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利用Fusarium poae制备T-2毒素的培养条件和提取方法

2020-12-29 来源:乌哈旅游
4o 微生物学杂志 2011年9月第31卷第5期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Sept.2011 Vo1.31 No.5 利用Fusarium poae制备T-2毒素的 培养条件和提取方法 代 坊 ,王雅玲¨,孙力军 ,施 琦 ,徐德峰 ,王远征 ,胡红林 ,欧阳毅 ,吕国忠。 (1.广东海洋大学食品科技学院,广东湛江524013;2.大连民族学院环境与资源学院,辽宁大连116600) 摘 要 比较2种不同优化方法对分离纯化梨孢镰孢菌(Fusarium poae)产生的T一2毒素的效果,并得到高纯 度的T.2毒素,解决国内T-2毒素产业化问题。在优化Fusarium poae产毒培养条件的基础上,对Burmeister的 提取方法和Gregory培养基进一步优化以最大限度地提高T一2毒素的产率,从而得到高纯度并且高产率的T-2 毒素。目标菌株最适产毒培养基成分:NH H2PO l g,KC1 0.2 g,MgSO ・7H:O 0.2 g,葡萄糖10 g,酵母膏5 g,CuSO ・5H2O 0.005 g,ZnSO ・7H2O 0.O1 g,H2O 1 000 mL。最佳产毒培养条件为8—25℃间隔12 h变温、 前期光照后期黑暗、前期振荡后期静止的培养条件下培养28 d。在这种条件下可提高T-2毒素的产率达5倍。 用丙酮氯仿进行分离,免疫亲和拄进行纯化得到高纯的T一2毒素。优化后的Burmeister提取方法提高了T一2 毒素的产率。 关键词T-2毒素;镰孢茵;产毒培养 Q93—33 文献标识码A 文章编号1005—702l(2oiI)05—0040—05 中图分类号Cultivation Condition and Extraction Method to Prepare T-2 Toxin Using Fusarium poae DAI Zhe ,WANG Ya—ling ,SUN Li-jun ,SHI Qi ,XU De—feng , WANG Yuan—zheng ,HU Hong—lin ,OU—YANG Yi ,LV Guo—zhong (1.Col1.of Food Techno1.,Guangdong Oc.Uni.,Zhanjiang 524013; 2.Sch.of Environ.&R∞.,Dallan Mingu Col1..Dallan 1 166o0) Abstract The effects to isolate and purify T一2 toxin produced by Fusarium poae(FP)with two different optimized methods were compared and obtained high purity of T-2 toxin to solve its industrialization problem in China. Based on the optimization of toxin producing conditions by FP,Burmeister extraction and Gregory medium were further opti— mized in order to improve the productivity of T一2 toxin to the maximum thereby to obtain high purity and high produc-・ tivity of T一2 toxin.The results showed that the most suitable toxin producing medium components of target strain were as follows:NH4H2PO4 1 g,KC1 0.2 g,MgSO4。7H2O 0.2 g,glucose 10 g,yeast extract 5 g,CuSO4・5H2O 0.005 g,ZnSO4・7H2O 0.O1 g,H2O 1 000 mL.The most optimized conditions to produce toxin was cultured for 28 days at interval 8~25℃of poikilothermia for 12 hours under illumination an,t shaking at early stage.then shading and cuhu— ,ring at rest at later stage,the production of T一2 toxin reached to maximal level of 5 mg,which was five times more than before.After separated by acetone—chloroform and puriied by immune afffinity column,and obtained high purity T-2 toxin.The optimized Burmeister extraction improved the productivity of T一2 toxin Keywords T-2 toxin;Fusarium sp.;toxin cuhivation 基金项目:国家自然科学基金(31171634);湛江市财政科技专项竞争性项目(20111)02) 作者简介:代酷女,硕士研究生。研究方向为真菌毒素与水产品质量与安全。E-mail:philosophy—good@126.com 十通讯作者。E—mail:wangylchina@163.corn 收稿Et期:2011-09—19;修回日期:2011-09-20 5期 代拮等:利用Fusarium poae制备T一2毒素的培养条件和提取方法 4l T.2毒素是由拟枝孢镰孢菌、梨孢镰孢菌和 的,并且对T-2毒素的产业化发展也具有重大意 义。本研究采用不同产毒条件,利用不同的提取 三线镰孢菌等真菌产生的一种高毒性的A型单 端孢霉烯族化合物(学名为413-1,5-二乙酰氧基- 8a-{3.甲基丁酰氧基}-3 一羰基一12,13一环氧单端 孢霉 .烯,分子式为C: H, O )(图1)。T-2毒素 方法,并得到高纯的T.2毒素。 属于自然发生的毒性强烈的生物毒素…,广泛存 在于自然界中,是评价粮谷及环境中真菌毒素污 0COC心CH( 染的重要指标之一。T一2毒素性质稳定,一般的 实物烹调加热方法不能破坏其结构,在室温下放 置6—7 a或加热至200 c【=1~2 h毒力仍不减弱, 而在碱性条件下次氯酸钠可使之失去毒性,其氧 环和双键被认为是活性单位 。T-2毒素结构复 杂难以人工合成而导致价格昂贵,因此,利用生物 学方法获得高纯度的T-2毒素具有重要的经济学 意义,同时还可缓解我国T-2毒素标准品完全依 赖进口的现状。不同的菌种培养方法所产生的菌 种产毒能力不同,而且在不同的培养条件下,菌种 所产生的毒素量是不一样的。为了采用最简便的 方法得到最高量的T一2毒素,很多学者都尝试了 不同的培养方法,如Burmeister…和Wyatt等 报 道的方法中,先将产毒三线镰孢菌接种在酵母一麦 芽汁琼脂培养基上,于25 cI=培养14 d后,用灭菌 蒸馏水制成浓厚的孢子悬液。然后,将此孢子悬 液吸取2 mL接种于300 g灭菌的白玉米渣中,再 加入100 mL灭菌蒸馏水充分混匀,予l5℃培养 3周,亦可获得丰富产量的T-2毒素(1.44 g/1.2 kg);按照Bamburg等 刮的方法,将产毒三线镰 孢菌接种于Gregory氏培养基中 (黄豆粉20 g, 葡萄糖20 g,CaCO3 5 g,玉米浆5 g,蒸馏水1 000 mE),于8℃培养30 d,即可获得高产量的T-2毒 素。王雅玲 对 poae菌株的生长条件进行了 研究,制定了F.poae菌株大量繁殖的可行性方 案,建立了每隔12 h应激培养,反复若干周的变 温变光培养模式。若将T-2毒素进行产业化生 产,还需将T-2毒素分离纯化。T-2毒素常用丙酮 与水(84:16,体积比) ,丙酮与甲醇(85:15, 体积比) ,丙酮与氯仿 们进行提取,还有研究 人员用乙酸乙酯¨ 进行溶解分离,然后用硅胶 柱¨’川或者是免疫亲和柱n 进行浓缩纯化。 但是不同的极性有机溶剂对T-2毒素的溶解效果 不同,并且溶解不完全,需要反复多次进行分离浓 缩。探索出镰孢菌高效的产毒方法是非常必要 图1 T-2毒素结构式 Fig.1 The structure of T-2 toxin 1 材料与方法 1.1 Fusarium poae的产毒培养 将高产T-2毒素F.poae菌株接种在琼脂糖 PSA平板培养基上,光照培养1周,菌落生长相对 饱和时,将菌落分成小块连同培养基接种到装有 F.poae菌株GYM液体培养基(NH。H:PO 1 g, KC1 0.2 g,MgSO4・7H2O 0.2 g,葡萄糖10 g,酵 母膏5 g,CuSO ・5H O 0.005 g,蒸馏水1 000 mL,ZnSO ・7H2O 0.01 g)和优化的Gregory培养 基(NH4H2PO4 1 g,KC1 0.2 g,MgSO4・7H2O 0.2 g,葡萄糖10 g,酵母膏5 g,0.005 g/L CuSO ・ 5H2O 1 mL,0.01 g/L ZnSO4・7H2O 1 mL,蒸馏水 1 000 mL)上。本实验采用2种不同的条件来进 行产毒培养(表1)。 表1产毒培养条件 Table 1 Toxin cultivation conditions 1.2 方法 1.2.1 T-2毒素的2种提取方法条件一得到 的样品采用丙酮法处理,条件二得到的样品采用 乙酸乙酯法处理。①丙酮法:采用旋转蒸发仪浓 缩悬浮液,用氯仿丙酮混合液(85:15)洗涤3 42 微生物学杂志 次,加2倍体积丙酮到浓缩液,沉淀出胶粘状物 的氯仿.丙酮,用旋转蒸发仪提取再过滤,并将氯 仿一丙酮回收,可仅需要1.5 L的氯仿一丙酮。 乙酸乙酯法中培养物提取液(含大量T-2毒 质,将此物质滴加到己烷内,将15%体积的丙酮 倾人己烷混合液内,混匀后将已烷丙酮混合液倾 出,反复滗析3次。将提取液浓缩,加入1.2 g的 活性炭,摇匀,过滤,用10 mL丙酮洗涤5次,当丙 酮浓缩到15 mL时再过滤1次,除尽多余碳末。 素)的浓缩过程较为烦琐,需要根据不同浓度的 富集液调整相应的真空度和温度。 2.3影响提取速度的因素 将己烷滴加到溶液内,直到有轻度浑浊,再滴加几 滴甲苯使溶液澄清。室内放置18 h,80 c【=干燥, 2.3.1 温度 在一定的时间内,吸光度值与T一2 毒素的含量成正比,即吸光度值越大,提取速度越 可得到结晶;②乙酸乙酯法:用乙酸乙酯溶解经旋 转蒸发所得油状物,用0.5%的H SO 进行广谱 除杂。将上层溶液(乙酸乙酯层)蒸发浓缩,将浓 缩物用4:1的甲醇一水溶解,用正己烷(上层)萃 取除杂,用氯仿一乙酸乙酯提取,蒸发后得到粗制 T。2毒素。用硅胶柱氯仿一丙酮洗脱,苯一己烷重结 晶2次,再经免疫亲和柱层析,得到高纯T-2 毒素。 1.2.2影响提取速度的因素 ①温度对提取速 度的影响:分别在0、10、20、30、40、50、60、70、80、 90、100℃下,对相同的样品,采用相同的条件进 行提取,然后用分光光度计测定其吸光值;②有机 溶剂浓度对提取速度的影响:丙酮在氯仿一丙酮混 合液中的百分比分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、 0.5、0.6、0.7、0,8、0.9、1.0的条件下,对条件相 同的样品进行T 2毒素的提取,然后分别测定吸 光度值,确定其对提取速度的影响;③蒸气压对提 取速度的影响:分别采用0、100、200、300、400、 500、600、700、800、900、1 000 Pa的蒸气压对相同 样品进行提取,一定时间后测定其分光光度值。 2结果与分析 2.1产毒菌株的培养条件 条件一中菌株接种到GYM培养基后经4周 的变温变光培养,得到大量菌丝悬浊液。条件二 中菌株生长期间,菌株量差异大,30 d后,观察各 培养瓶中的菌株生长情况发现各瓶中菌株量基本 一致。 2.2提取 丙酮法中试验测得,油状物体积60 mL,浓缩 至15 mL加己烷甲苯放置18 h,加热使部分蒸发 得小颗粒结晶。用丙酮洗绦残渣,得到大量的 结晶。 提取时,若按Burmeister的方法将需要大量 大。由图2可知,温度与吸光度值成正比,即温度 与提取速度成正比。40℃之前,提取速度的增幅 较小,40~80℃提取速度随温度的升高而骤增, 之后变化又呈缓慢状态。 O 8 能 螫 8 c 图2提取过程中温度和提取速度的关系 Fig.2 Effect of temperature on extraction speed 2.3.2有机溶剂 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 丙酮占有机溶剂百分比 图3提取过程中有机溶剂量和提取速度的关系 Fig.3 Effect of quantities of organic dissolvent on extraction speed 由图3可知,T 2毒素的提取速度与丙酮占 有机溶剂的百分比的影响关系不太明显,但总趋 0 7 O 6 O 5 5期 代拮等:利用Fusarium poae制备T-2毒素的培养条件和提取方法 43 势还是呈现下降状态,即丙酮在有机溶剂中所占 和压强的条件。用丙酮溶解残渣得到的结晶,远 多于己烷中的丙酮所溶解的,可能是培养的菌丝 中含有的化学物质与Burmeister所用的菌丝不 的百分比越高,则越不利于T.2毒素的提取。 2.3.3蒸汽压 由图4可知,T-2毒素的提取速 度随蒸汽压的增大而降低。因此,需要较大的蒸 同,或加热后的结晶溶有杂质,溶解条件使晶体结 气压以提高提取速度。 迥 世 蒸汽压/kPa 图4提取过程中蒸气压和提取速度的关系 Fig.4 Effect of vapour pressure on extraction speed 3 讨 论 丙酮法的优化及存在的问题:丙酮法中菌丝 多粘于壁上,因此T一2毒素也会粘于壁上,为了得 到毒素,多次用氯仿一丙酮混合液(85:15)洗涤, 洗涤液可再用于洗涤蒸发水分后的菌丝,合并洗 涤液浓缩,可大量减少氯仿一丙酮的用量。Bur. meister的方法所获得的油状物少,而且得到的毒 素量远小于改进后所得的毒素。胶粘状物质滴加 到己烷中,沉于瓶底,互相黏着,贴于壁上,需要不 停地搅拌,让毒素充分溶解于己烷中的丙酮。己 烷丙酮甲苯溶液静置18 h后,需要加热,才可得 到结晶。毒素溶液蒸发时,挥发出的溶剂有毒,而 在旋转蒸发仪内蒸发会因容积太大使毒素损失, 可以放在通风橱内蒸发,减少毒素损失。用红外 光谱仪检测,对样品做色谱图分析可确定样品含 有T一2毒素。得到T一2毒素结晶5 g,远多于Bur— meister方法所得到的1 g左右 。 菌株在培养过程中,条件简单,方法容易控 制,为大规模连续培养及产业化提供了可能。在 蒸发和提取过程中,菌株的浓度对效率的影响不 大,可利用尽可能多的菌株或分离物提取,并且溶 剂可回收连续利用。所以可以考虑以旋转蒸发仪 为模型,开发大量连续提取方法。但需探讨温度 构发生改变,所以溶解条件需探讨。 乙酸乙酯法的优化及存在的问题:乙酸乙酯 法中经优化的Gregory氏培养基是液体培养基, 为了菌株的快速繁殖,保持整个过程中的营养分 布均匀很重要。通过观察菌株的生长情况发现, 起始生长阶段不同培养瓶的菌株量差距大,可能 是接种菌量不同造成。但30 d后,各培养瓶菌株 量相差无几,造成此结果的原因可能是菌种的衰 亡速度不同。 T-2毒素的纯化:硅胶柱层析洗脱液经苯.己 烷重结晶2次后最主要的问题是注意不能使结晶 温度太高,因为超过120℃,T一2毒素很容易分 解,且很可能导致其他杂质的干扰作用加重,从而 给纯化T-2毒素带来很不利的影响。 经过对比分析,得知2种方法均在前人研究 基础上对培养基进行了优化,并且T-2毒素的得 率高,尤其是方法一中的得率是Burmeister的5 倍。经过免疫亲和柱层析后,进行了红外光谱和 核磁共振的检测(另外报道),结果表明所得物质 是T一2毒素。这对今后国内T-2毒素的产业化发 展具有重要的意义。 参考文献: [1]Si・yuan L.I,Jun—ling c.,Zhong-li S.,et a1.Promotion of the articular cartilage proteoglycan degradation by T-2 toxin and se- lenium protective effect[J].Zhejiang Univ Sci B,2008,9(1): 22_33. 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