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目的:β-半乳糖苷酶是一种非常重要的工业用酶,已被广泛应用在食品、制药和生物技术等行业的各个方面。低温β-半乳糖苷酶是由低温微生物产生的,筛选低温β-半乳糖苷酶菌株是解决酶来源最关键的问题。天山冻土中含有丰富的低温微生物的资源,本文通过对天山冻土中产低温β-半乳糖苷酶菌株的分离和纯化,详细分析了产酶菌株的系统发育、生理多样性和耐药性,对β-半乳糖苷酶的粗酶液酶学性质进行了初步研究,为低温β-半乳糖苷酶的在食品加工业的应用奠定基础。 方法:本研究以乳糖为主要碳源,X-Gal为显色剂,从天山1号冰川中分离筛选出产低温β-半乳糖苷酶菌株。对产酶菌株进行了常规生理生化实验、并对最适生长温度和耐盐性进行了测定。先根据16SrRNA的基因序列对产低温β-半乳糖苷酶菌种的系统进化地位进行初步确定,再通过BOX-PCR指纹图谱技术对16SrRNA基因高度同源性的产酶菌株进一步区分。此外,采用纸片法对产低温β-半乳糖苷酶菌株的耐药性进行了初步分析,并对粗酶液的酶学性质进行了研究。 结论: 1.从天山冻土中共筛选出25株产低温β-半乳糖苷酶菌株,均能在含有X-Gal中的TSB琼脂平板上产生蓝色菌落。所有产酶菌株均为杆菌,大部分呈乳白色,有部分透明。有些菌株比较类外,如m12-1的菌落为土黄色。革兰氏染色结果显示25株产酶菌株中阳性菌为76%,其余全为阴性菌。耐盐性试验结果显示有76%的产酶菌株,其最高耐盐浓度为6%,而有些菌株耐盐性很差,如菌株A35的最高耐盐浓度仅为4%左右,还有一些菌株如m12-1在盐浓度为8%时仍可生长,但是当盐浓度高于12%时,则生长十分缓慢甚至停止生长。80%的产酶菌株其最高生长温度是24℃,而最适生长温度是15℃。 2.依据生长温度,产酶菌株有80%为嗜冷菌,其余均为耐冷菌。在系统发育上,属于α变形细菌亚纲(Alpha-Proteobacteria)和γ变形细菌亚纲(Gamma-Proteobacteria)的菌株各有6株、属于β变形细菌亚纲(Beta-Proteobacteria)有2株、而属于厚壁菌门(Firmicutes)有7株,显然厚壁菌门(Firmicutes)菌属为优势菌属所占比重最大,对冻土中产低温β-半乳糖苷酶菌株的多样性贡献最多,其次是α变形细菌亚纲(Alpha-Proteobacteria)和γ变形细菌亚纲(Gamma-Proteobacteria),而β变形细菌亚纲(Beta-Proteobacteria)是数量最少的。25株产酶菌株中肠球菌属(Enterococcus)最多为26%,短波单胞菌属(Brevundimonas)次之,假单胞菌属(Pseudomonas)最少为13%。 3.生理生化试验表明在吲哚试验和明胶水解试验中显示为阳性的菌株分别为93.1%和13.8%。同时所有的产酶菌株都能以鼠李糖、甘露糖和山梨糖为碳源生长,菌株所占比例最高,果糖次之,蔗糖最少。另外,能利用甘露醇的菌株比例要高于山梨醇,能利用草酸盐的菌株比例要高于苯甲酸盐,这说明菌株对同类碳源的利用有差异性。 4.所有的产酶菌株均对杆菌肽产生耐药性,对卡那霉素产生耐药性的菌株比例与对其产生中度敏感的比例相同。而对氯霉素、链霉素、红霉素、四环素、卡那霉素和去甲万古霉素产生耐药性的菌株比例明显低于对其敏感的菌株比例;对杆菌肽、利福平、青霉素、氨苄西林和头孢氨噻肟产生耐药性的菌株比例明显高于对其敏感的菌株比例,并且产酶菌株都对庆大霉素敏感。 5.酶学初步研究结果表明:菌株R60产的低温β-半乳糖苷酶的最适反应温度为30℃,最适pH值为6.5。此外,Mn2+、Mg2+对该酶有明显的激活作用;K+也有激活作用,但不明显;Hg2+、Zn2+、Cu2+对该酶有明显的抑制作用;Ca2+、Fe2+也有抑制作用,但不明显。测得该酶酶活的正确反应时间为16min。