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        堿蓬來(lái)源耐鹽菌相關(guān)研究進(jìn)展

        2021-12-12 18:52:16賈海健
        黑龍江糧食 2021年9期
        關(guān)鍵詞:甜菜堿耐鹽根際

        □ 賈海健

        (濰坊職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 262737)

        關(guān)鍵字:堿蓬;耐鹽菌;應(yīng)用;環(huán)境修復(fù)

        堿蓬[1]是一年生堿蓬屬、藜科植物,一般生于海濱、河谷等鹽堿荒地上,在含鹽量達(dá)3%的潮間帶也可生長(zhǎng),是一種典型的潮間帶鹽堿地指示植物,也是耐鹽菌來(lái)源的重要研究對(duì)象。耐鹽菌[2]是有適應(yīng)較高氯化鈉濃度能力的微生物,廣泛分布在鹽湖、鹽場(chǎng)等極端鹽環(huán)境中。根據(jù)其對(duì)鹽濃度耐受能力的不同,分為四類:非耐鹽菌,弱度耐鹽菌,中度耐鹽菌和極端耐鹽菌[3]。其中,非耐鹽菌生長(zhǎng)在氯化鈉濃度低于0.2mol/L(1.17%)的淡鹽水中。弱度耐鹽菌主要生長(zhǎng)在0.2~0.5mol/L(1.17%~2.93%)的低濃度鹽水中。中度耐鹽菌是能夠在濃度為0.5~2.5mol/L(2.93%~14.63%)的中度鹽水中生長(zhǎng)的微生物,而極端耐鹽菌則是在2.5~5.2mol/L(14.63%~30.4%)的高濃度鹽水中生長(zhǎng)。

        一、堿蓬來(lái)源耐鹽菌種類豐富

        耐鹽菌屬于特殊環(huán)境下的微生物,具有獨(dú)特的基因類型、特殊的生理機(jī)制及特殊的代謝產(chǎn)物,具有非常重要的研究利用價(jià)值。王琦琦[4]等在堿蓬根際土壤中分離篩選出耐鹽菌株359株,主要包含有:雷爾氏菌屬(Ralstonia)、節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、類諾卡氏菌屬(Nocardioides)、溶桿菌屬(Lysobacter)和斯科曼氏球菌屬(Skermanella)、鹽芽孢桿菌屬(Halomonas)等。邵璐[5]等從堿蓬根際土壤中分離42株真菌,包括青霉屬(Penicillium)、葡萄穗霉屬(Stachybotrys)、枝孢屬(Cladosporium)、木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬(Aspergillus)和鐮孢屬(Fusarium),其中最高耐鹽菌種赭曲霉可耐20%鹽度。吳曰福等[6]用從堿蓬根系分離得到耐鹽真菌40株,分別屬于鐮刀菌屬(Fusarium sp.)、鏈格孢屬(Alternaria sp.)、曲霉屬(Aspergillus sp.)、腐霉屬(Pythium sp.)等,其中有極端耐鹽菌3株,都屬于聚多曲霉(Aspergillus sydowii)。這些都反映了堿蓬中有較為豐富的耐鹽微生物,是耐鹽微生物研究的重要來(lái)源。

        二、堿蓬來(lái)源耐鹽菌活性及應(yīng)用

        耐鹽菌用途較為廣泛,尤其在食品發(fā)酵方面,在含有一定鹽濃度的發(fā)酵工業(yè)中,耐鹽菌的應(yīng)用發(fā)揮了重要作用,耐鹽菌可分泌相應(yīng)酶催化產(chǎn)生一系列化合物使最終的產(chǎn)品能夠有良好的香味和舒適的口感。中國(guó)人在很久以前就掌握了利用耐鹽菌來(lái)生產(chǎn)日常產(chǎn)品,如醬油等的發(fā)酵。隨著研究的深入,耐鹽菌的應(yīng)用研究方向也越來(lái)越廣。

        (一)特殊酶的產(chǎn)生

        高鹽環(huán)境下耐鹽菌和新型嗜鹽酶能發(fā)揮催化作用,韓魯魯[7]在堿蓬根際土壤中獲得一株產(chǎn)淀粉酶的菌株,此淀粉酶能在較廣溫度范圍、高堿性環(huán)境下發(fā)揮作用,改善了工業(yè)淀粉酶不耐高溫和高堿的特點(diǎn)。

        (二)累積小分子化合物

        耐鹽菌可在高鹽度培養(yǎng)基中積累某些特定化合物,如甜菜堿、四氫吡啶、甘油等[8]。在高鹽壓力下,耐鹽菌會(huì)攝取、合成并積累相容性溶質(zhì)如糖類、氨基酸、四氫嘧啶等,來(lái)抵抗高鹽環(huán)境對(duì)細(xì)胞的脅迫。

        (三)生態(tài)環(huán)境修復(fù)

        耐鹽菌可用于高鹽環(huán)境下有機(jī)污染物的降解或轉(zhuǎn)化,生產(chǎn)可替代能源。王新新[9]等從堿蓬中獲得8株耐鹽石油烴降解菌,其中1株戈登氏菌能耐受10%濃度的NaCl,且石油烴降解率可達(dá)57.0%。

        (四)植物促生作用

        耐鹽菌能侵染某些植物,與之形成共生關(guān)系,在鹽脅迫下能夠起到促生作用。潘雪玉[10]將分離自堿蓬根系的彎孢霉(Curvularia sp.)菌株轉(zhuǎn)接到毛白楊根系,提高了白毛楊的耐鹽能力。王琦琦[4]從堿蓬根際獲得7株細(xì)菌,對(duì)擬南芥和小麥在鹽脅迫下,有促生活性。

        (五)醫(yī)藥研發(fā)

        耐鹽菌因其所處的極端環(huán)境,可以產(chǎn)生一些有生物活性的產(chǎn)物。陳華彬[11]從堿蓬中分離到一株耐鹽內(nèi)生真菌--赤散囊菌(Eurotium rubrum),其次級(jí)代謝產(chǎn)物有較好的抗腫瘤活性。牛贍光[12]從堿蓬內(nèi)生真菌Talaromyces pinophilus GMF19的發(fā)酵產(chǎn)物中,得到對(duì)蘋(píng)果腐爛病菌(V.mali)等植物病原真菌有抑制活性的甾醇類化合物,具有鹵蟲(chóng)致死活性的二肽類和γ-吡喃酮類化合物等。

        三、耐鹽菌耐鹽機(jī)制研究

        堿蓬長(zhǎng)期生活在鹽堿地環(huán)境中,體內(nèi)積累較高濃度的Na+,是一個(gè)特殊的極端高鹽微環(huán)境,長(zhǎng)期生長(zhǎng)在此逆境下的微生物,可能已經(jīng)適應(yīng)了逆境,并且使宿主植物受益,有科學(xué)家認(rèn)為微生物所產(chǎn)生的抗逆性與其存在的天然微環(huán)境密切相關(guān)。

        (1)通過(guò)積累相容性溶質(zhì)來(lái)抵抗外界高鹽環(huán)境是耐鹽菌主要的耐鹽機(jī)制[13],其中四氫吡啶、羥基四氫吡啶、甜菜堿、海藻糖、甘油、谷氨酸及脯氨酸等是小分子相容性溶質(zhì)的代表。例如,盧寧發(fā)現(xiàn)出芽短梗霉通過(guò)積累甘油來(lái)抵抗高滲透脅迫[14],沈娥等也發(fā)現(xiàn)耐鹽苯酚降解菌——紅球菌屬(Rhodococcus sp.)W2的耐鹽機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)四氫嘧啶和甜菜堿的積累。

        (2)Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)于維持耐鹽菌胞內(nèi)正常Na+濃度具有十分重要的作用[15],高效的Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在中度嗜鹽菌中廣泛存在,并且氨基酸序列相似性較高。

        (3)嗜鹽古菌及少數(shù)極端耐鹽菌依賴積累K+應(yīng)對(duì)高滲透壓脅迫。研究證明,K+濃度的升高可以維持高滲透壓下細(xì)胞的正常作用,之后耐鹽菌可通過(guò)合成或積累相容性溶質(zhì)來(lái)抵抗高滲透壓環(huán)境。

        四、結(jié)語(yǔ)

        堿蓬作為特殊環(huán)境下的植物,是耐鹽菌來(lái)源的重要材料。近年來(lái),針對(duì)堿蓬來(lái)源耐鹽菌的研究越來(lái)越深入,但進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用的菌株相對(duì)較少,也鮮有報(bào)道,因此在耐鹽菌的應(yīng)用研究方面亟需加強(qiáng)。耐鹽菌研究可用于構(gòu)建耐鹽基因文庫(kù)、培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因耐鹽植物,對(duì)于鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)的改善具有重要意義;另外,耐鹽菌菌肥的研發(fā),以及耐鹽菌-堿蓬復(fù)合凈化系統(tǒng)的構(gòu)建[16]對(duì)因鹽堿、石油、染料及藥物等造成的水、土污染進(jìn)行生物修復(fù)研究提供了可能;另外,還可以利用基因工程的手段,培育轉(zhuǎn)基因耐鹽菌,使其在食品、醫(yī)藥、酶工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

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