北极副球菌(Paracoccus sp. Arc7-R13)发酵液介导合成纳米颗粒及其特性研究
银纳米颗粒(Silver nanoparticles, AgNPs)因具有良好的导电性、抗菌性和光学性质，而被广泛应用于化学传感器、催化剂、药物输送和电池等领域。与传统的化学和物理合成法相比，生物法因其绿色、快速、操作简单等优点而备受关注。生物方法合成银纳米颗粒需要还原剂和保护剂的同时作用，而因高溶解氧、强UV-B辐射和低温等导致的氧胁迫是影响北极海洋微生物生存的主要因素，因此利用从北极海洋沉积物筛选到的抗氧化活性菌株的发酵液上清合成银纳米颗粒具有重要的研究价值。 本文以添加终浓度为4mmol/LH2O2的Zobell2216E作为筛选培养基从北极海域30个站位的沉积物中筛选到了19株具有较强抗氧化胁迫能力的菌株，基于16SrRNA分子鉴定和系统发育分析表明，其分属于4个纲，11个属，15个种，其中γ-Proteobactria纲的菌株数最多；包括假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas,8株)，科尔韦尔氏菌属(Colwellia,1株)，嗜冷杆菌属(Psychrobacter,1株)，副球菌属(Paracoccus,1株)，节杆菌属(Arthrobacter,2株)，考克氏菌属(Kocuria,1株)，盐芽孢杆菌属(Halobacillus,1株)，芽孢杆菌属(Bacillus,1株)，动性微菌属(Planomicrobium,1株)，Paeniglutamicibacter和Chryseoglobus各1株。H2O2抗性试验表明，菌株Arc7-R13和Arc7-D的耐受性较强，菌液分别稀释104倍和103倍后仍然可以在H2O2浓度为5mmol/L的固体培养基上生长。 对抗氧化活性较强的菌株Paracoccussp.Arc7-R13和Colwelliasp.Arc7-D进行了全基因组测序和功能注释。菌株Arc7-R13全基因组包括1条环形染色体(3,231,929 bp)和8个质粒(41,701?223,650 bp)，G+C含量为67.45mol%；包含3个rRNA操纵子(16s-23s-5s rRNA)，49个tRNA基因和16个基因岛，3,835个CDSs，在COG注释中有50个基因与抗氧化活性相关，在GO注释中有289个基因与氧化还原过程有关，另有78个基因与氧化还原活性相关。菌株Arc7-D基因组为1条全长4,305,442bp的环形染色体，G+C含量为37.67mol%；包含6个rRNA操纵子(5个16s-23s-5s和1个16s-23s-5s-5s)，77个tRNA基因和10个基因岛，3,812个CDSs，在COG和GO注释中分别有42个和19个基因与抗氧化活性相关。通过KEGG分析，菌株Arc7-R13和Arc7-D均有3条与氧胁迫适应相关的代谢通路：过氧化物酶体通路、氧化磷酸化反应通路和谷胱甘肽代谢通路。 利用北极抗氧化活性菌株成功合成了银纳米颗粒，并对其性状和抑菌性能进行了研究。紫外分光光度计检测分析表明，抗氧化活性较强的副球菌Arc7-R13在420nm处存在明显特征吸收峰，且反应液颜色由浅黄色转变为深棕色，初步表明有银纳米颗粒的合成。对菌株Arc7-R13合成银纳米颗粒的条件进行了优化，研究结果显示，终浓度为4mmol/L的AgNO3为最适浓度；37℃为最适反应温度；pH=7为最适pH值。 透射电子显微镜观察表明，菌株Arc7-R13合成的银纳米颗粒粒径为2?20nm，多呈球形或椭球形。对银纳米颗粒合成反应液和发酵液上清原液进行傅里叶变换红外检测的对比分析表明，芳香族化合物、醇、酚和蛋白质可能在银纳米颗粒的形成过程中起着还原剂和保护剂的作用。通过X射线衍射分析表明本研究合成的银纳米颗粒为面心立方结构的晶体。通过涂布平板打孔法研究表明菌株Arc7-R13合成的银纳米颗粒对测试菌株大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌均具有良好的抑制作用，AgNPs浓度为200μg/mL时孔洞周围即可出现明显的抑菌圈；并确定银纳米颗粒对4种测试菌株的最小抑菌浓度分别为60μg/mL、30μg/mL、40μg/mL和30μg/mL。本研究利用北极海洋微生物成功合成了AgNPs，可为开发利用极地微生物这一特殊的菌种资源提供新的思路。
海洋沉积物;银纳米颗粒;发酵液;生物合成;抗氧化活性
国家海洋局第一海洋研究所
硕士
海洋生物学
林学政
2019
中文
Q938
2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）