嗜热菌主要存在于极端环境,大多数嗜热菌存在环境温度较高的地方,如火山口和温泉等;嗜热菌的最适生长温度为60~80℃,是产耐热酶原始菌的主要来源。从嗜热菌富集环境中筛选产耐热普鲁兰酶的菌株是很多相关领域研究者的研究重点,与普通普鲁兰酶产生菌株相比,产耐热普鲁兰酶菌株具有很多优势,如提高转化率、改善底物溶解性、降低黏度和减少微生物污染等。
来自南京农业大学食品科技学院的高涛、王芳、别小妹等人,从某火山口的土壤样品中分离筛选菌株,获得产耐热普鲁兰酶的菌株,为耐热普鲁兰酶的发展应用提供了一个新的研究对象。
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平板筛选菌株
从某火山口采集的3 份土样,经过分离培养基平板的初筛,选出可以与碘液反应出现透明圈(图1A)的菌株,接入鉴别培养基平板,筛选得到10 株能分解红色普鲁兰糖,出现白色透明圈(图1B)的菌株。通过DNS比色法检测酶活力后,菌株T-10的酶活力达到1.22 U/mL,酶活力最高,选择菌株T-10作为后期研究的对象。
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菌株的培养性状、形态特征和生理生化特征
菌株T-10为革兰氏染色阳性菌,菌体形状为短杆状、染色均匀和具有运动性(图2A),有芽孢且呈卵圆形(图2B)。在筛选培养基平板上的菌落为白色、低凸起、边缘不规则;表面皱褶、无光泽、不透明、菌体黏稠、能拉丝(图2C)。
通过菌株T-10生理生化特征鉴定结果、微生物的形态观察和生理生化实验,初步鉴定菌株T-10为属于解淀粉芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌。经16S rRNA序列同源性分析,确定菌株T-10是解淀粉芽孢杆菌。
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酶的性质测定结果
60 ℃是普鲁兰酶反应的最适温度。普鲁兰酶具有很好的温度稳定性,在70℃条件下保温4 h后活力残留77%以上;最适pH值为6.0,pH 3.0~8.0在室温保存4 h 后相对酶活力大约为70%,具有很好的热稳定性和较为广泛的pH值稳定性。
讨 论
直接从天然环境中分离筛选出的产耐热普鲁兰酶菌株T-10无法满足实际生产需要,产酶量和酶活力较低,必需要借助基因工程和蛋白质工程进行改造,才能使耐热普鲁兰酶真正意义上实现大规模工业化的生产。其一是通过基因工程手段构建基因工程菌,进一步提高酶的产量和活性,降低生产成本,真正实现该酶产业化;其二是利用定点突变技术进一步提高普鲁兰酶的产量和活性。其三利用现有解淀粉芽孢杆菌构建的普鲁兰酶基因的表达载体,研究普鲁兰酶和淀粉酶在解淀粉芽孢杆菌中共同表达应用。