劉正行,岳喜慶
(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧 沈陽 110866)
腌蝦蛄中優(yōu)勢(shì)乳酸菌的分離篩選與鑒定
劉正行,岳喜慶*
(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧 沈陽 110866)
從腌蝦蛄中分離49 株疑似乳酸菌株,通過菌株的形態(tài)學(xué)觀察和生理生化實(shí)驗(yàn),初步篩選出L14、L22、L28這3 株乳酸菌菌株。再通過16S rDNA序列測(cè)定和分析進(jìn)一步驗(yàn)證,結(jié)果表明,菌株L14與屎腸球菌(Enterococcus faecium)的相似性達(dá)到99%,菌株L22與短乳桿菌(Lactobacillus brevis)的相似性達(dá)到98%,菌株L28與棒狀乳桿菌扭曲亞種(Lactobacillus coryniformis subsp. torquens)的相似性達(dá)到99%。對(duì)3 株菌株的生長(zhǎng)情況、產(chǎn)酸、耐溫和耐鹽等性能進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明,3 株菌株在24 h內(nèi)生長(zhǎng)情況OD600nm值均超過1.0,測(cè)定24 h內(nèi)菌株產(chǎn)酸pH值均在4.0左右,菌株L22最低可達(dá)到pH 3.97,3 株菌株在25~35 ℃之間生長(zhǎng)性能良好,均能在食鹽質(zhì)量濃度為60 g/L的情況下正常生長(zhǎng)。
腌蝦蛄;篩選;乳酸菌;16S rDNA
蝦蛄(mantis shrimp)俗稱蝦爬子、螳螂蝦、虎蝦等,隸屬節(jié)肢動(dòng)物門,口足目、蝦蛄科品種,是常見的海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物[1]。腌蝦蛄是以蝦蛄為主料,以食鹽和其他調(diào)味品為輔料腌制而成的一種食品。其口感咸鮮適宜,肉質(zhì)細(xì)嫩爽滑,一直以來深受沿海地帶人們的喜愛,是當(dāng)?shù)厝藗儾妥郎弦坏辣夭豢缮俚拿朗场T陔缥r蛄生產(chǎn)制作過程中會(huì)存在著不同的微生物區(qū)系,其中有些優(yōu)良微生物可以促進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)的形成,例如乳酸菌、葡萄球菌、酵母菌等。在短期發(fā)酵水產(chǎn)品中,乳酸菌往往更容易成為優(yōu)勢(shì)菌株,其對(duì)蝦蛄的作用要遠(yuǎn)大于葡萄球菌和酵母菌[2]。因此,本實(shí)驗(yàn)對(duì)乳酸菌進(jìn)行研究。乳酸菌具有改善產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味、提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的作用[3]。乳酸菌通過發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸,降低體系pH值,從而抑制腐敗菌和致病菌的生長(zhǎng)[4]。乳酸菌還可以促使亞硝酸鹽向一氧化氮肌紅蛋白轉(zhuǎn)化,減少了腌蝦蛄制品中亞硝酸鹽的殘留量。由此可見,乳酸菌是蝦蛄腌制過程中的關(guān)鍵性因素。
目前,對(duì)乳酸菌的研究著重于發(fā)酵乳制品、泡菜、魚及肉制品加工等方面,羅靚芷等[5]從臭鱖魚中分離出4 株乳酸菌株,陳學(xué)云等[4]從鹽干帶魚中分離13 株乳酸菌株,但關(guān)于腌蝦蛄中乳酸菌的研究還鮮有報(bào)道。從腌蝦蛄中分離乳酸菌,之后再應(yīng)用于其他的腌制水產(chǎn)品中,最終獲得質(zhì)量穩(wěn)定,口感極佳的腌制水產(chǎn)品。這對(duì)腌制水產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)有著不同的意義。本實(shí)驗(yàn)對(duì)腌制蝦蛄中的乳酸菌進(jìn)行篩選、分離和純化,并對(duì)其進(jìn)行生理生化鑒定及16S rDNA序列比對(duì)和分析,以確定其屬種。以期獲得適合用于腌制蝦蛄的乳酸菌菌株,為開發(fā)研制出新型發(fā)酵劑提供參考依據(jù)。
1.1 材料、培養(yǎng)基與試劑
腌蝦蛄,購于丹東林江名城菜市場(chǎng)。
主要培養(yǎng)基:MRS培養(yǎng)基[6-8];生理生化鑒定培養(yǎng)基[9-13]:耐鹽性培養(yǎng)基、耐亞硝酸鹽培養(yǎng)基、耐酸性培養(yǎng)基、葡萄糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣培養(yǎng)基、石蕊牛奶培養(yǎng)基、產(chǎn)氨培養(yǎng)基、硝酸鹽還原培養(yǎng)基、M.R.培養(yǎng)基、V.P.培養(yǎng)基、明膠液化培養(yǎng)基、產(chǎn)H2S培養(yǎng)基、淀粉水解培養(yǎng)基。
糖醇發(fā)酵管[11]、細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒(離心柱型) 沈陽鼎國生物技術(shù)有限公司。
1.2 儀器與設(shè)備
SD-JKⅠ型無菌操作臺(tái) 蘇凈集團(tuán)安泰公司制造;手提式不銹鋼蒸汽壓力滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械;CT14RD型冷凍離心機(jī)、電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;E-201-C型pH計(jì) 上海精密儀器有限公司;DYY-8C型穩(wěn)流穩(wěn)壓電泳儀 普陽科學(xué)儀器研究所;聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction,PCR)擴(kuò)增儀 美國Bio-Rad公司。
1.3 方法
1.3.1 菌株的篩選、分離及純化
在無菌操作臺(tái)中,準(zhǔn)確稱取腌蝦蛄10 g,用醫(yī)用手術(shù)剪將其剪碎,倒入到盛有90 mL的無菌生理鹽水的錐形瓶中,將其劇烈振動(dòng)搖晃30 min左右,在室溫下靜置5 min。此樣品液的稀釋度為10—1,取其稀釋液1 mL,連續(xù)做6 個(gè)梯度稀釋。采用傾注法,每個(gè)稀釋度分別吸取0.5 mL稀釋液移置平板中,再加入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% CaCO3的MRS固體培養(yǎng)基,輕輕搖晃使其混合均勻,冷卻后倒置,于37 ℃條件下培養(yǎng)48 h,每個(gè)梯度做3 個(gè)平行[14-15]。
挑取有溶鈣圈,顏色為乳白色或淡黃色,直徑大約為1~2 mm大小的單菌落在MRS固體培養(yǎng)基中反復(fù)進(jìn)行劃線(3~4 次左右)培養(yǎng)。將分離純化培養(yǎng)后的菌株,接種到MRS斜面培養(yǎng)基中,并在37 ℃的條件下培養(yǎng)24 h后放置4 ℃的冰箱保藏[7]。
1.3.2 菌株的菌落形態(tài)和個(gè)體形態(tài)學(xué)觀察
將菌株進(jìn)行鏡檢和過氧化氫酶實(shí)驗(yàn)[5]。
1.3.3 生理生化鑒定及菌株的篩選
對(duì)疑似乳酸菌菌株分別進(jìn)行產(chǎn)黏性實(shí)驗(yàn)、耐亞硝酸鹽實(shí)驗(yàn)、硝酸鹽還原性實(shí)驗(yàn)、葡萄糖產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)、耐高低溫實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)H2S實(shí)驗(yàn)、明膠液化實(shí)驗(yàn)、淀粉水解實(shí)驗(yàn)、V.P.實(shí)驗(yàn)、M.R.實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)氨實(shí)驗(yàn)、耐酸性實(shí)驗(yàn)、耐鹽性實(shí)驗(yàn)、石蕊牛奶實(shí)驗(yàn)[16]。
1.3.4 基因測(cè)序及序列分析
1.3.4.1 DNA的提取
為了進(jìn)一步驗(yàn)證生理生化鑒定實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)疑似乳酸菌株進(jìn)行16S rDNA測(cè)序并分析其序列。按照細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒中附帶說明書的方法提取菌體中的DNA,之后用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)提取出來的DNA產(chǎn)物。
1.3.4.2 16S rDNA基因序列的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增
對(duì)提取出來的DNA基因序列進(jìn)行PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增所用引物為細(xì)菌通用引物:正向引物為27F:5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’,反向引物為1492R:5’-CTACGGCTACCTTGTTACGA-3’。在1 μL的DNA模板中分別加入正向引物27F和反向引物1492R各1.5 μL,1.0 μL Taq聚合酶(5 U/μL),5.0 μL 10×Buffer(含2.5 mmol/L Mg2+),超純水39.0 μL,擴(kuò)增體系的總體積為50 μL[7]。PCR擴(kuò)增反應(yīng)過程條件設(shè)置為:94 ℃預(yù)變性5 min,94 ℃變性30 s,52 ℃退火30 s,72 ℃延伸90 s,72 ℃終延伸7 min,以上總反應(yīng)過程需經(jīng)過45 次循環(huán)[17]。PCR的陰性對(duì)照基因組DNA用超純無菌水來代替。
將PCR擴(kuò)增終產(chǎn)物用1%的瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測(cè)。送北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司測(cè)定其16S rDNA序列。得到DNA序列后,登陸(www.ncbi.nlm.gov/ blast/)網(wǎng)站進(jìn)行序列的比對(duì)和序列的同源性分析[19]。進(jìn)入GenBank數(shù)據(jù)庫查找與測(cè)定菌株親緣關(guān)系最近的標(biāo)準(zhǔn)菌株的16S rDNA序列。應(yīng)用MEGA5.0軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,獲得測(cè)定菌株的系統(tǒng)進(jìn)化位置[18]。
1.3.5 菌株生理性能的測(cè)定
1.3.5.1 生長(zhǎng)曲線的繪制
將通過生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定得到的菌株,分別接種到MRS液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。37 ℃培養(yǎng)24 h。每隔4 h用紫外分光光度計(jì)在600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定一次光密度(OD)值[19],并繪制曲線。
1.3.5.2 產(chǎn)酸曲線的繪制
將通過生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定得到的菌株,分別接種到MRS液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。37 ℃培養(yǎng)24 h。每隔4 h用pH計(jì)測(cè)定其pH值[20],并繪制曲線。
1.3.5.3 在不同食鹽質(zhì)量濃度條件下生長(zhǎng)情況的測(cè)定
將通過生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定得到的菌株,分別接種到含有質(zhì)量濃度為40、60、80、100、120 g/L的食鹽的MRS液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。37 ℃培養(yǎng)24 h。用紫外分光光度在波長(zhǎng)為600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其OD值[21],并繪制曲線。
1.3.5.4 耐溫性能的測(cè)定
將通過生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定得到的菌株,分別接種到MRS液體培養(yǎng)基中,在15、25、35、45 ℃的條件下分別培養(yǎng)24 h。用紫外分光光度計(jì)在600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其OD值[22],并繪制圖表。
2.1 菌株的形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果
本實(shí)驗(yàn)從腌蝦蛄中分離出49 株疑似乳酸菌菌株,其中有8 株菌株有溶鈣圈,菌落直徑大小在1~2 mm,革蘭氏染色為陽性,過氧化氫酶為陰性。結(jié)果見表1。
表1 菌株的形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果Table 1 Morphological identification of 8 strains suspected of being lactic acid bacteria
由表1可知,通過形態(tài)學(xué)觀察篩出的8 株疑似乳酸菌菌株,顏色均為米黃色或乳白色,形狀有球狀或桿狀,排列方式有成團(tuán)、單個(gè)、成鏈等。
2.2 生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)良菌株的篩選
將通過菌株形態(tài)學(xué)觀察篩選出的8 株疑似乳酸菌菌株進(jìn)行生理生化鑒定實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表2所示。篩選出L14、L22、L28這3 株菌株均不產(chǎn)黏性,在含有1 500 mg/L NaNO2培養(yǎng)基中都能正常生長(zhǎng),硝酸鹽還原實(shí)驗(yàn)、石蕊牛奶實(shí)驗(yàn)、M.R.實(shí)驗(yàn)都為陽性,產(chǎn)氨實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)H2S實(shí)驗(yàn)、明膠液化實(shí)驗(yàn)、淀粉水解實(shí)驗(yàn)、V.P.實(shí)驗(yàn)都為陰性,葡萄糖不產(chǎn)氣,無運(yùn)動(dòng)性,3 株菌株都能耐受60 g/L食鹽并在15、45 ℃和pH 4.5的條件下生長(zhǎng)。因此,L14、L22、L28符合食品發(fā)酵菌株的要求。再對(duì)菌株L4、L22、L28進(jìn)行糖醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。參考《常見細(xì)菌手冊(cè)》[12]和《伯杰氏細(xì)菌手冊(cè)》[13]第八版確定其種屬,菌株L14為屎腸球菌,菌株L22為短乳桿菌,菌株L28為棒狀乳桿菌扭曲亞種。
表2 生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定結(jié)果Table 2 Results of physiological and biochemical identification
表3 糖醇發(fā)酵鑒定結(jié)果Table 3 Results of glycolysis identification
2.3 菌株基因組DNA的提取
采用1%的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)基因組試劑盒提取出的DNA片段進(jìn)行檢測(cè)并在凝膠成像儀下成像,檢測(cè)結(jié)果見圖1??梢钥吹綏l帶清晰,主帶明顯,所有條帶都在同一水平線上。
圖1 菌株基因組DNA檢測(cè)電泳圖Fig.1 Electrophoretograms of DNA from three lactic acid bacterial isolates
2.4 16S rDNA基因序列PCR擴(kuò)增產(chǎn)物及序列對(duì)比
PCR擴(kuò)增后的產(chǎn)物再用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),同時(shí)進(jìn)行PCR陰性對(duì)照實(shí)驗(yàn)如圖2所示。在約1 500 bp處有特異性條帶,并且條帶清晰、明顯、單一。因此,16S rDNA基因序列擴(kuò)增產(chǎn)物滿足測(cè)序的要求[23]。
將測(cè)定菌株的16S rDNA序列輸入到NCBI(http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST)數(shù)據(jù)庫中,與數(shù)據(jù)庫中已知菌株的基因序列進(jìn)行對(duì)比。查找與測(cè)定菌株親緣關(guān)系最近的已知分類地位的標(biāo)準(zhǔn)菌株。比對(duì)結(jié)果是,菌株L14的16S rDNA序列與屎腸球菌(Enterococcus facium)16S rDNA/RNA序列的相似性最高為99%,菌株L22的16S rDNA序列與短乳桿菌(Lactobacillus brevis)的16S rDNA/RNA序列的相似性最高為98%,菌株L28的16S rDNA序列與棒狀乳桿菌扭曲亞種(Lactobacilluscoryniformis subsp. torquens)的16S rDNA/RNA序列的相似性最高為99%。結(jié)果如圖2。
圖2 菌株P(guān)CR擴(kuò)增產(chǎn)物檢測(cè)電泳圖Fig.2 Electrophoregrams of the PCR amplification products from three lactic acid bacterial isolates
2.5 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建
登陸GenBank數(shù)據(jù)庫,查找與測(cè)定菌株親緣關(guān)系最近的標(biāo)準(zhǔn)菌株的16S rDNA/RNA序列,使用MEGA 5.0軟件,采用Neighbor-Joining法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,獲得測(cè)定菌株的系統(tǒng)進(jìn)化地位[24-25]。由圖3可知,L14與屎腸球菌(Enterococcus faecium)的系統(tǒng)位置最接近,L22與短乳桿菌(Lactobacillus brevis)的系統(tǒng)位置最接近,L28與棒狀乳桿菌扭曲亞種(Lactobacillus coryniformis subsp. torquens)的系統(tǒng)位置最接近。因此,根據(jù)16S rDNA同源性對(duì)比和構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹得出結(jié)果,菌株L14、L22、L28分別鑒定為屎腸球菌(Enterococcus faecium),短乳桿菌(Lactobacillus brevis)和棒狀乳桿菌扭曲亞種(Lactobacillus coryniformis subsp. torquens)。這與生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。
圖3 菌株L14、L22、L28的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 Phylogenetic tree of three lactic acid bacterial isolates
2.6 菌株生理性能
2.6.1 菌株的生長(zhǎng)曲線
圖4 乳酸菌生長(zhǎng)曲線Fig.4 Growth curves of three lactic acid bacterial isolates
由圖4可知,L14在0~12 h的時(shí)間段,其生長(zhǎng)速率明顯高于L22和L28,但在12 h之后,L14到達(dá)穩(wěn)定生長(zhǎng)期,菌體密度不會(huì)再有太大的變化。L28和L22在0~16 h的時(shí)間段中進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,在16 h之后都到達(dá)穩(wěn)定生長(zhǎng)期。24 h之后,L22和L28的菌體密度明顯高于L14的菌體密度。菌體的生長(zhǎng)速率快,繁殖能力強(qiáng)是作為發(fā)酵水產(chǎn)品發(fā)酵劑的一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)[22]。
2.6.2 菌株產(chǎn)酸曲線
圖5 乳酸菌的產(chǎn)酸能力Fig.5 Acid-producing capacities of three lactic acid bacterial isolates
由圖5可知,菌株產(chǎn)酸曲線的變化存在一定的相似性,L14、L22、L28在0~16 h時(shí)間段中,pH值下降速率最快,而在16 h之后則趨于平緩。這與菌株的生長(zhǎng)曲線大體一致。在培養(yǎng)24 h后,3 株菌株的pH值大約都在4.0左右。其中,L22的pH值略低于L14和L28。在蝦蛄腌制過程中,產(chǎn)乳酸速率快,pH值低,被雜菌污染的機(jī)率就會(huì)有所降低,同時(shí)也會(huì)有利于風(fēng)味物質(zhì)的形成[15]。
2.6.3 菌株在不同溫度條件下的生長(zhǎng)情況
圖6 乳酸菌在不同溫度下的生長(zhǎng)情況Fig.6 Growth status of three lactic acid bacterial isolates at different temperatures
由圖6可知,3 株菌株在不同的溫度條件下生長(zhǎng)情況有所差異,但在25 ℃和35 ℃的條件下生長(zhǎng)情況均良好。在35 ℃時(shí)生長(zhǎng)最旺盛,其中L22和L28的OD600nm值稍高于L14的OD600nm值。而在15 ℃和45 ℃時(shí)3 株菌株的生長(zhǎng)明顯都受到抑制。
2.6.4 菌株在不同食鹽質(zhì)量濃度條件下的生長(zhǎng)情況
圖7 乳酸菌在不同食鹽質(zhì)量濃度下的生長(zhǎng)情況Fig.7 Growth status of three lactic acid bacteria isolates at different salt concentrations
由圖7可知,隨著培養(yǎng)基中食鹽質(zhì)量濃度逐漸增加,3 株菌株的生長(zhǎng)都不同程度的受到抑制。當(dāng)食鹽質(zhì)量濃度在60 g/L時(shí),3 株菌株的生長(zhǎng)狀況均良好。當(dāng)食鹽質(zhì)量濃度達(dá)到120 g/L時(shí),3 株菌株的生長(zhǎng)都受到嚴(yán)重的抑制,OD600nm值大約都在0.1左右。但L22的耐鹽性明顯好于L28和L14。在腌制蝦蛄過程中,蝦蛄體內(nèi)的食鹽質(zhì)量濃度很高,因此需要選用耐鹽性更好的菌株作為發(fā)酵劑[16]。
本實(shí)驗(yàn)從腌蝦蛄中分離49 株疑似乳酸菌株,經(jīng)過形態(tài)學(xué)觀察,生理生化實(shí)驗(yàn)及16S rDNA序列測(cè)定及分析,篩選出3 株乳酸菌株,分別是L14屎腸球菌(Enterococcus faecium)、L22短乳桿菌(Lactobacillus brevis)和L28棒狀乳桿菌扭曲亞種(Lactobacillus coryniformis subsp. torquens)。再對(duì)3 株乳酸菌株分別進(jìn)行產(chǎn)酸、耐溫等相關(guān)生理性能的測(cè)定。3 株菌株生長(zhǎng)性能的OD600nm值都在1.0以上,產(chǎn)酸pH值均下降到4.0左右,溫度在25~35 ℃的范圍內(nèi)正常生長(zhǎng),低于25 ℃和高于35 ℃時(shí),菌株的生長(zhǎng)均受到抑制,食鹽質(zhì)量濃度在60 g/L時(shí),菌株生長(zhǎng)性能良好。3 株菌株均適合作發(fā)酵水產(chǎn)品的發(fā)酵劑,這為發(fā)酵水產(chǎn)品的進(jìn)一步研究提供參考依據(jù)。
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Isolation, Screening and Identification of Lactic Acid Bacteria from Pickled Mantis Shrimp
LIU Zhengxing, YUE Xiqing*
(College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)
Totally 49 strains suspected to be lactic acid bacteria were segregated from pickled mantis shrimp. Three of these strains, namely L14, L22 and L28, were preliminarily screened via morphological observation and physiological and biochemical tests. Subsequent 16S rDNA sequencing and analysis showed that L14 had 99% similarity to Enterococcus faecium, L22 had 98% similarity to Lactobacillus brevis and L28 had 99% similarity to Lactobacillus coryniformis subsp. torquens. The values of optical density at 600 nm (OD600nm) of the three selected strains after 24 h of culture were all higher than 1.0 and the pH values of their cultures were around 4.0 with the lowest pH of 3.97 observed for L22. All these three strains grew well at temperatures ranging from 25 to 35 ℃ and grew normally in the presence of 60 g/L NaCl.
pickled mantis shrimp; screening; lactic acid bacteria; 16S rDNA
TS201.3
A
1002-6630(2015)09-0125-05
10.7506/spkx1002-6630-201509023
2014-07-25
劉正行(1989—),女,碩士,研究方向?yàn)楣δ苄允称烽_發(fā)。E-mail:2530367439@qq.com
*通信作者:岳喜慶(1966—),男,教授,博士,研究方向?yàn)閯?dòng)物性食品加工。E-mail:yxqsyau@126.com