论文部分内容阅读
琼胶酶可以水解琼脂生成具有抗菌和消炎作用等多种生理活性的低聚合度的琼脂寡糖。琼胶酶主要应用于生产琼脂寡糖、制备海藻原生质体和从琼脂糖凝胶中回收DNA等。论文通过筛选获得来源于非海洋环境的琼脂降解菌株。利用分子生物学手段克隆获得菌株的琼胶酶基因并对其进行异源表达与酶学性质解析,具有一定的理论价值和应用前景。论文取得了以下主要结果:(1)通过初筛,从黏菌复合体中分离获得三株具有琼胶酶活性的菌株,摇瓶发酵复筛后,获得产酶能力较强的菌株P1,其初始酶活为10.08 U·mL-1;通过16S rRNA基因序列分析,构建系统进化树发现菌株P1属于类芽孢杆菌属,将其命名为Paenibacillus odorifer P1;生理生化实验显示P.odorifer P1具有固氮能力,可以利用淀粉,不能水解明胶和纤维素,其最佳产酶发酵时间为40 h。(2)利用单因素实验对发酵培养基进行了培养基组分的优化,最终确定P.odorifer P1最适发酵培养基为:琼脂粉3 g·L-1,蛋白胨2 g·L-1,K2HPO4·3H2O 1 g·L-1,NaCl 0.3g·L-1,MgSO4·7H2O 0.05 g·L-1,FeSO4·3H2O 0.02 g·L-1,CaCl2 0.04 g·L-1。P.odorifer P1在优化后的培养基中发酵40 h,琼胶酶产量达到了34.7 U·mL-1,是优化前产酶水平的3.4倍。(3)通过分析与P.odorifer P1的16S rRNA基因序列高度相似菌株Paenibacillus odorifer DSM 15391的全基因组,获得一段预测为琼胶酶的基因序列,参照其设计引物,以P.odorifer P1的全基因组为模板,成功克隆获得AgaP1的DNA序列。对AgaP1基因进行测序和生物信息学分析,其编码的氨基酸的序列进化树分析显示AgaP1属于琼胶酶家族中的糖苷水解酶50家族。构建AgaP1基因异源表达载体并在大肠杆菌中进行表达,采用优化IPTG浓度、添加分子伴侣等多种表达优化策略,最终构建伴侣质粒pKJE7与重组载体共表达系统,实现了重组酶的可溶性表达。(4)以琼脂糖为底物研究重组酶AgaP1的酶学性质,AgaP1的最适反应温度是40°C,最适反应pH为7.0;AgaP1具有良好的热稳定和pH稳定性,在40°C处理1 h后剩余酶活力在80%左右,在p H为5.0~8.0范围内处理1 h后酶活力在45%以上;Ca2+和K+均对重组酶活力具有显著的促进作用。重组酶对琼脂糖的水解能力高于琼脂粉和低熔点琼脂糖;分别以琼脂糖和低熔点琼脂糖为底物研究重组酶的动力学参数,以琼脂糖为底物时,AgaP1的Vmax和Km为291.29 U·mg-1和22.34 mg·mL-1;以低熔点琼脂糖为底物时,AgaP1的Vmax和Km为43.48 U·mg-1和5.03 mg·mL-1。对重组酶的水解产物进行了薄层色谱分析,结果显示酶解产生的琼脂寡糖为新琼二糖。