工业微生物产生菌的分离筛选
2008-02-08 18:17:14   来源：本站原创   评论：0 点击：

0.106U/mol青霉素酶于鉴定菌枯草芽孢杆菌悬浮液中，铺张于菌落平板表面，凝固后，培养17～20h。测量抑菌圈大小，根据有效指标（抑菌圈直径于菌落直径之比）选出高产突变株。

由于现有抗生素种类多样，得到新的抗生素越来越困难。人们除了从一些特殊的 地方如极端环境中采样分离抗生素的 产生菌，也采用一些特殊的筛选方法，以期从普通土样中分离筛选倒新的微生物及新的抗生素。除上述的抑菌圈外，稀释法、扩散法、生物自显影法等也不同程度的得到应用。在这些方法中，检验菌的选择十分重要，直接关系到检出的灵敏度和筛选到的抗生素的活性和抗菌谱。如在筛选抗细菌抗生素时，传统上常用金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌作为检验菌来检验抗生素的抗性。采用联合检验菌，如枯草杆菌和绿色产色链霉菌活巴氏梭菌，可分离出抗菌活性低、对其他试验菌活性高的新抗生素，如黄色霉素族的抗生素，而这些抗生素在单独使用枯草杆菌时无法检出。

海洋是新抗生素的重要来源。许多海洋生物体内都含有微生物，这些微生物为宿主抵御病害起着关键作用。因此，从鱼组织和虾消化道里分离筛选抗癌药物和抗炎症药物是一个有效地途径。已从水母体内筛到一种名为salinamide的抗生素，一种抗真菌抗生素istatin也从海洋生物体中分离出。

在筛选抗霉菌抗生素时，需根据其特点进行筛选，因霉菌与哺乳动物细胞性质相似，为减少药物对人体的副作用，需挑选对霉菌有抗性但对人体安全的抗生素。由于哺乳动物不含几丁质，因此可先筛选抑制几丁质合成酶的生理活性物质，再从中筛选所需抗生素。三国霉素和多氧菌素就是通过该方法筛选得到的。抗病毒抗生素及抗肿瘤药物的筛选则可通过敏感细菌培养平板的噬菌斑来判断。

采用抑菌圈法，不仅能筛选抗生素，而且还能筛选某些酶类。

（四）组织分离法

组织分离法是由一些有病组织或特殊组织中分离菌株的方法。如从患恶苗病的水稻组织中分离赤霉素，从根瘤中分离根瘤菌及从各种食用菌的子实体中分离孢子等。

1.对一般有病组织的分离方法

切除小块含菌组织，用干净水洗去组织表面污物。以10％漂白粉或0.1％升汞浸泡2～5分钟进行表面消毒，无菌水冲洗。将消毒后的组织移到平皿培养基上，置于适宜温度（25～26℃）培养一定时间，即可在组织周围四÷长出微生物。用肉眼或显微镜观察菌落，基本确认后挑入斜面培养基中培养。由这种方法挑选的菌株往往不纯，必须在琼脂平板上再分离纯化，然后挑取单个菌落于斜面，进一步筛选。

从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌：取新鲜健壮的根瘤，经漂白粉或升汞溶液等进行表面消毒后，用无菌镊子将根瘤压破，取出汁液少许与分离培养基混合倒入平皿中，摊平，培养后在平板上长出菌落，经镜检观察后确认典型菌落，移入斜面。

2.食用菌孢子分离法

食用菌的孢子分离法通常有两种，即多孢子分离和单孢子分离。多孢子分离有混杂现象，不易筛选到优良稳定的菌株。因此，从育种角度最好采用单孢子分离。两种方法的分离步骤、方法介绍如下：

（1）多孢子分离法

取产量高、朵大、健壮无病并即将成熟的初生和单生子实体，用清水洗净表面污物，对子实体外有膜保护着的菇类，如蘑菇、草菇，在0.1%～0.2%升汞溶液浸泡2～3 min，用无菌水冲洗数次。对子实体无膜外露的平菇等，不适于用升汞溶液浸泡，要用75%的酒精进行表面消毒，再用无菌水冲洗。食用菌的孢子着生在子实体的腹面的菌褶上，成熟时会自动弹出来。孢子采集装置：用一条两端弯成钩的铁丝，一端钩着一块成熟的蚕豆大子实体，另一端挂在三角瓶的瓶口上。三角瓶内事先制备好马铃薯—蔗糖培养基平板。悬挂的子实体距离培养基平板2～3cm。适温培养1～2天，就有孢子陆续弹落于三角瓶底部的培养基上，经过4～5天，孢子萌芽成菌丝，及时将菌丝尖端接入到斜面培养基上培养，然后进行生产性能对比试验。

（2）单孢子分离法

取一条铁丝，弯曲成蚊香支架形状，放在已消毒的玻璃板上。将消毒后的子实体悬挂在支架上方，下方置一个已灭菌的去盖的培养皿，然后罩一个钟罩，周围缝隙用凡士林封好。将这套孢子收集器移到恒温室内培养1～2天，将有大量孢子弹到平皿上，收集孢子（图6.2）。以上操作全部在超净台或无菌室内进行。将收集到的孢子用稀释法在马铃薯—蔗糖培养基平板上进行单孢子分离，培养后把单孢子长出的菌落移接到斜面上，进行生产性能比较试验。

（五）单细胞或单孢子分离法

采用特殊的仪器设备进行单细胞或单孢子的分离。具体方法有多种，现主要介绍柠檬酸产生菌采用的小滴分离纯化方法。操作如下：将待纯化的孢子悬液稀释约为1500ml-1，用校正口径的滴管（每毫升400滴）吸取孢子并均匀滴于无菌干燥盖玻片上，将其小心翻转于凹玻片的孔穴上，穴内加一滴已灭菌的培养液，盖玻片和载玻片用凡士林密封。显微镜下观察每个小滴，将只有一个孢子的小滴位置作好记录，恒温培养，挑取单菌落于斜面。

除用凹玻片，还可用滤纸进行单细胞或单孢子分离。具体作法如下：取与皿内径大小一致的滤纸3～4层，浸在培养液中，取出放在空皿内，在滤纸上滴几滴甘油以防干燥，盖好皿盖，灭菌。将稀释为1500ml-1的孢子悬液用上述滴管滴在滤纸上，每皿约点20点滴左右，经恒温培养，每滴约出现10个菌落，将单菌落移接于斜面上。该方法能够得到单细胞或单孢子，较为精确，但操作时要细，否则不易得到理想结果。

（六）特殊菌类——环保降解菌的分离

自然界存在着大量废物及污染物，如多环芳烃（PAHs）、有机染料和颜料、表面活性剂、农药、酚类和卤代烃等。在分离筛选这类物质的降解微生物由于该物质为唯一碳源或氮源的培养基进行富集培养。不能利用该物质的微生物由于得不到营养被淘汰，能分解该物质 的微生物则正常生长。经过几个月的连续培养后，将富集培养液划线或涂布于分离平板上，便能筛选到所需的环保降解菌株。分离平板可采用该污染物为底物的鉴别培养基，通过水解圈变色圈进一步提高筛选效率。

采用该方法分离苯胺、DDT、甲基对硫磷（MP）石油、甲胺磷等污染物都取得了良好的效果。如王倩如等人从经甲胺磷农药废水长期驯化的活性污泥中，筛选到能高效降解甲胺磷农药的蜡状芽孢杆菌（Bacillus crerus）和嗜中温假单孢菌（Pseudomonas mesophilica），两株混合菌对有机磷的去除率达99.7%。

在筛选环保降解菌时需注意，某些有毒污染物由于本身对微生物的生长有抑制作用，如果直接在培养基中加入该物质连续富集培养，可能效果不佳。这时就需根据不同的情况设计更合理的筛选模型。如Harris在分离以氯化物为氮源的细菌时，把浸透了KCN溶液的滤纸放到平皿盖上，滤纸所产生的HCN蒸气逐渐渗入含无机盐的分离培养基，每天用新制备的浸湿KCN的滤纸更换，培养一段时间后，从平皿上长出的菌落中进行分离，便容易得到分解氰化物的菌株。

由于塑料工业的发展，环境中到处都有各种高分子包装废弃物，这些污染物多为不溶于水的高分子化合物，获得其降解菌株较为困难。通常采用富集法进行筛选，如日本的小野胜道教授以低浓度聚乙烯作为富集培养基对土壤微生物进行驯化，分离到了三种能降解聚乙烯的细菌。在淀粉塑料的降解试验中，采用加富土壤淹埋法，筛选到的降解微生物主要是霉菌与放线菌。这可能是因为丝状体更容易深入共混物内部生长。尤其是膜料中的聚乙烯和淀粉分布并非均匀，由于聚乙烯的流动性好，因而在吹塑过程中膜表面的聚乙烯含量偏高，使细菌在初期很难降解这类共混物，所以在降解菌的研究方面应着重考虑霉菌与放线菌。除驯化培养进行降解菌的筛选外，还可采用阶段式筛选法。如在分离聚乙二醇降解菌时，可先筛选能分解乙二醇、丙二醇或聚乙二醇结构相似的含两个醚键的三甘醇的微生物，再从中筛选能降解聚乙二醇的菌株，也能达到较好的效果。

除寻找能够降解废旧塑料的微生物外，根治白色污染的最好方法是用降解塑料替代现有塑料。目前降解塑料有光降解、光-生物降解、纤维素类生物降解塑料等。有些生物降解塑料是以简单的物理共混工艺，将淀粉填充到聚乙烯等树脂内，淀粉可以被微生物分解，但树脂分子骨架在很长时间内仍分解不了，反而为废弃塑料的回收增加了困难。而一些聚脂类高分子由于具有和微生物本身可合成的聚β-羟基丁酯（PHB）相类似的结构，无毒，且能在酸、碱和微生物条件下完全降解，同时具有良好的塑性，用途宽广的多。用微生物发酵法生产的聚β-羟基脂肪酸（polyhydroxyalkanoic acid,PHAs）也成为研究生物降解塑料的热点，其中利用真氧产碱杆菌（Alcaligtnes eutrophus）合成PHB的研究最多。另外，还有固氮菌（Azotobacter）、假单胞菌（Pseudomonas）、生丝微菌（Hyphomicrobium X）、菌宿根瘤菌（Rhizobium meliloti）、嗜盐杆菌（Halobacteria）等。目前人们已经克隆到PHAs合成途径的关键酶基因，包括：phbA(β酮硫裂解酶基因)、phbB(依赖NADPH的乙酰CoA还原基因)、phbC（PHB合成酶基因）。许多实验室已在进行酶基因导入E.coli的工作，期望利用E.coli大批量合成PHB。总之，利用廉价碳源的高产菌株的发现与选育是降解塑料领域中最有意义的研究之一。

二、通过控制培养和培养条件进行分离

各种微生物对营养要求和培养条件是不同的，在分离筛选时若在这两个方面加以调节控制，就能获得更好的分离效果。

1.培养基的营养成分

各种微生物对碳源、氮源要求各异，有的对营养还有特殊的要求，事先了解被分离微生物的营养要求，从而设计一个合理快速的分离培养基，能够收到事半功倍的效果。

放线菌是生产抗生素和酶制剂的重要来源。在选择分离放线菌时，通常采用改良的HV琼脂培养基、土豆-胡萝卜水汁液培养基和淀粉琼脂培养基能取得较好的效果。但不同菌种对营养要求差别很大，如奴卡氏菌在有氧条件下用普通培养基即可分离到，而以色列放线菌则在有CO2存在且有适宜培养基的情况下才能正常生长繁殖。

筛选水解酶产生菌时，通常利用以底物为惟一碳、氮源的平板进行分离，如以淀粉为碳源的培养基可鉴定菌落能否产生淀粉酶；一种含纤维素粉为碳源的分离培养基，可以鉴别纤维素酶产生菌；用含有酪蛋白为有机氮源的平板培养基，可以鉴别蛋白酶的产生菌。纯种分离时，把以上琼脂平板置于适宜的温度培养一定的时间，如具有产生水解酶能力的菌株，便在菌落四周形成水解圈或呈色圈，根据圈的大小可初步判断酶活力强弱。测定水解圈直径与菌落直径之比，把比例大的菌落移入斜面保藏，供进一步筛选。

2.培养基的pH

细菌、放线菌的生长繁殖对pH一般要求偏碱，霉菌和酵母菌要求偏酸。因此，分离培养基的pH应该调节到被分离微生物要求范围。这不仅有利于自身生长，也可排除一部分不需要的菌类。例如，分离柠檬酸产生菌的黑曲霉，就是利用调节培养基的酸碱度获得成功的。其分离方法是：取红芋粉醪20%、柠檬酸10%～20%配成培养液，调节pH2.0～2.5，以一定量的培养基和土样均匀混合，用毛细吸管点种在平皿内事先覆盖的无菌滤纸上（2～3层），于30℃培养，这样可以分离到产生柠檬酸的黑曲霉。

分离碱性蛋白酶和碱性脂肪酶产生菌时，可以把培养基调到pH9～11，在此范围内不宜生长的微生物被抑制，这对分离本身起到浓缩作用。大多数水解酶的生长最适pH基本相近，而酶的作用pH未必与产酶pH相同。

培养基的pH要结合营养成分和培养条件来考虑。因为微生物在生长繁殖过程中，由于代谢作用会产生酸性或碱性产物，pH发生变化，微生物生长受到抑制。一般培养基中碳氮比（C/N）高者，培养后倾向于酸性，反之则倾向于碱性。无机盐的性质也会影响pH变化，（NH4）2SO4是生理酸性无机氮源，其中NH4+被菌体利用，留下SO42—，培养液变成酸性。而NaNO3是生理碱性氮源，其中NO3—被菌体分解利用后，剩余Na+，使培养液变成碱性。如发酵过程缺氧，则代谢向有机酸合成方向进行，pH下降。为了维持培养基的ph，一般要加磷酸盐，如K2HPO4、KH2PO4，使培养基具有一定的缓冲能力。如果培养液中的酸碱变化很大，磷酸盐的缓冲容量不足以调节pH变化，则可适当加入碳酸钙，以不断中和菌体代谢过程中产生的酸类，使培养基的pH能保持在恒定的范围内。此外，在分离霉菌时，加几滴乳酸不仅可以维持一定酸碱度，而且可以抑制细菌的生长。

3.排除不需要的菌类

采取调节pH的方法来抑制非目的微生物的生长，虽然能起到一定的作用，但并不是对所有的菌类都有效。有些细菌和放线菌同样可以在酸性环境下生长，而个别的霉菌，也同样可以在中性或偏碱的培养基中生长。为了更有效地抑制非目的微生物的生长，要加入一些专一性的抑制剂。

（1）分离细菌时，在培养基中加入浓度为50U/ml制霉菌素，可以抑制霉菌和酵母菌的生长。