过以下实例加以说明,这些实例属于本发明的保护范围,但不限于本发明的保护范围。
1.材料与方法
1.1样品来源
采集自广西南宁某健康奶牛场的奶牛瘤胃内容物。
1.2主要试剂
细菌DNA提取试剂盒、2×ES Taq MasterMix、100bp laddermarker等均购自北京康为世纪生物科技有限公司;MRS购自北京陆桥技术股份有限公司;纤维素刚果红培养基,羧甲基纤维素钠液体培养基购自山东拓普生物工程有限公司;细菌微量生化反应管购自杭州天和微生物试剂有限公司;PCR仪、凝胶成像仪购自Biorad公司。
1.3菌株分离
采集奶牛瘤胃内容物用接种环划线接种于MRS固体培养基中,置于37℃培养24h,挑取单个菌落进行革兰氏染色,镜检。
1.4菌株产酶能力的测定
1.4.1纤维素降解能力测定初筛(刚果红染色法)
原理:刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但不能与分解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应,当我们在纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红就会与纤维素形成红素复合物,当培养基中的纤维素被分解后,刚果红纤维素复合物就无法形成,这样培养基中会出现以纤维素降解菌为中心的透明圈。刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红--纤维素的复合物便没法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。
用接种环从平板上无菌挑取单个菌落至于羧甲基纤维素钠液体培养培养基1mL中,置于37℃摇床过夜培养,然后在转速为8000r/min的条件下离心10min,取上清。采样打孔法将100μL上清液置于刚果红培养基平板上37℃培养3d,观察透明圈直径,根据透明圈直径和菌体直径初步筛选出高产纤维素酶菌株。
1.4.2CMC酶活测定复筛
将乳酸菌菌液在转速为8000r/min的条件下离心10min,取0.5mL上清液(粗酶液),加入0.5mL 0.2%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)底物溶液,50℃恒温水浴锅中温育1h,然后加入2mL.DNS试剂,再100℃沸水浴10min终止反应,室温冷却后在600nm下测定光吸收值,酶液沸水浴处理10min后作为阴性对照,见图1,每个样品做3个平行。
1.4.3高产酶菌株的鉴定
1.4.3.1生化鉴定
参照《伯杰式细菌鉴定手册》进行生化鉴定,选择接触酶、糖/醇利用、V-P反应、淀粉水解、吲哚形成、明胶液化、纤维素水解、蛋白水解、硝酸盐、柠檬酸盐和硫化氢利用试验作为初步判断。
1.4.3.216SrDNA分子水平鉴定
取纯培养物1mL,按照细菌基因组DNA提取试剂盒说明书提取DNA,置-20℃保存,备用;合成细菌16S rDNA引物27F:AGAGTTT GATCMTGGCTCAG和1492R:GGTTACCTTGTTACGACTT,扩增长度为1500bp;再以上述DNA为模板,F/R为引物进行PCR扩增,扩增程序为:95℃预变性5min;然后进行30个循环95℃变性30s、52℃退火40s、72℃延伸1min;最后再进行72℃延伸10min;扩增结束后,取7μL的PCR产物在1.5%的凝胶琼脂糖上进行电泳(如图2所示),克隆、测序分析。
2.结果
2.116SrDNA分子生物学鉴定结果
16SrDNA分子生物学鉴定结果见图2,在1500bp左右的位置出现一条亮带,说明成功扩增出目的条带。
2.2刚果红染色初筛结果
从MRS固体培养基的乳酸菌培养物中共筛选出13株乳酸菌菌株,分别对其进行产纤维素酶能力测试共筛选出11株菌株,如表1所示,部分刚果红初筛结果见图3,并经生化鉴定及16SrDNA测序结果判定菌株名称。
表1刚果红染色初筛结果
2.3糖化水平和纤维素酶活的测定
2.3.1葡萄糖标准曲线的绘制
葡萄糖标准曲线绘制方法:配制浓度梯度为0.02,0.5,0.7,1,1.25,1.5,1.65mg/ml的葡萄糖标准溶液,在分光光度计上(540nm)进行比色测定,用空白管溶液调零后,测定各管光密度值,绘制葡萄糖标准曲线,见图4。
2.3.2糖化水平的测定
采用DNS显色法。产酶培养液离心后取粗酶液。粗酶液和缓冲液充分反应后,加入DNS溶液,煮沸灭活,测OD540值。如图5所示,4-副干酪乳酪杆菌比12-嗜酸片球菌高56.7%,有较突出的糖化水平。
2.3.3纤维素酶活测定
将40℃、PH=5.0条件下,1min内将底物转化为1umol葡萄糖所需的酶量定义为1个酶活力单位(U/mL)。采用公式X=[(Aa-Ab)×K+c]/(M×t)×1000进行计算,记录数据。其中:X为纤维素酶活力,Aa为酶液OD540值,Ab为空白对照OD540值,K为斜率,c为截距,M为葡萄糖分子量;t为反应时间(min)。纤维素酶活测定结果见图6。由图6可知,副干酪乳酪杆菌的酶活为0.57U/mL,第二高的枯草芽孢杆菌的酶活为0.18U/mL,副干酪乳酪杆菌的酶活水平比其高出216.67%,说明该乳酸菌有很强的产纤维素酶的能力。
3.结论
本试验从牛瘤胃内容物中分离出13株乳酸菌,经生化鉴定及16SrDNA测序结果判定菌株名称。通过刚果红初筛、糖化水平及纤维素酶活性测定分别对13株乳酸菌进行产纤维素酶能力测试。结果显示副干酪乳酪杆菌的产纤维素酶能力最强。所述副干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillusparacasei)GX20200417-5已于2022年4月28日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,简称GDMCC,地址为:广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,其保藏编号为GDMCC No:62441,分类命名:Lacticaseibacillusparacasei。本发明试验的方法能够高效、准确地筛选出高产纤维素酶的乳酸菌,对于微生物饲料添加剂的开发和使用具有较好的参考和指导意义。
Claims (1)
1.一种高产纤维素酶的菌株,其特征在于:所述菌株为副干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillusparacasei)GX20200417-5,已于2022年4月28日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,简称GDMCC,地址为:广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,其保藏编号为GDMCCNo:62441。
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