产生物碱的石蒜内生菌的筛选及其生理功能研究

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石蒜中含有多种生物碱,且这些生物碱具有重要的药理学作用,但从石蒜中提取到的生物碱得率较低,无法满足当前的市场需求。目前,从植物中分离、筛选出可以产生与植物相同活性产物的内生菌,利用内生菌的发酵积累次生代谢产物已成为解决某些植物源活性产物不足的替代途径。当前石蒜内生菌研究的较少,本实验以石蒜鳞茎为研究材料,通过微生物学试验方法分离出鳞茎中所含的内生细菌,并通过对分离到的内生细菌进行发酵培养,利用HPLC法检测发酵产物中生物碱的含量,筛选出可以高产生物碱的内生菌菌株;测定该菌株的一些基本生理反应、对酚类物质的降解作用、以及其发酵液对其他细菌和真菌的抑制作用,并应用响应面法优化菌株发酵培养基成分及培养工艺条件。同时,以石蒜鳞茎作为外植体进行组织培养诱导出不定芽,建立了不定芽与产生物碱内生菌的共培养液体震荡培养体系,并研究了不同前体物对共培养体系中石蒜不定芽的生长和生物碱积累的影响。获得了如下结果:1.从石蒜鳞茎中分离出18个属的不同细菌,通过大批量发酵并利用有机溶剂萃取法提取发酵产物中的生物碱,经薄层层析色谱和高效液相色谱检测,能够产生生物碱的菌株有:假单胞菌属细菌,不动杆菌菌属细菌,且不动杆菌属细菌发酵产生生物碱含量高于假单胞菌属。2.测定了不动杆菌属细菌在牛肉膏蛋白胨液体培养基中的最适生长条件。结果表明,不动杆菌属细菌的最适培养温度为30℃,最适转速为200 rpm,最适生长pH为7.0。对数生长期出现在12~16 h。3.鉴定不动杆菌属细菌的基本生理生化反应。结果表明:该菌具有反硝化及异养硝化作用,且MR试验结果为阳性;而明胶水解试验、吲哚试验、VP试验结果为阴性。4.研究了不动杆菌属细菌对不同酚类物质的降解作用。以苯酚作为唯一碳源对该菌株进行反复驯化,采用4-氨基氨替比啉法测定剩余酚物质的浓度。测定多次驯化的菌株对邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、邻苯三酚、间苯三酚、2,4-二硝基酚的降解作用。结果表明:多次驯化的菌株对邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚的降解率都在90%以上;对邻苯三酚、间苯三酚的降解率则分别为41.62%,52.33%;对2,4-二硝基酚的降解率最低,只有10.27%。同时,研究了野生型、经一次驯化的、经多次驯化的菌株对400 mg·L-1苯酚的降解作用,发现:多次驯化的菌株20 h左右即可完全降解苯酚。经多次驯化的菌株对不同浓度苯酚的降解反应动力学模型符合Monod动力学模型,其反应的米氏常数Km为156.57 mg·L-1苯酚,最大反应速度Vm为32.34 mg苯酚·(108个菌·h)-1。5.不动杆菌属细菌的发酵液对农作物致病真菌及其他细菌的抑制作用。利用牛津杯法进行发酵液的体外抑菌试验,结果表明:醋酸钙不动杆菌的发酵液对水稻纹枯病菌,棉花枯萎病菌,番茄纹枯病菌,枯草杆菌,大肠杆菌具有强烈的抑制作用。6.利用CCD响应面法优化醋酸钙不动杆菌的发酵培养基成分及培养条件。综合考虑微生物生长所需的营养物质以及培养基的经济性,选择玉米粉、酵母浸出物、牛肉膏、NaCl、MgSO4、KCl、K2HPO4、FeSO4、葡萄糖、(NH42SO4、MnSO4为培养基成分,并研究了发酵培养基的pH、温度、转速、时间对发酵的影响,设计了15因素二水平试验,提取发酵液中的生物碱并通过HPLC法检测。结果经minitab17.0软件分析后表明:当培养基成分为玉米粉15.0g,酵母浸出物25.0g,牛肉膏10.0g,NaCl 1.0g,MgSO4 0.2g,KCl 0.1g,K2HPO4 1.0g,FeSO4 0.001g,葡萄糖10g,(NH42SO41.5g,MnSO4 0.006g;发酵条件为:培养基pH 7.4,转速200 rpm,温度37℃,培养时间72 h。在此条件下进行发酵可以使醋酸钙不动杆菌生物碱积累量达到最高。7.石蒜不定芽与醋酸钙不动杆菌共培养体系的建立。以石蒜鳞茎为研究材料诱导出不定芽并传代培养两次,将培养基换为MS液体培养基继续培养,同时用MS液体培养基驯化醋酸钙不动杆菌,并在第9 d向石蒜不定芽液体培养基中加入已经驯化的醋酸钙不动杆菌菌液,加入一系列不同浓度的菌液后观察石蒜不定芽的生长状况并检测石蒜不定芽中生物碱的含量。结果发现:在加入50μL的醋酸钙不动杆菌菌液时,不定芽生长状况最好,并且积累的生物碱含量最高。8.前体物对石蒜不定芽与醋酸钙不动杆菌共培养体系对石蒜不定芽的生长和生物基建积累的影响。选择苯丙氨酸、酪氨酸、酪胺、多巴胺、原儿茶醛、4-羟基苯丙酮酸(4-HPPA)、对羟基苯甲醛为前体物,以石蒜碱、力可拉敏、加兰他敏三种生物碱之和作比较,试验结果表明:添加4-HPPA,对羟基苯甲醛及苯丙氨酸,对不定芽生物碱积累并无明显影响;添加酪胺和酪氨酸,随着前体物浓度的增加共培养体系中不定芽的生物碱积累量不断增加,当添加量为250μmol·L-1,生物碱积累量增速减缓;添加原儿茶醛50μmol·L-1和多巴胺100μmol·L-1时共培养体系中石蒜不定芽生长最快且生物碱含量积累量也是该试验组中最高。
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