大黄鱼源三种优势腐败菌致腐表型及其菌群互作效应研究

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大黄鱼(Pseudosciaena crocea)作为我国特色的养殖水产品之一,以高蛋白、低脂肪的营养结构特点受到广大群众的喜爱,但是在捕捞、加工过程中特别容易受细菌污染,而导致品质下降。研究表明,鱼类腐败变质的重要原因就是微生物活动,冷藏鱼类的主要腐败细菌包括假单胞菌(Pseudomonas spp)、腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)、磷发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)、乳酸菌(Lactobacillus)以及热杀索氏菌(Brochothrix thermosphacta)等,这些腐败菌分解鱼体中的蛋白质和氨基酸,产生异味或臭味,引起食品腐败。前期研究发现,希瓦氏菌(Shewanella)是冷藏大黄鱼中优势腐败菌,特别是波罗的海希瓦氏菌(Shewanella baltica)致腐能力更强,为特定腐败菌,同时还分离到假单胞菌(Pseudomonas spp)和气单胞菌(Aeromonas)。目前对于腐败菌的研究主要集中在分离菌的鉴定、致腐潜能分析以及货架期预测模型构建等,而对腐败菌的致腐表型、细菌在共培养条件下相互作用及作用差异机制方面的研究鲜有报道。鉴于此,本研究利用生理生化结合分子生物学技术鉴定大黄鱼三种优势腐败菌,比较腐败菌生长及致腐表型,分析三种腐败菌在灭菌鱼汁共培养环境下致腐效应差异,并基于群体感应AHLs活性探讨互作效应,旨在为QS系统调控混合细菌腐败作用研究提供理论支持。  1、利用梅里埃生化鉴定系统API20NE和16S rRNA和gyrB基因鉴定了17株冷藏大黄鱼腐败终点的致腐株,发现主要为希瓦氏菌属、假单胞菌属和气单胞菌属。7株希瓦氏菌都为S.baltica,而SB01与S.glacialipiscicola亲缘性最高;假单胞菌属中PF01、PF06和PF07为P.fluorescens,其余为P.fragi,两株气单胞菌分别为A.salmonicida和A.molluscorum。除了SB01外希瓦氏菌都产H2S、还原TMAO以外,并且在4℃环境下生长,在0%或6%的NaCl下失活;在较高的温度下,假单胞菌和气单胞菌生长更为旺盛,并且表现出其耐盐活性。三种优势腐败菌的腐败表型存在差异,其中希瓦氏菌在致腐过程中具有较强的产TMA和生物胺的能力,且所形成的生物胺主要为腐胺;两株气单胞菌也有还原TMAO活性,AS03还能形成尸胺;假单胞菌则主要表现出较强的胞外蛋白酶及脂肪酶活性,不产H2S、无TMA和生物胺形成。17株分离株接种在灭菌鱼汁中发现不同属和种间的生长和挥发性盐基氮的形成存在显著差异,其中希瓦氏菌形成的TVB-N明显高于假单胞菌和气单胞菌,最后获得三株强致腐株波罗的海希瓦氏菌(S.baltica)SB11、荧光假单胞菌(P.fluorescens)PF07和杀鲑气单胞菌(A.salmonicida)AS03,其中SB11为大黄鱼的特定腐败菌。  2、评价了三株强致腐株S.baltica SB11、P.fluorescens PF07和A.salmonicida AS03共同接种于灭菌鱼汁中的菌群互作效应。将过夜活化的三株腐败菌稀释至细菌数量为103~104个/cm2,以SB、PF、AS、SB+PF、SB+AS、以及SB+PF+AS的共培养组合接菌,保持接种的菌落总数相一致,4℃冷藏,每隔24 h测定各组生长及腐败产物的变化。相对于单独培养,在共培养条件下P.fluorescens和A.salmonicida的最大生长速率明显下降,但细菌数量相比单独培养并未明显减少,而S.baltica的最大生长速率始终保持最高,但相比单菌生长细菌密度显著减少,降低近7%。与P.fluorescens和A.salmonicida混和培养条件下,S.baltica腐败代谢产物形成显著下降,其中在单独培养时S.baltica形成TMA、生物胺、TVB-N最高值分别为50.3mg/100g、22.8 mg/L、68.4 mgN/100mL,而在共培养下最高值为48.1mg/100g、13.6 mg/L、35.4 mgN/100mL,分别减少4.4%、40.4%、48.2%;A.salmonicida形成高含量尸胺,在混菌组中尸胺含量减少近22%,并且在共培养条件下P.fluorescens的蛋白酶、脂酶活性也显著下降,最大减少率分别为7%和9%。GC-MS检测接种不同细菌混合组中的鱼汁挥发性风味物质的变化,结果显示S.baltica在腐败终期时产生高含量的三甲胺,其中单独培养组显著高于共培养组;假单胞菌和气单胞菌在腐败终点时主要形成乙醛、乙醇、乙酸乙酯等挥发性物质,其中单独培养组中上述风味成分也显著高于混合组。  3、探究了两种腐败菌分泌的群体感应信号分子AHLs对S.baltica致腐行为的调控。分析PF和AS上清(CFS)和提取物对SB生长和腐败能力的作用,结果发现,添加25%和50%浓度PF和AS的CFS显著降低SB腐胺的含量和生物被膜形成。相似地,两种细菌2%和4%上清提取液对S.baltica生长、腐败表型和蛋白酶活性表现抑制作用,特别是4%提取液对腐胺和TMA形成的抑制率达100%,对蛋白酶活性抑制率高于50%。采用生物报告菌CV026和A136检测单菌和混合菌的AHLs活性,发现PF和AS都能产生紫色或绿色,而SB无颜色变化,在PF或AS和SB共培养下报告菌产色变浅。LC-MS/MS仪器检测发现,S.baltica不产AHLs,PF提取液中含有C4-HSL、3-oxo-C12-HSL、3-oxo-C14-HSL、C8-HSL、C10-HSL、 C12-HSL6种信号分子,AS包含C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL、C10-HSL、C12-HSL5种信号分子,其中两株菌中C4-HSL含量最高,而相比单菌培养下,共培养组C4-HSL含量明显降低。鱼汁中也证实了AHLs标准品对S.baltica生长及腐败能力有抑制作用。两种细菌提取液及C4-HSL添加对接种鱼汁中SB腐败产物的影响,发现C4-HSL和提取液都能显著抑制TVB-N和腐胺的生成,推测S.baltica能感应环境中的AHLs信号分子,该信号分子能参与调控细菌腐败效应。SDS-PAGE蛋白表达结果显示,AHLs活性提取液及标准品C4-HSL对S.baltica的中高分子量蛋白29KD、97.2KD、116KD(共3段条带)有显著影响。RT-PCR分析显示AHLs活性提取液及标准品C4-HSL下调ODC、TorA等腐败相关基因表达量,与腐败产物含量表现正相关,并且添加浓度越高抑制效果越明显。  因此,冷藏大黄鱼腐败终点的优势致腐菌为希瓦氏菌属、假单胞菌属和气单胞菌属,三类嗜冷腐败菌不同属和种间致腐表型存在差异;三种优势腐败菌在共培养条件下表现相互竞争和拮抗作用,腐败菌混合培养影响AHLs活性,并证实AHLs影响S.baltica腐败能力,初步发现内源性QS系统可能参与腐败菌群的致腐能力和互作的调控。
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