Thermobifida fusca产角质酶摇瓶发酵条件研究

研究了环境和营养条件等对嗜热放线菌Thermobifida fusca WSH03-11生长及产角质酶的影响;并考察了苹果角质对角质酶诱导效果,分析了该菌产角质酶的机理.摇瓶研究确定了角质酶发酵的最佳种子培养基组成为90 g L-1可溶性淀粉、5 g L-1牛肉膏、5 g L-1酵母膏、5 g L-1NaCl、2 g L-1K2HPO4和1%微量元素液,生物量最高达18.5 gL-1,种龄取35～40 h.最佳环境条件为pH 8.0、5%接种量、培养温度50℃.最佳发酵培养基组成为1.5%乙醇、5 gL-1蛋白胨、5 g L-1酵母膏、2 g L-1K2HPO4、5 g L-1NaCl和1%微量元素液.发酵培养基中添加角质对角质酶合成与分泌有诱导作用,T.fusca的产酶机制为诱导型.采用上述最佳培养条件产角质酶为3.8 U mL-1.图4表3参9     

共生菌B1+B2聚乙烯醇降解酶活性优化研究

从PVA降解酶的角度对本实验室前期实验筛选到的共生菌B1 B2进行了研究.在考察共生菌的基本生长和酶活的关系以及PVA降解酶和氧化酶的关系后,研究了不同的营养条件对PVA降解酶活性的影响.通过对主要营养条件的单因素考察,设计正交实验,优化出影响PVA降解酶活性的最佳主要营养条件为酵母汁0.2gL-1、硝酸铵0.2gL-1、葡萄糖0.5gL-1.采用优化条件进行验证实验,PVA降解酶活性(1.61UmL-1)高于正交实验中的最高酶活(1.56UmL-1),研究结果对发酵生产PVA降解酶和提高该菌在PVA废水处理中的降解性能有一定的价值.图5表3参11     

重组大肠杆菌产CotA漆酶的发酵条件优化

CotA漆酶在环境保护、食品工业和纸浆漂白等工业中具有重要的应用价值.将重组表达载体pET-22b/CotA转入大肠杆菌BL21(DE3),得到工程菌株,采用单因素实验和正交实验相结合的方法,研究诱导表达条件和发酵培养基对重组大肠杆菌产CotA漆酶量的影响.结果表明,初始pH 7.5的培养基中,添加0.6 mmol L-1 Cu2+,1 g L-1葡萄糖作碳源、15 g L-1蛋白胨和2 g L-1硫酸铵作氮源,以10%的接种量,37℃、200 r/min,直到菌液的D600 nm值为1.0,加入终浓度为1.0 mmol L-1的IPTG,25℃诱导12 h,漆酶的产量最高.优化前发酵液的粗提液的漆酶活性仅为1 190 U mL-1,优化后达到3 526 U mL-1,正交实验优化后漆酶活性提高了2.96倍.纯化的CotA漆酶最适反应温度为45℃,最适pH值为7.2.CotA漆酶对RBBR的脱色率在90%以上,此CotA漆酶在短时间内对染料能够有效地脱色,能够成为有潜力的工业用酶.图6表3参17     

一株能产生聚乙烯醇降解酶的委内瑞拉链霉菌

以聚乙烯醇(PVA)为唯一碳源,从土壤中筛选到1株能产生胞外PVA降解酶的放线菌GY1.根据扩增出的该菌株的16SrDNA全序列在GenBank中的比较结果,结合生理生化实验、细胞化学成分及菌落形态分析,确定该菌为委内瑞拉链霉菌(Stretopmycesvenezuelae).GY1菌株以PVA为唯一碳源时,产生的PVA降解酶活性达到120UL-1,是以葡萄糖或可溶性淀粉为唯一碳源时的10倍.当在PVA培养基中添加1gL-1至3gL-1的葡萄糖时,该菌株细胞量和PVA降解酶总酶活随着葡萄糖添加量的增加而增加,最大细胞量是未添加葡萄糖时的2.4倍,最高总酶活是未添加葡萄糖时的2.6倍,而单位质量细胞产生PVA降解酶的能力提高不大.但当添加的葡萄糖浓度从3gL-1增至10gL-1时,总酶活随着细胞量的增加出现下降趋势,同时单位质量细胞产生PVA降解酶的能力也大大降低.在相同PVA聚合度下,高醇解度PVA比低醇解度PVA更有利于GY1菌株的生长及产生PVA降解酶.图5表1参16     

耐高盐撕裂蜡孔菌P2对模拟橙黄G染料废水的脱色及废水脱色前后的毒性测试

为评价撕裂蜡孔菌P2处理橙黄G染料废水的应用潜力,采用批次实验在开敞系统中研究静置与摇动、染料初始浓度、pH、温度、盐度、碳源、氮源、金属离子等因子对该菌降解橙黄G染料废水的影响,同时利用植物萌发与微生物抑菌试验进行染料与脱色溶液的毒性测试.结果表明,与摇动培养相比,静置培养更适合于撕裂蜡孔菌的脱色,最适脱色pH与温度分别为9和25℃.盐度测试结果显示撕裂蜡孔菌能在浓度为128 g L-1的盐溶液中能进行高效脱色,可达70%以上.在上述参数体系的优化基础上,分别进行了碳源、氮源与金属离子的添加优化实验,结果显示碳源、氮源与金属离子的最适浓度分别为4 g L-1葡萄糖、0.15 g L-1硝酸铵和0.1 mmol L-1 Zn2+.菌丝吸附在整个脱色过程中作用较小,撕裂蜡孔菌对橙黄G的脱色过程以酶的降解为主,未发现该菌分泌漆酶,只分泌锰过氧化物酶与木质素过氧化物酶,其最高活性分别为230 U mL-1和158 U mL-1.植物与微生物毒性分析显示撕裂蜡孔菌脱色后的产物对植物与微生物的毒性大大降低.因此,撕裂蜡孔菌对于处理橙黄G染料废水具有良好的应用潜力.     

产纤维素酶菌株的选育分析及发酵工艺优化

对实验室6株产纤维素酶菌株进行酶活特性研究.首先通过观察纤维素平板的酶溶解透明圈大小进行初步分析,比较6株菌种子发酵液中纤维素酶含量.再根据不同种纤维素酶作用的底物化学键的不同,分别测定菌株的滤纸酶活(FPA)、纤维素内切葡聚糖酶(CMCase)活、纤维素外切葡聚糖酶(CBH)活和β-葡萄糖苷酶酶活,发现菌株中黑曲霉的各产酶指标均高于其它菌株.根据Box-Behnken原理对黑曲霉发酵工艺进行优化设计,得到最适碳源稻草粉含量9.47 g.L-1、麸皮含量49.33 g.L-1,氮源中(NH4)2SO4含量为2.0 g.L-1,发酵后黑曲霉产生的滤纸酶活力达到76.72 U.mL-1,比优化前酶活力提高88.69%.     

棒状链霉菌突变株CCRC11518-Ⅲ50克拉维酸发酵条件的研究

通过单因子和多因子摇瓶正交优化试验,确定了克拉维酸产生菌棒状链霉菌突变株Streptomyces clavuligerusCCRC11518-Ⅲ50的三角瓶发酵条件.发酵培养基组成(ρ/g L-1):甘油30,大豆蛋白胨60,麦芽浸膏7.5,K2HPO4·3H2O 1.0,MgSO4·7H2O 2.0,FeSO4-7H2O 1.0;培养基初始pH 6.5;接种量15％;培养基装量20 mL/250 mL三角瓶;培养温度25℃;发酵时间72 h.克拉维酸效价由优化前的834.8 μg mL-1提高到1 082.615 μg mL-1,提高了29.7％.还在1 600 mL发酵罐中进行了初步放大试验.当接种量15％,通气量1:0.5,转速450 r min-1,25℃发酵60h克拉维酸效价达到高峰1 025 μg mL-1.图12表1参12     

顺丁烯二酸异构酶工程菌发酵条件优化

为提高重组大肠杆菌中顺丁烯二酸异构酶表达量,通过正交试验设计,对工程菌的生长条件和目的蛋白可溶表达条件进行优化.采用250 mL三角瓶中装有50 mL(Amp 100 mg L-1)的培养基,分别研究培养基中葡萄糖、蛋白胨、酵母浸粉的浓度,培养基pH值以及摇床转速、装液量、接种量等对蛋白可溶表达量的影响.确定顺丁烯二酸异构酶工程菌最优化培养基为:蛋白胨20 g L-1、酵母浸粉2.5 g L-1、K2HPO4·3H2O 3.0 g L-1、KH2PO4 1.5 g L-1、NaCl 6 g L-1、MgSO43 g L-1,培养基pH调至6.5.确定顺丁烯二酸异构酶工程菌可溶性表达最优条件为:37℃下培养至D600 nm值为1.0时,添加终浓度为0.05 mmol L-1的IPTG进行诱导,诱导温度37℃,摇床转速220 r min-1,装液量20%,接种量5%,诱导时长为6 h.利用BioFlo 415发酵罐以最优化的培养基和发酵条件对该工程菌进行了3批发酵实验,与摇瓶实验相比,顺丁烯二酸异构酶的表达量提高了近1.5倍,单位发酵液的酶活力由46 U mL-1发酵液提高到78 U mL-1发酵液.以上数据为顺丁烯二酸异构酶重组工程菌的中试发酵奠定了基础.图7表2参17     

Streptomyces venezuelae GY1产聚乙烯醇降解酶的培养条件

放线菌StreptomycesvenezuelaeGY1产生的聚乙烯醇(PVA)降解酶是一种诱导酶.以4种不同类型的PVA为唯一碳源时,该菌株单位质量细胞产酶能力比以糖类物质为唯一碳源时提高10倍以上.聚合度和醇解度最高的PVA1799是该菌株产生PVA降解酶的适宜底物,其浓度为1gL-1时,PVA降解酶的产量为120u/g(细胞).培养基中PVA1799浓度由1gL-1上升到5gL-1时,该菌株单位质量细胞产酶能力下降73%,表明PVA1799浓度过高会抑制产酶.GY1菌株产酶的最适温度和pH分别为30℃和7.0.在GY1菌株生长过程中控制以下条件有利于产生PVA降解酶:(1)保持培养体系中较高的溶氧水平;(2)在氮源中补充NO-3;(3)在一定浓度范围内添加MgSO4·7H2O、CaCl2、MnSO4、BaCl2、ZnSO4、FeSO4·7H2O和CuSO4等金属盐.Pseudomonassp.产生的PVA降解酶能够作用伯醇或仲醇类化合物,以这些伯醇或仲醇类化合物代替培养基中的PVA,不能诱导GY1菌株产生PVA降解酶;而在培养基中有PVA存在时,再添加0.5gL-1的3戊醇和环己醇能够明显促进PVA降解酶的产生(单位质量细胞产酶能力分别提高了21%和32%).图8表1参10     

产聚乙烯醇降解酶的培养条件

放线菌StreptomycesvenezuelaeGY1产生的聚乙烯醇(PVA)降解酶是一种诱导酶.以4种不同类型的PVA为唯一碳源时,该菌株单位质量细胞产酶能力比以糖类物质为唯一碳源时提高10倍以上.聚合度和醇解度最高的PVA1799是该菌株产生PVA降解酶的适宜底物,其浓度为1gL-1时,PVA降解酶的产量为120u/g(细胞).培养基中PVA1799浓度由1gL-1上升到5gL-1时,该菌株单位质量细胞产酶能力下降73%,表明PVA1799浓度过高会抑制产酶.GY1菌株产酶的最适温度和pH分别为30℃和7.0.在GY1菌株生长过程中控制以下条件有利于产生PVA降解酶:(1)保持培养体系中较高的溶氧水平;(2)在氮源中补充NO-3;(3)在一定浓度范围内添加MgSO4·7H2O、CaCl2、MnSO4、BaCl2、ZnSO4、FeSO4·7H2O和CuSO4等金属盐.Pseudomonassp.产生的PVA降解酶能够作用伯醇或仲醇类化合物,以这些伯醇或仲醇类化合物代替培养基中的PVA,不能诱导GY1菌株产生PVA降解酶;而在培养基中有PVA存在时,再添加0.5gL-1的3戊醇和环己醇能够明显促进PVA降解酶的产生(单位质量细胞产酶能力分别提高了21%和32%).图8表1参10     

固定化细胞生产L-苯丙氨酸研究

用聚乙烯醇（ＰＶＡ）凝胶包埋固定假单胞菌Ｅ４－１０６细胞,最佳ρ（ＰＶＡ）为８０ｇ／Ｌ;最适湿细胞包埋量为每ｍｌ凝胶０．３ｇ;转氨酶活力回收率为７８％,连续反应２１批次后,固定化细胞酶活力为初始最高活力的９１％;用固定化细胞进行间歇式批次反应,结果表明其酶活性半寿期为４个月;制得的固定化细胞为直径约３ｍｍ的珠状颗粒,机械强度良好,间歇式批次反应１０个月,固定化细胞凝胶颗粒无溃破     

Candida utilis生物合成谷胱甘肽的营养及环境条件

研究了摇瓶条件下Candida utilis WSH02—08生物合成谷胱甘肽(GSH)的营养条件，确定以葡萄糖作为碳源，硫酸铵和尿素作为混合氮源．在L6(4^5)正交试验的基础上，选用BP神经网络对营养条件进行优化和预测，得出较优的营养组合为：葡萄糖30gL^-1(NH4)2SO4gL^-1，尿素4gL^-1，KH2PO4 3gL^-1，MgSO4 0．25gL^-1．研究了GSH发酵的环境条件，得出较优的组合为：初始pH6．0，装液量30mL／250mL，接种量10％．利用优化后的营养及环境条件进行摇瓶发酵实验，结果表明，GSH产量和细胞干重均有较大幅度的提高．图7表2参13     

Methylobacterium sp. YAL-2对乙酰甲胺磷的降解特性

从有机磷生产厂家的下水道污泥中分离出一株对高浓度和低浓度乙酰甲胺磷都具有高效降解能力的寡营养菌YAL-2,根据形态、生理生化和16S rRNA基因系统发育分析,将菌株YAL-2鉴定为Methylobacterium sp.降解特性实验表明,菌株YAL-2能利用乙酰甲胺磷为唯一碳源生长和降解;在添加了甲醇的无机盐培养基中,84 h可完全降解300mg L-1乙酰甲胺磷,24 h将50 mg L-1和10 mg L-1乙酰甲胺磷降至非检测水平;4 d能完全去除100 mg L-1甲胺磷,5 d分别降解58.4%和40.6%的100 mg L-1乐果、敌敌畏.小青菜农药残留去除实验显示,菌株YAL-2可在7 d内将乙酰甲胺磷和甲胺磷将至限量水平.结果表明,将菌株YAL-2应用于保证果蔬等食品的食用安全是可行的.     

生物硫铁生成菌的选育及其在重金属废水处理中的应用

为开发高效经济、环境友好的重金属废水处理技术,采用亨盖特(Hungate)厌氧技术分离出一株产生物硫铁复合材料的硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB),命名为SRB2,并对该菌株进行了生理特性、培养工艺和废水处理研究.菌体杆状稍有弯曲,革兰氏阴性菌,最佳碳源为乳酸钠.pH范围5.0～9.0,最适pH 7.0,最适温度为35℃,培养3 d生物硫铁量和硫化物含量能达最大值,分别为2.85 g L-1、358.048 mg L-1.正交试验结果表明,乳酸钠9.0 g L-1+组合氮源1.5 g L-1+硫酸亚铁10.0 g L-1时生物硫铁产量最高.16S rDNA序列分析表明,菌株与脱硫弧菌属Desulfovibriodesulfuricans strain 734同源性为99%.采用生物硫铁处理重金属Cu2+、Pb2+、Cd2+废水,结果表明生物硫铁能快速处理含Cu2+、Pb2+、Cd2+废水,2 min去除率达99.8%以上.因此,生物硫铁在各类重金属废水处理与重金属废水污染事故应急处理中具有较好的应用前景.     

敌敌畏对鲫鱼的急性毒性及类球红细菌的解毒作用(Acute Toxicity of Dichlorvos to Carassius auratus and the Detoxification by Rhodobacter sphaeroides)

敌敌畏是使用最为广泛的有机磷农药之一,具有较高的水溶性,对水生动物的危害较大.为初步探讨水体中敌敌畏降解菌对中毒鱼类的解毒作用,测定了敌敌畏对鲫鱼(Carassius auratus)幼鱼的急性毒性,调查了一株敌敌畏高效降解菌——类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)的解毒作用.结果表明:敌敌畏对鲫鱼幼鱼48、72、96h的LC50分别为45.1、30.4、23.3mg·L-1,安全浓度为2.3mg·L-1,属低毒农药.在不同敌敌畏暴露浓度的养鱼水中添加类球红细菌(5×107CFU·mL-1)可以显著降低鲫鱼的死亡率,20mg·L-1和35mg·L-1敌敌畏暴露浓度下,鲫鱼96h死亡率分别由40%和100%降低至0和15%;利用液相色谱检测了敌敌畏在添加和不添加类球红细菌的养鱼水中的降解规律,发现类球红细菌的解毒作用主要是对水中敌敌畏的快速降解,降解过程中没有积累有毒代谢产物.     

一株碱性果胶酶高产细菌的分离、系统发育分析和产酶条件的初步优化

从腐烂的苹果表皮筛选到一株碱性果胶酶的高产菌株,命名为WSHB04-02.分离菌株为革兰氏阳性细菌,有芽孢,菌落颜色为乳白色.分离菌株WSHB04-02的16SrDNA全序列分析表明,该菌株与Bacillussubtilus具有99%的相似性,并与其他13株产碱性果胶酶菌株的16SrDNA结果进行同源性分析,并构建系统发育树.发现菌株WSHB04-02在不含果胶类物质与Mg2 的培养基上能高产碱性果胶酶,在优化的培养条件下,碱性果胶酶的酶活达到34U/mL,在国内还未见报道.图6表2参15     

深黄伞形霉(Umbelopsis isabellina)华2-1产油发酵培养条件优化

为开发微生物油脂资源,从富含油脂的土样中分离获得一株产油脂微生物——深黄伞形霉(Umbelopsisisabellina)华2-1,油脂含量达48.60%.采用单因素和正交实验方法,对深黄伞形霉华2-1的发酵培养条件进行优化研究.优化的培养条件为:葡萄糖100 g/L,酵母粉3 g/L,接种量为20%,初始pH值为5.0～6.0,MgSO4.7H2O和KH2PO4的添加浓度分别为0.5 g/L和2 g/L,培养温度为31℃,最佳发酵培养时间为168 h.华2-1在优化发酵条件下可获得菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别为45.86 g/L、24.47 g/L和59.53%,较优化前分别提高了21.48%、33.42%和22.49%.因此,深黄伞形霉华2-1作为微生物油脂生产的新资源具有广阔的应用前景.     

蒙脱石颗粒吸附剂的制备

利用PVA为包埋剂、硼酸溶液为交联剂制备蒙脱石颗粒吸附剂,确定了适宜的包埋条件,即PVA浓度为10%、海藻酸钠浓度为0.2%、包埋量为1:1和交联时间为24 h。在该条件下制备的颗粒吸附剂,强度较大,对低浓度氨氮废水去除效果好于粉末状蒙脱石吸附剂,为粉末状吸附剂提供一种新型有效的成型方法。