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磷和钾是保证农作物稳产高产的必需元素,但我国磷资源和可溶性钾矿不足日渐突出。土壤中的磷主要以植酸态、核酸、磷脂等有机磷形式存在,其中植酸磷占土壤有机磷含量的50%-80%;土壤中的钾主要以硅酸盐矿物存在,植酸态磷和矿物钾都不能直接被植物吸收利用。
本研究从土壤中筛选出一株具有很高植酸酶酶活的枯草芽孢杆菌XF-8和一株具有高效释钾能力的胶质芽孢杆菌NK102。并以XF-8和NK102为发酵菌株,以脱毒污泥(去除重金属的剩余活性污泥)和麦麸为原料,进行了固态发酵制备微生物菌肥的研究,制备的菌肥活菌数达到国家相关标准的要求。
另外,对芽孢杆菌植酸酶的最适反应温度,热稳定性和最适反应pH值进行了研究,实验结果表明,Bacillus subtilis XF-8来源的植酸酶最适反应温度为70℃;50-70℃水浴10min后,酶活基本没有损失,在90℃水浴处理10min后,酶活残留量为42.16%,说明该酶具有良好的热稳定性;该植酸酶在pH7.0-8.0时,催化效率最高,pH9.0时酶的催化效率是pH7.0的67%,表明此酶在中性偏碱的范围内有较强的催化效率。
由于野生型枯草芽孢杆菌植酸酶表达和分泌能力较低,我们从枯草芽孢杆菌XF-8中克隆得到中性植酸酶phyC基因,进行了相关研究。首先,根据phyC基因序列特点,将成熟植酸酶基因序列克隆到表达载体pET-30a中,在大肠杆菌BL21中诱导表达,对其诱导时间,诱导温度和产物的可溶性进行了分析。结果表明,IPTG诱导1h后植酸酶就有明显的表达,随着诱导时间的延长,蛋白表达量逐渐增多,诱导3h后,蛋白表达量达到最高;37℃诱导,可溶性和包涵体形式的植酸酶表达量均达到最大,而低温诱导(20℃),有利于减少包涵体的形成,植酸酶主要以可溶性蛋白的形式存在,但植酸酶在上清中的表达量也较低。为了避免包涵体的形成,提高工程菌株的实际应用能力,本研究对植酸酶基因phyC克隆到硅酸盐细菌Bacillus mucilaginosus NK102中-实现组成型分泌表达进行了研究。
胶质芽孢杆菌是一种硅酸盐细菌,能够从土壤中钾矿物中释放可溶性钾,本研究中将去除信号肽序列的phyC基因克隆到芽孢杆菌启动子p43和果聚糖蔗糖酶sacB信号肽下游,然后以Bacillus mucilaginosus NK102的16S rDNA作为同源重组的靶序列,构建打靶载体pCEphyC,目的是将表达盒p43-sacB-phyC整合到NK102染色体中,以期获得一株稳定的解磷解钾工程菌株,用于生物菌肥制备的研究。