降烟碱微生物的筛选及其初步应用

论文摘要

烟碱俗称尼古丁,占烟草生物碱总量的95%以上。长期吸烟会导致对烟碱的依赖性,而过量吸入烟碱则会抑制中枢神经,麻痹心脏,甚至有致命的危险,在工业上利用微生物及其酶来降解烟草中的烟碱,不仅对于维护人类健康有着深远的意义,而且可以改进烟气品质,提高烟叶资源的利用率,有重大的经济效益。本文以烟碱为唯一碳源,从土壤中筛选出一株具有高效降解烟碱能力的菌株Z7,经生理生化鉴定和16S rDNA序列对比分析表明,菌株Z7与放射形土壤杆菌(Agrobacterium radiobacter)和根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)均有99%的同源性。经初步国际联机检索,国内外尚未报道此类微生物具有降解烟碱的能力。烟碱培养基经优化后,菌株Z7在摇床转速为220 r/min,接种量5%,初始pH 7.0,温度30℃,发酵24 h后,烟碱降解率达到86.2%。通过对菌株Z7在各个反应体系中烟碱降解能力的考察,确定了降解烟碱的酶为诱导酶,且不分泌到胞外。由于菌株Z7具有较高效的降解烟碱的能力,所以考虑利用它来降解烟丝中的烟碱含量。经研究发现,在云南烤烟烟丝B2F上喷洒10%的菌株Z7,于温度为30℃、相对湿度为75%的恒温恒湿箱中放置9天,烟碱的降解率达到40.1%;在同样的发酵条件下,湖北白肋烟的烟碱含量下降了35.6%,也有很好的效果,说明菌株Z7具有普适性。且云南烤烟烟丝B2F经菌株Z7发酵后,通过对其水溶性总糖、总氮、蛋白质的测定,发现菌株Z7不仅能降解烟丝中的烟碱,还能有效地提升烟支的抽吸品质,说明菌株Z7具有较高的工业应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 烟碱
• 1.2 利用生物技术来降烟碱的必要性
• 1.3 微生物降解烟碱的研究进展
• 1.4 微生物降解烟碱的机制
• 1.5 微生物及其酶在烟草加工中的应用
• 1.6 课题研究意义和内容
• 1.6.1 本课题研究意义
• 1.6.2 本课题研究内容
• 第二章 降烟碱微生物的分离及鉴定
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 主要仪器和设备
• 2.2.4 培养基
• 2.2.4.1 烟碱培养基
• 2.2.4.2 分离用平板培养基
• 2.2.4.3 活化培养基
• 2.2.5 试验方法
• 2.2.5.1 富集培养
• 2.2.5.2 微生物的分离纯化
• 2.2.5.3 烟碱的定量检测
• 2.2.5.4 降解烟碱菌株的筛选
• 2.2.5.5 降烟碱菌株的鉴定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 烟碱紫外吸收标准曲线的制作
• 2.3.2 降烟碱菌株的筛选
• 2.3.3 降烟碱菌株Z7 的菌属的鉴定
• 2.3.3.1 实验菌株的菌落、液体培养特征及细胞形态
• 2.3.3.2 菌株Z7 的生理生化特征
• 2.3.3.3 菌株16S rDNA 全序列分析
• 2.4 小结
• 第三章 放射形土壤杆菌/根癌土壤杆菌Z7 烟碱降解特性和降解条件的优化
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.1.1 菌种
• 3.2.1.2 试剂
• 3.2.1.3 主要仪器和设备
• 3.2.1.4 培养基
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 烟碱测定
• 3.2.2.2 烟碱标准曲线的制定
• 3.2.2.3 菌体生长曲线的测定
• 3.2.2.4 培养温度对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.5 培养基初始pH 对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.6 接种量对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.7 摇床转速对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.8 不同氮源对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.9 微量元素对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.2.2.10 菌株Z7 的降烟碱酶的考察
• 3.2.2.11 粗酶液的提取
• 3.2.2.12 粗酶液降解烟碱
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 菌株Z7 的生长曲线
• 3.3.2 培养温度对菌株Z7 烟碱降解率的影响
• 3.3.3 培养基初始pH 对菌株Z7 烟碱降解率的影响
• 3.3.4 接种量对菌株Z7 烟碱降解率的影响
• 3.3.5 摇床转速对菌株Z7 烟碱降解率的影响
• 3.3.6 不同氮源对菌株Z7 降烟碱率的影响
• 3.3.7 微量元素对菌株Z7 烟碱降解率的影响
• 3.3.8 培养基各组分添加量优化正交实验结果
• 3.3.9 菌株Z7 的降烟碱酶的考察
• 3.3.10 粗酶液对烟碱的降解
• 3.4 小结
• 第四章 放射形土壤杆菌/根癌土壤杆菌Z7 对烟丝中烟碱降解的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.1.1 菌种
• 4.2.1.2 试剂
• 4.2.1.3 主要仪器和设备
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 菌液培养
• 4.2.2.2 烟丝中烟碱含量测定
• 4.2.2.3 菌株Z7 的添加量对烟丝中烟碱降解的影响
• 4.2.2.4 作用时间对烟丝中烟碱降解的影响
• 4.2.2.5 烟叶中水溶性总糖的测定
• 4.2.2.6 烟叶中总氮的测定
• 4.2.2.7 烟叶蛋白质的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 菌株Z7 的添加量对烤烟烟丝中烟碱降解的影响
• 4.3.2 作用时间对烤烟烟丝中烟碱降解的影响
• 4.3.3 菌株Z7 对白肋烟中烟碱降解的影响
• 4.3.4 菌株Z7 对烟叶中水溶性总糖的影响
• 4.3.5 菌株Z7 对烟叶中总氮的影响
• 4.3.6 菌株 Z7 对烟叶中蛋白质的影响
• 4.4 本章小结
• 主要结论
• 存在问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2: 序列比对结果
• 附录3: 菌株 Z7 的部分序列