駱駝刺源產乳酸的地衣芽孢桿菌分離鑒定和菌株特性研究

應璐，周慧杰，蔣慧

（1.塔里木大學生命科學學院，新疆阿拉爾843300；2.塔里木生物資源保護與利用兵團重點實驗室，新疆阿拉爾843300；3.塔里木大學動物科技學院，新疆阿拉爾843300；4.塔里木畜牧科技兵團重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

駱駝刺源產乳酸的地衣芽孢桿菌分離鑒定和菌株特性研究

應璐1，2，周慧杰1，蔣慧3，4*

（1.塔里木大學生命科學學院，新疆阿拉爾843300；2.塔里木生物資源保護與利用兵團重點實驗室，新疆阿拉爾843300；3.塔里木大學動物科技學院，新疆阿拉爾843300；4.塔里木畜牧科技兵團重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

為了探討產乳酸的芽孢桿菌對青貯發酵的作用。以青貯三個月的豆科牧草疏葉駱駝刺為材料，進行MRS培養基分離、純化細菌，革蘭氏染色，芽孢染色，細胞形態學觀察，生理生化特性鑒定和16S rDNA序列分析。結果顯示，菌株桿狀，G+，有芽孢，產乳酸；16S rDNA測序結果顯示該菌株與模式菌株ATCC 14580的相似性為99.3%。結果表明，該菌為地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）。關鍵詞：地衣芽孢桿菌；分離鑒定；生理生化特性；16S rDNA

青貯是將原料中的可溶性糖轉化成乳酸等酸性物質，創造出的酸性環境能夠抑制有害微生物增殖，從而保存原料營養成分的過程[1]。青貯飼料是復雜的微生物系統，主要包括乳酸菌、酵母菌、梭菌、霉菌及其他腐敗細菌，其中乳酸菌是青貯發酵中起主要作用的微生物[2]。駱駝刺（Alhagi sparsifolia）是生長于荒漠、半荒漠區的多年生豆科木質化草本植物，耐干旱、耐鹽堿、抗逆性強[3]。豆科牧草可溶性碳水化合物含量低，附著乳酸菌數目少，蛋白質含量高，緩沖能力強，pH下降緩慢，從而導致大量繁殖的梭菌將蛋白質和糖分解為氨和腐臭味的丁酸，一般認為豆科牧草不容易成功青貯[4-6]。然而，研究結果表明，無添加的高水分駱駝刺青貯容易成功，且駱駝刺和苜?；熨A還能顯著提高苜蓿青貯品質[5]。近年來飼料中抗生素濫用被高度關注[8-9]，尋找安全高效的替代品迫在眉睫[10]。具有抗逆性強、耐高溫高壓、耐酸堿、耐膽鹽、易貯存等生物特性的枯草芽孢桿菌[11]是美國食品藥品監督管理局和中國農業部批準的飼用微生物[11]。新疆特殊的地理位置和地質地貌造就了其干旱、鹽堿、極端高溫、極端低溫等多樣的生態環境，與新疆自然環境相適應的微生物在漫長的演化過程中形成了具有獨特的代謝途徑和遺傳背景的微生物類群[12]。長期的協同進化，微生物與其宿主形成了相互依賴、相互制約的統一整體[13]。

本研究旨在探討新疆特殊環境G+芽孢桿菌與其宿主駱駝刺青貯成功的關系，對其進行分類學鑒定，確定種屬，了解其生理生化特征，為合理開發利用駱駝刺資源提供基礎數據資料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料

初花期疏葉駱駝刺采集于塔里木大學校園周邊，采后快速將其切割成2～3 cm，裝入500 mL試劑瓶，每瓶約700 g，細木棒層層壓實后用凡士林和透明膠帶密封，采集、切割、壓緊、填裝和密封控制在3 h以內，青貯3個月備用。

1.1.2 培養基

①分離純化培養基采用MRS固體培養基：蛋白胨10 g，酵母膏5 g，葡萄糖20 g，牛肉膏10 g，K2HPO42 g，檸檬酸二銨2 g，乙酸鈉5 g，葡萄糖20 g，吐溫-80 1 mL，MgSO4·7H2O 0.58 g，MnSO4·4H2O 0.25 g，瓊脂18 g，蒸餾水1 000 mL，調pH 6.2～6.4，121℃滅菌30 min。MRS液體培養基不加瓊脂。

②生理生化鑒定培養基：碳源同化基礎培養基、氮源同化基礎培養基參照《伯杰細菌鑒定手冊》[14]和《常見細菌系統鑒定手冊》[15]。

1.1.3 試劑

rTaq聚合酶、dNTP、DL2000等PCR試劑、PCR產物回收試劑盒（TaKaRa MiniBEST Agarose Gel DNA Extraction Kit Ver.4.0）均為TaKaRa公司生產，其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

RXZ-300C智能人工氣候培養箱：江蘇寧波東南儀器有限公司；DHG-9140電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；FHZ-82A氣浴恒溫振蕩器：金壇市醫療器械廠；FHZ-82A超凈工作臺：上海BoXun有限公司；FA-JA2004 N電子天平：上海精密科學儀器有限公司；LDZX-50KB立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠；CX31生物顯微鏡：日本OLYMPUS；BCD-226SD冰箱：青島海爾股份有限公司；732可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；DYY-6D電泳儀：北京六一儀器廠；MiniSpin Plus高速冷凍離心機、Research plus：德國Eppendorf公司；GelDoc 2000凝膠成像系統、iCycler PCR儀：美國BIO-RAD公司；細菌微量生化反應管：杭州天河微生物試劑有限公司。

1.3 方法

1.3.1 地衣芽孢桿菌的分離純化

將切碎的樣品用滅菌水做10倍梯度的稀釋，充分振蕩使其混勻，將混勻后的材料進行倍比稀釋，選取10-5、10-6、10-7三個稀釋度，菌懸液500 μL涂布于MRS培養基固體平板上，每個梯度稀釋液涂布3個平板，37℃厭氧培養48 h，光學顯微鏡進行革蘭氏染色觀察和芽胞染色觀察，陽性單菌落分離純化后MRS液體培養基37℃厭氧培養24 h，25%滅菌甘油-18℃保存備用。

1.3.2 地衣芽孢桿菌16S rDNA序列分析

取1 mL活化菌懸液，12 000 r/min離心1 min，棄上清液，收集菌細胞作為PCR擴增模板，16S rDNA通用引物[16]，27F：5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′和1492R：5′-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3′。PCR反應體系（25μL）：10×PCR Buffer（含Mg2+）2.5 μL，dNTP 2.5 mmol/L 2.0 μL上下游引物2.5 mmol/L各0.5 μL，rTaq（5 U/μL）酶0.3 μL，模板1 μL，重蒸水18.2 μL。PCR反應程序：95℃預變性5 min；95℃變性45 s，55℃退火45 s，72℃延伸90 s，30個循環；72℃后延伸10 min。16S rDNA擴增產物1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，使用TaKaRa公司PCR回收試劑盒，按說明書回收、純化目的片段。經純度檢測后，委托上海生工生物工程技術有限公司進行測序，測序結果在NCBI中的進行BLAST同源比對，初步鑒定細菌種類。使用DNA Star軟件以Lipman Method分析此菌株與模式菌株16S rDNA的相似性。

1.3.3 地衣芽孢桿菌的生理生化特性鑒定

在地衣芽孢桿菌16S rDNA序列分析的基礎上進行碳源同化實驗、氮源同化實驗方法參考《伯杰細菌鑒定手冊》[14]和《常見細菌系統鑒定手冊》[15]，產乳酸實驗、明膠液化實驗、淀粉水解實驗、接觸酶實驗等采用細菌微量生化反應管鑒定，耐鹽實驗、耐酸實驗、溫度生長實驗參照[17]。

2 結果與分析

2.1 菌落和細胞形態特征

從青貯3個月的疏葉駱駝刺中分離得到5株革蘭氏陽性菌，分別命名為H1、H2、H3、H4和H5。菌體桿狀，長1.5～3.0 μm，寬0.6～0.8 μm，內有明顯芽孢，見圖1；菌落不透明白色，表面平滑而干燥，邊緣整齊。

圖1 分離菌株顯微照片(1 000×)Fig.1 Photomicrographs of isolated strain(1 000×)

2.2 16S rDNA序列分析

16S rDNA分析方法已經被用于芽孢桿菌的鑒定[18]，將分離純化得到的菌株H1進行16S rDNA測序，序列全長1 516 bp，結果見圖2。該序列與GenBank數據庫中已收錄序列進行BLAST比對，初步確定為地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）。采用DNAStar軟件分析該序列與地衣芽孢桿菌的模式菌株ATCC 14580（NCBI登錄號：NR_074923）16S rDNA基因序列相似性99.3%。

2.3 生理生化特征

根據16S rDNA序列分析結果對菌株H1進行了生理生化鑒定，結果見表1、表2。

圖2 菌株H1 16S rDNA序列測序結果Fig.2 16S rDNA sequence of strain H1

由表1可知，菌株H1可以同化碳源α-D-葡萄糖、纖維二糖、D-蜜二糖、D-半乳糖、蔗糖、D-海藻糖、乳糖、果糖、D-棉子糖、甘露糖、D-甘露醇、D-木糖、丙三醇、山梨醇和麥芽糖，不能同化碳源龍膽二糖、L-山梨糖、L-鼠李糖、D-松三糖、木糖醇和松二糖；可以同化氮源（NH4）2SO4和KNO3。

表1 碳源、氮源同化實驗結果Table 1 Results of carbon and nitrogen assimilation tests

由表2可知，菌株H1能夠產乳酸、液化明膠、水解淀粉和接觸酶陽性；15～55℃均能生長，65℃停止生長；弱酸性到中性條件下（pH 4～7）均能生長，強酸性條件下（pH≤3）停止生長；2%～10%NaCl正常生長，12%NaCl停止生長。

表2 菌株生理生化實驗結果Table 2 Results of strain physiological and biochemical tests

3 結論

駱駝刺青貯中分離得到一株革蘭氏陽性芽孢桿菌，經菌落形態特征鑒定、生理生化特征鑒定及16S rDNA序列分析，鑒定為地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）。

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Isolation,identification and characterization of Bacillus licheniformis from Alhagi sparsifolia Shap.

YING Lu1,2,ZHOU Huijie1,JIANG Hui3,4*
(1.College of Life Science,Tarim University,Alaer 843300,China;2.Xinjiang Production&Construction Corps Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin,Tarim University,Alaer 843300,China;3.College of Animal Science,Tarim University,Alaer 832003,China;4.Xinjiang Production&Construction Corps Key Laboratory of Animal Husbandry Science and Technology in Tarim,Alaer 843300,China)

In order to explore the effect of lactic acid-producing Bacillus on silage fermentation,using Alhagi sparsifolia Shap.ensiled for three months as materials,Bacillus was isolated and purified with MRS medium.And then the isolate strains were identified with Gram staining,spore staining,cell colony morphology observation,physiological and biochemical characteristics identification and 16S rDNA sequencing analysis were used to identify.Result showed that the bacterium were rod-shaped,Gram-positive,spore-forming,and lactic acid-producing.The 16S rDNA result showed that the similarity between the strain and the published sequence(type strain ATCC 14580)was 99.3%.To sum up,the strain was identified as Bacillus licheniformis.

Bacillus licheniformis;identification;physiological and biochemical characteristics;16S rDNA

Q93-331

A

0254-5071（2014）10-0014-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.004

2014-07-04

國家自然科學基金（30960259，31260562）；大學生創新項目（20131075003）

應璐（1978-），女，講師，碩士，研究方向微生物生物化學。

*通訊作者：蔣慧（1969-），女，教授，碩士，研究方向動物營養及飼料。