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γ-聚谷氨酸生产菌株Bacillus amyloliquefaciens JX-6的发酵优化及生防功能分析认领

被引量： 1

作者：

袁梦婷

学位授予单位：

广西师范大学

摘要：

聚谷氨酸(γ-PGA)是一种阴离子型多聚氨基酸,在小白菜盆栽和大田辣椒实验中被证明具有增产节肥、缓解由蚜虫胁迫导致的叶片叶绿素降低等应用效果。实验室前期研究中从农田土壤样品中筛选分离获得了一株解淀粉芽孢杆菌Bacillus.amyloliquefaciens菌株JX-6,具有γ-PGA合成特性和潜在生防能力,推测将这株菌应用于农业生产,可以起到化肥农药减施效用。为解决野生型菌株JX-6菌株产能较低、抑菌能力不明等问题,提升JX-6应用价值,本文在基因组分析指导下,对菌株进行了发酵优化及生防功能研究。主要研究结果如下:1.B.amyloliquefaciens JX-6全基因组分析及功能预测通过测定B.amyloliquefaciens JX-6菌株完整基因组序列,利用生信数据库对基因功能进行了注释。分析结果表明,JX-6完整基因组序列全长4.06 Mb,平均GC含量46.31%,共含基因4721个,蛋白质编码基因CDS共计4156个;功能注释显示基因功能主要在氨基酸转运和代谢等方面;根据KEGG信号通路层次分析预测了菌株合成γ-PGA的相关通路以及降解酶促基因;JX-6基因组中至少具有14个次级代谢产物合成基因簇,Antismash预测分析表明JX-6具有合成表面活性素(surfactin)、大环内酯类(macrolactin)、杆菌烯(bacillaene)、丰原素(fengycin)、达菲菌素(difficidin)、杆菌素(bacillibactin)、杆菌溶素(bacilysin)、抗霉菌枯草杆菌素(mycosubtilin)、羊毛硫肽(lanthipeptide)等抑菌化合物的潜力,JX-6还编码植物生长促进相关基因,并可能生产对细菌植物病原体具有抑制活性的12类抗生素物质。说明JX-6既能合成γ-PGA还能合成各种抑菌物质,在农业种植方面具有较好的应用潜力。2.B.amyloliquefaciens JX-6产γ-PGA的发酵优化、放大及动力学模型研究为了提升B.amyloliquefaciens JX-6的发酵产量,研究应用单因素与正交实验方法来优化菌株发酵条件。实验获得的JX-6摇瓶发酵的最适培养条件为:接种量2 m L,温度35℃,转速240 rpm;发酵时间48 h,葡萄糖80 g/L,硫酸铵8 g/L,柠檬酸20 g/L,谷氨酸钠24 g/L,磷酸氢二钾1 g/L,七水合硫酸镁0.5 g/L,无水氯化钙0.2 g/L,六水合氯化铁0.02 g/L,一水合硫酸锰0.1 g/L,p H7.5。JX-6的γ-PGA产量由17.45 g/L提升到33.3 g/L。菌株在100L发酵罐中进行了中试实验和动力学模型构建。结果表明,推导的动力学模型理论值与实验值误差在合理范围内,符合发酵过程中的动力学变化规律,可以用于预测发酵过程中的生物量变化。3.第4章B.amyloliquefaciens JX-6的抑菌性能及抑菌成分分析用交叉划线法、对峙培养法分别测定了B.amyloliquefaciens JX-6对15种植物病原菌的表观抑菌活性,发现JX-6对水稻纹枯病菌(Thanatephorus cucumeris)、黄瓜黑星病菌(Cladosporium cucumerinum)、苹果树腐烂病菌(Valsa mali)、番茄早疫病菌(Alternaria solani)、黄瓜炭疽病菌(Colletotrichum lagenarium)、玉米大斑病菌(Exserohilum turcicum)、番茄灰霉病菌(Botrytis cinerea)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)等8种植物病原真菌,均存在较强的生长抑制作用。扫描电镜下对峙侧病原真菌出现菌丝体不规则褶皱缢缩、扭曲折叠,原生质泄露、膨大等现象。LC-MS共检测到发酵液种代谢物9494种,分析鉴定到功能代谢物1513种。化合物功能分析共鉴定到脂肽类、农药类和抗生素类抑菌物质27种。物质分析结果表明这些化合物具有抑制真菌、细菌、病虫害及诱导植物抗性的生物活性。表明JX-6发酵液具有多种生物防治功能,可用于农业生防制剂的研发。

摘要译文

关键词：

γ-聚谷氨酸; 代谢通路; 抑菌物质; 生防活性; 发酵动力学

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

生物学

导师：

闫志英

中图分类号：

S476[生物防治];TQ920.6[发酵工艺]

学科分类号：

090402[昆虫学];090904[草地保护学];081703[生物化工];082202[发酵工程];083604[生物过程工程];083606[微生物发酵工程]

D O I：

10.27036/d.cnki.ggxsu.2023.001973