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        對羥基苯甲酸甲酯降解菌的初步研究

        2018-11-19 12:10:48張麗平汪文君許超艷姜安杰
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年20期
        關(guān)鍵詞:丁酯酯類甲酯

        張麗平, 汪文君, 李 智, 許超艷, 姜安杰, 彭 學(xué)

        (江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州 221116)

        對羥基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid,4HBA)酯類是一種廣譜且高效的抑菌劑,在pH值3~8內(nèi)都能夠有效地抑制微生物的生長,4HBA酯類都具有酚羥基結(jié)構(gòu),同苯甲酸、山梨酸相比,其抗菌性較強(qiáng)且安全性高,由此被廣泛應(yīng)用于食品和藥品領(lǐng)域[1]。4HBA酯類包括4HBA甲酯、4HBA乙酯、4HBA丙酯、4HBA丁酯、4HBA辛酯等。盡管4HBA酯類被認(rèn)為是比較安全高效的防腐劑,但因其大量使用造成的危害也越來越引起人們的重視。4HBA酯類在食品、藥品、化妝品中的過量添加對人體產(chǎn)生了一定的毒性[2],輕者造成人體腸胃不適,經(jīng)皮膚粘膜吸收導(dǎo)致發(fā)炎癥狀,重者則會因其中的雌性激素造成雌性荷爾蒙升高,是男性不育的誘因,嚴(yán)重危害人體健康[3]。4HBA酯類排放到空氣或水體中,也造成了環(huán)境污染,潛在地威脅著人類的健康[4-5]。4HBA甲酯作為4HBA酯類的一種,同樣廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。4HBA甲酯的殺菌效果較低,一般與4HBA丙酯一同使用來提高其防腐抗菌效果。4HBA甲酯的抑菌效果受溶液的pH值影響較大,酸性的環(huán)境更有利于其防腐作用[6]。但若遇到明膠蛋白質(zhì)、甲基纖維素等高分子化合物,其防腐效果會被抑制。4HBA甲酯除了用作防腐殺菌劑,同時還用于有機(jī)合成的護(hù)腐添加劑。

        隨著4HBA甲酯的大量使用與排放,對環(huán)境和人體的危害也越來越受到人們的關(guān)注,探索出一條安全且高效的降解4HBA甲酯的途徑至關(guān)重要。在外界環(huán)境中,目前4HBA酯類的降解方式有臭氧處理、光催化、光降解、紫外光解和物理吸附等,但這些方法都不能完全除去4HBA酯類,在空氣和環(huán)境水體中還有一定的殘留,降解效果并不理想[7]。在人體胃腸道內(nèi),4HBA甲酯的代謝方式和去路也有待進(jìn)一步探索[8]。從浙江海底泥沙中分離出來的B1菌株具有降解4HBA甲酯的能力,降解效率高,且B1菌株易于培養(yǎng)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        海底泥沙取自浙江近海。所用試劑均購自生工生物工程(上海)股份有限公司。

        1.2 方法

        1.2.1 培養(yǎng)基的制備 人工海水培養(yǎng)基:ONR7a[9]。

        MB液體培養(yǎng)基(1 L):Marine Broth 37.4 g,蒸餾水溶解后定容至1 L,高壓蒸汽滅菌15 min。

        唯一碳源培養(yǎng)基(0.05%):4HBA甲酯、4HBA乙酯、4HBA丙酯、4HBA丁酯各11.6 g,95%乙醇溶解并定容至 10 mL,制備成5%碳源濃縮液。200 mL海水培養(yǎng)基中加入 2 mL 碳源濃縮液,分別制備成4HBA甲酯、4HBA乙酯、4HBA丙酯、4HBA丁酯培養(yǎng)基。

        50×TAE(100 mL)緩沖液:24.2 g Tris、3.72 g Na2EDTA·2H2O、5.71 mL的冰醋酸,pH 值8.2~8.5,備用。

        1×TAE緩沖液(100 mL):50×TAE稀釋使用。

        1%瓊脂糖凝膠:1 g瓊脂糖溶于100 mL 1×TAE緩沖液,加熱溶解。

        1.2.2 菌種的分離 采用涂布平板法進(jìn)行初篩,劃線法進(jìn)行復(fù)篩,最后用40%甘油和單一菌種1 ∶1保存,儲存在-80 ℃冰箱中。

        1.2.3 革蘭氏染色 以大腸桿菌(G-菌)為對照,對B1菌種進(jìn)行染色觀察,整個染色過程包括涂片、初染、媒染、脫色、復(fù)染、鏡檢等。

        1.2.4 B1菌株的最適溫度 挑取單菌落B1,預(yù)培養(yǎng)后離心,加入少量4HBA甲酯培養(yǎng)基混勻制備成菌液濃縮液,取等量加入到其他4HBA甲酯液體培養(yǎng)基中,每組3個平行,分別放在20、25、30、35、40、45 ℃搖床中培養(yǎng)18 h,測定吸光度D600 nm值,繪制該菌種的最適溫度曲線。

        1.2.5 B1菌株的最適pH值 取等量菌液濃縮液分別加入到不同pH值的4HBA甲酯液體培養(yǎng)基中,pH值梯度為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。每組3個平行,30 ℃搖床中培養(yǎng)18 h,測定吸光度D600 nm值,繪制該菌種的最適pH值生長曲線。

        1.2.6 B1菌株的生理生化反應(yīng) 吸取5 μL菌液濃縮液滴在生化反應(yīng)管內(nèi),30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后,觀察生化反應(yīng)管內(nèi)培養(yǎng)液的顏色變化情況。

        1.2.7 菌種鑒定 試劑盒提取B1全基因組:新鮮菌液離心濃縮,加入200 μL GA、20 μL Proteinase K、220 μL GB混合均勻,70 ℃水浴10 min;再加入220 μL無水乙醇,混合后轉(zhuǎn)移至收集管中,離心,棄廢液;使用600 μL PW清洗2次,離心棄廢液,室溫靜置;使用TE將吸附柱上的DNA洗脫后保存。

        B1菌株的16S rDNA PCR:在PCR反應(yīng)管中加入超純水27.8 μL、10×PCR Buffer 5 μL、dNTP Mix 5 μL、MgCl24 μL、Primer1(27F)3 μL、Primer2(1 492R)3 μL、模板DNA 2 μL、Tag DNA polymerase 0.2 μL混合均勻。反應(yīng)管放入PCR儀中,設(shè)置程序:95 ℃預(yù)變性5 min;95 ℃變性30 s,56 ℃退火30 s,72 ℃延伸90 s,共35個循環(huán);循環(huán)結(jié)束后72 ℃保溫10 min。

        核酸電泳:1.2%瓊脂糖溶膠液,加入2% GoldenView混勻,倒入膠板冷卻凝固;裝膠后將Marker、DNA樣品(與溴酚藍(lán)染液混合均勻后)上樣;接上電源,設(shè)置電泳條件,當(dāng)溴酚藍(lán)跑到距末端1 cm左右結(jié)束電泳,凝膠成像系統(tǒng)掃描和拍照,觀察結(jié)果。

        測序:取PCR擴(kuò)增獲得的16S rDNA 30 μL,濃度>50 ng/μL ,送到生工生物工程(上海)股份有限公司測序部進(jìn)行測序,得到測序結(jié)果。

        繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹:根據(jù)測序的結(jié)果找出與該菌株相似度較高的其他菌株,繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹,深入了解該菌株。

        1.2.8 采用HPLC檢測B1菌株對4HBA甲酯的降解率 由于利用唯一碳源培養(yǎng)基培養(yǎng)該菌株生長比較慢,而且濃度比較低,先用MB培養(yǎng)基培養(yǎng),至其濃度到D600 nm為0.5,離心,洗滌后轉(zhuǎn)移至唯一碳源培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng),每2 h取1次樣,采用HPLC記錄培養(yǎng)基中4HBA甲酯的降解情況。

        1.2.9 B1菌株對其他4HBA酯類的降解情況 將降解4HBA甲酯的B1菌株,分別接種在4HBA甲酯、4HBA乙酯、4HBA丙酯、4HBA丁酯的固體和液體培養(yǎng)基中,培養(yǎng)2 d,觀察該菌的生長情況。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 B1菌株的菌落形態(tài)

        利用含0.05% 4HBA甲酯的海水培養(yǎng)基,以海底泥沙作為樣品,在液體培養(yǎng)中多次富集培養(yǎng)后,經(jīng)過多次劃線培養(yǎng)篩選出B1菌株,該菌株在固體平板上的菌落形態(tài)見圖1。B1菌株的菌落形態(tài)為乳白色不透明,邊緣整齊,外觀濕潤,表面光滑略凸起。

        2.2 B1菌株的革蘭氏染色

        經(jīng)過革蘭氏染色后,B1菌株被染成紅色(圖2),故該菌為革蘭氏陰性菌。

        2.3 B1菌株的最適溫度

        根據(jù)不同培養(yǎng)溫度下B1菌液的濃度繪制出最適溫度曲線,從圖3中可知,在25~37 ℃ B1菌株生長良好,30 ℃時菌液濃度最高,即B1菌株的最適生長溫度為30 ℃。

        2.4 B1菌株的最適pH值

        由圖4可知,在不同pH值海水培養(yǎng)基中,30 ℃培養(yǎng)18 h后測定菌液濃度,pH值在7.0~7.5時B1菌株生長速度較快。

        2.5 B1菌株的生理生化反應(yīng)

        將B1菌株接種在含不同物質(zhì)的生化管中,30 ℃培養(yǎng)后觀察管內(nèi)顏色變化情況。由表1可知,在檢測的各種物質(zhì)中,B1菌株可以利用絕大多數(shù)的糖類、氨基酸等物質(zhì),但是不能利用硫化氫和尿素。

        表1 B1菌種對各種物質(zhì)的利用情況

        2.6 B1菌株的16S rDNA電泳結(jié)果

        以B1菌株的濃縮液為模板,擴(kuò)增所使用的引物是27F、1 492R,16S rDNA片段大小為1 500 bp,條帶明亮單一(圖5),可直接進(jìn)行測序。

        2.7 B1菌株的測序結(jié)果及系統(tǒng)進(jìn)化樹

        將B1菌株送到測序公司得到測序結(jié)果并提交到數(shù)據(jù)庫中,獲得的編碼為KY941134。根據(jù)測序結(jié)果,利用MEGA繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹(圖6)。由圖6可知,B1菌株和Bacillustimonensis的相似度最高,為99.5%。B.timonensis是從人體腸道中分離出來的是一種革蘭氏陰性厭氧菌,屬棒狀桿菌屬,是人類腸道中最大的屬之一,但是目前沒有關(guān)于該菌株降解4HBA酯類的報道。

        2.8 利用HPLC檢測B1菌株對4HBA甲酯的降解情況

        從圖7可以看出,B1菌株能夠?qū)?HBA甲酯分解為4HBA和相應(yīng)的醇類物質(zhì),12 h左右4HBA甲酯被降解完全。

        2.9 B1菌株對其他4HBA酯類的降解情況

        將B1菌株分別接種在含4HBA甲酯、4HBA乙酯、4HBA丙酯、4HBA丁酯的固體培養(yǎng)基上,30 ℃培養(yǎng)一段時間,觀察菌落生長情況。從圖8中可以看出,B1菌株不僅能在4HBA甲酯的唯一培養(yǎng)基上生長,還能在4HBA乙酯、4HBA丙酯上生長,但是在4HBA丁酯上不能生長,其具體的降解規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

        3 討論

        從浙江海底泥沙篩選出的B1菌株可以有效地降解4HBA甲酯,同時也發(fā)現(xiàn)它有降解4HBA乙酯、4HBA丙酯的能力。在這些4HBA酯類中,B1菌株對4HBA甲酯的降解率最高。

        4HBA酯類因常被用作防腐劑而被人體大量攝入,威脅人體健康。4HBA酯類在人體內(nèi)積累后降解規(guī)律及其代謝去向還尚未知曉[10]。通過本研究可以初步獲悉人體腸道微生物具有降解4HBA酯類的能力,為研究4HBA酯類在人體內(nèi)的降解機(jī)制奠定一定的理論基礎(chǔ)。同時,對B1菌株的深入探究,有助于將其開發(fā)為降解環(huán)境中4HBA酯類的工業(yè)菌株,緩解由于4HBA酯類的大量應(yīng)用造成的水體和環(huán)境污染。但此次研究只是初步了解此菌株,并未深入全面地認(rèn)識到其降解規(guī)律,還未探究其中的關(guān)鍵基因,未掌握B1菌株的降解譜,所以后面的工作還有很多, 對于B1菌株的進(jìn)一步研究將會有趣而艱巨,值得深入探索。

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