【摘 要】
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我国在每年农业生产过程中,会产生大量的作物秸秆。目前,为解决这些秸秆资源所采取的措施大多以焚烧为主,这对环境造成了很大的污染问题。秸秆中含有非常丰富的动物所需的蛋白质、纤维素以及微量元素等营养物质,为了将农作物秸秆转化为动物饲料,增加畜牧业饲料的来源,本研究从牛胃秸秆发酵物中分离纯化出对纤维素和淀粉具有降解能力的微生物,并对相关基因进行克隆和表达,进一步对表达蛋白的酶学特性进行分析。主要结果如下:
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我国在每年农业生产过程中,会产生大量的作物秸秆。目前,为解决这些秸秆资源所采取的措施大多以焚烧为主,这对环境造成了很大的污染问题。秸秆中含有非常丰富的动物所需的蛋白质、纤维素以及微量元素等营养物质,为了将农作物秸秆转化为动物饲料,增加畜牧业饲料的来源,本研究从牛胃秸秆发酵物中分离纯化出对纤维素和淀粉具有降解能力的微生物,并对相关基因进行克隆和表达,进一步对表达蛋白的酶学特性进行分析。主要结果如下:(1)从牛胃秸秆发酵物中分离纯化出11株分别对纤维素和淀粉具有降解能力的菌株,其中G7菌株CMC-Na降解圈较大,命名为SCUEC7菌株;A8菌株淀粉降解圈较大,命名为SCUEC8菌株。对SCUEC7菌株和SCUEC8菌株进行菌落形态、生理生化特性及16S r DNA序列分析,可初步鉴定SCUEC7菌株和SCUEC8菌株均为枯草芽孢杆菌。(2)对枯草芽孢杆菌SCUEC7菌株和SCUEC8菌株进行产酶条件优化。在培养时间为12 h、pH为6.0、培养温度为37℃、碳源为20.0 g/L麦芽糖、氮源为15.0 g/L胰蛋白胨、1.5 g/L Mn2+的条件下,SCUEC7菌株OD600和内切葡聚糖酶活性较高。在培养时间为16 h,pH为6.0,培养温度为37℃,碳源为20.0 g/L麦芽糖、氮源为15.0 g/L胰蛋白胨、1.0g/L M n2+时,SCUEC8菌株OD600和α-淀粉酶活性较高。(3)以枯草芽孢杆菌SCUEC7菌株总DNA为模板,用内切葡聚糖酶特异引物PCR扩增获得1条1.5 kb左右的片段,命名为ba7g A基因,经序列测定ba7gA基因大小为1482 bp。氨基酸序列分析可知:Ba7gA蛋白由493个氨基酸组成,理论分子量为54.53 k Da,与来源于Bacillus subtilis菌株中endo-beta-1,4-glucan a s e(cel5L)具有9 8%相似性,属于碱性亲水性蛋白。以枯草芽孢杆菌SCUEC8菌株总DNA为模板,用α-淀粉酶特异引物PCR扩增获得1条1.4 kb左右的片段,命名为ba8a基因,经序列测定ba8a基因大小为1434bp。氨基酸序列分析可知:Ba8a蛋白由477个氨基酸组成,理论分子量为52.90 kDa,与来源于Bacillus subtilis菌株中α-a mylase Bacillussubtlis(ACU57501.1)具有9 8%相似性,也属于碱性亲水性蛋白。(4)分别将ba7gA基因、ba8a基因与质粒pET28a(+)连接,构建了pET2 8 a(+)-ba7gA和pET28a(+)-ba8a重组质粒,转化EcoliBL21(DE3)菌株进行异源表达,表明Ba7gA具有内切葡聚糖酶活性,Ba8a蛋白具有α-淀粉酶活性。Ba7gA和Ba8a蛋白在IPTG浓度为0.5 mmol/L、温度为25℃的条件下诱导表达20 h,并用镍柱对蛋白进行纯化,结果表明:Ba7gA和Ba8a蛋白主要集中于沉淀中,上清液中含量较少。用300 m mol/L的咪唑洗脱液洗脱,得到较纯的内切葡聚糖酶Ba7gA蛋白,用400 mmol/L的咪唑洗脱液中洗脱,得到较纯的α-淀粉酶Ba8a蛋白。(5)内切葡聚糖酶Ba7gA蛋白酶学特性研究表明:Ba7gA蛋白较适反应pH值为6.0,反应温度为60℃,金属离子Fe2+和Mn2+对Ba7gA蛋白酶活具有促进作用,Cu2+和Fe3+对Ba7gA蛋白酶活有抑制作用。Ba7gA蛋白在pH值为4.0、5.0、6.0和7.0的缓冲液中处理120 min后,相对酶活分别下降到27.82%、48.13%、73.63%和56.72%。Ba7gA蛋白在温度为0℃、20℃、37℃、50℃、60℃、70℃、80℃水浴120 min后,相对酶活分别下降到95.66%、81.37%、54.03%、46.01%、37.48%、15.5%、9.9 6%。Ba7gA蛋白的K m值为11.8 9 mg/mL,V max值为0.5 3 U/mg。α-淀粉酶Ba8a蛋白酶学特性研究表明:Ba8a蛋白的较适反应pH值为5.0,反应温度为45℃。金属离子Cu2+、Fe2+和Fe3+对Ba7gA蛋白酶活有一定的抑制作用,Mn2+对Ba8a蛋白酶活促进作用较强。Ba8a蛋白在pH值为4.0、5.0、6.0和7.0缓冲液中处理120 min后,相对酶活分别降低到48.75%、56.03%、74.63%和69.25%。Ba8a蛋白置于0℃、20℃、3 7℃、4 5℃、5 5℃、6 5℃水浴1 2 0 min后,相对酶活分别下降到93.76%、7 0.9 7%、6 6.2 4%、4 6.1 5%、3 5.8 1%、1 0.5 1%。Ba8a蛋白的K m值为2.8 4mg/mL,V max值为2.9 8×1 0-1U/mg。
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