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PMA-qPCR 聯(lián)用快速檢測(cè)蘋果中擴(kuò)展青霉活菌

2023-08-13 06:07:14于呂健范盈盈劉峰娟趙雪祺焦子偉
食品工業(yè)科技 2023年16期
關(guān)鍵詞:懸浮液活菌青霉

陽(yáng) 瑾,丁 宇,于呂健,范盈盈,劉峰娟,趙雪祺,焦子偉 ,王 成,

(1.伊犁師范大學(xué)生物與地理科學(xué)學(xué)院,新疆伊犁 835000;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲生態(tài)區(qū)特色農(nóng)產(chǎn)品功能營(yíng)養(yǎng)與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(部省共建),農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(烏魯木齊),新疆農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830091;3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

以擴(kuò)展青霉(Penicillium expansum)為主的植物病原菌感染導(dǎo)致每年都會(huì)有大量的水果被侵蝕腐爛,造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,大概有25%的農(nóng)產(chǎn)品會(huì)受到真菌毒素的污染,部分國(guó)家受污染比例可達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的一半及以上[1]。擴(kuò)展青霉產(chǎn)生的展青霉素具有腸、肝、腎、免疫、基因毒性等[2],對(duì)多種人體器官造成傷害,被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer,IARC)認(rèn)定為“第三類可疑致癌物”[3]。早年就有研究者發(fā)現(xiàn)切除腐爛部位并不能完全去除展青霉素,擴(kuò)展青霉和毒素會(huì)向未腐爛的組織遷移,并且未腐爛組織中的毒素含量可能會(huì)超過(guò)最低限量[4],展青霉素遷移遠(yuǎn)慢于擴(kuò)展青霉菌落的遷移[5]。根據(jù)毒素含量與菌落濃度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以通過(guò)菌落濃度來(lái)反映毒素含量[6]。近年來(lái)越來(lái)越多研究者開(kāi)始利用qPCR 技術(shù)對(duì)擴(kuò)展青霉進(jìn)行檢測(cè)從而研究毒素含量。Tannous 等[7]創(chuàng)建了利用qPCR 檢測(cè)蘋果中擴(kuò)展青霉菌DNA 從而估計(jì)展青霉素含量的方法。Rodríguez 等[8]也利用SYBR Green和TaqMan 兩種方法進(jìn)行qPCR 技術(shù)檢測(cè)展青霉素含量。從控制展青霉素污染角度來(lái)說(shuō)對(duì)擴(kuò)展青霉菌活菌檢測(cè)具有重要意義。但普通的qPCR 技術(shù)并不能分辨出活菌和死菌的區(qū)別,極易出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。

反壟斷法中縱向壟斷協(xié)議的解釋學(xué)澄清——兼評(píng)全國(guó)首例縱向壟斷協(xié)議行政訴訟案...........................................................................................吳佩乘 11.44

PMA 和疊氮溴化乙錠(Ethidium Monoazide Bromide,EMA)都屬于對(duì)DNA 有著高親和力的光敏DNA 染料[9]。PMA 可以選擇性穿過(guò)死菌破損細(xì)胞膜,在鎢燈強(qiáng)光照射下,PMA 的疊氮基團(tuán)生成的nitrene 基,在結(jié)合部位與DNA 中的碳?xì)溲蹑I結(jié)合生成穩(wěn)共價(jià)氮碳鍵,從而抑制了死菌DNA 擴(kuò)增,qPCR檢測(cè)中假陽(yáng)性信號(hào)的產(chǎn)生[10]。PMA 比EMA 多一個(gè)正點(diǎn)荷,更加溫和、更難進(jìn)入活菌細(xì)胞膜[11],近年來(lái)研究者更傾向用PMA 結(jié)合qPCR 技術(shù)研究活菌檢測(cè)。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于藥物活性檢測(cè)[12]、醫(yī)源及食源性病原菌檢測(cè)[13-14]、污水處理檢測(cè)[15]、植物病原菌檢測(cè)[16]等。對(duì)于利用PMA-qPCR 這一技術(shù)對(duì)植物病原菌進(jìn)行研究,已應(yīng)用于青枯菌(Pseudomonas solanacearum)[11]、十字花科黑斑病菌(Pseudomonas syringaepv.maculicola)[17]、梨火疫病菌(Erwinia amylovory)[9]、丁香假單胞菌(Pseudomonas syringae)[18]的活菌檢測(cè)等,但該技術(shù)對(duì)擴(kuò)展青霉菌活菌檢測(cè)及相關(guān)的研究較少。

因此,為了深入研究擴(kuò)展青霉菌活菌在蘋果上的遷移規(guī)律,本文將以產(chǎn)自新疆阿克蘇的紅富士蘋果為材料,人工接種擴(kuò)展青霉進(jìn)行常溫培養(yǎng),改進(jìn)Crespo-Sempere 等[19]的PMA 處理方法,利用PMAqPCR 技術(shù)快速、準(zhǔn)確地對(duì)擴(kuò)展青霉活菌數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),為蘋果中擴(kuò)展青霉的防控提供了理論依據(jù),為食品中擴(kuò)展青霉活菌檢測(cè)提供新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

擴(kuò)展青霉菌ACCC 31688 中國(guó)農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心;紅富士蘋果(Malus domesticaBorkh.CV.Red Fuji) 同一批次的成熟的大小相近、無(wú)創(chuàng)傷,新疆烏魯木齊市;馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養(yǎng)基 北京陸橋技術(shù)股份有限公司;PMA 染料 北京百瑞極生物科技有限公司;真菌DNA 提取試劑盒、CTAB 緩沖液、蛋白酶K 溶液、RNase A 溶液、DNA 提取液、核酸提取液 北京索萊寶公司;2×Taq PCR MasterMixⅡ、2×SuperReal PreMix Plus 天根生化科技(北京)有限公司;異丙醇 分析醇,天津永晟精細(xì)化工有限公司。

取10 mL 稀釋好的孢子懸浮液放入水浴鍋,99.9 ℃水浴30 min 進(jìn)行熱滅活處理。取1 mL 經(jīng)熱滅活處理的孢子懸浮液涂布于PDA 培養(yǎng)基28 ℃培養(yǎng)72 h,驗(yàn)證滅活效果。PDA 培養(yǎng)基上無(wú)菌生長(zhǎng)則認(rèn)為已完全滅活,可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 霉菌孢子懸浮液配制 無(wú)菌條件下,向已培養(yǎng)7 d 的擴(kuò)展青霉菌的PDA 培養(yǎng)基中加入10 mL無(wú)菌水,利用無(wú)菌涂布器刮下真菌孢子,四層紗布過(guò)濾,將濾液轉(zhuǎn)至50 mL 錐形瓶中,旋渦30 s,使孢子分布均勻后加入無(wú)菌水進(jìn)行梯度稀釋。采用血球計(jì)數(shù)板法計(jì)算孢子濃度,最終將孢子懸浮液稀釋至4.0×107CFU/mL。

生物安全柜ESCO 生命科學(xué)集團(tuán);霉菌培養(yǎng)箱上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;Thermo Fisher Scientific 離心機(jī) 德國(guó)賀利氏公司;PCR 儀(SureCycle 8800) 安捷倫科技有限公司;實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(LightCycler? 96) 德國(guó)羅氏診斷有限公司。

2.2.2.1 藥劑拌種該病除選用上述技術(shù)原則外,還可用種子100kg,營(yíng)養(yǎng)液5kg,溶入58%甲霜靈可濕性粉劑300g,(營(yíng)養(yǎng)液可以用含微量元素葉面肥尿素、磷酸二氫鉀各100g代替)對(duì)種子均勻噴灑翻拌,悶種3h~4h,即可播種。有預(yù)防霜霉病和壯苗的雙重作用。

1.2.2 霉菌及蘋果樣品DNA 提取

1.2.2.1 霉菌DNA 提取 取500 μL 孢子懸浮液,12000 r/min 條件下離心2 min,棄上清,沉淀按照真菌DNA 提取試劑盒說(shuō)明書提取DNA。檢測(cè)前放入-20 ℃保存。

1.2.2.2 蘋果樣品DNA 提取 參考Crespo-Sempere 等[19]的方法,根據(jù)樣品略有改動(dòng)。取5 g 樣品(受擴(kuò)展青霉侵染的蘋果病斑)裝入50 mL 試管,加入5 mL 的磷酸緩沖鹽溶液(Phosphate Buffered Saline,PBS)。勻質(zhì)3 min,4 層紗布過(guò)濾。將濾液轉(zhuǎn)移至離心管中,12000 r/min 離心10 min,棄去上清。沉淀重懸于1 mL PBS 緩沖液后進(jìn)行PMA 處理。PMA 處理后,12000 r/min 離心2 min,棄去上清。

在開(kāi)展施工安裝及施工后的模板拆除工作前,要讓工作人員參與安全技術(shù)交底中,申明施工操作中的各種規(guī)范,如要求工人持證件上崗,高空作業(yè)時(shí)做好安全措施,在危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置安全標(biāo)示等。

1.2.3.3 曝光時(shí)間優(yōu)化 分別添加PMA 溶液于500 μL 濃度為4.0×107CFU/mL 的熱滅活孢子懸浮液,充分混勻,獲得PMA 最終濃度為10 μg/mL,隨后置于黑暗處孵育5 min,設(shè)置曝光時(shí)間分別為0、5、10、15 和20 min。之后步驟按1.2.3.1 進(jìn)行。

目前高師院校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的教師多由本校教師擔(dān)任,絕大多數(shù)教師不具備創(chuàng)業(yè)能力,創(chuàng)新意識(shí)也不夠強(qiáng),對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的理解有待進(jìn)一步深化,他們?cè)趧?chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程教學(xué)中,主要偏重于創(chuàng)業(yè)理論的闡述、創(chuàng)業(yè)案例的分析,而未將注意力集中在師范生創(chuàng)新意識(shí)的培育上。此外,絕大多數(shù)高師院校教師認(rèn)為,師范生的創(chuàng)新意識(shí)的培育是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程教師的任務(wù)。殊不知每門課程的教學(xué)都有責(zé)任去培育師范生的創(chuàng)新意識(shí)。全體高師院校的教師要轉(zhuǎn)變觀念,適應(yīng)新時(shí)代創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)發(fā)展的需求,除了要傳授師范生的知識(shí)、訓(xùn)練師范生的技能、培育師范生的職業(yè)情懷外,還要在課程教學(xué)中注重滲透培育師范生的創(chuàng)新意識(shí)。

1.2.3 PMA 處理?xiàng)l件優(yōu)化

1.2.3.1 PMA 濃度優(yōu)化 稱取1 mg PMA 加入1 mL的無(wú)菌水,制備濃度為2 mmol/L 的PMA 溶液,4 ℃儲(chǔ)存。取500 μL 濃度為4.0×107CFU/mL 的熱滅活孢子懸浮液,加入不同體積的PMA 溶液,使最終每管的PMA 濃度分別為0、5、10、15、20 和 25 μg/mL。充分混勻后黑暗孵育20 min,然后將試管放置冰上在鎢燈強(qiáng)光下照射10 min。12000 r/min 離心 2 min,棄上清,取沉淀提取孢子DNA,具體步驟同1.2.2.1。所提DNA 按照1.2.5 中的反應(yīng)體系及條件進(jìn)行qPCR 檢測(cè),獲得循環(huán)閾值(Cycle Threshold,Ct 值),根據(jù)Ct 值變化來(lái)研究能夠抑制死菌DNA 擴(kuò)增的PMA 最小濃度。同樣方法處理活孢子懸浮液,研究不影響活菌DNA 擴(kuò)增的PMA 最大濃度。

(2)第二個(gè)階段:從“校內(nèi)實(shí)踐環(huán)境”到“企業(yè)財(cái)務(wù)工作環(huán)境”。新經(jīng)濟(jì)環(huán)境對(duì)會(huì)計(jì)業(yè)務(wù)影響較大,如營(yíng)改增等政策變化、新會(huì)計(jì)政策制訂和執(zhí)行都會(huì)影響到《中級(jí)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)》課程內(nèi)容。所以要了解企業(yè)最新的經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù),使校內(nèi)實(shí)踐環(huán)境與企業(yè)財(cái)務(wù)工作環(huán)境結(jié)合更為密切。通過(guò)“引進(jìn)來(lái)”和“走出去”的方式,使企業(yè)專家、學(xué)校任課老師在實(shí)踐環(huán)節(jié)得到有效融合,也寒暑假社會(huì)實(shí)踐、頂崗實(shí)習(xí)等途徑來(lái)檢驗(yàn)校內(nèi)實(shí)踐部分有效性,對(duì)實(shí)際崗位操作中出現(xiàn)的新趨勢(shì)、新內(nèi)容保持同步更新,防止校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊。

1.2.3.2 黑暗孵育時(shí)間優(yōu)化 分別添加PMA 溶液于500 μL 濃度為4.0×107CFU/mL 的熱滅活孢子懸浮液,充分混勻,使PMA 最終濃度為10 μg/mL,隨后置于黑暗處孵育。設(shè)置孵育時(shí)間分別為5、10、15、20 和25 min,黑暗孵育后放置冰上在鎢燈下照射10 min,之后步驟按1.2.3.1 進(jìn)行。

參考Tannous 等[7]的方法,根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件略做修改,提取沉淀DNA。將沉淀重懸于經(jīng)95 ℃預(yù)熱100 μL 無(wú)菌水中并在冰上放置10 min。加入500 μL CTAB 緩沖液,10 μL 蛋白酶K 溶液,65 ℃水浴1 h,4 ℃條件下13000 r/min 離心10 min。吸取上清,加等體積的DNA 提取液(酚/氯仿/異戊醇25:24:1)靜置5 min,4 ℃條件下1000 r/min 離心20 min。吸取上清,加入10 μL RNase A 溶液(10 mg/mL),37 ℃恒溫水浴1 h。水浴后,加等體積的核酸提取液(氯仿/異戊醇24:1),4 ℃條件下13000 r/min 離心5 min。取上清液用等體積的異丙醇-20 ℃沉淀過(guò)夜。4 ℃條件下13000 r/min 離心20 min,棄去上清,沉淀中加入500 μL 的75%乙醇進(jìn)行洗脫,12000 r/min 離心5 min,重復(fù)洗脫2 次。棄上清,加入室溫干燥5~10 min,加入30 μL 的dd H2O,-20 ℃保存。

1.2.4 引物選擇及驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)所用的4 種引物均參考已發(fā)表文獻(xiàn),并由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,詳情見(jiàn)表1。

1.2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 參考Crespo-Sempere 等[19]的標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作方法,略有改動(dòng)。挑選無(wú)病害的蘋果,用清水清洗,75%酒精消毒,晾干后打漿。取5 g樣品裝入50 mL 試管,加入5 mL 的PBS 緩沖液。配制106CFU/mL 的擴(kuò)展青霉孢子懸浮液,加入無(wú)菌水梯度稀釋至濃度為105、104、103CFU/mL。加入孢子懸浮液,使樣品中孢子最終濃度達(dá)到105、104、103、102CFU/mL。按照1.2.2.2 提取DNA,通過(guò)qPCR測(cè)定對(duì)應(yīng)的Ct 值,反應(yīng)體系參照1.2.5,重復(fù)3 次。建立菌落濃度(log10CFU/mL)與Ct 值之間的線性關(guān)系,并通過(guò)公式E=10-1/s-1 計(jì)算擴(kuò)增效率,其中s 為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率。

1.2.7 人工染菌樣品活菌檢測(cè) 用清水清洗蘋果晾干后,用75%酒精擦拭表面。用滅菌過(guò)的移液槍頭在每個(gè)蘋果赤道部位對(duì)稱刺2 個(gè)直徑2~3 mm、深度5~7 mm 的傷口,每個(gè)傷口接種10 μL 孢子懸浮液(1.0×105CFU/mL),待孢子懸浮液晾干后,放入經(jīng)紫外滅菌的紙箱中。在室溫條件下培養(yǎng)3 d 后,以病斑為中心,分別取外擴(kuò)0.5、1、2 cm 處蘋果組織為樣品(如圖1 所示)。取1 g 樣品參照尉冬梅等[23]的方法進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù)。

以所提的擴(kuò)展青霉菌DNA 作為模板,各引物經(jīng)PCR 擴(kuò)增后,用1%瓊脂糖凝膠電泳法驗(yàn)證擴(kuò)增產(chǎn)物的大小及引物的特異性,PCR 反應(yīng)體系詳情見(jiàn)表2。PCR 總共35 個(gè)循環(huán),每個(gè)循環(huán)包括94 ℃預(yù)熱 4 min,94 ℃變性30 s,52 ℃ 30 s,72 ℃延伸45 s,72 ℃最后延伸10 min。

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)有多種形式,如剪力墻結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu),框架剪力墻結(jié)構(gòu)和部分框架剪力墻結(jié)構(gòu)。由于預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件全部通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)連接,所以混凝土結(jié)構(gòu)在大范圍內(nèi)尚未廣泛使用。與傳統(tǒng)建筑方法相比,預(yù)制建筑物具有更多的連接界面和接縫,而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)是裝配式建筑的薄弱環(huán)節(jié),在連接節(jié)點(diǎn)的處理問(wèn)題上,國(guó)內(nèi)的技術(shù)手段目前并不是很成熟。但裝配式建筑結(jié)構(gòu)在環(huán)保、節(jié)能和施工上與現(xiàn)澆相比優(yōu)點(diǎn)比較突出。

普通工頻電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的軸電流大多是由于磁路不對(duì)稱,主要表現(xiàn)為低頻循環(huán)電流。變頻電機(jī)會(huì)額外增加軸電流的來(lái)源,主要是受變頻器共模電壓的影響,表現(xiàn)為高頻循環(huán)電流、容性共模電流及放電電流、軸與機(jī)座電位差產(chǎn)生的脈沖式容性電流。在大型電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),需盡量減少磁路的不對(duì)稱,從源頭上遏制軸電流的產(chǎn)生。同時(shí),當(dāng)機(jī)組中含有電機(jī)尤其是變頻電機(jī)時(shí),需要特別注意整個(gè)機(jī)組對(duì)軸電流的預(yù)防措施,這樣才能保證機(jī)組平穩(wěn)、可靠、安全運(yùn)行。

1.2.5 擴(kuò)展青霉菌熒光定量PCR 實(shí)驗(yàn) 選取實(shí)驗(yàn)1.2.4 選擇出特異性最好的引物按照表3 中的體系用實(shí)時(shí)熒光定量PCR 儀進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。熱循環(huán)條件為:95 ℃作用3 min,40 個(gè)循環(huán)95 ℃作用20 s,65 ℃作用20 s(在此期間測(cè)量熒光),57~95 ℃繪制熔解曲線,升溫速率為1 ℃/min。

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次,數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。利用OriginPro 2019 作圖,Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,IBM SPSS Statistics 23 軟件進(jìn)行單因素ANOVA 檢驗(yàn)及獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析差異顯著性。

圖1 蘋果取樣示意圖Fig.1 Sampling diagram of apple

冰浴研磨后,稱取5g 樣品裝入50 mL 試管,加入5 mL PBS 緩沖液。勻質(zhì)3 min,4 層紗布過(guò)濾。將濾液轉(zhuǎn)移至離心管中,12000 r/min 離心10 min,棄去上清。沉淀中加入1 mL PBS 緩沖液,按照優(yōu)化后的PMA 處理?xiàng)l件進(jìn)行處理。按照1.2.2.2 的方法提取樣品DNA 后,進(jìn)行qPCR 反應(yīng)。反應(yīng)條件及體系同1.2.5。所有DNA 樣品在qPCR 檢測(cè)之前都經(jīng)過(guò)常規(guī)PCR 和凝膠電泳檢測(cè),以防后期因蘋果DNA樣品問(wèn)題出現(xiàn)假陰性結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

基于以上分析,廣西大學(xué)行健文理學(xué)院專創(chuàng)融合的市場(chǎng)營(yíng)銷專業(yè)師資隊(duì)伍的建設(shè)已有較好的基礎(chǔ),未來(lái)應(yīng)有效利用面臨的機(jī)遇充分發(fā)揮挖掘現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)、彌補(bǔ)不足,同時(shí)盡力以優(yōu)勢(shì)去迎接挑戰(zhàn)。以科學(xué)發(fā)展觀主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)發(fā)展、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求,堅(jiān)持復(fù)合應(yīng)用型市場(chǎng)營(yíng)銷人才培養(yǎng)的辦學(xué)理念,深化有地域特色的專創(chuàng)融合的師資隊(duì)伍的打造。

2 結(jié)果與分析

2.1 PMA 條件優(yōu)化

2.1.1 PMA 濃度優(yōu)化 添加不同濃度的PMA 對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活孢子懸浮液和活孢子懸浮液進(jìn)行處理,研究不同濃度PMA 對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活孢子和活孢子qPCR 擴(kuò)增的影響。圖2 結(jié)果顯示使用PMA 溶液能夠明顯抑制熱滅活擴(kuò)展青霉的DNA 擴(kuò)增,當(dāng)PMA 濃度=0 時(shí),Ct 值與PMA 處理組Ct 值具有顯著差異(P<0.05);當(dāng)PMA 濃度<10 μg/mL 時(shí),Ct 值隨著PMA 濃度增加而增大,這說(shuō)明低濃度的PMA不能完全抑制熱滅活孢子DNA 擴(kuò)增;當(dāng)PMA 濃度>10 μg/mL 時(shí),Ct 值不存在顯著差異(P>0.05),說(shuō)明10 μg/mL 的PMA 能完全與熱滅活孢子DNA 結(jié)合,并完全抑制熱滅活孢子DNA 擴(kuò)增。不同濃度的PMA 對(duì)活孢子進(jìn)行處理,對(duì)活孢子qPCR 擴(kuò)增無(wú)顯著抑制作用(P>0.05)。故選10 μg/mL 為最佳PMA處理濃度。

圖2 不同濃度PMA 處理對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活及活孢子qPCR 擴(kuò)增的影響Fig.2 Effects of different concentrations of PMA treatment on the qPCR amplification of Penicillium expansum dead spores and live spores

2.1.2 黑暗孵育時(shí)間優(yōu)化 如圖3 所示,黑暗孵育處理5、10、15、20 和25 min 的Ct 值無(wú)顯著差異(P>0.05),說(shuō)明黑暗孵育5 min 時(shí)PMA 就能夠完全與熱滅活孢子DNA 結(jié)合,抑制熱滅活孢子DNA 的擴(kuò)增;同時(shí)不同黑暗孵育處理,對(duì)活孢子DNA 擴(kuò)增并無(wú)顯著抑制作用(P>0.05),說(shuō)明黑暗處理5~25 min均不會(huì)對(duì)活孢子產(chǎn)生毒性,且不會(huì)影響活孢子DNA的擴(kuò)增,黑暗孵育5 min 處理能夠抑制熱滅活孢子DNA 的擴(kuò)增,但不影響活孢子DNA 的擴(kuò)增,故選5 min 為最佳黑暗孵育時(shí)間。

3)γCa/γCl系數(shù)。由表3的γCa/γCl系數(shù)結(jié)果可知,所有的水樣的γCa/γCl都較大。充分說(shuō)明了榆林市礦區(qū)第四系潛水含水層水動(dòng)力條件較好,更新循環(huán)較好,導(dǎo)致Cl-含量相對(duì)較低。

圖3 不同黑暗孵育時(shí)間處理對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活及活孢子qPCR 擴(kuò)增的影響Fig.3 Effects of different dark incubation time treatments on the qPCR amplification of Penicillium expansum dead and live spores

2.1.3 曝光時(shí)間優(yōu)化 如圖4 所示,使用PMA 對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活孢子進(jìn)行處理,曝光時(shí)間<10 min 時(shí),Ct 值會(huì)隨著曝光時(shí)間的增加而增大,說(shuō)明不足的曝光時(shí)間,不能使殘留的PMA 充分光解,從而不能完全抑制熱滅活孢子DNA 擴(kuò)增;當(dāng)曝光時(shí)間>10 min時(shí),Ct 值無(wú)顯著差異(P>0.05),說(shuō)明曝光10 min 就能夠使殘留的PMA 充分光解。使用PMA 處理擴(kuò)展青霉活菌處理,不同的曝光時(shí)間組的Ct 值無(wú)顯著差異(P>0.05),說(shuō)明不同的曝光時(shí)間并不影響活孢子DNA 擴(kuò)增。故選10 min 為最佳曝光時(shí)間。

圖4 不同曝光時(shí)間處理對(duì)擴(kuò)展青霉熱滅活及活孢子qPCR 擴(kuò)增的影響Fig.4 Effects of different exposure time treatments on qPCR amplification of Penicillium expansum dead and live spores

本研究最終發(fā)現(xiàn)10 μg/mL 為PMA 最佳濃度,5 min 為最佳黑暗孵育時(shí)間,10 min 為最佳曝光時(shí)間,與于璇等[17]設(shè)計(jì)檢測(cè)十字花科黑斑病原菌的最佳處理?xiàng)l件一致,與王帥等[11]建立的青枯菌PMAqPCR 檢測(cè)的最佳處理?xiàng)l件(PMA 濃度為15 ng/μL、黑暗孵育處理10 min、曝光處理5 min)不同。兩種方法的處理?xiàng)l件不同可能是菌種品類不同、PMA 產(chǎn)品不同、鎢燈型號(hào)不同所致[9]。

2.2 引物特異性

通過(guò)對(duì)各引物PCR 擴(kuò)增、凝膠電泳驗(yàn)證,結(jié)果(圖5)顯示Pexp-patF引物擴(kuò)增出的片段大小與Tannous 等[7]方法中擴(kuò)增片段大小一致,為92 bp,且其只產(chǎn)生一條帶,并無(wú)引物二聚體的存在,與本實(shí)驗(yàn)所用菌株基因特異性結(jié)合,特異性最強(qiáng),而PG、POL、HHJ等3 個(gè)引物擴(kuò)增產(chǎn)物為多個(gè)條帶,另外,對(duì)Pexp-patF進(jìn)行qPCR 擴(kuò)增,觀察反應(yīng)熔解曲線在熔解溫度(Melting Temperature,Tm)為87.4 ℃時(shí)有單一的熔解峰,無(wú)引物二聚體和非特異性出現(xiàn)(圖6),因此,Pexp-patF可以用于后期PMA-qPCR實(shí)驗(yàn)。Pexp-patF是Tannous 等[7]通過(guò)展青霉素合成調(diào)控基因PatF所設(shè)計(jì),PatF基因是調(diào)控新棒曲霉素合成酶的基因,展青霉素合成的中間物質(zhì)葉點(diǎn)霉素在新棒曲霉素合成酶作用下會(huì)生成新棒曲霉素,新棒曲霉素在乙醇脫氫酶、葡萄糖-甲醇-膽堿氧化還原酶的作用下最終轉(zhuǎn)化為展青霉素[24],這可能是PexppatF能夠與擴(kuò)展青霉基因結(jié)合、且特異性良好的原因。PG引物實(shí)驗(yàn)所用菌株是從腐爛柑橘中分離,POL菌株來(lái)源于加拿大國(guó)家食品安全研究所,HHJ菌株來(lái)源于中國(guó)微生物中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心中分離均與該實(shí)驗(yàn)所用菌株不同。PG、POL、HHJ引物沒(méi)有跟本實(shí)驗(yàn)所用擴(kuò)展青霉基因特異性結(jié)合可能與引物設(shè)計(jì)所用擴(kuò)展青霉的菌株與本實(shí)驗(yàn)不同所致。以后的引物設(shè)計(jì)中,可選擇菌種的合成代謝物基因來(lái)設(shè)計(jì)引物,從而設(shè)計(jì)出具有更高的特異性的引物用于qPCR 檢測(cè)中,能夠減少假陽(yáng)性結(jié)果的產(chǎn)生,并提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖5 4 對(duì)引物qPCR 擴(kuò)增擴(kuò)展青霉DNA 結(jié)果Fig.5 qPCR amplification electrophoresis results by 4 pairs of primers with P. expansum DNA

圖6 擴(kuò)展青霉DNA 與Pexp-patF qPCR 反應(yīng)熔解曲線Fig.6 Melting curve of P. expansum DNA reaction with Pexp-patF qPCR

2.3 PMA-qPCR 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限的評(píng)價(jià)

利用擴(kuò)展青霉孢子懸浮液梯度稀釋進(jìn)行PMAqPCR 擴(kuò)增,菌落濃度與Ct 值的相關(guān)性如圖7 所示。兩者之間具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,y=-2.023x+35.925,R2=0.9948,標(biāo)準(zhǔn)曲線的重復(fù)性和穩(wěn)定性良好。經(jīng)計(jì)算PMA-qPCR 擴(kuò)增效率(E)為90%。檢測(cè)限(Limit of Detection,LOD)通過(guò)公式Ct(LOD)=Ct(空白)–3 計(jì)算[25],為102.6CFU/mL。該檢測(cè)限比王銀環(huán)等[26]利用PMA-qPCR 對(duì)地衣芽孢桿菌活菌制品中金黃色葡萄球菌最低檢測(cè)限(104CFU/mL)低,與Crespo-Sempere 等[19]建立的PMA-qPCR 檢測(cè)人工接種番茄樣品中鏈格孢菌檢出限(102CFU/g)類似。與Frisch 等[27]優(yōu)化的一種環(huán)介導(dǎo)的等溫?cái)U(kuò)增檢測(cè)擴(kuò)展青霉的方法的檢測(cè)下限(103CFU/mL)相比較,本研究采用的PMA-qPCR 檢測(cè)擴(kuò)展青霉檢出限更低,具有更高的靈敏度。

圖7 PMA-qPCR 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 PMA-qPCR standard curve

2.4 人工染菌蘋果樣品活菌檢測(cè)

對(duì)人工接種擴(kuò)展青霉蘋果樣品進(jìn)行PMA-qPCR檢測(cè),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算人工染菌蘋果樣品中擴(kuò)展青霉活菌數(shù)。結(jié)果如表4 和圖8 所示,PMA-qPCR 檢測(cè)出人工污染3 d 后病斑處擴(kuò)展青霉活菌數(shù)已達(dá)到1.61×106CFU/g,平板菌落計(jì)數(shù)按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù)[28]結(jié)果為1.4×106CFU/g。距離病斑0.5、1 cm 處,PMA-qPCR 檢測(cè)出結(jié)果及平板菌落計(jì)數(shù)法檢測(cè)出活菌。這與Wei 等[5]利用平板菌落計(jì)數(shù)方法發(fā)現(xiàn)當(dāng)病斑直徑為1 cm 時(shí)仍可在距病斑2 cm 處檢測(cè)出擴(kuò)展青霉活菌類似,這結(jié)果再次驗(yàn)證了擴(kuò)展青霉菌會(huì)向未腐爛組織遷移。距離病斑2 cm 處提取的DNA 未檢測(cè)出熒光信號(hào),含量低于最低檢測(cè)線,同時(shí)平板菌落計(jì)數(shù)法結(jié)果小于10。兩者方法結(jié)果進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn),無(wú)顯著差異,這一發(fā)現(xiàn)與Dias 等[29]的結(jié)果一致,這證明該本實(shí)驗(yàn)方法結(jié)果可靠,可利用PMA-qPCR來(lái)檢測(cè)定量擴(kuò)展青霉活菌。在實(shí)際操作過(guò)程中,PMA-qPCR 具有顯著的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的平板菌落計(jì)數(shù)需將樣品稀釋液與未凝固培養(yǎng)基混合均勻后,凝固倒置培養(yǎng)。若培養(yǎng)基溫度過(guò)高會(huì)燙死原本活的孢子,從而影響結(jié)果。除此之外,樣品的破碎不均勻、環(huán)境污染都會(huì)影響平板菌落計(jì)數(shù)的結(jié)果,然而利用PMAqPCR 技術(shù)檢測(cè)則會(huì)很好地避免這些影響因素。傳統(tǒng)的平板菌落計(jì)數(shù)法需花費(fèi)3~4 d 進(jìn)行菌落培養(yǎng),而PMA-qPCR 僅需花1 d 時(shí)間便可得到準(zhǔn)確結(jié)果。與平板菌落計(jì)數(shù)這一傳統(tǒng)活菌檢測(cè)手段相比PMAqPCR 檢測(cè)更便捷,且具有高度敏感性和特異性[30]。

圖8 人工染菌蘋果樣品PMA-qPCR 檢測(cè)結(jié)果Fig.8 PMA-qPCR detection results of artificially infected apple samples

表4 人工染菌樣品 PMA-qPCR 結(jié)果與平板法計(jì)數(shù)比較Table 4 Comparison of PMA-qPCR results and plate counts results of artificially infected samples

3 結(jié)論

PMA-qPCR 能夠彌補(bǔ)PCR、qPCR 不能檢測(cè)活菌的缺陷,同時(shí)比傳統(tǒng)平板菌落計(jì)數(shù)方法更快捷,且具有特異性。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)已發(fā)表文獻(xiàn)篩選特異引物并優(yōu)化PMA 的處理?xiàng)l件,最終建立了以10 μg/mL PMA、黑暗孵育5 min、曝光處理10 min 為最優(yōu)處理?xiàng)l件的PMA-qPCR 檢測(cè)擴(kuò)展青霉活菌方法,該方法具有較高的靈敏性和可靠性,能夠快速檢測(cè)出樣品中的擴(kuò)展青霉活菌數(shù),最低檢測(cè)限為102.6CFU/mL。將其應(yīng)用到人工染菌樣品活菌檢測(cè),其結(jié)果與傳統(tǒng)的平板菌落計(jì)數(shù)結(jié)果無(wú)明顯差異,并且在未腐爛的蘋果組織中發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展青霉活菌。未來(lái)將該方法應(yīng)用于食品加工檢測(cè)中,可進(jìn)一步降低人們暴露在展青霉素的潛在危險(xiǎn),為擴(kuò)展青霉防控提供一種新的技術(shù)支持。但本研究中樣品DNA 提取步驟較為繁瑣,花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),后期可優(yōu)化樣品DNA 提取方法,從而提高PMA-qPCR 檢測(cè)擴(kuò)展青霉活菌的便捷性。

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