免费文献传递   相关文献

Isolation of a Chitinase-producing Strain Brevibacillus laterosporus and Its Enzymatic Properties

产几丁质酶侧孢短芽孢杆菌的筛选及其酶学性质研究



全 文 :·研究报告·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(6):174-180
几丁质酶可以催化几丁质的水解,广泛存在
于高等动植物、微生物以及某些病毒体内[1]。自
Skujins 等[2]首次发现来源于链霉菌(Streptomyces)
的几丁质酶可以分解黑曲霉(Aspergillus niger)和腐
皮镰刀菌(Fusarium solani)的细胞壁以来,利用几
丁质酶来防治植物真菌病害已经成为最主要的应用
研究领域。几丁质酶和产生几丁质酶的菌株除了可
以单独用于植物病虫害防治以外,也可以通过和其
他抗生素与杀虫剂共同使用来减少其他化学试剂的
用量,进而减少对环境和人类健康的危害。已有研
究表明将内切几丁质酶和苏云金芽孢杆菌的杀虫晶
体蛋白同时使用可以将 δ-毒素的杀虫效力提高近 10
倍[3,4]。此外,由于几丁质降解所得到的几丁寡糖
具有抗菌、调节免疫力和抗癌等功能,其在功能食
收稿日期:2015-09-24
基金项目:国家“863”高技术研究发展计划项目(2013AA10280),武汉轻工大学科研启动经费(2014RZ19)
作者简介:刘蒲临,男,博士,研究方向:环境微生物学;E-mail :liunan3585@163.com
通讯作者:缪礼鸿,男,博士,研究方向:资源与环境微生物学;E-mail :miaowhpu@126.com
产几丁质酶侧孢短芽孢杆菌的筛选及其酶学性质研究
刘蒲临  程德勇  缪礼鸿
(武汉轻工大学生物与制药工程学院,武汉  430023)
摘 要 : 筛选并鉴定高产几丁质酶的芽孢杆菌菌株,旨在研究其酶学特性为高效利用几丁质酶资源奠定基础。分离纯化产
几丁质酶芽孢杆菌,将目的菌株的几丁质酶基因异源表达并纯化后研究其酶学参数。考虑到菌株的生物安全性,选择侧孢短芽孢
杆菌 CDY64 为进一步研究对象,将其几丁质酶基因表达于大肠杆菌 BL21 中。酶学研究表明,纯化后的几丁质酶最适反应温度为
60℃,在 pH6.0-8.0 范围内均表现出良好的活性;使用胶体几丁质作为底物时 Km 与 kcat 值分别为 5.85 μmol/L 和 29.27 S
-1。结果表明,
侧孢短芽孢杆菌 CDY64 所产几丁质酶在高温下具有良好的催化能力,在体外对多种植物病原真菌表现出了良好的拮抗作用。
关键词 : 几丁质酶 ;侧孢短芽孢杆菌 ;酶学性质
DOI :10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.06.025
Isolation of a Chitinase-producing Strain Brevibacillus laterosporus and
Its Enzymatic Properties
LIU Pu-lin  CHENG De-yong  MIAO Li-hong
(School of Biology and Pharmaceutical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023)
Abstract:  This study aims to screen and identify Bacillus strain producing high yield of chitinase and to study its enzymatic properties 
for laying groundwork in the efficient utilization of chitinase resources. Firstly,the Bacillus producing chitinase was isolated and purified,and 
then chitinase gene in the target strain was heterologously expressed,and enzymatic parameters of the purified chitinase were assayed at optimal 
conditions. Considering the bio-safety of the strain,Brevibacillus laterosporus CDY64 was selected as study object,and its chitinase(Chi72A)
was expressed in Escherichia coli BL21(DE3). Enzymatic studies revealed  that  the purified Chi72A by Ni-NTA affinity presented solid 
activity at pH range 6.0-8.0,and the optimal temperature of its activity was 60℃;and the Km and kcat of Chi72A were 5.85 μmol/L and 29.27 
S-1,respectively while using colloidal chitin as substrate. In conclusion,Chi72A from CDY64 had high catalytic ability at high temperature 
and exhibited high antifungal activity against many phytopathogenic fungi in vitro.
Key words:  chitinase ;Brevibacillus laterosporus ;enzymatic properties
2016,32(6) 175刘蒲临等:产几丁质酶侧孢短芽孢杆菌的筛选及其酶学性质研究
品和保健药品等方面具有广阔的应用前景。例如,
几丁六糖和几丁七糖已被证明具有良好的抗肿瘤活
性[5,6]。与其他方法相比,几丁质酶解产生几丁寡
糖的方法具有反应专一性强,不会引起结构破坏,
副反应少等优点。因此利用几丁质酶来生产几丁寡
糖也成为几丁质酶的应用研究领域之一。
本研究以获得产几丁质酶的芽孢杆菌出发,从
土壤中分离出 7 株菌株。经过比较分析后筛选出一
株侧孢短芽孢杆菌,将其几丁质酶基因克隆表达于
大肠杆菌中,并通过对该几丁质酶的酶学性质研究,
旨在为几丁质酶制剂的开发和废弃几丁质资源的有
效利用奠定基础。
1 材料与方法
1.1  材料
1.1.1  植物病原真菌  尖孢镰刀菌(F. oxysporum 
ACCC209139), 禾 谷 丝 核 菌(Rhizoctonia solani 
CICC40529)和腐皮镰刀菌(F. solani CICC2603),
分别购于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)
和中国工业微生物菌种保藏中心(CICC)。
1.1.2  培养基  分离纯化培养基(g/L):胶体几丁
质 7.0,酵母提取物 2.0,KH2PO4 3.0,K2HPO4 2.0,
NH4Cl 1.0,MgSO4·7H2O 0.2,琼脂 15。酶活测定培
养基:分离纯化培养基不添加琼脂。细菌计数培养基:
牛肉膏蛋白胨培养基。大肠杆菌培养基:LB培养基。
病原真菌培养与拮抗能力检测培养基:PDA培养基。
上述培养基[7]均于 1.01×105 Pa 灭菌 30 min 后使用。
1.2  方法
1.2.1  胶体几丁质的制备  将 30 g 几丁质粉末
(Sigma-Aldrich,USA)缓慢加入至 300 mL 预冷的浓
盐酸中,磁力搅拌 2 h 后放入 4℃静置 24 h。然后将
该混合液缓慢加入至 2 L 预冷的蒸馏水中搅拌均匀。
5 000 ×g 离心 10 min 收集白色的胶体几丁质沉淀,
反复冲洗至pH约为6.5。最后用500 mL蒸馏水重悬,
即获得浓度为 6%的胶体几丁质母液。 
1.2.2  菌株的筛选  土壤样品为棉田和菜园土壤,
采自于湖北武汉市周边。采集土壤样品后,取 10.0 g
土样加入 90 mL 无菌水中制备土壤悬液。经过 80℃
处理 20 min 后梯度稀释。将稀释液涂布在分离培养
基上,28℃恒温培养。待菌落周围出现透明圈后反
复划线分离,得到纯培养。
1.2.3  菌种的 16S rRNA 基因序列测定  将菌株接
种至液体牛肉膏蛋白胨培养基中,培养至稳定生长
期后使用 TIANamp 细菌基因组抽提试剂盒(Tiangen 
Biotech,China)抽提获得基因组 DNA。采用通用引
物 27F 和 1492R 进行 16S rRNA 基因的 PCR 扩增。
PCR 产物经过纯化后 TA 克隆至载体 pMD18-T 中测
序。将测序所得序列提交至 GenBank 中。
1.2.4  几丁质酶活力的测定  使用 DNS 法[8](3,5-
二硝基水杨酸比色法),以 β-D-N-乙酰氨基葡萄糖绘
制标准曲线,分别对待测样品以及样品空白进行测
定。将每分钟产生相当于 1 μmol β-D-N-乙酰氨基葡
萄糖的还原糖所需的酶量定义为 1个酶活力单位。
1.2.5  拮抗病原真菌能力的测定  采用平板对峙培
养法[9]:分别将尖孢镰刀菌,禾谷丝核菌和腐皮镰
刀菌培养 2-3 d,然后从菌落边缘取下直径 5 mm 大
小的菌饼置于新的 PDA平板中央。使用打孔器取下
滤纸片,然后将滤纸片贴至距中央 3 cm 处。定量
滴加菌悬液(或酶溶液)后,置于 30℃培养并观察
抑菌情况。培养 7 d 后测量菌落半径和抑菌圈半径
(x
-
±s),分别用 D 和 H 来表示。根据抑菌圈半径和
菌苔半径的比值大小判断菌株(或几丁质酶)的抑
菌能力。
1.2.6  几丁质酶基因的克隆与异源表达  根据侧
孢短芽孢杆菌 DSM25 和 GI9 全基因组序列信息设
计兼并引物,以菌株 CDY64 总基因组 DNA 为模
板,PCR 扩增得到除信号肽之外的 ORF 片段,引
物序列见表 1。将得到的不含信号肽的 ORF 片段通
过 Sac I 和 Xho I 酶切后,连接进入表达载体 pET28a
中。将酶连产物转化 E. coli DH5α,转化子经过 PCR
以及酶切验证后,所得到的正确的重组质粒命名为
pETChi72A。
表 1 本研究所使用的引物序列
引物名称 引物序列(5-3) 产物长度 /bp
27F aga gtt tga tcc tgg ctc a —
1492R ggt tac ctt gtt acg act —
Chi72A cloning F atg aaa aga ttt ttc ntc atg g 1950
Chi72A cloning R cta tga ggt tcc tgt aat kgg tg —
Chi72A expression F gcc gag ctc gag aac agg agc aac tcc 1875
Chi72A expression R ccg ctc gag cta tga ggt tcc tgt aat kgg —
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.6176
1.2.7  几 丁 质 酶 的 分 离 纯 化  将 重 组 质 粒
pETChi72A 转化进入 E. coli BL21(DE3)中。筛选
转化子后使用液体 LB 过夜培养获得种子液,然后
以 1% 接种量接种至新的 LB 液体培养基中(含 50 
mg/mL 硫酸卡那霉素),37℃振荡培养。当 OD600 达
到 0.4 时,加入终浓度为 0.1 mmol/L 的 IPTG。然后
28℃培养 8 h 诱导几丁质酶的表达。由于重组蛋白
N 端含有六聚组氨酸标签,因此使用 Ni-琼脂糖蛋
白纯化试剂盒(Tiandz,China)对异源表达的几丁
质酶进行纯化。菌体的高压破碎、蛋白上样与洗脱
均参照试剂盒手册进行。使用葡聚糖凝胶除盐后进
行 SDS-PAGE 电泳,检测是否得到纯化的几丁质酶。
所获得的几丁质酶溶液经过 Bradford 法[10]定量后
用于酶学特性研究。
1.2.8  酶学性质的测定  最适温度和 pH 值的测
定:分别于 20-80℃以及 pH为 3.0-10.0 条件下测定
Chi72A 的活性,并以相对酶活的百分比为纵坐标,
温度为横坐标进行作图。
热稳定性的测定:将 Chi72A 置于 20-80℃下水
浴3 h后检测酶活,并以相对酶活的百分比为纵坐标,
以温度为横坐标进行作图。
酶促动力学参数的测定:在几丁质酶的最适反
应条件下,使用纯酶液与不同浓度的胶体几丁质(1-
25 mg/mL)反应,测定其酶促反应的初始速度。通
过双倒数法作图确定 Km 和 Vmax 值。几丁质酶的催化
常数由方程 kcat = Vmax/[E]计算得出,[E]代表几
丁质酶的浓度。
金属离子对几丁质酶酶活的影响:向酶促反应
体系中分别加入 Mg2+、K+、Ca2+、Fe2+、Fe3+ 和 Cu2+
共 6 种金属离子至终浓度为 10 mmol/L。定量测定不
同金属离子对 Chi72A 酶活的影响。
2 结果
2.1  产几丁质酶芽孢杆菌的分离
使用平板计数法对不同土壤样品中可培养细菌
总数进行测定后,发现不同土壤样品的可培养细菌
总数介于 0.8×108-3.3×108 cfu/g 之间。与此同时,
将不同土壤悬液 80℃处理 20 min 后,涂布至以胶体
几丁质为唯一碳源的筛选平板上。28℃培养3-7 d后,
有多种细菌菌落产生水解圈。能分泌几丁质酶产生
水解圈的菌落数量平均占可培养细菌总数的 1.4%。
本实验共筛选纯化得到 7个不同菌株。
2.2  菌株产酶能力与拮抗病原真菌能力的测定
将上述菌株接种至 100 mL 酶活测定培养基
中,使用摇瓶发酵的方法分别在 12、24、36 和 48 
h 取样测定不同菌株的产几丁质酶能力。来源于菜
园土壤的菌株(Paenibacillus sp. W1,Paenibacillus 
sp. A14,Br. laterosporus CDY64 和 Brevibacillus sp. 
CDY118)平均酶活较高,其中 CDY118 酶活最高达
到 63.7 U/L ;而来源于棉田的菌株(Paenibacillus sp. 
H316,B. aryabhattai H2-16 和 Brevibacillus sp. L2)
平均酶活较低,菌株 H316 整个发酵周期内所测得
的最高酶活仅为 24.3 U/L。不同菌株的产几丁质酶
能力如表 2所示(x
-
±s)。
表 3 不同菌株对尖刀镰孢菌的拮抗能力
W1 A14 CDY64 CDY118 H316 H2-16 L2
抑菌圈半径 /mm(H) 10.4 ± 1.1 8.9 ± 0.8 9.1 ± 1.0 6.5 ± 1.3 6.3 ± 0.6 7.1 ± 2.1 10.2 ± 1.5
菌落半径 /mm(D) 2.9±0.1 2.9±0.3 2.9±0.3 3.1±0.5 2.6±0.8 2.6±0.9 5.2±0.6
H/D 3.59 3.07 3.14 2.1 2.42 2.73 1.96
表 2 不同菌株在整个培养周期内的酶活变化
时间 /h
菜园土壤所筛选菌株酶活 /(U·L-1) 棉田土壤所筛选菌株酶活 /(U·L-1)
W1 A14 CDY64 CDY118 H316 H2-16 L2
12 8.6 ± 1.9       15 ± 2.3 25.7 ± 2.5 40.1 ± 0.5 20.2 ± 0.7 23.2 ± 1.6 26.9 ± 0.4
24 13.4 ± 0.6 21.1 ± 0.8 39.5 ± 0.8 63.7 ± 1.1 21.7 ± 1.5 32.2 ± 1.5 35.9 ± 2.5
36 12.6 ± 2.7 19.2 ± 1.2 37.5 ± 1.2 55.4 ± 2.3 24.3 ± 0.2 29.6 ± 1.8 34.1 ± 0.4
48 11.6 ± 2.4 18.4 ± 0.4 32.6 ± 1.2 41.5 ± 1.6 19.7 ± 0.3 28.4 ± 1.4 28.6 ± 1.1
2016,32(6) 177刘蒲临等:产几丁质酶侧孢短芽孢杆菌的筛选及其酶学性质研究
不同菌株拮抗尖孢镰刀菌的能力如表 3 所示。
所有被试菌株均表现出了对植物病原真菌的拮抗 
性能。
2.3  侧孢短芽孢杆菌中几丁质酶基因克隆与分析
使用菌株 CDY64 的基因组 DNA 为模板,扩
增获得全长的几丁质酶基因(chi72A,KT205398)。
经过 TA 克隆后测序发现,chi72A 全长为 1 950 
bp,所编码蛋白质分子量为 72.23 kD。对该基因所
编码蛋白质进行结构域分析后发现,该几丁质酶
存在两个结构域,分别为 N 端催化结构域和 C 端
的几丁质结合结构域。由于 Chi72A 的活性中心
(F169EGIDIDYE177)与 PROSITE 数据库中第 18 糖苷
酶家族活性中心的氨基酸序列([LIVMFY]-[DN]-G-
[LIVMF]-[DN]-[LIVMF]-[DN]-x-E)一致,因此可
以判断该几丁质酶属于第 18 糖苷酶家族。多序列比
对结果(图 1)表明,Chi72A 催化区域的氨基酸序
列与侧孢短芽孢杆菌 DSM25 所编码的几丁质酶表现
出了 97.4% 的相似性;与蜡状芽孢杆菌 ATCC4342 
的几丁质酶 ChiC,环状芽孢杆菌WL-12 的几丁质酶
ChiA1 以及粘质沙雷氏菌 2170 的几丁质酶 ChiA 的
序列相似性分别为 49%、51%和 40%。
此外,多序列比对还发现,Chi72A 的几丁质结
R
R
R
R
D
A
A
K
E
R
K
K
V
V
F
F
F
F
F
V
S
S
A
A
G
K
K
E
N
S
S
S
S
S
V
V
V
T
A
K
I
V
V
V
E
D
D
D
D
F
F
F
F
F
L
I
I
L
L
Q
R
R
R
R
T
Q
Q
E
K
W
W
W
Y
Y
K
Q
Q
G
N
F
F
F
F
F
F
D
D
D
D
D
G
G
G
G
G
V
A
V
V
V
D
D
D
D
D
I
I
L
L
I
D
D
D
D
D
W
W
W
W
W
E
E
E
E
E
Y
Y
Y
Y
F
P
P
P
P
P
G
G
G
V
G
F
F
V
S
G
K
K
E
G
K
R
R
T
G
G
D
D
I
L
A
P
P
P
D
N
D
D
G
G
P
K
K
G
N
N
G
G
G
G
G
T
T
N
N
N
L
L
F
I
F
G
G
G
N
G
S
S
E
Q
Q
I
I
L
L
L
R
R
K
N
M
K
K
R
K
A
H
H
L
L
L
K
K
K
K
K
K
K
A
Q
Q
Q
Q
K
T
A
Y
Y
Y
N
H
P
P
P
P
P
H
H
H
N
D
V
V
L
L
L
K
K
K
K
K
T
T
T
T
I
M
M
I
I
L
I
I
I
I
P
S
S
S
S
S
I
I
V
V
I
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
W
W
W
W
W
S
S
T
T
T
R
R
W
W
L
S
S
S
S
S
A
A
N
N
D
G
G
R
R
P
F
F
F
F
F
H
H
S
S
F
D
D
D
D
F
V
V
M
V
M
A
A
A
A
G
K
K
A
A
D
T
T
D
T
K
P
P
E
A
V
E
E
K
A
K
A
A
T
T
R
Chi72A 114
DSM25 114
ChiC 159
ChiA1 140
ChiA 251
Chi72A 153
DSM25 153
ChiC 198
ChiA1 179
ChiA 90
所选取几丁质酶的氨基酸序列为来自于 Br. laterosporus DSM25(DSM25,WP_003336146.1),B. cereus(ChiC,
EEK85987.1),B. circulans(ChiA1,AAA81528.1)和 S. marcescens(ChiA,BAA31567.1)的几丁质酶。保守
氨基酸残基用深色背景表示。图中数字表示每行第一个氨基酸在肽链上的位置
图 1 几丁质酶 Chi72A 催化区域的多序列比对图谱
合结构域除了与其他几种细菌几丁质酶表现出序列
相似性以外,还与链霉菌所编码的纤维素结合结构
域表现出了较高的序列相似性。
2.4  异源表达几丁质酶的纯化
为了进一步研究 Chi72A 的酶学特性与影响因
素,将除信号肽以外的 ORF 序列酶切后连接进入表
达载体 pET28a 中。重组菌株使用 0.1 mmol/L IPTG,
28℃诱导 8 h 后,使用高压破碎仪进行破碎。然后
12 000 ×g 离心 10 min 取上清。最后使用 Ni-琼脂糖
和葡聚糖凝胶进行分离纯化。所获得纯品几丁质酶
的检测结果如图 2所示。
2.5  Chi72A对病原真菌拮抗能力的检测
将纯化后的几丁质酶溶液 50 μL 缓慢滴加至滤
纸片上,30℃培养 3 d 后观察抑菌情况。结果(图 3)
显示,该几丁质酶除对尖孢镰刀菌表现出了很强的
拮抗能力以外,还显著抑制了禾谷丝核菌以及腐皮
镰刀菌的生长。这也进一步证实,该几丁质酶为菌
株 CDY64 产生真菌拮抗能力的重要原因之一。
Chi72A
97.4
kD
66.2
42.7
31.0
14.4
1 :纯化后的 Chi72A ;M:蛋白质Marker
图 2 Chi72A 纯化后的 SDS-PAGE 电泳检测图谱
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.6178
2.6  温度与pH对几丁质酶活力的影响
温度与 pH值对纯化后 Chi72A 的影响如图 4 所
示。Chi72A 在 pH为 6.0-8.0 的范围内比较稳定;当
反应缓冲液 pH 分别为 3.0 与 10.0 时,Chi72A 酶活
力分别下降至最高值的 15% 和 27%(图 4-A)。图
4-B 表明,Chi72A 的最适反应温度为 60℃。当温度
为 20℃时,Chi72A 的酶活为最高值的 23%;而当反
应温度为 80℃时,Chi72A 酶活仅为最高值的 18%。
为了进一步研究 Chi72A 对高温的耐受能力,将酶
溶液分别置于 20-80℃预处理 3 h,然后在 60℃以及
pH=8.0 的条件下测定酶溶液的残余酶活力。图 4-C
表明,Chi72A 在 50℃条件下处理 3 h 后,其酶活力
没有受到显著影响。而当预处理温度提高至60℃时,
其酶活力仅下降 9%,具有较强的热稳定性。
2.7  金属离子对几丁质酶活力的影响
金属离子往往有助于维持酶的三维结构,甚
至直接参与酶的催化过程。因此,本研究分别检测
了 Mg2+、K+、Ca2+、Fe2+、Fe3+ 和 Cu2+,6 种金属离
子对纯化后 Chi72A 酶活力的影响。结果(表 4)显
示,当向反应液中添加 CaCl2 至终浓度为 10 mmol/L
时,Chi72A 催化活性升高了 10.5% ;Fe3+ 和 Cu2+ 对
Chi72A 表现出了抑制能力;尤其是添加 Cu2+ 至终浓
度为 10 mmol/L 时,Chi72A 的活性下降了 49%;而
Mg2+、K+ 和 Fe2+ 对 Chi72A 的酶活力没有显著影响。
表 4 不同金属离子对 Chi72A 酶活的影响
金属离子 相对酶活 /%
Mg2+ 97.83±2.1
K+ 101.75±0.4
Ca2+ 110.53±0.7
Fe2+ 103.51±2.6
Fe3+ 90.11±3.1
Cu2+ 51.75±3.8
2.8  几丁质酶酶学参数的测定
分别用不同浓度的胶体几丁质(1-25 mg/mL),
图 3 Chi72A 对植物病原真菌拮抗作用的示意图
0
20
40
60
80
100
120
3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0䞨⻡ᓖpH⴨ሩ䞦
⍫/%
0
20
40
60
80
100
120
20 30 40 50 60 70 80৽ᓄ⑙ᓖ/ć⴨ሩ䞦
⍫/%
0
20
40
60
80
100
120
20 30 40 50 60 70 80亴༴⨶⑙ᓖ/ć⴨ሩ䞦
⍫/%
B
A
C
A :pH值变化对 Chi72A 酶活力的影响;B:反应温度对 Chi72A 酶活力的影
响;C:Chi72A 对温度的耐受性研究
图 4 Chi72A 的酶学特性研究
2016,32(6) 179刘蒲临等:产几丁质酶侧孢短芽孢杆菌的筛选及其酶学性质研究
在最适反应条件下对纯化后 Chi72A 的起始反应速
度进行测定。以底物浓度的倒数为横坐标,酶促反
应速度的倒数为纵坐标作图,获得酶促动力学参数。
结果(图 5)表明,Chi72A 的 Km 值为 5.85 μmol/L,
而其催化常数,kcat 为 29.27 S
-1(即每秒钟可以产生
相当于 29.27 个 N-乙酰氨基葡萄糖的还原性末端)。
y = 0.2294x + 0.0432
R2 = 0.9919
-0.05
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
-0.2
0.3 0.8 1.3
1/S/ mL·mg-1 1/V
/ mg·U-1
3 讨论
具有几丁质降解能力的细菌在自然界碳 / 氮循
环过程中具有非常重要的作用。此类菌株以及相关
降解基因的分离也有助于几丁质酶在工农业上的应
用。本实验所筛选菌株以胶体几丁质作为底物时,
培养液中的几丁质酶的酶活力介于 24.3 U/L 和 63.7 
U/L 之间,这与 Trivedi 等[11]所筛选的菌株酶活相似。
由于侧孢短芽孢杆菌在微生物肥料安全通用技术准
则(NY1009-2006)和农业部发布的《饲料添加剂
目录(2013)》中均属于生物安全菌种,同时侧孢短
芽孢杆菌 CDY64 又具有较高的产几丁质酶能力以及
拮抗病原真菌的能力,因此本研究以 CDY64 为目的
菌株,对其所编码的几丁质酶展开进一步研究。
侧孢短芽孢杆菌往往存在于多种水体、土壤或
某些昆虫的体表,能够产生多种与杀虫和拮抗病原
真菌有关的蛋白质和抗生素[12]。然而,侧孢短芽孢
杆菌中几丁质酶的酶学性质和酶促动力学参数尚未
有报道。大多数细菌所产生的几丁质酶属于第 18 糖
苷酶家族,而第 18 糖苷酶家族的几丁质酶又可以
分为 A、B和 C三个亚类[13]。根据氨基酸序列相似
性,Chi72A 可归类于 A 亚类。酶学特性研究表明
Chi72A 的最适反应 pH 范围为 6.0-8.0,与地衣芽孢
杆菌(B. licheniformis)SK-1[14]所编码的几丁质酶
类似。迄今为止,大多数几丁质酶的最适反应 pH
值介于 4.0-10.0 之间,只有少部分几丁质酶的最佳
pH 超出这一范围。例如,Pradeep 等[15]发现一株
链霉菌所产几丁质酶的最适 pH 值为 12.5。由于高
温酶促催化过程有助于降低污染风险以及提高酶促
反应的速率,因此很多工业上的酶促反应是在高温
下进行的。本研究中所涉及的几丁质酶 Chi72A 具有
良好的热稳定性,这将有助于该酶在几丁质废弃物
生物转化方面的推广与应用。
4 结论
本研究在不同土壤样品中共分离得到 7 株不同
的产几丁质酶菌株,16S rRNA 序列分析发现,这些
菌株可归类于类芽孢杆菌、短芽孢杆菌和芽孢杆菌
3 个属。酶学研究表明,侧孢芽孢杆菌 CDY64 所编
码的几丁质酶(Chi72A)具有良好的热稳定性,其
最佳反应温度为 60℃;而且在 50℃条件下预处理 3 
h 没有造成显著的酶活丧失。此外,该几丁质酶在
体外对多种植物病原真菌具有拮抗作用。
参 考 文 献
[1]Morimoto K, Karita S, Kimure T, et al. Cloning sequencing and 
expression of the gene encoding Clostrium paraputrificum chitinase 
ChiB and analysis of  the  functions of novel cadherin-like domains 
and a chitin-binding domain[J]. Journal of Bcteriology, 1997, 
179 :7306-7314. 
[2]Manjeet K, Purushotham P, Neeraja C, et al. Bacterial chitin binding 
proteins  show differential  substrate  binding  and  synergy with 
chitinases[J]. Micorbiological Reaearch, 2013, 168 :461-468. 
[3]Ding X, Luo Z, Gao B, et al. Improving the insecticidal activity by 
expression a recombinant cry1A gene with chitinase-encoding gene in 
a crystalliferous Bacillus thuringiensis[J]. Current Microbiology, 
2008, 56 :442-446. 
[4]Regev A, Keller M, Strizhov N,  et  al.  Synergistic  activity  of  a 
Bacillus thuringensis delta-endotoxin and a bacterial endochitinase 
against Spodoptera littoralis  larvae[J]. Applied Environmental 
Microbiology, 1996, 62 :3581-3586. 
[5]Nanjo F, Sakai K, Ishikawa M, et al. Properties and transglycosylation 
图 5 Chi72A 酶促反应的 Lineweaver-Burk 图谱
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.6180
reaction of a chitinase from Nocardia orientalis[J]. Agricultural 
and Biological Chemistry, 1989, 53 :2189-2196. 
[6]Usu i   T ,   M a t s u i   H ,   I s o b e   K .   E n z ym i c   s y n t h e s i s   o f 
chitooligosaccharides utilizing  transglycosylation by chitinolytic 
enzymes  in  a  buffer  containing  ammonium  sulfate[J]. 
Carbohydrate Research, 1990, 203 :65-77. 
[7]赵斌 , 何绍江 .  微生物学实验[M]. 北京:科学出版社 , 
2002 :85-88. 
[8]Miller GL. Use of dinitrisalicylic acid reagent  for determination of 
reducing sugar[J]. Analytical Chemistry, 1959, 31 :426-428. 
[9]Roberts WK, Selitrennikoff CP. Isolation and partial characterization 
of  two  antifungal  proteins  from  barley[J]. Biochimica  et 
Biophysica acta, 1986, 880 :161-170. 
[10]Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantization of 
microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-
dye binding[J]. Analytical Biochemistry, 1976, 72 :248-254. 
[11]Trivedi P, Spann T, Wang N.  Isolation and characterization of 
beneficial bacteria associated with Citrus  roots  in Florida[J]. 
Microbial Ecology, 2011, 62 :324-336. 
[12]Ruiu L. Brevibacillus laterosporus, a pathogen of invertebrates and 
a broad-spectrum antimicrobial species[J]. Insects, 2013, 4 :
476-492. 
[13]Terahara T,  Ikeda S, Noritake C,  et  al. Molecular diversity  of 
bacterial chitinase in arable soils and the effects of environmental 
factors on the chitinolytic bacterial community[J]. Soil Biology 
and Biochemistry, 2009, 41 :473-480. 
[14]Kudan S, Pichyanqkura R. Purification and characterization of 
thermostable chitinase  from Bacillus licheniformis SK-1[J]. 
Applied Biochemistry and Biotechnology, 2009, 157 :23-35. 
[15]Pradeep GC, Choi YH, Choi YS, et al. An extremely alkaline novel 
chitinase from Streptomyces sp. CS495[J]. Process Biochemistry, 
2014, 49 :223-229. 
(责任编辑  马鑫)