扇貝殼堆積場中產蛋白酶放線菌的選育和鑒定

張志康，閆靜靜，趙鵬，程顯好

（魯東大學 農學院，山東煙臺 264025）

魚、蝦、貝、藻等海產品中所含的蛋白質、礦物質及維生素是陸生生物所不能比擬的，海洋生物中含有大量對人體有益的生物活性物質。甲殼素是海洋生物中含量豐富且具有重要生物活性的一種天然多糖，甲殼素及其衍生物已在許多領域得到廣泛的應用，尤其是在醫療和藥物制劑方面。另外，甲殼素作為功能性健康食品，具有明顯的抗癌、降血脂和降血壓的作用[1-3]。

人們通常只關注利用海產品本身的營養價值，往往忽視了對生產中殘留的蝦貝殼的處理，從而對周邊環境及海域造成了嚴重的污染，影響其他養殖業和沿海旅游業的發展。崆峒島是一個盛產海產品的島嶼，尤其以扇貝生產為主，但由于扇貝殼沒有采用合適的方法處理而長年累月地堆積在沿海地帶，每到夏秋季節，堆積扇貝殼的區域就會散發出刺鼻的臭味，不僅使崆峒島空氣質量受到影響，也使其旅游業受到極大影響。因此，選擇一個能夠盡快處理扇貝殼，降低島嶼環境污染的方法迫在眉睫。

本研究通過從扇貝殼堆積場取樣，經過梯度稀釋、平板涂布、平板劃線、產酶菌初篩、復篩等步驟篩選出高產蛋白酶的菌株，利用微生物產生的蛋白酶對扇貝殼內剩余的蛋白質進行初步分解，避免了腐敗氣味的產生，保護了環境。與此同時，扇貝殼含有豐富的鈣質，也可以被進一步被利用，從而帶動周邊經濟的發展。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

山東省煙臺市崆峒島扇貝殼堆積場。

1.2 實驗儀器

超凈工作臺（蘇州安泰）、壓力蒸汽滅菌器（上海醫用核子儀器廠）、生化培養箱（廣東省醫療器械廠）、電子天平（上海精科電子天平廠）、振蕩培養箱（哈爾濱東聯電子）、pH計（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）、TM-1000, Table top Microscope。

1.3 培養基

1.3.1 斜面及平板培養基

高氏1號培養基：可溶性淀粉20 g、KNO31 g、NaCl 0.5 g、Na2HPO40.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、FeSO40.01 g、瓊脂18～ 20 g、H2O 1 000 mL，pH 7.2～ 7.4。

先用少量冷水將淀粉調成糊狀，在火上邊攪拌邊加水及其他成分，待全部溶化后補足水分至1 000 mL[4]。

1.3.2 篩選培養基

干酪素12 g、Na2HPO4·12H2O 3 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、NaCl 0.16 g。

1.3.3 理化鑒定培養基

肉汁蛋白胨培養基：蛋白胨5 g、瓊脂15～20 g、牛肉浸膏5 g、NaCl 5 g、H2O 1 000 mL，pH 7.2～7.4。

牛奶培養基：脫脂牛奶1 000 mL，分裝每管10 mL，105 ℃高壓滅菌30 min，培養放線菌后記錄培養基的外觀。

馬鈴薯葡萄糖培養基：馬鈴薯300 g、葡萄糖5 g、瓊脂20 g、自來水1 000 mL，pH 6.8。將馬鈴薯切成小方塊，加入200 mL水，在常壓下蒸45 min，浸汁用細紗布過濾，不要擠殘渣。其他營養物溶于150 mL水內，然后加到馬鈴薯浸汁中，在常壓下蒸45 min，將此混合液加水到1 000 mL，標定并過濾，然后加瓊脂。

淀粉溶液：可溶性淀粉20 g、K2HPO41 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、KNO32 g、CaCO32 g、H2O 1 000 mL。將淀粉調成糊狀再加入沸水，將混合液用常壓蒸汽蒸1 h，即得澄清溶液。

LB培養基：蛋白胨5 g、葡萄糖20 g、NaCl 5 g、瓊脂 15 g、蒸餾水1 000 mL，pH 7.2[5]。

1.4 蛋白酶產生菌的分離純化

1.4.1 制備土壤稀釋液

稱取10.0 g碎的扇貝殼樣品，放入裝有90.0 mL無菌水的三角瓶中，得到10-1的稀釋液，然后用移液管取1.0 mL稀釋液于裝有9.0 mL無菌水的大試管內，以次類推，得到10-2～10-7不同稀釋倍數的稀釋液[6]。

1.4.2 涂布和培養

分別取10-5、10-6、10-7稀釋濃度的樣品0.2 mL涂布于蛋白酶產生菌選擇培養基，每個濃度涂布3個平皿，置于30 ℃恒溫箱中倒置培養48 h。

1.4.3 觀察與保存

培養2 d、3 d、4 d后，用牙簽挑取菌落形態和顏色不一致的菌體點種于酪蛋白鑒別培養基上，置于30 ℃恒溫箱中倒置培養48 h。然后將有透明圈產生的菌株接種于斜面培養基中，放在冰箱中保存待用。

1.5 產蛋白酶菌株的篩選

將所得到的試管斜面菌株采用平板劃線分離法接種于酪蛋白鑒別培養基上，既達到分離純化的目的，又起到鑒別和篩選的作用。通過觀察水解圈的大小來判斷產酶能力的高低，挑取水解圈大的菌落再次接種于斜面培養基上，放在冰箱中保存待用[7-9]。

1.6 菌株鑒定

1.6.1 菌落形態觀察及理化鑒定

觀察記錄所篩菌株的生長情況，包括菌落特征、菌體形態、菌絲形態、孢子形態等。

1.6.2 放線菌顯微觀察

利用插片法對所篩放線菌的基內菌絲、氣生菌絲、孢子形態進行觀察。

2 結果與分析

2.1 菌株的篩選

從扇貝堆積場采集4份樣品，應用梯度稀釋法進行培養，然后挑取30個單菌落于酪素選擇性平板上培養48 h，挑取水解圈直徑與菌落直徑比之大于2的菌落進行斜面保藏。其中發現8株產酶較高，將這8株分別編號為SF1～SF8。結果見表1，圖1、圖2。

表1 扇貝殼堆積場產蛋白酶菌株菌落直徑和水解透明圈直徑

2.2 菌株鑒定

菌株（SF1、SF2、SF5、SF6）的基內菌絲、氣生菌絲、孢子絲觀察如圖3～6，表2。

圖1 SF1～4在酪素選擇性培養基上的透明圈

圖2 SF5～8在酪素選擇性培養基上的透明圈

圖3 SF1孢子絲（10 000倍掃描電鏡下觀察）

圖4 SF2氣生菌絲及孢子絲（10 000倍掃描電鏡下觀察）

圖5 SF5氣生菌絲及孢子絲（10 000倍掃描電鏡下觀察）

圖6 SF6氣生菌絲及孢子絲（10 000倍掃描電鏡下觀察）

2.3 菌落形態觀察及理化鑒定

菌株的生理生化特征如表3所示。

表2 扇貝殼堆積場產蛋白酶菌株菌絲及孢子絲形態特征

表3 菌株的生理生化特征

根據Bergery氏放線菌分類手冊中菌落特征及生理生化特征，可初步鑒定菌株SF1為諾卡氏菌屬，SF2～SF8屬于鏈霉菌屬。諾卡氏菌屬和鏈霉菌屬相近，但一般不產生氣生菌絲體，且以盛產抗生素為名。鏈霉菌屬的種具有發育良好的菌絲體，但有的種在生長后期氣生菌絲體會慢慢退化或者分裂產生孢子，菌絲體不形成橫隔膜，且一般具有較強的蛋白質分解能力。

3 討論

本研究從廢棄的扇貝殼中分離得到8株產蛋白酶的放線菌，由菌落特征及生理生化特征可初步鑒定放線菌SF1屬于諾卡氏菌屬，SF2～SF8屬于鏈霉菌屬。蛋白酶是一類水解酶，在魚、肉加工工業廢水處理中已得到了廣泛應用。通過產酶微生物發酵可得到相應的酶制劑，該酶制劑應用于崆峒島扇貝殼的處理中，可加快廢棄貝殼的處理過程，使崆峒島的環境得到一定程度的改善。

與國外相比，我國酶工程在環境污染治理方面的研究與開發仍有較大差距，特別是在高產菌株的選育、酶制劑的制備工藝、產品質量等方面。在固定化酶和固定化細胞的研究與開發也需加強，并爭取能較廣泛地用于污染治理。

在基因工程、蛋白質工程等方面，我國已開展了改造酶、開發新酶的研究、生物傳感器的研究，也取得一些進展。利用酶制作的生物傳感器在環境污染監測中應用越來越廣泛，酶在廢物處理及資源化過程中正在發揮重要作用，利用基因工程和蛋白質工程擴展酶的代謝途經，是治理難降解有毒污染物的重要方法[11-12]。