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基本信息
- 項目名稱：
- 航天突變株黑曲霉ZM-8的篩選及其產(chǎn)纖維素酶的工藝參數(shù)優(yōu)化
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 本實驗是國家科技支撐計劃項目“西北內(nèi)陸灌區(qū)農(nóng)田循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)集成研究與示范”（項目編號：2007BAD89B17）的部分研究成果。利用本地區(qū)中國西部航天育種基地的便利條件，對天水師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院微生物實驗室保存的一株具有較高性價比的黑曲霉菌株進(jìn)行了誘變，旨在通過空間特殊環(huán)境條件對其產(chǎn)生的變異，篩選出一株具有高纖維素酶活的優(yōu)良菌株，從而提高對當(dāng)?shù)刭Y源豐富的玉米秸稈的生物轉(zhuǎn)化率，為生產(chǎn)高蛋白飼料奠定基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本實驗開始于2007年3月，結(jié)束于2008年2月。歷時一年，主要經(jīng)歷了高產(chǎn)纖維素酶活優(yōu)良菌株的初篩、復(fù)篩、遺傳穩(wěn)定性的研究以及在玉米秸稈粉上產(chǎn)纖維素酶的工藝參數(shù)優(yōu)化。令我們慶幸的是，從發(fā)生了幾株正向變異的黑曲霉菌株中，獲得了一株酶活顯著提高的優(yōu)良菌株。該菌株在玉米秸稈粉中產(chǎn)FPU、CMC和?-葡聚糖苷酶的酶活在目前所報道的黑曲霉酶活中，綜合評比處于領(lǐng)先。 該菌株可大幅提高對玉米秸稈纖維質(zhì)的降解率，從而為今后和其他產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的菌株進(jìn)行混菌發(fā)酵生產(chǎn)高蛋白飼料奠定了堅實基礎(chǔ)，尤其在促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展方面將有較高的應(yīng)用價值。 此外，該實驗所得出的黑曲霉ZM-8在玉米秸稈粉上產(chǎn)纖維素酶的一系列工藝參數(shù)，可為今后高蛋白飼料的中試和規(guī)模化化生產(chǎn)提供參考價值。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 如何利用生物技術(shù)將來源廣泛且資源豐富的纖維質(zhì)轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)是當(dāng)前世界性難題，其重要原因之一就是在生產(chǎn)中缺乏高產(chǎn)纖維素酶活的優(yōu)良菌株。為此，本試驗利用中國西部航天育種基地所提供的便利條件，對一株具有較高性價比的黑曲霉出發(fā)菌株空間誘變后進(jìn)行篩選產(chǎn)纖維素酶的優(yōu)良菌株，然后以當(dāng)?shù)刭Y源豐富的玉米秸稈為主要原料對所篩選菌株產(chǎn)纖維素酶的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期為利用黑曲霉降解玉米秸稈生產(chǎn)菌體蛋白飼料奠定基礎(chǔ)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 該實驗就利用太空特殊條件對黑曲霉進(jìn)行誘變，并獲得了具有遺傳穩(wěn)定性的突變株黑曲霉ZM-8。該菌株在玉米秸稈粉為主要原料的培養(yǎng)基上所產(chǎn)的各纖維素酶活，在國內(nèi)目前已報道的同類菌種中處于領(lǐng)先地位；在對該菌株產(chǎn)纖維素酶的優(yōu)化實驗中，用盡可能少的試驗次數(shù)得到了較為理想的實驗結(jié)果和指導(dǎo)下一步實驗的正確結(jié)論，為實現(xiàn)利用微生物降解玉米秸稈進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料提供了有力的科學(xué)依據(jù)。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本實驗所篩選出的高產(chǎn)纖維素酶活的突變株黑曲霉ZM-8，可提高對玉米秸稈等纖維質(zhì)的降解率；所得出的產(chǎn)纖維素酶的一系列工藝參數(shù)可為中試和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)提供參考價值。高效價的黑曲霉ZM-8菌株可降低中試成本，在生產(chǎn)上發(fā)揮作用。利用該菌株轉(zhuǎn)化纖維質(zhì)生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料，不僅能獲得經(jīng)濟(jì)效益，而且能在有利于生態(tài)平衡的條件下緩解當(dāng)?shù)啬茉炊倘?、環(huán)境污染等問題，從而使其作為一種清潔產(chǎn)業(yè)促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 利用中國西部航天育種基地的便利條件，對較高性價比的黑曲霉（Aspergillus niger）出發(fā)菌株進(jìn)行空間誘變，并通過初篩、復(fù)篩，最終篩選出了一株纖維素酶高產(chǎn)突變株黑曲霉ZM-8 （Aspergillus niger ZM-8）。該菌株在以玉米秸稈粉為主要原料的培養(yǎng)基上，所產(chǎn)的濾紙酶活力為1.84U/g，纖維二糖水解酶活力為0.27 U/g，葡聚糖內(nèi)切酶活力為8.16 U/g，?-葡萄糖苷酶活力為20.14 U/g，比出發(fā)菌株各組分的酶活分別高了2.1倍、3.5倍、1.7倍和1.8倍。經(jīng)過5次繼代固體發(fā)酵試驗，證明該菌株具有較好的產(chǎn)酶穩(wěn)定性。正交試驗表明，該菌株在玉米秸稈粉中產(chǎn)纖維素酶的最適培養(yǎng)基配方為：氮源(NH4)3PO4，含氮量0.6%，含水量300%，玉米秸稈粉與麩皮質(zhì)量比為4：1，接種量1：30；最佳培養(yǎng)條件為：培養(yǎng)溫度為35℃；培養(yǎng)時間為72h；初始pH值為6.5。在優(yōu)化后培養(yǎng)條件下所測得的FPU酶、 C1酶、Cx酶和?-葡萄糖苷酶的活力分別達(dá)到了5.25 U/g、0.48 U/g、19.60 U/g和42.86 U/g。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 本實驗所篩選出的高產(chǎn)纖維素酶的黑曲霉ZM-8，經(jīng)鑒定，與出發(fā)菌株在菌落形態(tài)、子囊和孢子大小等方面都發(fā)生了明顯變化，且所產(chǎn)纖維素酶活有較大幅度提高。目前已保藏于CCTCC菌株保藏中心。
參考文獻(xiàn)
- 對評審本作品的具有參考價值的主要是相關(guān)研究的參考文獻(xiàn)，提供如下： [1] 蔣興村.863-2空間誘變育種進(jìn)展及前景[J].空間科學(xué)學(xué)報,1996,16:77-82. [2] 王景林,高培基,蔣興村,等.多種微生物搭載返回式衛(wèi)星的試驗研究[J].遺傳,1999,21(6):7-9. [3] 李金國,蔣興村,段留生.空間條件對棘孢小單孢菌的誘變效應(yīng)[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,1995,8(2):113-116. [4] 郭立格,劉其友,楊潤蕾,等.從空間搭載維生素Ｃ生產(chǎn)菌株中篩選高產(chǎn)菌株[J].河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,24(3):284-287. [5] 王景林,劉曉明,吳東林,等.纖維素酶產(chǎn)生菌黑曲霉X-15的選育及其產(chǎn)酶條件[J].中國獸醫(yī)學(xué)報,2000,20(1):97-99. [6] 陳接鋒,鄭毅,吳松剛.黑曲霉固體發(fā)酵β-葡聚糖酶培養(yǎng)基優(yōu)化的研究[J].福建輕紡,2001,141(2):1-4. [7] 費尚芬, 鹿寧, 劉坤, 等. 白腐菌纖維素酶高酶活菌株的篩選[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 34( 1):22-23. [8] 蔣芳,增林子,張強(qiáng),等.飼用細(xì)菌纖維素酶的發(fā)酵條件優(yōu)化與性質(zhì)研究[J].中國飼料, 2006, 6: 6-9 [9] 鄔敏辰,李江華,,鄔顯章.黑曲霉固態(tài)培養(yǎng)生產(chǎn)纖維素酶的研究[J].釀酒,1997,(6): 5-9. [10] 王德培,郝常明,符永英,等.高產(chǎn)纖維素酶黑曲霉菌種的選育及培養(yǎng)條件的研究[J].廣東化工.1999,(2):102-104.
同類課題研究水平概述
- 我國自從863高科技計劃制訂后才開始以微生物為試驗材料進(jìn)行空間誘變育種，先后微生物所等單位搭載30種微生物菌種，包括真菌、細(xì)菌、酵母和放線菌，主要通過空間處理研究微生物菌種的性狀變異，以提高抗生素和酶的產(chǎn)量以及菌種的效價比，目前已有部分科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，初步顯示出了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 迄今為止，報道的高產(chǎn)纖維素酶的黑曲霉菌株很多，其中酶活較為突出的有黑曲霉X-15、黑曲霉FSN65等，但能大量在生產(chǎn)上應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)菌株卻很少，其重要原因是科研單位缺乏優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。因此，即使獲得誘變效果很好的菌株，但由于試驗菌株本身效價較低，也不能在生產(chǎn)上發(fā)揮作用。 關(guān)于微生物培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件的優(yōu)化是微生物技術(shù)開發(fā)研究中非常重要的一環(huán)。由于微生物代謝活動的多樣性及其調(diào)節(jié)控制的極端復(fù)雜性，至使微生物培養(yǎng)工藝的優(yōu)化是一個相當(dāng)復(fù)雜、繁瑣、長期的研究任務(wù)。一個好的優(yōu)化試驗方法，只用少量試驗即能得到較好的效果和分析出較為正確的結(jié)論。為此，對于具體的菌種來說，要根據(jù)實驗?zāi)康倪x準(zhǔn)影響因素至關(guān)重要。 研究表明，黑曲霉纖維素酶是一類誘導(dǎo)酶，只有在誘導(dǎo)物存在下，才能大量產(chǎn)生；而纖維素酶的分泌又受分解代謝產(chǎn)物阻遏和反饋抑制兩種作用。許多不溶性的纖維素、可溶性的纖維衍生物、一些低聚糖類等均可作為纖維素酶的誘導(dǎo)物，但在低濃度時有促進(jìn)作用而較高濃度時便開始抑制。因此，底物的濃度對黑曲霉的產(chǎn)酶效果影響很大。 還有研究表明，在真菌纖維素酶的生產(chǎn)過程中，pH和發(fā)酵時間是關(guān)鍵。Mandles等發(fā)現(xiàn)，在分批培養(yǎng)物發(fā)酵過程中，起初pH最好是自然下降到3.0～3.5，再加控制以防止pH降低，消耗纖維素以后pH自然上升，這樣有利于酶的大量分泌；連續(xù)培養(yǎng)的情況不同，保持較低pH時，菌生長受到抑制，酶產(chǎn)量減少，而保持pH5.0時則可提高酶產(chǎn)量。 由此可知，雖然人們對微生物生長和產(chǎn)物生成進(jìn)行了大量的研究，但對其中規(guī)律性的東西仍了解不多。即使對于不同微生物來說，同一濃度的同一物質(zhì)有不同甚至完全相反的作用；同一培養(yǎng)條件在不同的方式中，所起作用也是不同的。在目前人們還無法通過理論推導(dǎo)來推斷出微生物發(fā)酵的最優(yōu)培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件的情況下，試驗分析仍然是工藝參數(shù)優(yōu)化研究中最主要的方法，且對于具體的微生物需要通過大量試驗來增加對具體實驗因素的認(rèn)識，以摸索出其中的規(guī)律。
