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烟碱降解菌SCUEC2菌株的分离及其降解特性

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烟碱降解菌SCUEC2菌株的分离及其降解特性烟碱降解菌SCUEC2菌株的分离及其降解特性 李 阳1,杨振飞1,马婷婷1,陈 涛2,龚传清2,李永辉2,李晓华1 (1.中南民族大学生命科学学院/生物技术国家民委重点实验室,武汉 430074;2.湖北省烟草公司襄阳市公司,湖北 襄阳 441003) 摘要:以烟碱为惟一碳源,从湖北省襄阳市烟草种植土壤中分离得到1株烟碱降解菌,为蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii)SCUEC2。在30 ℃下,180 r/min摇床培养,烟碱质量浓度为1.00 g/L时,发酵10 h后烟碱降解率达...

烟碱降解菌SCUEC2菌株的分离及其降解特性
烟碱降解菌SCUEC2菌株的分离及其降解特性 李 阳1,杨振飞1,马婷婷1,陈 涛2,龚传清2,李永辉2,李晓华1 (1.中南民族大学生命科学学院/生物技术国家民委重点实验室,武汉 430074;2.湖北省烟草公司襄阳市公司,湖北 襄阳 441003) 摘要:以烟碱为惟一碳源,从湖北省襄阳市烟草种植土壤中分离得到1株烟碱降解菌,为蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii)SCUEC2。在30 ℃下,180 r/min摇床培养,烟碱质量浓度为1.00 g/L时,发酵10 h后烟碱降解率达到88.80%。在30 ℃下,180 r/min摇床培养48 h,烟碱质量浓度为6.00 g/L时,烟碱降解率为82.59%;烟碱质量浓度为7.00 g/L时,烟碱降解率和菌株生长呈下降趋势,烟碱降解率为18.94%。SCUEC2菌株发酵液经HPLC检测,结果显示,烟碱的保留时间为5.25 min左右,在培养到16 h时,烟碱峰峰面积明显减小,并在保留时间为11.79 min左右处出现一个新色谱峰,表明有中间代谢产物产生。 关键词 :烟碱;生物降解;蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii);降解特性 中图分类号:Q939.11+2;S572;S154.3 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2015)07-1586-04 DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.013 烟碱俗称尼古丁(nicotine),是烟草中的主要生物碱。烟碱对人体有害,很容易被人体吸收,是吸烟上瘾的主要物质,会引起人体的心血管疾病[1]。烟碱易溶于水,在烟草种植和香烟生产上很容易造成固体和液体的高浓度污染,严重污染环境和威胁人类健康。欧盟已将每千克烟碱含量超过500 mg的烟草废弃物规定为“有毒有害物”,其他一些国家也规定了各自相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 [2,3]。因此,烟碱降解成为迫切需要解决的问题,而利用微生物降解烟碱是一种低成本、高效率且对环境影响小的方法[4]。近年来,微生物降解烟碱的研究受到关注,降解烟碱的微生物主要有嗜烟碱节杆菌(Arthrobacter nicotinovorans)[5-8]、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)[3,9-13]、中间苍白杆菌(Ochrobactrum intermedium)[1,14]、土壤杆菌属(Agrobacterium sp.)[15-17]、红球菌属(Rhodococcus sp.)[18]、米曲霉(Aspergillus oryzae)[19]等。本研究从湖北省襄阳市烟草种植地土壤分离出1株新菌株蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii),具有较高的降解烟碱性能,通过对其降解性能进行研究, 旨在为降低烟叶和烟厂废弃物中烟碱含量提供依据。 1 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 与方法 1.1 材料 1.1.1 样品 土壤样品采自湖北省襄阳市烟草种植地土壤。 1.1.2 培养基 烟碱培养基:13.30 g K2HPO4,4.00 g KH2PO4,0.10 g(NH4)2SO4,1.00 g酵母粉,10.00 mL微量元素(1.00 g MgSO4·7H2O,0.40 g MnSO4·H2O,0.20 g CaCl2·2H2O,0.20 g CuCl2·2H2O,0.02 g FeSO4·7H2O,用0.10 mol/L HCl溶液溶解定容至0.10 L),用去离子水定容至1.00 L,自然pH。高压蒸汽灭菌后,加入一定量烟碱(用0.22 μm滤膜过滤)。烟碱分离培养基:烟碱培养基中加入1.8%的琼脂。种子培养基:10.00 g胰蛋白胨,5.00 g酵母浸粉,10.00 g NaCl,先溶于0.90 L去离子水,用5.00 mol/L的NaOH溶液调pH至7.00,再用去离子水定容至1.00 L。培养基121 ℃高压蒸汽灭菌20 min。 1.1.3 主要试剂和仪器 烟碱(纯度≥98%) 购自洛阳天科生物工程有限公司;UV-6100PC紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司);UltiMate3000高效液相色谱仪(美国戴安公司);HZ-9211K空气恒温振荡器(太仓市华利达实验设备有限公司);CR22G高速冷冻离心机(日本日立公司)。 1.2 烟碱降解菌的分离 称取2.00 g土壤样品于20.00 mL烟碱培养基,30 ℃、180 r/min摇床培养。用0.90%生理盐水梯度稀释,涂布于烟碱分离培养基,于30 ℃培养,挑取菌株划线分离纯化。分别将纯化的菌株接入烟碱培养基中,于30 ℃、180 r/min摇床培养,测定发酵液中烟碱质量浓度。 1.3 烟碱培养基中烟碱质量浓度的测定 将菌株接入烟碱培养基中,于30 ℃、180 r/min摇床培养,用不接菌的烟碱培养基作空白对照(CK)。发酵液在12 000 r/min条件下离心5 min,上清液用0.05 mol/L HCl溶液稀释到合适的吸光值范围。以0.05 mol/L HCl 溶液作参比,测定发酵液在紫外光波长为259 nm处的吸光值。烟碱降解率的计算公式为: 烟碱降解率=(原培养液中烟碱质量浓度-发酵液中烟碱质量浓度)/原培养液中烟碱质量浓度×100% 1.4 菌体生长量的测定 将菌株接种至烟碱培养基中,在30 ℃、180 r/min条件下摇床培养,定时取样,采用分光光度法测定菌体的生长量和烟碱降解率,菌体生长量用D600 nm表示。 1.5 静止细胞的制备 将菌株接种于种子培养基中,在生长对数期转接到含有烟碱质量浓度为1.00 g/L的烟碱培养基中,生长对数期离心菌体并用pH 7.00的0.05 mol/L K2HPO4/KH2PO4缓冲液洗3次备用[12]。 1.6 发酵液的HPLC检测 用0.22 μm的水相膜过滤发酵液,HPLC检测,检测条件为:波长为259 nm,色谱柱为C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流动相为甲醇(色谱纯)∶1 mmol/L H2SO4=25∶75(V/V),流速为0.50 mL/min,柱温为30 ℃,进样量为20.00 μL。 2 结果与分析 2.1 烟碱降解菌的分离与烟碱的测定 用0.05 mol/L的HCl溶液将纯烟碱配制成浓度为5.00 g/L的工作液,分别取工作液0.01、0.02、0.03、0.04、0.05和0.06 mL,用0.05 mol/L HCl溶液定容至10.00 mL,以0.05 mol/L HCl溶液为参比,测定不同浓度烟碱溶液在259 nm处的吸光值。结果显示,烟碱浓度在0.005~0.030 g/L范围内时,吸光值(y)与烟碱浓度(x)呈正相关,线性回归方程为y=35.014 29 x+0.000 07,r=0.999 95。 将烟碱降解菌SCUEC2菌株以5%的接种量接种至烟碱培养基,烟碱质量浓度为1.00 g/L,30 ℃、180 r/min摇床培养10 h,进行降解烟碱能力的测定,结果(图1)显示,未接种的烟碱培养基(CK)在259 nm处有吸收峰,而经SCUEC2菌株培养10 h后,259 nm处吸收峰降低,表明SCUEC2菌株具有烟碱降解能力。 2.2 烟碱降解菌SCUEC2菌株的烟碱降解率与生长量的关系 将烟碱降解菌SCUEC2菌株以5%的接种量接种至烟碱培养基中,烟碱质量浓度为1.00 g/L,30 ℃、180 r/min摇床培养,取样测定并计算发酵液的烟碱质量浓度和菌体浓度。结果(图2)显示,随着SCUEC2菌株的生长,烟碱不断被降解,10 h后 SCUEC2菌株生长量达到最大,此时降解率达88.80%,表明烟碱降解率和菌体生长量呈正相关。 2.3 烟碱降解菌SCUEC2菌株对烟碱的耐受性 将烟碱降解菌SCUEC2菌株以5%的接种量接种至烟碱培养基中,烟碱质量浓度分别为5.00、6.00和7.00 g/L,在30 ℃下、180 r/min摇床培养48 h,取样测定并计算发酵液的烟碱降解率和菌体浓度。结果(表1)显示,烟碱质量浓度为5.00 g/L时,烟碱降解率为80.84%;烟碱质量浓度为6.00 g/L时,烟碱降解率为82.59%;烟碱质量浓度7.00 g/L时菌株生长被抑制,烟碱降解率呈下降趋势,烟碱降解率为18.94%。 2.4 温度对烟碱降解菌SCUEC2菌株烟碱降解率和菌体生长量的影响 将烟碱降解菌SCUEC2菌株以5%的接种量接种至烟碱培养基中,烟碱质量浓度为1.00 g/L,分别在20、25、30、37和42 ℃下,180 r/min摇床培养12 h,取样测定并计算发酵液的烟碱降解率和菌体浓度,结果(表2)显示,温度为30 ℃时,烟碱降解率和菌体生长量最大;当温度低于30 ℃时,烟碱降解率和菌体生长量随温度的升高而增大,但影响较小;当温度大于37 ℃时,菌株的生长受到抑制,烟碱降解率和菌体生长量随温度的升高呈快速下降的趋势。 2.5 烟碱降解菌SCUEC2菌株中间代谢产物HPLC分析 将烟碱降解菌SCUEC2菌株的静止细胞(D600 nm为0.60左右)以10%的接种量接种至pH 7.00、烟碱质量浓度为1.00 g/L的0.05 mol/L K2HPO4/KH2PO4缓冲液中,30 ℃、180 r/min摇床培养48 h,定时取样,发酵液12 000 r/min离心5 min,用0.22 μm的水相膜过滤,进行HPLC检测。结果(图3)显示,液体培养基中烟碱的保留时间在5.25 min左右。当培养到16 h时,5.25 min左右的烟碱峰面积明显减少,出现一个保留时间在11.79 min左右的新色谱峰,表明培养基中的烟碱被降解,同时产生中间代谢产物。 3 小结与讨论 本研究从湖北省襄阳市烟草种植地土壤中分离得到1株烟碱降解菌,为蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii)。在30 ℃下,180 r/min摇床培养,当接种量为5%,烟碱质量浓度为1.00 g/L时,发酵10 h后烟碱降解率达到88.80%。在30 ℃下,180 r/min摇床培养48 h,当接种量为5%,烟碱质量浓度为6.00 g/L时,烟碱降解率为82.59%;烟碱质量浓度为7.00 g/L时,烟碱降解率和菌株生长呈下降趋势,烟碱降解率为18.94%。烟碱降解菌SCUEC2菌株最适生长温度为30 ℃并对高温较敏感,当温度高于37 ℃时,菌株生长受到一定的抑制。 烟碱的毒性很高,目前国内外报道的降解烟碱微生物主要有烟草节杆菌、嗜烟碱节杆菌、氧化节杆菌、纤维单胞菌属、棒杆菌属、阴沟肠杆菌、烟草微球菌、假单胞杆菌、恶臭假单胞杆菌、中间苍白杆菌属等。本研究从湖北省襄阳市烟草种植地中分离得到烟碱降解菌SCUEC2菌株,该菌株具有高烟碱耐受力和高烟碱降解力,为利用生物技术降解烟碱废弃物和降低烟叶中烟碱含量奠定了基础。 参考文献: [1] YUAN Y J, LU Z X, HUANG L J, et al. 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