降解羽毛菌株的筛选及初步鉴定

论文总字数：13706字

摘 要

采用富集培养的方法，从家禽养殖场废弃羽毛处土样中筛选获得一株降解羽毛角蛋白的菌株。根据其形态观测结果和生理生化指标的测定结果，鉴定该菌株为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。该菌能够降解完整的天然羽毛，具有很好的开发应用前景。本试验的结果为进一步利用角蛋白降解微生物从而实现羽毛角蛋白的资源化利用奠定了良好的基础。

关键词：羽毛降解菌，枯草芽孢杆菌，分离，鉴定

Abstract：Using the method of enrichment culture, a strain was isolated from waste feather in soil samples of poultry farm which was able to degrade feather. The strain was identified as Bacillus subtilis based on its morphologic and physicochemical characteristics. This strain had the ability to degrade natural feather without any treatment, and it had potential industrial application. The results laid the foundation for further application of feather as resource using keratin-degrading microorganisms.

Keywords：Feather-degrading bacterium, Bacillus subtilis, Isolation, Identification

目 录

1 前言……………………………………………………………………………5

1.1 羽毛的用途…………………………………………………………………5

1.2 羽毛的处理方法……………………………………………………………5

1.3 研究降解羽毛菌株的意义…………………………………………………6

2 实验材料与仪器………………………………………………………………6

2.1 实验材料……………………………………………………………………6

2.2 设备与仪器…………………………………………………………………6

2.3 试剂…………………………………………………………………………7

3 实验方法………………………………………………………………………8

3.1 培养基………………………………………………………………………8

3.2 溶剂配制……………………………………………………………………10

3.3 实验步骤……………………………………………………………………11

4 结果与讨论……………………………………………………………………13

结论………………………………………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………………………17

致谢………………………………………………………………………………19

1 前言

角蛋白大量存在于自然界中，如禽类的羽毛，牛羊猪等的毛发，以及人类的指甲、头发等^[1]，其在羽毛中所占的比重较大。

羽毛是家禽养殖业的废弃物，与此同时，羽毛又是一种很好的饲料蛋白原料和化工原料。伴随着各国人民生活水平的不断提高，人们对禽类产品的需求量也日益增加，这进一步促进了养禽业尤其是养鸡业的迅速发展，养鸡场的规模不断扩大，每年所产生的羽毛废弃物达数百万吨之多，对环境造成了不可小觑的破坏^[2]。羽毛的成分以角蛋白为主，其中粗蛋白含量高达90%，富含多种氨基酸，此外还含有钙、磷等一些微量元素，是一种具有较高营养价值的饲料蛋白原料。但角蛋白比较稳定，必须降解后才能作为畜、禽的蛋白饲料^[3-5]。角蛋白是由氢键、二硫键^[6]和疏水作用^[7]之间的高度交联而形成的，具有较高的稳定性，不易被水解，因此很难被降解及利用。

常用的羽毛处理方法为高温高压蒸煮法或酸碱水解法，这些方法耗能高且易造成严重的环境污染。自然界中存在的某些微生物能分泌角蛋白酶从而将角蛋白缓慢降解，因此筛选出具有较高羽毛降解能力的微生物具有重大的意义。自然环境中能降解角蛋白的微生物^[8]普遍存在，如细菌^[9-11]、真菌^[12-13]和放线菌^[14-15]等。

我国每年的羽毛总产量超100万吨，而且随着集约化养殖的迅速发展，产量呈逐年递增的趋势。

根据美国农业部的调查，2011年中国、美国与巴西的鸡肉产量分别为1.3，1.66 和1.17 千万吨^[16]，仅2012年世界鸡肉的出口量就达9.1千万吨。而羽毛的重量占家禽总重量的5%～7%，所以每年单单是家禽屠宰业加工而产生的羽毛就可达数百万吨^[17]。

1.1 羽毛的用途

羽毛是一种很好的饲料蛋白原料和化工原料，其含有丰富的蛋白质和氨基酸。随着当今世界日益加剧的粮食危机，我们可以将羽毛废弃物作为动物饲料的一种替代资源以此来缓解人类的粮食危机。

羽毛中的氨基酸含量在70%以上^[18]，粗蛋白含量在80%^[19]以上，含有多种动物所需的氨基酸，具有很高的开发和利用价值。经生物转化而得到的羽毛粉可以代替鱼粉、豆粕等添加剂添加到饲料中去，是一种新型优质的蛋白资源。

1.2 羽毛的处理方法

常规的处理羽毛的方法为高温高压蒸煮法或酸碱水解法，但这些处理方法消耗的能量较高、易引起环境污染，且会导致氨基酸的损失。假若能利用微生物及其产生的相关酶对角蛋白进行降解，这不但有助于降低角蛋白加工过程中的能耗与环境污染，而且还有助于改善角蛋白水解产物的利用率与营养价值，另外还可以得到优质的饲料产品^[20-21]。

目前已分离筛选得到的可以降解角蛋白的微生物有30多种，主要是细菌、真菌和放线菌。但目前分离得到的多数菌株降解羽毛的效果不大理想，且大部分菌株降解羽毛尚需要在一定的预处理之下。因此，筛选出能够直接、快速、高效降解天然羽毛的微生物菌株更具有实际的应用价值。Bach等^[22]从土壤中分离筛选出20株可以降解羽毛的菌株，用于回收羽毛废弃物；Friedrich 等^[23]将300株可以分泌胞外角蛋白酶的真菌进行培养，得到一株活性最高的真菌Aspergillus flavus，该真菌可以以角蛋白为唯一碳氮源进行产酶。由此可见，利用微生物降解羽毛废弃物的方法不仅弥补了各种理化方法的不足，而且其本身及酶产物在生物农药、生物医药、饲料添加剂等方面也有着广阔的应用前景。

1.3 研究羽毛降解菌株的意义

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