枯草芽孢杆菌PPT课件.ppt

枯草芽胞杆菌的研究进展 1 枯草芽胞杆菌的概念 枯草芽胞杆菌的发展历史 枯草芽胞杆菌的理化性质 枯草芽胞杆菌的作用机理 枯草芽孢杆菌的应用 2 1枯草芽胞杆菌的概念 3 枯草芽胞杆菌是一类好氧型 内生抗逆孢子的杆状细菌 广泛存在于土壤湖泊 海洋和动植物的体表自身没有致病性 只具有单层细胞外膜 能直接将许多蛋白质分泌到培养基中 在营养缺乏的条件下 枯草芽胞杆菌停止生长 同时加快代谢作用 产生多种大分子的水解酶和抗生素 并诱导自身的能动性和趋化性 从而恢复生长 在极端的条件下 还可以诱导产生抗逆性很强的内源孢子 正是由于枯草芽孢杆菌无致病性 并可以分泌多种酶和抗生素 而且还具有良好的发酵基础 所以用途十分广泛 4 枯草芽胞杆菌在营养琼脂培养基中的形态 5 2枯草芽胞杆菌研究的发展历史 6 关于枯草芽孢杆菌的研究与应用已有100多年的历史 早期大部分工作集中在形态观察 分类鉴定 生理机制 功能发掘及防治等方面 近年来 对枯草芽孢杆菌的研究渐进到遗传学与分子生物学领域 研究内容体现在特定功能基因的寻找并克隆到需要的物种中或者通过诱变 基因工程等手段对枯草芽孢杆菌生产菌进行遗传改造等 7 1 自1958年Spizizen发现枯草杆菌168菌株能摄取外源基因以后 随着DNA重组技术的建立 特别是金黄色葡萄球菌带抗性标志的质粒可作为其载体的发现 枯草杆菌基因工程研究迅速发展 2 1945年Johnson等报道 枯草芽孢杆菌具有防治植物病害的作用 此后 用枯草芽孢杆菌制备生防制剂防治植物病害的研究成为国内外研究的热点 3 1980年PapavizasGC报道 枯草芽孢杆菌可以防治水稻等作物的多种土传真菌病害 4 1992年Hwang等报道 用枯草芽孢杆菌可以防治豌豆的Rhizoctoni根腐病 5 上世纪90年代 唐文华等和刘伊强等将枯草芽孢杆菌与Bt通过细胞融合获得了具有抑菌杀虫作用的融合子 从而使得该菌既有抗虫性又有抗药性 成为一种极有前景的农药制剂 8 虽然目前对该菌种的研究仍然处于实验室的初始阶段的水平 但是枯草研报杆菌有一系列的优良性状吸引这一些的科学家的目光 他们相信随着经济的发展 枯草芽抱杆菌资源对在工 农 医等方面有重大应用价值 开发利用更具有重要意义 9 3枯草芽胞杆菌的理化性质 10 理化性质 枯草芽胞杆菌在孢子状态下稳定性极好 有耐氧化 耐挤压 耐高温 耐积水 耐酸等特性并能分泌多种酶类物质和生长为之因子 有资料表明 枯草芽孢杆菌能长期耐60 高温 在120 温度下能存活20分钟 在100 下2min损失5 10 在贮存和加工条件下芽孢杆菌也有很高的耐受能力 在pH值2 2 7 0范围内枯草芽孢杆菌有较高的存活率 在酸性胃环境中能保持活性 并可耐唾液和胆汁的攻击 是饲料微生物中可100 直达大小肠的活菌 有较高的蛋白酶 纤维素酶和淀粉酶活性 对植物碳水化合物有较强的降解能力 11 4枯草芽胞杆菌的作用机理 12 近年来国内外对于芽孢杆菌应用方面的研究日益增多 枯草芽孢杆菌作为一种生防细菌越来越引起人们的关注 枯草芽胞杆菌的作用机理主要有 1 枯草芽胞杆菌的抑菌作用2 枯草芽胞杆菌的免疫作用3 枯草芽胞杆菌的消化作用4 枯草芽胞杆菌的其他作用 13 枯草芽胞杆菌的抑菌作用 枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素 多粘菌素 制霉菌素 短杆菌肽等活性物质 这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用 并且枯草芽孢杆菌迅速消耗环境中的游离氧 造成肠道低氧 促进有益厌氧菌生长 并产生乳酸等有机酸类 降低肠道pH值 间接抑制其它致病菌生长 14 姜华等人采用全自动微生物鉴定系统和分子生物学鉴定方法 从辽宁碱蓬中分离纯化出7种细菌 枯草芽孢杆菌 环状芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 铜绿假单胞菌 缓慢葡萄球菌 松鼠葡萄球菌和无乳链球菌其中 枯草芽孢杆菌对供试的10种真菌有抑菌作用 尤其对草酸青霉菌丝干物质抑制率可达86 4 对茄病镰孢菌和串珠镰孢菌的抑制率分别为52 2 和41 4 15 枯草芽胞杆菌的免疫作用 枯草芽胞杆菌可以刺激动物免疫器官的生长发育 激活T B淋巴细胞 提高免疫球蛋白和抗体水平 增强细胞免疫和体液免疫功能 提高群体免疫力 16 边连全等为了研究枯草芽孢杆菌 菊糖合生元对断奶仔猪生长性能及体液免疫功能的影响 对72头21日龄断奶的三元杂交仔猪进行试验 各组试猪分别灌喂培养基 对照组 培养基 3 5mg mL菊糖 菊糖组 培养基 1 25 108CFU mL枯草芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌组 培养基 3 5mg mL菊糖 1 25 108CFU mL枯草芽孢杆菌 合生元组 各组灌喂量为16mL d 试验期为14d 结果表明 枯草芽孢杆菌 菊糖合生元可提高断奶仔猪的生长性能与体液免疫功能 17 枯草芽胞杆菌的消化作用 枯草芽孢杆菌菌体自身合成 淀粉酶 蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶等酶类 在消化道中与动物体内的消化酶类一同发挥作用 18 2020 1 8 19 李卫芬等研究了饲料中添加枯草芽孢杆菌对草鱼消化道酶活性和肠道菌群数量的影响 选用体质量为 51 37 0 58 g的健康无病草鱼300尾 随机分为对照组和处理组两组 每组设3个重复 每个重复放50尾鱼 对照组饲喂基础日粮 处理组饲喂含枯草芽孢杆菌 108CFU kg饲料 的基础日粮 日投喂量为鱼体质量的3 饲养时间为45d 结果表明 饲料中添加枯草芽孢杆菌能够改善草鱼肠道菌群组成 并提高消化道特定消化酶活性 20 枯草芽胞杆菌的其他作用 能合成维生素B1 B2 B6 烟酸等多种B族维生素 提高动物体内干扰素和巨噬细胞的活性 此外枯草芽胞杆菌也具有抗氧化和促进新陈代谢的作用 李卫芬等发现水体中添加芽孢杆菌制剂可以提高草鱼机体免疫力和抗氧化活性 但也使草鱼肠道受到一定程度的应激胁迫 21 5枯草芽胞杆菌的应用 22 枯草芽胞杆菌在植物防治上的应用 美国食品和药物管理局已经将枯草芽胞杆菌列为原则上安全的微生物 近年来 科学工作者在枯草芽胞杆菌防治植物病害方面进行了大量研究 发现枯草芽胞杆菌对多种植物病害具有很好的防治作用 而且随着分子生物学和基因工程的发展 越来越多的枯草芽胞杆菌被用于基因工程的表达宿主菌 并已表现出良好的应用前景 23 魏利辉等人在温室实验中 施用工程菌BsW的菌悬液处理番茄植株 6周后根系上的卵块和根结数目明显减少 防效达到60 0 具有促生和抑制线虫作用基因工程菌的构建 为研究和开发新型微生物农药 提供了一个新的视角 王益民将枯草芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌进行细胞融合获得了具有抑菌杀虫作用的融合子 田间试验结果显示 CF103能兼治水稻纹枯病和稻纵卷叶螟 对照区病情指数为49 8 虫害率为41 5 而防治区分别为0 36 9 和1 7 12 1 陈中义等构建了含有CrylAc基因的两个穿梭表达质粒载体 导入生防枯草芽孢杆菌B916 获得了兼有杀虫防病效果的基因工程菌Bs2014和Bs2249 同时还将CrylAb CrylAc Cry12Aa等杀虫基因导入B916并获得了一系列单价和双价杀虫防病工程菌 24 再对离体荔枝果实霜疫霉病 炭疽病的防治效果研究过程中 为了进一步明确从土壤中筛选得到的拮抗细菌OR 1 OR 2 OR 3 ON 6的分类地位和生防效果 采用形态学观察 理化特性结合分子生物学方法 鉴定这4株细菌皆为枯草芽胞杆菌 拮抗菌对荔枝霜疫霉菌 炭疽菌菌丝生长均具有明显抑制作用 ON 6菌株的发酵液对菌丝生长的抑制率最高 分别为92 34 和70 36 其次是OR 1菌株 25 枯草芽胞杆菌在饲料上的应用 枯草芽孢杆菌在肉鸡养殖上的研究很多 添加益生素能提高肉鸡成活率 提高增重及饲料效率 易丹等探讨了枯草芽胞杆菌与三肽囊素对肉鸡生长性能 血液生化和抗氧化指标的影响 添加枯草芽胞杆菌及其与三肽囊素联合应用能改善肉鸡生长性能 提高血清总蛋白和白蛋白含量 增加CAT和GSH Px的酶活力 李春凤等研究了肉鸡日粮中添加枯草芽胞杆菌B7对其生长性能 饲料蛋白消化率的影响 肉鸡日粮中添加适量的枯草芽胞杆菌能显著提高其生长性能和饲料利用率 潘康成等研究枯草芽孢杆菌制剂对肉鸡生长 胴体和鸡肉品质的影响 结果表明枯草芽孢杆菌可以提高试验末期平均体重 净增重 日增重和饲料转化率 鸡肌肉氨基酸总量 必需氨基酸和鲜味氨基酸含量均增加 26 枯草芽胞杆菌在保健品方面的应用 枯草芽孢杆菌能够分泌多种酶 其中能够应用到营养保健领域的酶主要有丝氨酸纤溶性蛋白酶和脂肪酶两种 丝氨酸纤溶性蛋白酶 即纳豆激酶 此外 我国的豆豉纤溶酶和韩国的大豆发酵食品中分离的纤溶酶也都是枯草芽孢杆菌分泌的丝氨酸纤溶性蛋白酶的一种 只是发酵用的菌株有些细微差别 27 1987年 日本学者经过对上百种食物的筛选 首次发现日本传统的大豆发酵食品纳豆中含有溶解血纤维蛋白的成分 并将其命名为纳豆激酶 Nattokinase NK 通过狗的模型试验及健康人群的体内研究 证明其除了具有显著的溶栓作用外 还具有促进静脉内皮细胞产生纤维蛋白溶酶原激活剂的能力 从而间接地表现其溶栓活性 与传统的溶栓剂相比 NK具有不易引起出血 无抗原性半衰期长安全无毒且成本低廉和能口服吸收溶栓等优点 因而具有广阔的开发前景 可能成为新一代的溶栓药物 28 1992年 Nakamura等首次克隆了纳豆激酶基因并测定了全基因序列 使得利用基因工程技术提高纳豆激酶活性及产量成为可能 近年来 我国掀起对纳豆激酶的研究和开发热潮 纳豆激酶的药用价值日益突出 通过利用基因工程菌生产纳豆激酶 致使对纳豆激酶基因的克隆表达 纯化及表达产物的产量和活性方面的研究取得了很大进展在我国传统大豆发酵食品豆豉中发现了类似纳豆激酶的高活力的纤溶酶 将其产生菌株鉴定为枯草芽孢杆菌 并将豆豉纤溶酶基因克隆到了毕赤酵母中 与此同时 韩国也在其传统大豆发酵食品中发现了类似的纤溶酶 近期 陈晔等通过枯草芽孢杆菌培养 利用 NH4 2SO4沉淀 SephadexG100柱层析对该酶发酵液进行分离纯化 已经分离纯化出了枯草芽孢杆菌 B subtilisZY21 溶栓酶 以上研究证明 日本 中国及韩国先后发现的这3种纤溶酶应该均由枯草杆菌分泌的 只是菌株不同而已 29 枯草芽胞杆菌在水质净化中的应用 近年来 世界各国的水产养殖业均遭受了各种病害的困扰 多种流行病在人工养殖的虾贝 鱼类等水产动物中相继爆发 已经严重地制约了水产养殖业的发展 枯草芽胞杆菌属本身是养殖水体中常见的菌种 且能够快速分解有机质 促进H2S 亚硝酸盐氧化 并且对环境的适应能力强 生长快速的细菌 30 熊伟等将枯草芽胞杆菌制剂施放于斑节对虾饲养池 利用血清学鉴定和TCBS培养基平板计数 分别监测养殖池水中枯草芽胞杆菌和弧菌的消长情况 并定期测定养殖水体的pH值 总碱度 COD值和亚硝酸盐 H2S浓度等水化学指标 研究了枯草芽胞杆菌制剂对斑节对虾饲养池水水质的净化作用 结果表明 在饲养池中添加枯草芽胞杆菌制剂后 池水的COD值 亚硝酸盐 H2S浓度比对照池有显著降低 而总碱度显著上升 pH值维持在8 02 8 60之间 表明枯草芽胞杆菌制剂对净化斑节对虾饲养池水水质和调节养殖水体微生态结构稳定具有明显的作用 孙运忠等在日本囊对虾室内集约化养殖水体中添加红糖和枯草芽胞杆菌及其强化发酵液 经研究表明 在水体中添加红糖和枯草芽孢杆菌不失为一种有效的对虾集约化养殖的水质调控技术 31 枯草芽胞杆菌在分子生物学中的应用 自1958年Spizizen发现枯草杆菌168菌株能摄取外源基因以后 随着DNA重组技术的建立 特别是金黄色葡萄球菌带抗性标志的质粒可作为其载体的发现 枯草杆菌基因工程研究迅速发展 王晓宇等对枯草芽胞杆菌Bs 916进行全基因组测序 Bs 916菌株全基因组含有多种抗菌物质编码基因簇 是一类具有极大生防潜力的典型根际革兰氏阳性菌株 该菌株全基因组序列的测定及其遗传操作方法的可行性 有利于其次生代谢产物的开发和利用 周华飞等采用转座子标签技术构建枯草芽胞杆菌Bs916突变体库 从突变体库中筛选对水稻细菌性条斑病菌抑菌效果发生显著变化的菌株并克隆插入位点的基因 获得生防菌Bs916中与抑制细菌活性可能相关的基因 结果表明 其成功构建了Bs916突变体库 克隆到该库中对水稻细菌性条斑病菌抑菌效果显著变化菌株的突变位点基因 这些基因推测可能