枯草芽孢杆菌

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产品介绍:中文名称:枯草芽孢杆菌
英文名称:Bacillus subtilis
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枯草芽孢杆菌_上海顺勃生物工程有限公司(深圳)有限公司
2016/3/12 9:35:32
枯草芽孢杆菌
概述 形态 生物活性 应用 培养方法 存在问题 展望
中文名称:枯草芽孢杆菌
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枯草芽孢杆菌
枯草芽孢杆菌 性质
枯草芽孢杆菌 用途与合成方法
概述随着生活质量的逐步提高和环境意识的增强,人们越来越多的关注生存环境,对植物病害的防治也开始找寻更加安全可靠、经济有效的技术。生物防治因其环境兼容性好、不易引起抗性和防效持久稳定等优势,逐渐成为替代化学防治的主要方法,寻找生防菌资源,开发研究新型生防微生物是生物防治的研究重心,而芽孢杆菌尤其是枯草芽孢杆菌作为有益生防菌一直是研究的热点。
芽孢杆菌是人类发现最早的细菌之一。早在 1835 年,Ehrenberg 所描述的“Vibriosubtilis”即是现在大家熟悉的“枯草芽孢杆菌”,它是由Cohn 于 1872 年正式命名的,现作为芽孢杆菌科的模式菌株。从生物学特性来讲,枯草芽孢杆菌具有典型的芽孢杆菌特征,其细胞呈直杆状,大小( 0.8~1.2 )μm×( 1.5~4.0)μm,单个,革兰氏染色阳性,着色均匀,可产荚膜 ,运动(周生鞭毛);芽孢中生或近中生,小于或等于细胞宽,呈椭圆至圆柱状;菌落粗糙,不透明,扩张, 污白色或微带黄色;能液化明胶,胨化牛奶,还原硝酸盐,水解淀粉,为典型好氧菌。
国内外关于枯草芽孢杆菌的研究与应用已有 100 多年的历史,早期大部分工作集中在形态观察、分类鉴定、生理机制、功能发掘及防治等方面。近年来,对枯草芽孢杆菌的研究渐进到遗传学与分子生物学领域,研究内容体现在特定功能基因的寻找并克隆到需要的物种中或者通过诱变、基因工程等手段对枯草芽孢杆菌生产菌进行遗传改造等。随着人们对枯草芽孢杆菌研究的深入开展,发现其在工业、农业、医药卫生、食品保健、水产养殖等方面具有广泛应用价值。
枯草芽孢杆菌属于芽孢杆菌属,是一类嗜温、好氧、内生抗逆性孢子的革兰氏阳性菌,广泛分布于土壤及腐败的有机物中,作为革兰氏阳性细菌的典型代表 对其生理生化、遗传及分子生物学的研究已有50多年的历史。枯草芽孢杆菌是转基因技术常用宿主菌之一,其它常用的宿主菌有大肠杆菌,酵母菌和农杆菌等。枯草芽孢杆菌也是一种益生菌,作为益生菌被应用在多个领域,在食品行业方面 枯草芽孢杆菌因在生长过程中能产生具有一定抗菌效果的抗菌素,并且研究证明枯草芽孢杆菌不产生对人体有害的物质,所以可以作为食品产品的发酵菌种;在农业上,枯草芽孢杆菌作为一种有效的生防菌已经被广泛使用,不仅可抑制病原菌的生长,还可以促进农作物增产;枯草芽孢杆菌目前还可被应用在饲料、医药(新型的药物或抗原投递系统等)、养殖业、洗涤和纺织皮革等行业,枯草芽孢杆菌也可以作为一种微生态制剂应用在多种领域中。
枯草芽孢杆菌
图1为枯草芽孢杆菌
形态从生物学特性来讲,枯草芽孢杆菌具有典型的芽孢杆菌特征,其细胞呈直杆状,大小(0.8-1.2) m×(1.5-4.0) m,单个,革兰氏染色阳性,着色均匀,可产荚膜,运动(周生鞭毛);芽孢中生或近中生,小于或等于细胞宽,呈椭圆至圆柱状;菌落粗糙,不透明,扩张,污白色或微带黄色;能液化明胶,胨化牛奶,还原硝酸盐,水解淀粉,为典型好氧菌。
生物活性1.生物降解活性:枯草芽孢杆菌在代谢繁殖过程中能够产生蛋白酶α-淀粉酶纤维素酶β-葡聚糖酶植酸酶果胶酶木聚糖酶等十几种酶而具有很强的降解活性。研究表明,枯草芽孢杆菌产生的胞外酶能高效降解黄曲霉毒素B1 G1 和M1,且具有很强的抗菌性和抗逆性。同时,另一研究发现可利用枯草芽孢杆菌发酵大豆粕来降解大豆蛋白;枯草芽孢杆菌P3,可降解90%以上的大豆抗原蛋白,另外,枯草芽孢杆菌能够降解一些有机物。从油田中分离出的枯草芽孢杆菌能高效降解有机物萘的枯草芽孢杆菌HBS-4,能降解50%以上的萘。此外,枯草芽孢杆菌对土壤中受试农药甲基对硫磷具有较强的降解能力,对土残农药的降解去除率可达80%以上,其高效性及强特异性等特点具有广泛的应用前景。
2.增强免疫活性:枯草芽孢杆菌本身作为非特异性免疫因子,能通过菌体或细胞壁刺激宿主细胞,从而激活巨噬细胞,可作为非特异性免疫反应的免疫佐剂;且芽孢能进入淋巴结和肠系膜淋巴结,从而产生体液免疫。此外,枯草芽孢杆菌可增加血液中免疫球蛋白的分泌,纠正机体的氮负平衡,增强肝脏合成免疫蛋白的能力,提高机体免疫识别能力;刺激抗原呈递细胞,诱导T细胞B细胞产生细胞因子,通过淋巴活化全身免疫系统,总体提高动物机体的免疫力。通过在杂交鲟幼鱼日粮中添加枯草芽孢杆菌,发现枯草芽孢杆菌使血清溶菌酶碱性磷酸酶超氧化物歧化酶,总抗氧化能力显著升高,从而增强鲟幼鱼机体对疾病的抵抗能力,有效提高了鲟幼鱼的存活率。
3.抗氧化活性:研究表明,微生物的诸多产物,如维生素C、维生素E、胡萝卜素、多糖谷胱甘肽和超氧化物歧化酶( SOD) 等都具有很高的抗氧化活性。优势菌株可提高氧化应激状态下体外培养的人结肠癌细胞系Caco-2抗氧化的能力;另外,通过添加枯草芽孢杆菌,肉鸡血清及肝脏GSH-Px SOD等抗氧化酶活性和抗超氧阴离子活性明显增加,从而显著提高总抗氧化能力;将枯草芽孢杆菌B10添加到小鼠日粮中,能够显著提高小鼠不同组织中部分抗氧化酶的活力,在肝脏组织中表现尤为明显,缓解高脂日粮引起的小鼠氧化应激反应。因此,枯草芽孢杆菌作为微生物抗氧化剂具有一定的应用潜力。
4.抑菌活性:研究表明,枯草芽孢杆菌能分泌抗菌肽表面活性素伊枯草菌素芬枯草菌素等多种抗菌肽和细菌素类抑菌活性物质,枯草芽孢杆菌抗菌能力强高效广谱,对于指导枯草芽孢杆菌开发生防菌剂具有重要的理论意义和生产价值。
5.其他活性:研究表明,枯草芽孢杆菌还具有降低表面张力乳化和发泡等活性。研究发现枯草芽孢杆菌ATCC2233能产生表面活性素,它是已发现的最强的一类生物表面活性剂,在洗涤剂制造油类回收感光乳剂稳定植物病害控制和细胞破碎等领域具有潜在应用价值。
有关枯草芽孢杆菌的概述、形态、生物活性、展望等是由Chemicalbook的旭艳编辑整理。(20160-04-18)
应用1.在植物生防方面的应用
枯草芽孢杆菌对植物病虫害具有一定的防治作用,与传统的化学农药相比,对人畜无毒无害,不污染环境,高效广谱,无抗逆性。枯草芽孢杆菌目前已被制成粉剂可湿性粉剂等被应用,运用枯草芽孢杆菌制成的可湿性粉剂喷施于茶树上,不仅可提高机体的免疫能力,还具有明显的提质增产作用。研究表明,枯草芽孢杆菌可有效防治草莓白粉病,可提高作物品质和产量;将枯草芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌进行细胞融合获得了具有抑菌杀虫作用的融合子CF103,田间试验结果显示,CF103能兼治水稻纹枯病和稻纵卷叶螟;枯草芽孢杆菌TF26可抑制葵花菌核病菌、番茄和黄瓜枯萎病菌、黄瓜菌核病菌、立枯病菌水稻恶苗病菌和大豆根腐病菌等13种植物病原真菌的生长,由于微生物发酵易大规模生产,解决了实际生产中对原料提取的依赖性,降低了防治成本,因此,枯草芽孢杆菌在植物生防领域的应用具有广阔前景。
2.在畜禽养殖方面的应用
枯草芽孢杆菌是我国农业部允许作为饲料添加剂的2种芽孢杆菌之一。研究表明,在肉鸡的基础日粮中添加枯草芽孢杆菌生物制剂后,能够明显改善鸡肉品质及氨基酸组成,显著提高肉鸡的净增重日增重采食量和饲料转化率。另外,枯草芽孢杆菌可有效防治消化道疾病,可代替抗生素预防仔猪腹泻症,对于促进动物营养的消化吸收提高动物的饲料转化率防治疾病和促进生长有重要作用。
3.在医药方面的应用
枯草芽孢杆菌产生的蛋白酶具有产量高种类多安全性好不污染环境等特点,广泛运用于医药领域,其中主要有丝氨酸纤溶性蛋白酶(纳豆激酶)和脂肪酶2种丝氨酸纤溶性蛋白酶具有显著的溶栓作用,能促进静脉内皮细胞产生纤维蛋白溶酶原激活剂,表现出潜在的溶栓活性,其具有不易引起出血无抗原性半衰期长安全无毒且成本低廉和能口服吸收等优点,能够预防脑血栓及心梗死病的发生。
4. 在工业领域的应用
枯草芽孢杆菌的降解活性主要运用在食品加工方面,已在骨素加工水解生产大豆蛋白和大豆肽乳制品生产等工业过程中得到广泛应用。枯草芽孢杆菌在石油采收方面也有应用,从印度发酵食品中分离出的枯草芽孢杆菌20B在葡萄糖培养基上生成的表面活性剂(含脂肪烃和肽)可使培养基的表面张力减少,使十六烷和油的界面张力减少,在油的回收中具有良好的应用前景。
洗涤剂中使用的蛋白酶一般来源于枯草芽孢杆菌,最近借助蛋白工程学技术,开发了具有耐氧化剂和低温下活性高对洗涤剂和洗涤环境适应性好的变异性酶,并已被商品化。
5.在其他领域的应用
在环境保护方面,枯草芽孢杆菌在湖泊水库等微污染水体的净化及修复方面有一定的应用。此外,枯草芽孢杆菌在水中大量繁殖时分泌的胞外酶可分解吸收水及底泥中的蛋白质淀粉脂肪等有机物,可除去水中的氨氮和硝基氮,有效降低水体富营养化和清除水底污泥,有利于维持生态平衡,促进虾蟹的生长繁殖,在水产养殖中应用广泛。
培养方法枯草芽孢杆菌菌剂的生产关键技术在于发酵培养。发酵培养的优化改良涉及提高菌株生长繁殖速度及抗菌物质的分泌量两个方面,可以通过发酵条件如 pH 值、温度、通气条件及发酵配方的优化来实现,不同的菌株所需的条件也各异 。
如其中Baillus subtilis B -916在 3~33 ℃、pH7.0~8.5 时,均能生长良好,且初始接种量对 B-916 的生长有明显的影响。研究表明多数生防枯草芽孢杆菌在含大豆水溶物的培养基或土壤中生长良好,且分泌较多的抗菌物质。菌株操作应在无菌条件下进行,防止杂菌污染。
1.斜面菌苔转接方法:将配套液体培养基倾入斜面试管中并使用无菌接种环将菌苔刮取于液体中,将含有菌苔的液体培养基倒回原始管中,振荡使菌苔分布均匀。将无菌棉拭子充分浸入菌悬液,并涂布平板1/5~1/3区域,使用接种环交叉划线涂布区域使形成单菌落。
2. 液体培养物转接方法:使用无菌吸管去除液体表面的液体石蜡,振荡混匀液体培养物,将无菌棉拭子充分浸入菌悬液,并涂布平板1/5~1/3区域,使用接种环交叉涂布区域划线使形成单菌落。
培养基:营养琼脂、细菌保存培养基或胰酪胨大豆琼脂培养基。
培养条件:35℃ 24-48小时。
保存温度:2-8℃
存在问题植物病害生防枯草芽孢杆菌的研究开发应用目前已取得了令人瞩目的成就,但其发展过程中仍存在不少问题,其中突出的有以下几个方面:
1. 枯草芽孢杆菌的产业化应用尚不成熟,首先是在医药方面,我们尽管已经证明枯草纤溶酶具有良好的溶血栓效果,但是在国内相应的商品化的药品却不多见,而且枯草脂肪酶用于制作相应的药物还不成熟,有待进一步研究。
2. 其次,在农业方面一些相应的生物农药和饲料也没有得到大范围的应用,这主要是由于科技的不均衡性和理论转化为实际的考察期较长造成的,与一般的传统饲料添加剂不同,枯草芽孢杆菌的使用是建立在微生态学理论基础上的,因此用于直接饲喂或饲料加工时,应充分考虑畜禽体内的微生态平衡,使其真正起到调节体内微生态的作用,而不是单纯将其作为一种药物或营养源使用,而且枯草芽孢杆菌调节微生态平衡的研究多数局限于效果水平,对其作用机理的揭示仍有不足。
3. 最后,枯草芽孢杆菌自身也有需要克服的问题 枯草芽孢杆菌虽然可以直接作用于农业来抗一些植物病虫害,然而,天然野生型微生物菌剂存在天生的不足,如产品持效期短,见效慢,作用对象比较单一,易受自然环境影响,竞争存活能力有限等。
展望尽管枯草芽孢杆菌在应用过程中还存在一些问题,但枯草芽孢杆菌杀菌剂具有对人畜相对安全、环境兼容性好、不易产生抗药性等优点,因而更符合现代社会对农业生产及有害生物综合防治的要求,而且枯草芽孢杆菌抗菌物质的分离纯化及抗菌作用的分子机制、拮抗基因的克隆及其表达调控等研究也已经积累了丰富的研究资料,具有重要的理论意义和指导生产价值。随着现代生物技术的广泛应用,基因组学和蛋白组学的发展,以及先进的仪器设备的应用,枯草芽孢杆菌对植物病害的生防作用研究及其开发应用也会出现新的发展,枯草芽孢杆菌制剂可以与化学农药复配,实现优势互补,用量减少,防效增强的目的;并可与其它拮抗菌混合使用,实现多种抗生菌功能互补,多种病害兼防,作用持久的协同防治的效果,这两方面均有很广的发展潜力。枯草芽孢杆菌对环境有很强的抗逆能力,同时对多种植物病原菌有很强的拮抗作用,具有很好的开发前景。随着对枯草芽孢杆菌及其产生的有效抗菌物质的深入研究,其植病生防优势越来越明显,并展现出广阔的应用前景。但是,与国际前沿相比,我国在对枯草芽孢杆菌基因组和蛋白质组学方面的研究还有待进一步深入,产业开发也有待进一步加强。
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