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江苏省食品质量安全重点实验室徐剑宏研究员等:1 株伏马毒素B1降解真菌的筛选及降解特性分析
2023-10-23 22:21:24 49
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伏马毒素主要由串珠镰刀菌(Fusariummoniliforme)、轮状镰刀菌(F.verticillioides)与层出镰刀菌(F.proliferatum)等镰刀菌产生,是一种由不同多氢醇和丙三羧酸组成的结构类似的双酯型水溶性次级代谢产物(图1)。现有的伏马毒素共11 种,其中FB1是含量最多(约70%)、毒性最强、危害最大、影响范围最广的伏马毒素。

粮食及其制品中伏马毒素的污染情况在世界范围内普遍存在,其中玉米及其制品受到的污染最为严重。去除粮食作物中真菌代谢所产生的毒素是保障粮食与饲料安全的重要方法之一。为了能够获得高效降解伏马毒素的降解菌,淮阴工学院生命科学与食品工程学院的白青云、高红侠和江苏省食品质量安全重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地的徐剑宏*等采用富集培养法,以FB1作为唯一碳源,从采集于江苏徐州、盐城和淮安三地的发霉玉米样品中分离到1 株可以完全降解FB1的菌株,旨在为粮食与饲料中的FB1的脱毒处理提供良好的菌种资源和研究基础。

1 FB1降解菌株的筛选与分离
用无菌水浸提18 个玉米样品中的微生物,以FB1为碳源进行富集培养,从3号样品中分离到1 株FB1降解菌,命名为FDS-2。在5 mL含50 μg/mL FB1的无机盐培养基(MSM)中,30 ℃、180 r/min条件下培养7 d,FDS-2可将250 μg FB1完全降解。如图2所示,FB1的保留时间为9.48 min,对照组样品在此时有吸收峰,而实验组样品无吸收峰,表明FDS-2将培养液中的FB1全部降解。

2 FDS-2的鉴定
FDS-2在马铃薯葡萄糖培养基上生长快,橄榄褐色至黑色,初期黏、酵母状,后期变绒毛状;背面黑褐色,色素不溶于培养基中。气生菌丝茂盛,浅到深褐色,可形成菌丝束;齿状、烧瓶状产孢细胞直接生于菌丝上或形成具1~3隔膜的分生孢子梗;特化的分生孢子梗褐色,顶端色浅、变尖,与菌丝夹角大或近于垂直,宽2.0~3.0 μm,长25~85 μm;分生孢子浅色,长椭圆形或近柱状,单细胞,2.2~5.3 μm×1.0~2.0 μm,在产孢细胞顶端聚集成团(图3)。

使用通用引物ITS1和ITS4扩增菌株FDS-2的核糖体rDNA,PCR产物长度为705 bp。BLAST结果显示,FDS-2与棘状外瓶霉(Exophiala spinifera)CBS同源性高达100%。根据菌种的培养特征、显微特征以及rRNA-ITS序列特征(图4),鉴定FDS-2为棘状外瓶霉。

3 FDS-2的生长特性

如图5A所示,在PDB培养基中,菌株于第2天后进入对数生长期,8 d后进行稳定期。由图5B、C可知,FDS-2的最适生长温度为30 ℃,菌株在酸性条件下(pH 5.0)生长最快,在碱性条件下生长较为缓慢。在以FB1为唯一碳源的MSM中,FDS-2累积生物量与初始FB1质量浓度呈正比(图5D),说明菌株FDS-2能以FB1为唯一 碳源生长。
4 FDS-2对FB1的降解特性

FDS-2降解曲线如图6A所示,在MSM中,FDS-2对FB1的最适降解温度为30 ℃(图6B),最适降解pH 5.0(图6C),这与FDS-2的最适生长条件一致。在最适降解温度和pH值条件下,FDS-2可在48 h内把250 μg FB1降解完全。
5 FDS-2降解活性物质的初步分析

如图7所示,菌株FDS-2菌液上清和菌体破碎液上清对FB1的降解率分别为7.4%和92.3%,沸水浴处理后菌体破碎液上清的降解率显著降低。这表明降解FB1的活性物质位于FDS-2胞内。进一步对上清液进行蛋白酶K处理,破碎液上清中的活性物质失去降解能力,推测该活性物质是菌株FDS-2的胞内酶。
6 FDS-2降解产物的初步分析


分析6 个样本的总离子流图(图8A),与FB1标准品的总离子流图相比,FDS-2降解FB148 h的样本出现了一个新的色谱峰(保留时间5.27 min)(图8B)。提取该色谱峰的m/z信息,确定影响离子丰度的物质的 m/z 406.3506。提取二级质谱信息,发现碎裂离子间的m/z差值为18(图8C),首先推测该物质的化学结构上有5 个羟基,进而推测该物质是FB1脱去2 分子丙三羧酸后的产物,为水解FB1,这与Sphingopyxis sp.MTA144降解FB1的初步产物一致。但6 个样本中均未检测到2-酮基-水解FB1的分子离子,因此,FDS-2降解FB1的终产物有待进一步研究分析。

结 论

本实验通过富集培养,从江苏徐州、盐城和淮安三地的发霉玉米样品中筛选到1 株FB1高效降解菌FDS-2。经菌落形态观察结合分子生物学分析,将FDS-2鉴定为棘状外瓶霉。FDS-2的最适生长和降解条件均为30 ℃、pH 5.0,在该降解条件下,FDS-2能以FB1为唯一碳源生长并于48 h内将250 FB1降解完全。定域实验表明,菌株FDS-2的降解活性物质是一种胞内酶。

现有的报道中,降解FB1的菌株有丛毛单胞菌、鞘氨醇盒菌、鞘氨醇单胞菌等细菌以及棘状外瓶霉和 R.atrovirens两株真菌。本研究降解菌FDS-2在降解FB1过程中也发现了降解产物水解FB1,推测FDS-2中存在一种降解FB1的羧酸酯酶。进一步以FDS-2的基因组测序草图为基因文库进行本地BLAST,并未发现与已报到菌株棘状外瓶霉的水解酶(XP_016238460)高度同源的水解酶基因序列。因此推测菌株FDS-2中存在新型的FB1水解酶。

饲料经动物胃液消化,强酸性会显著降低脱毒效果,故菌株或酶的最适反应pH值在脱毒过程中显得尤为重要。与研究较为深入的鞘氨醇盒菌MTA144相比较,细菌的最适pH值为7.0,而FDS-2的最适生长pH值和降解pH值均为5.0,故推测FDS-2中水解酶的最适反应pH值可能为5.0。菌株FDS-2中高效FB1降解酶有待进一步研究。

本文《1株伏马毒素B1降解真菌的筛选及降解特性分析》来源于《食品科学》2023年44卷14期79-85页. 作者:白青云,高红侠,胡俊强,于阳光,邱涵,张宇航,徐剑宏. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220825-304.

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