陳志良,李海云,李子院,郝再彬
摘要:以葉綠素為培養(yǎng)基成分,在不添加無(wú)機(jī)鹽的條件下,從土壤中分離篩選得到一株能降解葉綠素的菌株;經(jīng)過(guò)形態(tài)學(xué)鑒定,確定它為曲霉屬中的一種,菌株命名為GLHZB319,保藏在中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心內(nèi),保藏編號(hào)為CCTCC No: M2011101。在溫度為30 ℃、搖床轉(zhuǎn)速100 r/min、自然pH、GLHZB319菌株接種孢子量為1.0×106個(gè)/mL的培養(yǎng)條件下,把100 mL的葉綠素水溶液培養(yǎng)3 d,溶液的吸光度值由0.310降解到0.002,降解率達(dá)到99%。
關(guān)鍵詞:葉綠素;降解菌;篩選
中圖分類(lèi)號(hào):Q945.11;Q948.12+2.3;Q939.97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2012)14-2992-04
Screening and Application of Chlorophyll Degradation Bacterium
CHEN Zhi-liang,LI Hai-yun,LI Zi-yuan,HAO Zai-bin
(Chemical and Biological Engineering College, Guilin University of Technology,Guilin 541004,Guangxi,China)
Abstract: Taking chlorophyll as culture medium component, and adding no inorganic, a strain capable of degrading chlorophyll was isolated from soil. According to morphological identification, it belonged to the genus Aspergillus Mich.ex Link:Fr.. The strain was named GLHZB319, and preserved in Chinese Center for Type Culture Collection(Collects number: CCTCC No: M2011101). At 30 ℃, shaking speed 100 r/min, natural pH, with GLHZB319 natural strains inoculation quantity 1.0×106 ind./mL, the absorbance value of 100 mL chlorophyll solution was decreased from 0.310 to 0.002 after 3 d, with a degradation rate of 99%.
Key words: chlorophyll; decomposition bacterium; screening
葉綠素廣泛存在于植物體內(nèi)及藻類(lèi)、光合細(xì)菌中,分布的部位主要是內(nèi)囊體膜;葉綠素類(lèi)型主要包括葉綠素a和葉綠素b,其中葉綠素a占的比例較大,通常葉綠素a∶葉綠素b=3∶1,它們難溶于水,但能溶于乙醇、丙酮和石油醚等有機(jī)溶劑[1,2]。葉綠素是葉綠酸的二醇酯,是由葉綠酸(鎂卟啉衍生物、二元羧酸)的兩個(gè)羧基分別與甲醇(CH4O)和植醇(C20H40O)發(fā)生酯化反應(yīng)所形成的,是對(duì)光、熱、酸等環(huán)境條件不穩(wěn)定的物質(zhì)[3-6]。葉綠素a和葉綠素b在結(jié)構(gòu)上的差別僅在于第二吡咯環(huán)上的一個(gè)-CH3被-CHO所取代[7,8]。
在植物界有7 000多種植物可供人類(lèi)食用,在民間約有5 000種草藥用來(lái)治療日常的各種疾病,在中藥材中有40%是由綠色植物提供?,F(xiàn)代食品和藥品的提取需要脫除葉綠素[9],目前在工業(yè)生產(chǎn)上脫除葉綠素的方法主要有:①物理吸附法,包括大孔樹(shù)脂吸附法和活性炭吸附法;②化學(xué)氧化法,包括雙氧水氧化法或次氯酸鈉氧化法;不過(guò)這兩類(lèi)方法都存在一定的局限性。而采用生物工程技術(shù)方法降解葉綠素是環(huán)境友好型的處理方法,是未來(lái)發(fā)展的方向[10]。
試驗(yàn)通過(guò)微生物培養(yǎng),利用葉綠素為培養(yǎng)基成分,在未添加無(wú)機(jī)鹽的情況下,從土壤中分離出一株能夠降解葉綠素的菌株,經(jīng)顯微形態(tài)觀察分析,鑒定為曲霉屬(Aspergillus Mich.ex Link:Fr.)[11],命名為GLHZB319菌株,并保藏在中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心里,保藏編號(hào)CCTCC No:M2011101。
1材料與方法
1.1材料
1.1.1試劑與用品主要試劑如丙酮、碳酸鈣、葡萄糖、20%甘油等都為化學(xué)純;瓊脂為食品級(jí),馬鈴薯為市售;葉綠素為桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室從中華獼猴桃(Actinidia chinensis Planch)葉片里提?。郏保玻?;劍麻(Yucca gloriosa L.)麻絲由南寧劍麻集團(tuán)提供。
1.1.2儀器主要有Cary50紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)﹙美國(guó)Varian公司﹚、SW-CJ-1F超凈工作臺(tái)﹙蘇靜集團(tuán)安泰公司﹚、Nikon E200型光學(xué)顯微鏡+數(shù)碼顯微鏡系統(tǒng)﹙江南光電有限公司﹚、MIR-254 恒溫培養(yǎng)箱和DHG-9420A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海比朗儀器有限公司)等。
1.1.3培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基為馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(Potato dextrose agar medium,PDA);篩選培養(yǎng)基(葉綠素平板培養(yǎng)基)為PDA培養(yǎng)基+葉綠素+瓊脂。各培養(yǎng)基均在1×102 kPa下滅菌30 min。
1.1.4土壤表樣采集土壤樣品來(lái)源于桂林市區(qū)的七星公園、穿山公園、南溪山公園等公園內(nèi)的林下表土,采樣時(shí)先鏟去地表的覆蓋物,再鏟掉0.5 cm厚的表土,然后取土壤樣品。
1.2菌種篩選
分離試驗(yàn)采取平板稀釋法[13],具體操作是稱取土樣1.00 g,加入盛有25 mL去離子水的三角瓶中,振蕩1 min,使土樣均勻分散,配制成土壤懸浮液,靜置15 min后,吸取土壤懸浮液3~5滴,滴于葉綠素平板培養(yǎng)基上,用涂布環(huán)涂布均勻,于30 ℃恒溫培養(yǎng)3~4 d后檢查鑒定。對(duì)于能在平板上生長(zhǎng)的菌株繼續(xù)純培養(yǎng),待長(zhǎng)出合適的單菌落后,挑取單菌落劃斜面并編號(hào),繼續(xù)在30 ℃培養(yǎng)3~4 d。然后從斜面上挑取菌落在葉綠素水溶液中進(jìn)行發(fā)酵,進(jìn)一步篩選對(duì)降解葉綠素效果更好的菌株。
1.3方法
1.3.1孢子懸浮液的制備經(jīng)過(guò)葉綠素平板篩選,共計(jì)有10株菌株能正常生長(zhǎng);再經(jīng)過(guò)水溶液發(fā)酵復(fù)篩后,最終確定了一個(gè)降解效果好、生長(zhǎng)較快的菌株;將篩選得到的菌株接種至PDA斜面培養(yǎng)基上培養(yǎng)2 d,在無(wú)菌條件下用去離子水洗下孢子,再用8層紗布過(guò)濾除去菌絲,制成孢子懸浮液,并定容至100 mL,在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后,用梯度稀釋平板計(jì)數(shù)法計(jì)算懸浮液中的孢子數(shù)量,每個(gè)稀釋梯度做3個(gè)平行,取平均值。
1.3.2菌株脫色能力測(cè)定采用相對(duì)值[5]表示葉綠素含量的變化。將含有葉綠素的水溶液采用Cary50紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描,找出最大吸收峰的位置,以此波長(zhǎng)的吸光度值變化作為參考依據(jù)。在葉綠素水溶液中接入1 mL用梯度稀釋平板計(jì)數(shù)法計(jì)算出孢子數(shù)量的懸浮液,經(jīng)過(guò)3 d的發(fā)酵,用Cary50紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定,計(jì)算脫色率(降解率),比較菌株的降解效果。脫色率= [(A0-At)/A0]×100%。式中,A0為脫色前的吸光度值,At為脫色后的吸光度值[14]。
1.3.3種屬鑒定對(duì)經(jīng)過(guò)葉綠素平板篩選、水溶液發(fā)酵復(fù)篩得到的降解效果好、生長(zhǎng)較快的菌株,按照文獻(xiàn)[15]、文獻(xiàn)[16]的方法,在Nikon E200型光學(xué)顯微鏡+數(shù)碼顯微鏡系統(tǒng)里進(jìn)行形態(tài)觀察、分析,初步確定其分類(lèi)地位。
1.3.4菌絲、孢子形態(tài)和菌落特征觀察采用載玻片濕室培養(yǎng)法對(duì)經(jīng)過(guò)葉綠素平板培養(yǎng)基篩選、水溶液發(fā)酵復(fù)篩得到的降解效果好、生長(zhǎng)較快的菌株進(jìn)行培養(yǎng),在不破壞其自然生長(zhǎng)狀態(tài)的前提下,直接在顯微鏡下觀察菌絲、孢子形態(tài)和菌落特征。載玻片濕室培養(yǎng)法具體操作如下:①準(zhǔn)備濕室,在培養(yǎng)皿底部鋪一張圓形濾紙片,濾紙片上依次放上“U”形載玻片擱架、載玻片、蓋玻片(2片),蓋上皿蓋,外用白紙包扎,高壓滅菌(1×102 kPa)20 min后,于DHG-9420A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中60 ℃干燥60 min,備用。②接種,用接種環(huán)將篩選得到的菌株接種到濕室的載玻片上,每張載玻片可接2點(diǎn),接種時(shí)只要將帶菌的接種環(huán)在載玻片上輕輕碰幾下即可(接種量不要多,以免培養(yǎng)后菌絲過(guò)于稠密而影響觀察)。③加培養(yǎng)基,用無(wú)菌細(xì)口滴管吸取少許熔化并冷卻至45 ℃的葉綠素平板培養(yǎng)基,滴加到載玻片的接種處,葉綠素平板培養(yǎng)基應(yīng)滴得圓而薄,直徑約為0.5 cm(滴加量一般以1/2小滴為宜),注意保持無(wú)菌操作。④加蓋玻片,在葉綠素平板培養(yǎng)基未徹底凝固前,用無(wú)菌鑷子將皿內(nèi)的蓋玻片蓋在瓊脂薄層上,用鑷子輕壓蓋玻片,使蓋玻片和載玻片之間的距離相當(dāng)接近,但不能壓扁(蓋玻片不能緊貼載玻片,要彼此留有小縫隙,一是為了通氣,二是使各部分結(jié)構(gòu)平行排列,易于觀察)。⑤倒保濕劑:每皿倒入約3 mL、20%的無(wú)菌甘油,使皿內(nèi)濾紙完全濕潤(rùn),以保持皿內(nèi)濕度,蓋上皿蓋。制成載玻片濕室,于恒溫培養(yǎng)箱中30 ℃培養(yǎng)5 d。⑥觀察。將培養(yǎng)好的載玻片取出,置于顯微鏡下直接觀察。
1.4葉綠素降解應(yīng)用試驗(yàn)
以PDA培養(yǎng)基為底物,用發(fā)酵3 d后的經(jīng)過(guò)葉綠素平板培養(yǎng)基篩選、水溶液發(fā)酵復(fù)篩得到的降解效果好、生長(zhǎng)較快的菌株溶液處理南寧劍麻集團(tuán)提供的未去除葉綠素的劍麻麻絲,以沒(méi)有用菌株液處理的未去除葉綠素的劍麻麻絲作為對(duì)照,然后在30 ℃下100 r/min振蕩培養(yǎng)24 h,用水洗凈后在顯微鏡下觀察麻絲表面葉綠素的降解效果。
2結(jié)果與分析
2.1平板計(jì)數(shù)結(jié)果
對(duì)經(jīng)過(guò)葉綠素平板篩選、水溶液發(fā)酵復(fù)篩得到的降解效果好、生長(zhǎng)較快的菌株孢子懸浮液在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后,用梯度稀釋平板計(jì)數(shù)法計(jì)算孢子數(shù)量,得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為1.0×106個(gè)/mL。
2.2分類(lèi)地位確定
對(duì)篩選得到的降解效果好、生長(zhǎng)較快菌株經(jīng)顯微形態(tài)觀察分析,鑒定為曲霉屬(Aspergillus Mich.ex Link:Fr.),并命名為GLHZB319菌株。將該菌株送中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(China Center for Type Culture Collection,CCTCC)保藏,保藏編號(hào)CCTCC No:M2011101。
2.3脫色能力測(cè)定以及菌株降解效果
采用Cary50紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定的葉綠素水溶液最大吸光度值結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn),含有葉綠素的水溶液最大吸收峰的位置分別是677、639、422 nm,由此選定677 nm為葉綠素的吸收波長(zhǎng)。
GLHZB319菌株降解效果見(jiàn)圖2。試驗(yàn)證明,葉綠素水溶液中接入1 mL數(shù)量為1.0×106個(gè)/mL的GLHZB319菌株孢子懸浮液,經(jīng)過(guò)3 d的發(fā)酵,能將葉綠素水溶液的吸光度值從0.310降解到0.002,降解率(脫色率)達(dá)到了99%以上。
2.4菌絲、孢子形態(tài)和菌落特征
采用載玻片濕室培養(yǎng)法使GLHZB319菌株在載玻片上自然生長(zhǎng),在不破壞其自然生長(zhǎng)狀態(tài)的前提下,直接在顯微鏡下觀察菌絲、孢子形態(tài)和菌落特征,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3A、圖3B可見(jiàn),GLHZB319菌株在PDA培養(yǎng)基上30 ℃、培養(yǎng)5 d后,菌落直徑可達(dá)6~7 cm;菌絲生長(zhǎng)良好,為棉絮狀至絨毛狀;最初綠色,逐漸變?yōu)榛疑?,而培養(yǎng)基反面呈灰白色。由圖3C可看出,GLHZB319菌株的孢子梗沒(méi)有分支,孢子梗頂端膨大為近似圓球狀;另外在生長(zhǎng)過(guò)程中不產(chǎn)生次生小柄。由圖3D可見(jiàn),它的分生孢子為串珠狀,集中在孢子梗的上半部,散開(kāi)呈扇形生長(zhǎng)。
2.5劍麻麻絲葉綠素降解應(yīng)用試驗(yàn)
GLHZB319菌株液處理未去除葉綠素的劍麻麻絲的降解試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4左邊為劍麻葉片中抽出的麻絲,表面附有大量的葉綠素;右邊為被GLHZB319菌株作用后的麻絲。從圖4中可見(jiàn),GLHZB319菌株作用后的麻絲表面干凈,沒(méi)有葉綠素殘留,說(shuō)明GLHZB319菌株對(duì)葉綠素的降解作用是十分明顯的,具有在工業(yè)上應(yīng)用的價(jià)值。
3小結(jié)與討論
試驗(yàn)從土壤中分離純化出1株高效降解葉綠素的曲霉屬(Aspergillus Mich.ex Link:Fr.)菌株,命名為GLHZB319;該菌株能以葉綠素為營(yíng)養(yǎng)底物進(jìn)行生長(zhǎng),對(duì)葉綠素的降解率高。目前已有部分關(guān)于微生物脫色降解染料的研究報(bào)道[17-20],但利用生物工程方式降解葉綠素的報(bào)道尚未出現(xiàn)。而在劍麻麻絲的工藝處理上,對(duì)葉綠素的脫色主要是采用雙氧水氧化法,但是雙氧水脫色對(duì)麻絲的纖維分子結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用,會(huì)影響麻絲的強(qiáng)度;同時(shí)雙氧水有化學(xué)殘留,對(duì)高檔劍麻紡織品有較大的負(fù)面影響,而試驗(yàn)得到的GLHZB319菌株,對(duì)未去除葉綠素的劍麻麻絲的脫色作用十分明顯,具有在工業(yè)上應(yīng)用的價(jià)值,建議進(jìn)行中間試驗(yàn),以進(jìn)一步完善與深入探討GLHZB319菌株的效用。
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