抗高浓度葡萄糖阻遏的纤维素酶高产菌的选育
2024-03-14
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第34卷第4期 山东大学学报(自然科学版) 1999年12月 Dec.1999 Vo1.34 No.4 joURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY 抗高浓度葡萄糖阻遏的纤维素 酶高产菌的选育 宋小炎 宋桂经 孙彩云 刘陶陶 韩 峰 (山东大学微生物技术国家重点实验室,济南250100) 摘要 以本室保存的一株纤维素酶产量较高的拟康氏木霉为出发菌株,经紫外 诱变处理,用葡萄糖(梯度浓度)纤维素双层平板选育,在含葡萄糖(4%)纤维素 双层平板上获得一株葡萄糖浓度高达10%仍能产生纤维素水解透明圈的突变 株UVⅢ.培养6 d,干曲的CMC酶活、FP酶活和8G酶活分别可达1145.7 u/ g、55.6 u/g和24 u .分别是出发株的2.4倍、3.4倍和12.6倍. 关键词纤维素酶;抗阻遏;葡萄糖 中图分类号Q939 将可再生性资源纤维类废弃物转化成有用物质的纤维素酶,一直受到世界各国的普 遍重视.纤维素酶的生产受诱导[卜3]和阻遏的双重调节,在发现利用诱导提高酶产量不现 实的同时,许多研究者通过筛选抗阻遏突变株的方法提高了酶产量.酶合成的反馈阻遏指 酶的催化产物或代谢途径的末端产物,使该酶合成受阻的过程.阻遏物通过与调节基因产 生的阻遏蛋白结合而增加它与操作基因的亲和力,从而使在操作基因上游已与启动基因 结合的RNA聚合酶不能通过操纵基因,所以不能达到结构基因上的结合位点,导致转录 不能进行,酶蛋白的合成也因而受阻. 阻遏蛋白基因和阻遏蛋白结合位点的基因序列[4-5]在产生纤维素酶的真菌中已经观 察到,且编码五碳代谢物结合的阻遏蛋白的基因还得以克隆.[ ]而抗阻遏突变株的调节基 因遭到破坏,不能产生阻遏蛋白,则阻遏物一阻遏蛋白复合物不能形成,从而不能结合到 操纵基因上,RNA聚合酶顺利通过操纵基因,转录得以进行,因而更有利于酶的产生. 最著名的是从Trichoderma reesei QM6a菌株出发的系列突变株如QM9414、C一 5、 NG14,【 J以及从QM9414的单克隆分离株KY746及其诱变选育得到的抗阻遏突变 株KDD一10和DGD一16、 J N一25、K14、KDR11和KDR27,【10J每次菌种选育后产酶 活性得到了一定的提高.其它真菌的研究也有类似结果.拟康氏木霉Rifai菌株AS3. 3002和木3经诱变后各得到的突变株EA3—867和N2—78,对阻遏敏感性降低,CMC 酶活和滤纸酶活分别提高了14.6倍和5.3倍.[u]本实验通过筛选抗高浓度葡萄糖阻遏 突变株UVll1,使纤维素酶的合成能力成倍提高. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 宋小炎等:抗高浓度葡萄糖阻遏的纤维素酶高产菌的选育489 1 材料与方法 1.1菌种 出发菌株为本室分离保存的拟康氏木霉Trichodrma pseudokoningii TH. 1.2培养基配方及培养条件 1.2.1斜面培养基:麸皮10 g加水适量煮沸30 min,过滤取汁,定容至10%,加琼脂粉 1.5%,分装灭菌,备用. 1.2.2平板分离培养基(每皿):下层培养基为含1.3%琼脂和一定浓度葡萄糖,用Man— dels液调制而成;[ ]上层培养基含1.0%球磨纤维素粉CFll、1.3%琼脂、0.2%的Tri— ton X一100、加与下层相同浓度的葡萄糖液. 1.2.3固体培养基:以4:6的麸皮和玉米皮,按固液比为1:1加入含1.5%硫酸铵、1.3%磷酸 二氢钠、0.5%MgSO4・7H20、0.3%CaCI2的无机盐溶液. 1.2.4培养条件:28~30℃. 1.3粗酶液制备 按固体曲干重加入适量的自来水,浸泡60 min,纱布过滤并3000 rpm离心15 min, 取其上清液. 1.4纤维素酶活力测定 1.4.1 CMC酶活:取0.9 ml含CMC—Na(Sigma产品)1.1 mg/ml的醋酸一醋酸钠缓 冲溶液(pH4.8),50℃保温2 min,加适度稀释的粗酶液0.1 ml,50℃恒温反应15 min, 将酶灭活后以DNS法测定还原糖含量.以1 min产生相当于1/ ̄mol葡萄糖的还原糖量 定为1单位(u). 1.4.2 FPA酶活:取50.0 mg Whatman No.1滤纸(maidstone,UK)条,0.9 ml pH4.8 的醋酸一醋酸钠缓冲液,50℃保温2 min,加适度稀释的粗酶液0.1 ml,混匀,50℃恒 温反应15 min,然后以DNS法测定还原糖含量.按以上同样的方法计算酶活性单位.. 1.4.3 j3G酶活:取0.9 ml含Salicin(Fluka进口分装)1.1 mg/ml的pH4.8醋酸一醋 酸缓冲液,50℃保温2 min,加粗酶液适度稀释液0.1 ml,50℃恒温反应15 min,然后 以DNS法测定还原糖含量.按上述同样的方法计算酶活单位. 2结果与讨论 2.1葡萄糖对拟康氏木霉TH的纤维素酶合成的阻遏 将菌株TH接种在含0、0.2%、0.4%、0.6%葡萄糖的CFll平板上,28℃培养7 d (图1).可清楚地观察到:菌株TH在不含葡萄糖的CF11平板上,菌落周围出现了清晰地 透明圈;在含0.2%葡萄糖的平板上也有明显的透明圈,但较前者小得多;在含0.4%葡 萄糖的CF11平板上仅有模糊的透明圈;而在含0.6%葡萄糖的CF11平板上完全没出现 透明圈.表明0.6%的葡萄糖可完全抑制木霉TH在1%CF11平板上合成纤维素酶. 维普资讯 http://www.cqvip.com 490 山东大学学报(自然科学版) 第34卷 图1 葡萄糖对出发菌株TH的纤维黍酶合成的阻遏 Fig 1 Repression of glucose on cellulase production by starting strain TH 注:从左至右分别为TH 0G,TH 0 2%G。TH 0.4%G,TH 0 6% 2 2诱变选育谱系 以拟康氏木霉TH为出发菌株,紫外照射处理后的孢子悬液涂布接种在含不同浓度 葡萄糖的CF11(1%)平板上,28℃培养7 d,根据菌落周围透明圈的大小挑选抗葡萄糖阻 遏菌株.从含1%葡萄糖的CF11平板上筛选到UV1,以UV1为出发菌株,按上述同样的 方法,从含2%葡萄糖的CF11平板上筛选到较uV1具有更高抗性的uV11;在此基础 上,以uV11为出发菌株,从含4%葡萄糖的CF11平板上筛选到uV111(图2) uV111 在含10%葡萄糖的CF11平板上仍有清晰的纤维素分解透明圈;在12%~14%葡萄糖的 CF1 1平板上仅有小菌落的生长但观察不到透明圈. 图2 UV1 1 1对商浓度葡萄糖的抗阻遏作用 Fig 2 UV1 1 1 resistant to catabolite repression by high concentration glucose 注:平板次序上排为UV111 6%G,UVlll 7%G。UV111 8%G; 下排为UV111 10%G。UVI11 12%G,UV111 14G,UV111 16%G 2.3抗阻遏突变株的比较 将出发菌株TH和获得的抗阻遏突变株uVl、uV11、UVll1分别接种到含下列不 同浓度葡萄糖的CF11平板上,28℃培养7 d,结果表明:突变株的抗葡萄糖阻遏能力TH <UV1<UV11<UV111;由图1表明0 6%葡萄糖能完全抑制TH在CF11平板上 纤维素酶的产生;4%葡萄糖能够抑制UV1、8%能够抑UVll、而UVlll在含高达12% 葡萄糖的CF11平板上完全失去了纤维素酶的合成能力(表1).Uv111在含葡萄糖浓度 为4%、6%、8%、10%、的CF11平板上,培养7 d,平板上出现清晰的透明圈,随葡萄糖浓 度的增加圈越来越小.当葡萄糖浓度增加至12%时,葡萄糖则完全抑制了纤维素酶的合 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 宋小炎等:抗高浓度葡萄糖阻遏的纤维素酶高产菌的选育491 成,CF11平板上不再出现透明圈,当葡萄糖浓度高达16%时微生物的生长也被抑制 表1抗阻遏突变株的比较 Table 1 Comparison of resistant abilities of the丁.Pseudokoningii mutants and starting strain 葡萄糖浓度(%) oCncentration of 0 1 2 4 6 8 10 12 glucose.% TH +++ 一 Uv1 +++ +++ ++ 一 Uv11 +++ +++ +++ ++ + 一 UV111 +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ 一 注:+代表平板上的透明圈,+越多水解圈越大;一代表不出现水解圈. 2.4突变株UVlll纤维素酶活性的提高 用配4:6的麸皮和玉米皮培养基加1.3%的(NH4)2SO4、1.2%KH2PO4、0.3%Mg— SO4、0.05%Ca Cl2无机盐溶液制备的固体培养基,灭菌后分别接种UVl11和TH,28℃ 培养6 d,TH菌株的CMC酶活性、FP酶活性、口G酶活性分别为469.8、16.2、1.9 u/g; 而抗阻遏突变株UVl11为1145.7、55.6、24.0 u/g,较出发菌株分别提高了2.4、3.4和 l2.6倍(如图3). F 4’ P …【ofCMCase口m^}d【 j Ly F , …f B - p … 96h i20h l“h [hn 图3突变株UV111与出发菌株的纤维素酶活性的比较 Fig.3 comparison of C,ellulase productivity between mutant UVlll and its starting strain 纤维素酶合成是受纤维素等诱导物诱导和纤维素酶分解产物葡萄糖阻遏的双重因子 调节的.诱导物纤维素是水不溶性的物质,很难进入细胞内诱导纤维素酶的合成,可溶性 的纤维二糖、槐糖、龙胆二糖等虽有较强的诱导能力,但这些物质在自然界中很少存在,较 难应用于生产。因此通过筛选诱导物来提高酶活性比较困难.本文通过诱变育种,筛选到 抗高浓度葡萄糖阻遏突变株UV一111,其对葡萄糖的抗阻遏能力较出发菌株成倍地提 高,明显地提高了抗葡萄糖阻遏能力,使各纤维素酶活性都得到了较大幅度的提高. 参考文献 1 MandelsM,ParrishFW andReeseE.Sophorose as aninducerof cellulosein Trichoderraa Veride,J.Bact。1962, 83:400 2 Kawamori M,Morikawa Y and Takasawa S.Introduction and production of celluloses by L—sorbose in Tricho. derma reesei.Appl Microb Biotech,1986,24:449 3 Kubicek C P,Morikaua Y and Takasawa S.Induction of cellulose formation in Trichoderma reesei by cellubcono— l,5一lacton.Arch Microb,1989.151;326 4 Wey T T,Hseu T and Huang L.Melecular Cloning ond Seqouence Anolysis of the Cellobiohydrolae1Gene from 维普资讯 http://www.cqvip.com 492 山东大学学报(自然科学版) 第34卷 丁r choderma Koningii G一39,Curt Microbiol,1994,8.31--39 5 Gonzalez R.Perz—Gonzalez J A,Gonzalez—Candelas L and Ramon D.Transcription al regulation of the Tricho— derma longibrochiatum egllgene.FEMS Mirobiol Litt,1994,122,303308 6 Shou Takashima.Akita Nakamuta,Hiroshi 1ikuta,Haruhiko Masaki and Takeshi Uozmi.Cloning of a Gene En— coding a Putative Carbon Catabo lite Repressor from Trichoderma reesei.Biosci Biotech Biochem,1996,60(1), 173~176 7 Misara S.Gopalkrisnan K S and Ghose TK.A Constritutively Cellulases—Producing Mutant of Trichoderma ree— se ,Biotechnol Bioeng.1982,24:251--254 8 Gadgilo N J,Daginawala H F.Chakrabarti T,and Khanna P.:Enfanced cellulase production by a mutant of丁r — choderma reesei,En Microb Techno1,1995,17.942~946 9 Kawamori M.Morikawa Y,Shinsha Y,Takayama K and Takasawa S.Prepartion lf Mutants Resistant to Catabolite Repression of Trichoderma ree ̄i.Agric Biol Chem.1985,49:2875--79 10 Morikawa Y,Kawamori M,Ado Y,Shinsha Y,Oda F and Takasawa S Improvement of Cellulase Production in choderma reesei.Agric Biol Chem,1985,49:1869,71 11 Zhu Y S,Wu Y Q,Chen W,Tan C.Gao J H,Fei J X.Introduction and regulation of cellulases sgnthesis in Trichoderma pseudokoningii mutnats EA3—867 and N2—78.Enzyme Mirob Technol,1982.4:312. PREPARATION OF A MUTANT KESISTANT TO GLUCOSE REPRESSION Song Xiaoyan,Song Guij ing,Sun Caiyun,Liu TaoTao,Han Feng (State Key Lab.ofMicrobial Technology,Institute ofMicrobiology, Shandong Univ.,Jinan 250100) ABSTRACT A mutant from Trichoderma pseudokoningii,which can synthesize cellulases when high concentration glucose exists,was obtained by using agar plate screening tech— niques.The mutant strain was isolated from the agar plate.which contains 4%glucose. This strain is resistant to catabolite repression by glucose and it produced clear catalytic zones on agar plates with 10%glucose.In solid state fermentation.the mutant strain produced high CMCase,FPase,and beta—Gase activities,which were 1145.7 u/g dry weight,55.6 u/g dry weight,24.0 u/g dry weight after 6 days’culturing.And these were 2.4,3.4,12.6 times that of the starting strain,respectively. Key words cellulase;resist;glucose 第34卷卷终 End of the Volume 34