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绿薄荷精油对温和气单胞菌群体感应现象及其腐败特性的抑制作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-08
核心提示:群体感应(QS)是细菌细胞间交流的一种通讯机制,具有QS机制的细菌通过感知环境中低分子质量、可扩散的信号分子来调控菌体密度,并在信号分子达到阈值时启动相关基因表达,从而调控细菌的生理行为,以适应环境的变化。目前,已发现的QSIs多存在安全性问题,且难以在实际生产中应用。
   群体感应(QS)是细菌细胞间交流的一种通讯机制,具有QS机制的细菌通过感知环境中低分子质量、可扩散的信号分子来调控菌体密度,并在信号分子达到阈值时启动相关基因表达,从而调控细菌的生理行为,以适应环境的变化。目前,已发现的QSIs多存在安全性问题,且难以在实际生产中应用。
 
  天然植物精油提取工艺成熟、原料来源广泛,且具有安全、无毒的优点。从天然植物精油中寻找QS抑制剂日益受到人们的关注。有研究表明,绿薄荷精油具有良好的抗菌、抗氧化作用,可用作天然食品防腐保鲜剂,在果蔬、牛奶中已有报道。但目前绿薄荷精油作为QS抑制剂的研究却鲜有报道。
 
  来自渤海大学食品科学与工程学院的梅永超、刘 楠和大连民族大学生命科学学院的李婷婷等人以绿薄荷精油为研究对象,探讨绿薄荷精油对温和气单胞菌QS及其腐败特性的抑制效果,为绿薄荷精油更广泛的利用提供理论参考,同时也对丰富和创新水产品贮藏保鲜理论、提高水产品品质具有参考意义。
 
  1.抑菌效果及QSIs活性
 
  通过观察实验菌株的生长情况,发现绿薄荷精油剂量为2、4、6、8、10 μL/mL时,对菌株CV026的最小抑菌剂量为4 μL/mL。随后对温和气单胞菌进行抑菌实验,发现在相同剂量范围内,绿薄荷精油对温和气单胞菌并无抑菌作用。因此选取亚抑菌剂量(4 μL /mL以下剂量)的绿薄荷精油进行QSIs检测实验,并设置实验剂量为0.5、1.0、1.5 μL /mL和2.0 μL/mL。在亚抑菌剂量下,绿薄荷精油对紫色杆菌CV026 QS活性的影响。添加绿薄荷精油的孔径周围出现白色、浑浊、不透明的抑制圈,表明绿薄荷精油具有抑制菌株CV026产生特征性紫色素的能力。
 
  2.紫色菌素定量分析
 
  随着绿薄荷精油剂量的升高,菌株CV026紫色菌素产量呈剂量依赖性下降。与未添加精油相比,当绿薄荷精油剂量为2.0 μL/mL时,菌株CV026紫色菌素产量的下降率达56.17%。同时,研究不同剂量下绿薄荷精油对菌株CV026生长的影响,结果表明,绿薄荷精油并未对菌株CV026菌液密度造成影响,进而说明其并未抑制菌株CV026的生长代谢,而是通过干扰菌株CV026的QS系统,使其紫色菌素的产生受到了抑制。
 
  3.绿薄荷精油对温和气单胞菌生物被膜形成的影响
 
  酶标板法测定生物被膜
 
  以空白组为基准(生物被膜相对生成率100%),添加C6-HSL信号分子的阳性对照组生物被膜相对生成率明显增高,进一步说明温和气单胞菌生物被膜生成受QS系统的调控。此外,随着绿薄荷精油剂量的增大,该菌株生物被膜生成率随之减小,而菌液密度未受影响。这说明,绿薄荷精油可通过干扰、抑制QS系统来调控温和气单胞菌生物被膜的生成,且未对菌株有致死或抑制作用。
 
  光学及扫描电子显微镜观察生物被膜
 
  经染色的菌体紧密相连形成大片的紫色膜状物,且添加C6-HSL信号分子的阳性对照组,还出现局部菌体聚集成具有层次感的深紫色团状物;对比绿薄荷精油处理组,经结晶紫染色后,随着添加剂量的升高,菌体难以在载体上牢固附着、易被冲散,未见菌体聚集形成大片紫色膜状物,仅有少量菌体相连且膜状物分布稀疏。
 
  菌体被胞外聚合物层层包裹形成复杂的三维立体网络结构,并覆盖整个载体表面,单一菌体难以显现。添加C6-HSL信号分子的阳性对照组,生物被膜形态更为致密。
 
  随着绿薄荷精油剂量的升高,网络结构退化并逐渐解体,胞外聚合物明显减少且仅有少量菌体被包裹其中。据此,推测绿薄荷精油可通过抑制胞外聚合物形成,来减弱温和气单胞菌的成膜能力。
 
  4.绿薄荷精油对温和气单胞菌胞外蛋白酶活力的影响
 
  当外源C6-HSL信号分子存在时,蛋白酶水解圈显着增大。添加绿薄荷精油使蛋白酶水解圈直径明显减小,且水解圈直径与绿薄荷精油剂量呈负相关。这表明温和气单胞菌胞外蛋白酶活力受QS系统调控,且绿薄荷精油可通过干扰QS系统,调控温和气单胞菌胞外蛋白酶的产生。
 
  5.绿薄荷精油对温和气单胞菌群集和泳动的影响
 
  添加C6-HSL信号分子的阳性对照组较空白组菌株的运动性明显增强。绿薄荷精油的添加与温和气单胞菌群集和泳动运动特性呈负相关,且有一定的剂量依赖性。
 
  6.GC-MS定量分析绿薄荷精油对温和气单胞菌产AHLs的影响A
 
  各峰分离良好, 峰形尖锐呈对称状,C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL、C10-HSL、C12-HSL、C14-HSL在设定时间内完全分离,保留时间分别为4.408、6.254、8.305、10.685、13.374、16.882 min。
 
  0 ~12 h,温和气单胞菌分泌AHLs主要是C8-HSL和C12-HSL,24~48 h为C4-HSL和C8-HSL;在整个实验周期内,C8-HSL的分泌量一直较高。在菌株生长初期(0~12 h)菌株分泌的信号分子不仅种类少且质量浓度很低;随着菌株的生长(12 h以后),信号分子的种类逐渐增加,质量浓度也急剧上升,同时长链的信号分子C12-HSL不再出现,其原因可能是随着菌株的生长和培养基内的营养物质不断消耗,pH值升高导致菌株生长环境发生改变,从而导致长链的信号分子内酯环断裂。与空白组对比,经绿薄荷精油处理的实验组信号分子的种类未发生变化,但其质量浓度明显下降,说明绿薄荷精油能够抑制温和气单胞菌QS信号分子的分泌。
 
  结 论
 
  在亚抑菌剂量下,绿薄荷精油具有降低紫色杆菌CV026产紫色菌素的能力,其剂量为2 μL/mL时,对紫色菌素的抑制率达56.17%;绿薄荷精油对温和气单胞菌N-酰基高丝氨酸内酯的分泌及某些腐败特性的表达,如生物被膜的形成、胞外蛋白酶活力和细菌迁移(群集和泳动),均有抑制作用;随着绿薄荷精油剂量的升高,抑制效果更趋明显,并且呈现剂量依赖性。可见,绿薄荷精油具有良好的群体感应抑制活性,可作为新型的群体感应抑制剂用于延长水产品货架期。
 
 
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