聚-β-羟基丁酸酯对苏云金芽胞杆菌菌体生长特性和抗逆性的影响

摘要

本课题利用苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)BMB171及其聚-β-羟基于酸酯(Poly-3-hydroxybutyrate，简称PHB)合成基因簇(phaRBC)强化菌株BMB171+p和PHB合成酶基因(phaC)阻断突变株BMB171-P为研究对象，以研究胞内PHB对Bt营养细胞生理功能为目的，比较了三类菌株发酵过程特征，研究了三类菌株对逆环境抗性的影响(包括耐热、耐寒冷、抗紫外和耐饥饿和在不同pH值、不同渗透压、不同有机溶剂浓度的培养基中的生长能力)，并对其中营养细胞耐热能力进行了热灭死动力学分析。本研究首次系统的研究了PHB对苏云金芽胞杆菌营养细胞生长特性和抗逆性的影响，并从工程学角度阐明了其中的耐热机制，为进一步研究PHB的生物学功能奠定了基础。 通过研究BMB171、BMB171+p和BMB171-P三类菌株发酵过程特征，表明(1)Bf中PHB的合成是与菌体的生长相偶联的，处于对数生长期的BMB171+p和BMB171菌株菌体明显比BMB171-P粗壮；(2)BMB171+p、BMB171菌株到达对数生长期末期时胞内PHB的量达到最大，分别为1.248 mg/mL和0,844mg/mL，前者PHB最大产量比后者提高了50％，BMB171-P菌株在发酵过程中不能生成PHB；(3)PHB的存在与否对Bt菌株生长过程中的碳源消耗和有机酸代谢等都有着一定的影响；(4)BMB171+p和BMB171菌株能正常形成芽胞，BMB171-P菌株在发酵后期也不能正常生成芽胞，菌体有自溶现象。 通过菌株营养细胞对环境抗逆性试验，首次考察了胞内PHB对苏云金芽胞杆菌营养细胞在逆环境中的生理作用，(1)比较BMB171+p、BMB171和BMB171-P二菌株受热死亡特征值D<,90>值，发现三菌株的耐热能力强弱为：BMB171+p>BMB171>>BMB171-p；(2)BMB171-p胞内不积累PHB，菌体极易受低温处理致死，存活率仅为0.93％；BMB171+p胞内大量积累PHB，菌体抗冻能力较BMB171略有提高，存活率分别为15.91％和14.93％；(3)BMB171-P菌株菌体极易受紫外辐照致死；BMB171+p菌株和BMB171菌株抗紫外能力较强，不论在哪个照射时间，BMB171-P菌株菌体存活率都要明显低于BMB171+p和BMB171菌株；(4)BMB171-P菌株胞内不积累PHB，菌体极易因缺乏营养致死； BMB171+p和BMB171菌株胞内大量积累PHB，菌体抗饥饿能力明显强于BMB171-P菌株，且BMB171-P菌体后期出现自溶现象。 本研究考察了BMB171、BMB171+p和BMB171-P菌株在不同pH值、不同渗透压、不同有机溶剂浓度的培养基中生长能力差别，分析了PHB合成对菌体生长能力的影响，结果表明：每一种菌株的生长能力都随着环境的恶劣程度而降低，且BMB171和BMB171+p菌株降低的程度差不多，但都比BMB171-P菌株生长能力的降低程度要小得多，这说明能够产生PHB的菌株比不能产生PHB的菌株更能适应环境的改变。 从工程学角度阐明了BMB171及其PHB合成增强和缺失菌株营养细胞菌体活化能△E的热灭死动力学。通过分析BMB171+p、BMB171和BMB171-p菌株在不同温度下的比热死速率常数K值和三类菌的活化能△E，结果表明：在同一处理温度下，kBMB171+p

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1.1聚-B-羟基丁酸酯(PHB)简介

1.1.1 PHB的结构和物理化学性质

1.1.2 PHB的应用

1.1.3 PHB的微生物合成及其功能

1.2苏云金芽胞杆菌简介

1.2.1苏云金芽胞杆菌概述

1.2.2苏云金芽胞杆菌主要的代谢方式

1.3微生物营养细胞的热灭死动力学分析

1.3.1微生物的热灭死动力学

1.3.2微生物受热致死菌体活化能

1.4研究的目的和意义

第二章PHB对BMB171及其PHB合成增强和缺失菌株生长特性的影响

2.1引言

2.2材料和方法

2.2.1菌种

2.2.2培养基

2.2.3仪器

2.2.4方法

2.3结果与分析

2.3.1三类菌株在对数生长期菌体形态的比较

2.3.2三类菌株在发酵过程中的生长和产物代谢规律

2.4小结

第三章PHB对苏云金芽胞杆菌抗逆性的影响

3.1引言

3.2材料和方法

3.2.1菌种

3.2.2培养基

3.2.3方法

3.3结果与分析

3.3.1 PHB对三类菌株营养细胞耐受性的影响

3.3.2 PHB对三类菌株营养细胞在逆环境中生长的影响

3.4小结

第四章BMB171及其PHB合成增强和缺失菌株营养细胞的热灭死动力学分析

4.1引言

4.2材料和方法

4.2.1菌种

4.2.2培养基

4.2.3方法

4.3结果与分析

4.3.1在不同温度下BMB171及其PHB合成增强和缺失菌株营养细胞的比热死速率常数k

4.3.2 PHB对BMB171及其PHB合成增强和缺失菌株营养细胞菌体活化能△E的影响

4.4小结

第五章结论与讨论

5.1结论

5.2 讨论

5.2.1可能的生物学原因

5.2.2展望

参考文献

致谢