產玫瑰紅色素粘質沙雷氏菌的分離鑒定及抑菌活性

董　婷，景　波，2，李　偉，黃曉雅，錢俏君，楊　慧，潘康成，2，*

(1. 四川農業大學 動物醫學院 動物微生態研究中心，四川 成都 611130；2. 動物疫病與人類健康四川省重點實驗室，四川 成都 611130)

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產玫瑰紅色素粘質沙雷氏菌的分離鑒定及抑菌活性

董婷1，景波1，2，李偉1，黃曉雅1，錢俏君1，楊慧1，潘康成1，2，*

(1. 四川農業大學 動物醫學院 動物微生態研究中心，四川 成都 611130；2. 動物疫病與人類健康四川省重點實驗室，四川 成都 611130)

旨在分離鑒定產玫瑰紅色素菌株，及其分離菌株和色素對病原菌的生物拮抗作用。經形態觀察、生理生化試驗和16S rRNA序列分析對其進行鑒定，通過控制變量法確定最佳產色素的溫度及光照條件，破裂菌體提取色素分析此菌株產色素的量和紅色素的性質，采用濾紙片法研究對病原菌的拮抗作用。結果表明：(1)分離細菌Dse-01菌株最終鑒定為粘質沙雷氏菌(Serratiamarcescens)；(2)該菌在25～35 ℃條件下培養色素形成較早且顏色較深，30 ℃溫度下產色素最佳，光照對其色素形成時間沒有明顯影響；(3)30 ℃ 150 r·min-1培養24 h，提取獲得色素粗品確定為靈菌紅素，產量達(567.90±7.77)mg·L-1；(4)分離菌株的全菌液、上清液、菌體和提取色素對病原性大腸桿菌、沙門氏菌均無拮抗作用，而全菌液、菌體和提取色素對金黃色葡萄球菌具有明顯的抑制作用。

粘質沙雷氏菌；靈菌紅素；生物拮抗

色素在人們生產生活中被廣泛應用。色素可分為天然色素和合成色素，由于合成色素營養價值低、有毒副作用，而天然色素具有色調自然、安全性好、營養價值較高和藥理作用明顯等特點，而日益受到重視和青睞。天然色素主要從動植物材料和微生物細胞中提取，色素價格昂貴，應用受到限制，而利用微生物生產天然色素，資源豐富，易于工業化生產，因此，采用微生物生產天然色素逐漸成為其來源的主要途徑。目前，天然色素產生菌主要有紅曲霉菌屬(紅曲色素)、微球菌屬(粉紅色、橘紅色或紅色色素)、假單胞菌屬(水溶性藍綠色素)和沙雷氏菌屬(靈菌紅素)等[1]。靈菌紅素族色素(prodigiosins，PGs)是一類含甲氧基吡咯骨架結構的天然紅色素，是由多種微生物如微球菌、弧菌、沙雷氏菌、假單胞菌等產生的次級代謝產物[2-5]。研究表明，靈菌紅素具有抗菌、抗瘧疾、抗腫瘤、免疫調節等作用[6-8]，尤其對多種腫瘤細胞有顯著的抑制作用，而對正常細胞不具有毒性，并且在非細胞毒性作用濃度下能夠抑制癌細胞的浸潤，表現為抗癌細胞轉移的作用，有望成為一種新型的抗腫瘤和抗腫瘤轉移藥物[9]。因此，本試驗擬從發霉并具有玫瑰紅顏色的玉米芯分離產玫瑰紅色素的菌株，根據細菌形態特征、生理生化試驗，結合16S rRNA 序列分析鑒定分離菌，研究該菌色素的產量及其生理學功能，為該菌應用于生產實際奠定基礎。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1待分離材料

長有紅色斑點的玉米芯，采自四川省雅安市雨城區四川農業大學試驗農場。

1.1.2培養基

麥芽汁瓊脂培養基：取一定量的麥芽粉，用4倍量的水(50～60 ℃)調漿，然后在恒溫水浴箱中(55～63 ℃)糖化3～5 h。煮沸后用兩層紗布過濾，制得麥芽汁，調pH 值為5.0～6.0，加2%瓊脂，121 ℃滅菌20 min。配制肉湯培養基不加瓊脂即可。

營養瓊脂培養基(NA)：蛋白胨1%，NaCl 0.5%，牛肉浸膏0.3%，瓊脂2%。配制肉湯培養基不加瓊脂即可。

1.1.3主要試劑

TE緩沖液(10 mmol·L-1Tris-HCl，pH 8.0，1 mmol·L-1EDTA，pH 8.0)；細菌裂解液(200 mmol·L-1NaCl，100 mmol·L-1Tris-HCl，pH 8.0，2.0% SDS，50 mmol·L-1EDTA，1.0%Triton X-100)；DL2000 DNA Marker；6×DNA Loading Buffer；250 μmol·L-1dNTP Master Mix(each)；10×PCR Buffer等PCR反應體系所需試劑均為寶生物工程(大連)有限公司產品。蛋白酶K，Amresco公司產品；溶菌酶，上海伯奧生物科技有限公司產品；RNase，Sigma公司產品；核酸染料Green View，天根生化科技(北京)有限公司產品；電泳級瓊脂糖，BioRule產品。

1.1.4主要儀器

PCR儀及紫外凝膠成像系統(BIO-RAD Laboratories，USA)，電泳儀和電泳槽(北京六一儀器廠)，紫外分光光度計(WFZ UV-2100型，上海尤尼柯儀器有限公司)，高速冷凍離心機(Sigma 3K15)。

1.2方法

1.2.1菌株的分離純化

選取長有玫瑰紅斑點的玉米芯，破碎后，加入10倍量的滅菌生理鹽水，30 ℃室溫150 r·min-1震蕩3 h，接種環蘸取稀釋液并畫線接種于NA瓊脂平板上，28，30 ℃恒溫需氧培養24，48 h，觀察平板中的菌落情況。挑取產玫瑰紅色素的單一菌落(株)畫線接種于NA瓊脂培養基上，30 ℃需氧培養24 h，如此重復3次，獲得純化的菌株，純化后的菌株接種于營養瓊脂斜面培養基，30 ℃需氧培養24 h，4 ℃冰箱保存備用。

1.2.2產玫瑰紅色素菌株的初步鑒定

參考有關細菌鑒定手冊[10]對分離純化的細菌進行形態和生理生化特性的初步鑒定。

1.2.316S rRNA基因序列分析

將純化菌種接種于營養肉湯中，30 ℃ 150 r·min-1振蕩培養12 h，取1.5 mL菌液置于EP管中，5 000g離心5 min，收集菌體，參照文獻[11]的方法提取細菌基因組DNA。利用細菌的16S rRNA 通用正反向引物(P1)5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’，(P2)5’-GG TTACCTTGTTACG-ACTT-3’，以提取的基因組DNA為模板進行聚合酶鏈式反應(PCR)擴增。反應體系(15 μL)為：7.5 μL Mix，P1和P2各1.0 μL，模板1.0 μL，ddH2O 4.5 μL。PCR 程序為：94 ℃ 4 min；94 ℃ 50 s，60 ℃ 90 s，72 ℃ 60 s，25個循環；72 ℃ 延伸10 min。

PCR產物經2%瓊脂糖凝膠電泳，紫外燈下觀察，若出現1.5 kb左右的單一條帶，則證明已成功擴增目標16S rRNA序列。將PCR產物寄往上海美吉生物有限公司測序，然后將得到的16S rRNA序列提交到NCBI核酸數據庫中進行BlAST在線比對，之后從NCBI的GenBank核酸數據庫中隨機選取報道中的部分細菌16S rRNA序列，應用MEGA 5.2軟件進行多序列比對，并構建系統發育樹，最終確定菌株的進化分類地位。

1.2.4溫度和光對菌株產玫瑰紅色素的影響

將分離純化得到的菌株，畫線接種于營養瓊脂平板上，分別置于20，25，30，35，40 ℃溫度下，分別在完全遮光、晝夜交替光照條件下需氧培養24，36，48 h，觀察菌落顏色并照相。

1.2.5產玫瑰紅色素量的分析

將純化菌種接入營養肉湯中，30 ℃ 150 r·min-1培養12 h，再以此培養液為種子，按5%的接種量接入營養肉湯中，根據1.2.4節的方法試驗結果，選擇培養溫度和光照條件，150 r·min-1培養24 h，2 300g離心15 min，收集沉淀。滅菌蒸餾水洗滌沉淀，離心，重復3 次，收集沉淀。加入2倍于菌體重量的無水乙醇抽提，輔以超聲波破碎，4 ℃ 92g離心5 min，收集上清液，重復多次抽提直至菌體無顏色。合并上清液，經低溫濃縮干燥至恒重，得色素粗品，稱重，計算其產量。

1.2.6玫瑰紅色素性質分析

上述無水乙醇抽提菌體并離心獲得的上清液，在280～600 nm波長范圍內測定吸光度，繪制吸收光譜圖。

1.2.7菌株及提取的色素對病原細菌的生物拮抗作用

將純化菌種接入營養肉湯中，30 ℃ 150 r·min-1培養24 h，2 300g離心 5 min，收集上清液，沉淀物用滅菌生理鹽水洗滌2次，滅菌生理鹽水復原至培養液體積。稱取1.2.3節提取的色素6 mg，用0.2 mL 二甲亞砜(DMSO)溶解，然后加入9.8 mL滅菌生理鹽水稀釋。在培養物全菌液、上清濾、菌體復原液、色素稀釋液中加入滅菌并干燥的濾紙圓片(Φ=6 mm)浸泡3 h。病原性大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌接種于營養肉湯中37 ℃ 150 r·min-1培養18 h，測定病原菌培養物的濃度并用滅菌生理鹽水調節至106cfu·mL-1。取0.1 mL病原菌稀釋液涂布于營養瓊脂平板，待干后，放置充分吸脹的濾紙圓片于營養瓊脂平板上，平衡2 h后，放入30 ℃需氧培養24，48 h，觀察有無抑菌圈并測量其直徑。

2　結果

2.1產玫瑰紅色素菌株的分離及細菌形態特點的觀察

從長有紅色斑點的玉米芯中分離得到一株產玫瑰紅色素細菌，編號為DSe-01。純化后菌株畫線接種于營養瓊脂平板上30 ℃培養24 h，菌落呈玫瑰紅色，但色素不擴散到培養基中，菌落不透明、表面光滑、球狀凸起、黏稠狀(圖1-A)。細菌革蘭氏染色呈陰性，菌體短桿菌，端圓，無芽孢(圖1-B)。

2.2分離細菌Dse-01菌株的生理生化特征

產玫瑰紅色素分離細菌Dse-01菌株為革蘭氏陰性短桿菌(圖1-B)，好氧，V-P陽性，吲哚、M.R(MethylRedtest，甲基紅試驗)反應陰性；能利用蔗糖、葡萄糖、甘露醇、肌酸、枸櫞酸鹽產酸，有的產氣；不能利用乳糖、尿素、木糖、阿拉伯糖(表1)。結合細菌的形態特征，初步鑒定該菌為沙雷氏菌屬的細菌。

2.316S rRNA基因序列分析

以提取的細菌基因組DNA為模板，P1和P2為引物進行PCR，產物經瓊脂糖凝膠電泳檢測，獲得一條長約1 400 bp的擴增產物。將PCR產物寄往上海美吉生物有限公司測序，測序所得的Dse-01菌株的16S rRNA序列長度為1 406 bp。將得到的序列提交到NCBI數據庫中進行在線比對，Dse-01菌株在前100個命中的基因序列中有83個命中了沙雷氏菌屬，有48個確切命中了粘質沙雷氏菌(Serratiamarcescens)其中與SerratiamarcescensMSSRF QS71菌株相似性達100%。從NCBI的GenBank核酸數據庫中選取部分細菌16S rRNA序列，應用MEGA 5.2軟件進行多序列比對，并構建系統發育樹(圖2)，從圖可見，分離細菌Dse-01菌株與粘質沙雷氏菌(Serratia marcescens)距離最近，進一步分析分離細菌Dse-01菌株與兩株Serratiamarcescens(GenBank登錄號分別為JQ308606.1，KJ877659.1)的遺傳距離為0，與沙雷氏菌屬的其他菌種遺傳距離為0.022～0.032，與腸桿菌科其他3個代表種遺傳距離為0.035～0.038。結合上述細菌的形態、生理生化特性和16S rRNA序列分析，最終確定分離細菌Dse-01為粘質沙雷氏菌(Serratiamarcescens)。

A： 菌落特征； B： 菌體細胞形態。圖1　DSe-01菌株的形態特征Fig.1　The morphological characters of Dse-01 strain

表1分離細菌Dse-01的生理生化特征

Table 1Physiochemical properties of Dse-01 strain

特征模式菌Dse-01菌株特征模式菌Dse-01菌株V-P++海藻糖++吲哚--阿拉伯糖--甲基紅試驗--乳糖--苯丙氨酸脫氨酶--明膠液化++氧化酶--棉籽糖--DNA酶++鼠李糖--硫化氫++木糖--枸櫞酸鹽++甘露醇++甘露糖++肌醇++葡萄糖++D-山梨醇++麥芽糖++水楊苷++蔗糖++衛矛醇--

注：+表示陽性，-表示陰性。

2.4溫度和光照對DSe-01菌株產色素的影響

不同溫度及晝夜光照條件下菌株的生長、形成玫瑰紅色素的狀況見圖3。從圖可知，溫度對分離細菌Dse-01菌株菌落顏色有明顯的影響，20 ℃培養形成玫瑰紅色素時間延遲，而40 ℃條件下培養，菌株幾乎不產色素。25～35 ℃條件下培養，色素形成較早且顏色較深，其中30 ℃溫度下培養產玫瑰紅色素最佳；遮光和未遮光(自然光照)培養，對分離細菌Dse-01產色素沒有明顯的影響。結果表明，分離細菌Dse-01菌株發酵或培養生產玫瑰紅色素不需要專門的遮光培養，產色素的培養最佳溫度是30 ℃。

2.5Dse-01菌株玫瑰紅色素的產量

Dse-01菌株接種營養肉湯后，30 ℃ 150 r·min-1培養24 h，提取色素，獲得色素粗品，經計算其產量為(567.9±7.77)mg·L-1。

2.6色素的吸收光譜分析

無水乙醇提取的浸提液，在280～600 nm波長范圍內測定吸光度，吸收光譜見圖4。由圖可知，無水乙醇浸提獲得的色素在波長535 nm處有最大吸收峰。

2.7拮抗試驗結果

注：菌種名后為登錄號。圖2　Dse-01菌株的16S rRNA系統進化樹Fig.2　Phylogenetic tree of Dse-01strain based on the 16S rRNA sequence

圖3　培養溫度和光照對粘質沙雷氏菌Dse-01產色素的影響Fig.3　Effect of temperature and illumination on the producing pigment of Serratia marcescens Dse-01

圖4　色素的紫外可見光吸收光譜Fig.4　Ultraviolet visible absorption spectrum of pigment

粘質沙雷氏菌發酵培養液(全菌液)、離心上清液、沉淀洗滌后的菌體及提取色素對病原性大腸桿菌、沙門氏菌和金色葡萄球菌的生物拮抗結果見表2。由表2可見，粘質沙雷氏菌發酵培養液、菌體及提取色素對革蘭氏陰性的大腸桿菌、沙門氏菌均無抑制作用，而對革蘭氏陽性的金黃色葡萄球菌具有明顯的抑制作用，發酵培養的離心上清液對3株病原性細菌均無抑制作用。

表2粘質沙雷氏菌Dse-01及色素對3株病原性細菌的生物拮抗試驗(Φ mm)

Table 2Antagonism ofSerratiamarcescensDse-01 and pigment on 3 strains of pathogenic bacteria (Φ mm)

細菌全菌液上清液菌體色素大腸桿菌0000沙門氏菌0000金色葡萄球菌11.11±0.01012.88±0.0013.65±0.00

3　討論

本試驗從具有紅色斑點的廢棄玉米芯中分離得到一株產玫瑰紅色素菌株，通過對其菌落形態和細菌形態特征的觀察、生理生化特征進行初步鑒定，結合16S rRNA序列分析，最終確定分離細菌Dse-01菌株為粘質沙雷氏菌(Serratiamarcescens)。有大量的研究證實，一些粘質沙雷氏菌的菌株為條件致病菌，常引起人的角膜炎、關節炎、泌尿道感染、肺炎等，尤其是免疫力低下的住院患者引起院內感染[12-14]，但研究者認為造成感染的沙雷氏菌是一些耐藥的部分菌株，而能產色素的粘質沙雷氏菌一般都是非致病性菌株[15-16]。

粘質沙雷氏菌的一些菌株能產生靈菌紅素，是該類細菌的一個顯著特點，其培養產生色素受溫度的影響非常大，粘質沙雷氏菌的生長溫度范圍在20～40 ℃，而合成靈菌紅素的溫度范圍一般在24～28 ℃，其最適產靈菌紅素的溫度為28 ℃，而高于37 ℃則產靈菌紅素受到抑制[1，17]。本試驗分離得到的粘質沙雷氏菌Dse-01在平板培養過程中，其產玫瑰紅色素受溫度影響明顯，20 ℃培養色素形成時間推后，40 ℃條件下培養幾乎不產色素，而在25～35 ℃條件下培養色素形成較早且顏色較深，其中30 ℃溫度下培養產玫瑰紅色素最佳，這一結果與前人的研究結果相似；本試驗發現，遮光和未遮光培養，對Dse-01菌株色素形成沒有明顯的影響，這一結果與王飛等[18]研究在黑暗條件下培養粘質沙雷氏菌有利于其生長和色素產生的結果有所不同，本研究結果提示應用Dse-01菌株發酵或培養生產玫瑰紅色素不需要專門的遮光培養設備。

大量的研究表明，粘質沙雷氏菌所產的靈菌紅素在中性和酸性條件，在200～800 nm 的波長范圍內具有特異性吸收峰，峰值在535 nm處[2，7-8，12]。本試驗分離的粘質沙雷氏菌Dse-01經搖瓶培養后，無水乙醇提取的色素溶液在波長535 nm處有最大吸收峰值，這一結果表明，Dse-01菌株所產的玫瑰紅色素為靈菌紅素。抑菌活性是靈菌紅素的生物活性之一，本試驗發現，粘質沙雷氏菌培養全菌液、上清液、菌體及提取色素溶液對病原性大腸桿菌、沙門氏菌均沒有抑菌活性，與周圍報道從粘質沙雷氏菌提取的靈菌紅素對大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、甲型副傷寒沙門氏菌等多株臨床病原細菌均無顯著抑制作用是一致的[20]，但本試驗結果表明，分離的粘質沙雷氏菌全菌液、菌體及色素溶液對金色葡萄球菌具有明顯的抑制作用，與周圍報道的結果靈菌紅素對金黃色葡萄球菌無顯著抑制作用不同[20]。推測其原因，可能是被測菌株、提取及測試靈菌紅素的方法差異等所致。

4　結論

本試驗從具有紅色斑點的玉米芯中分離得到一株產玫瑰紅色素菌株，經鑒定為粘質沙雷氏菌，所產色素為靈菌紅素，在30 ℃條件下培養，色素形成較早且顏色較深，光照對其產色素無明顯影響。粘質沙雷氏菌和提取的色素溶液對金色葡萄球菌具有明顯的抑制作用，但對大腸桿菌和沙門氏菌沒有抑制作用。

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(責任編輯盧福莊)

Isolation， identification and antibacterial activities of Serratia marcescens producing rosy pigment

DONG Ting1， JING Bo1,2， LI Wei1， HUANG Xiao-ya1， QIAN Qiao-jun1， YANG Hui1， PAN Kang-cheng1，2，*

(1.ResearchCenterofAnimalMicroecology，CollegeofVeterinaryMedicine，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China; 2.KeyLaboratoryofAnimalDiseaseandHumanHealthofSichuanProvince，Chengdu611130，China)

This experiment was conducted to isolate and identify a microbial strain producing rosy pigment， and to study its antibacterial activity. The microbial strains were identified by morphological characteristics， physiochemical properties and 16S rRNA gene sequence analysis. The optimization of temperature and illumination condition for rosy pigment production was investigated by variable-controlling approach. Ultrasonic fragmentation was used to extract pigment and analyze its yield and absorption spectrum. In eventually， antagonism assay to pathogens also be carried out by filter-paper method. The results showed that: (1) a screened strain Dse-01 was identified asSerratiamarcescens; (2) The strain showed significant impact on chromogenesis under the condition of 25-35 ℃， especially at 30 ℃， which was not affected by illumination; (3) The strain was cultured at 30 ℃ for 24 h with a shaking speed of 150 r·min-1and the extracts was prodigiosin， whose production could reach (567.90±7.77) mg·L-1; (4) the pathogenicEscherichiacoliandSalmonellaspp. were resistant to four active substance:Serratiamarcescens， sediment ofSerratiamarcescens， supernatant ofSerratiamarcescensand pigment extraction fromSerratiamarcescens， whereas，Staphylococcusaureuswas sensitive to all of these active products except the supernatant.

Serratiamarcescens; prodigiosin; biological antagonism

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.02.12

2015-08-25

“教育部長江學者和創新團隊發展計劃”創新團隊資助項目(IRT0848)；四川農業大學教學改革研究項目(X2011008)

董婷(1993—)，女，新疆伊寧市人，2012級生物工程專業本科生。E-mail: 15983541397@163.com

，潘康成，E-mail：pankangcheng71@126.com

S816.79；Q939.92

A

1004-1524(2016)02-0252-07

董婷，景波，李偉，等. 產玫瑰紅色素粘質沙雷氏菌的分離鑒定及抑菌活性[J].浙江農業學報，2016，28(2): 252-258.