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生孢噬纤维菌的分离、鉴定及生物学特性的研究

刘东波  
【摘要】:生孢噬纤维菌(Sporocytophaga)是能够降解纤维素的滑动细菌。以往由于技术手段的限制,对生孢噬纤维菌的特殊纤维素降解机制,未进行过系统而深入的研究。本项工作的目的是通过发掘我国的丰富的纤维素微生物资源,对能降解纤维素的好氧性细菌生孢噬纤维菌(Sporocytophaga)进行系统地研究,研究该类细菌的特殊的生活史以及纤维素降解的特性与规律,探讨其纤维素酶的性质和纤维素降解过程,同时对其所合成的荚膜多糖的性质进行初步研究,以填补这一领域的国内外空白。 本论文的主要结果如下: 1.以滤纸纤维素为唯一碳源,从吉林省通化地区的黑土壤中,分离得到一株可降解纤维素的滑动细菌;该菌株具有极强的纤维素降解能力,在以纤维素为唯一碳源的培养基上可快速生长。通过对其形态学与生理生化特性的研究,按Bergey's Manual of Determinative Bacteriology(9th ed.),鉴定该菌株为生孢噬纤维菌的一个新菌株,命名为Sporocytophaga sp.JL-01。 2.对该生孢噬纤维素菌的生活史进行了重新研究,发现了一些新的菌体形态,对既往的生活史进行了修正。 3.为了揭示生孢噬纤维菌的纤维素降解机制,本文采用扫描电子显微镜观察了生孢噬纤维细菌(Sporocytophaga sp.JL-01)对滤纸纤维素的降解过程,分析了在此过程中滤纸纤维素的降解与菌体形态变化之间的关系。结果表明:生孢噬纤维细菌在纤维素降解过程中,形成长度为2.51μm-5.0μm可弯曲的细长杆状细胞,该细长杆状细胞通过与纤维素分子的吸附或嵌入纤维素中完成对纤维素的降解;在降解后期,杆状细胞转化为直径约为0.6-1.0μm的小孢囊休眠细胞。 4.为了揭示生孢噬纤维菌的纤维素降解机制,本文对可旺盛降解滤纸纤维素的生孢嗜纤维素菌Sporocytophaga sp.JL-01的纤维素酶进行了研究。结果显示:生孢嗜纤维素菌Sporocytophaga sp.JL-01通 过细胞质膜向细胞外分泌CMC酶,而滤纸纸维素酶则存在于细胞质膜 上。 5.为了进一步揭示生抱噬纤维菌的纤维素降解机制,本文从生抱噬 纤维细菌助口rocytoPhaga Sp.JL一01的发酵上清液中分离纯化得到了一个 具有CMC酶活性的组分CMCase一E1。研究表明:CMCase一E1组分的分 子量为82Kda;其最适反应温度为50℃,最适反应pH为5.0。z矿十对 该cMC酶有抑制作用,F矛+对该酶有微弱的促进作用。 HPLc分析显示, 该酶为纯酶。该酶的氨基酸分析结果显示,CMCase一El中芳香族氨基酸 占10.51%,酸性氨基酸含量较高,占到24.54%;碱性氨基酸含量较低, 占到7.00%。cMCase一E1组分的cD光谱显示,其在21Snm处有一个负峰, 说明p一折叠结构是该CMC酶具有酶活的主要构象;75℃变性处理,在 223nm处的的峰位上移,表明组分中a一螺旋的含量下降,酶蛋白处于松 散状态。而cMcase一El组分的荧光发射光谱显示,该酶在部分变性后, 荧光下降,可溶性蛋白质构象发生变化,显色基团被掩盖。 6.本文以滤纸纤维素为唯一碳源,对助oroc对ophaga sP.JL~01荚 膜多糖的发酵条件的优化与多糖性质进行了系统地研究。对生抱噬纤维 菌进行液体培养,得到含荚膜多糖的发酵液,采用sephadexG一75柱层 析对荚膜多糖进行了层析分析,确定了该菌的荚膜多糖为糖蛋白,分子 量约为6.5万;对该荚膜多糖的组成进行了气相色谱分析,该荚膜由Gal、 Glc、GlcA以及Man组成;对该荚膜多糖的红外光谱分析显示,该荚膜 多糖含甲基、亚甲基的量比正常多糖多;且含有不典型p糖营键特征吸 收峰,有可能是同时含有a糖普键与刀糖普键。 同时,本文对生抱噬纤维菌助oroc对ophaga Sp.JL01产生胞外多 糖的最佳发酵条件进行了优化研究,结果表明:添加有机氮源的培养基 中菌体生长较好;JL01菌株最适产糖的初始PH为7.5,在此pH菌体 的生长也最为旺盛;以葡萄糖和淀粉进行培养时,产糖量要比在纤维素 培养基中高;而JL01菌株对玉米皮和秸秆的降解率较低。 关键词:生抱噬纤维菌;纤维素降解;菌株鉴定;荚膜多糖


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