南京林业大学学报(自然科学版)

作者：石慧敏,叶建仁,王焱,陆蓝翔,史纪武

单位：1.南京林业大学林学院,南方现代林业协同创新中心,江苏 南京 210037,2.上海市林业总站,上海 200072

关键词：贝莱斯芽孢杆菌,芽孢,培养基,培养条件,响应面法,发酵优化

基金：上海市绿化和市容管理局科学技术项目(G191208),上海市科技计划项目(22N51900400)

【目的】 贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)菌株YH-18是优良的抗病促生微生物,其制成的微生物菌剂具有无害、高效、环保等特点。通过优化菌株YH-18的培养基组分和培养条件,提高发酵液中的有效活菌数,以期增加发酵液中的芽孢数,延长储存时间,降低发酵成本,提高其在工业化生产发酵中的质量效益。【方法】 以贝莱斯芽孢杆菌(B. velezensis)菌株YH-18发酵液芽孢数为质量指标,采用单因素分析法对发酵液培养基(碳源、氮源、无机盐及其浓度)和培养条件(温度、转速、初始pH、装液量、接菌量)进行初步筛选。将初筛结果结合响应面试验设计[plackett-burman(PB)、最陡爬坡试验、box-behnken design(BBD)],筛选出对贝莱斯芽孢杆菌菌株YH-18产芽孢影响最为显著的因素进一步验证,建立各显著性因素的二次回归方程模型,完成对菌株YH-18培养基组分和培养条件的系统优化。对比优化前后发酵液产品的去菌体滤液对根癌农杆病菌(Agrobacterium tumefaciens)菌株C58生长的抑制效果。每隔4个月测定优化后发酵液中的活菌数和芽孢数,考察优化发酵液的货架期。【结果】 单因素试验初步筛选后得到培养基组分为1.0%(质量分数,后同)玉米浆干粉、1.0%葡萄糖、0.4%碳酸钙、0.4%磷酸氢二钾、0.2%的硫酸镁,培养条件为装液量50 mL三角瓶的40%、摇床转速200 r/min、培养温度33 ℃、接菌量0.5%、初始pH 7.3。将单因素试验后的结果进行PB试验筛选得到玉米浆干粉质量分数、装液量和接菌量是影响发酵液芽孢数最显著的3个因素。最陡爬坡试验确定了响应面试验因素水平的中心点为0.8%玉米浆干粉、接菌量1.1%、装液量32%。BBD试验最终确定,培养基组分(质量分数)为0.83%玉米浆干粉、1.0%葡萄糖、0.4%碳酸钙、0.4%磷酸氢二钾、0.2%的硫酸镁,培养条件为装液量31.53%、摇床转速200 r/min、培养温度33 ℃、接菌量1.12%、初始pH 7.3时,可获得较高发酵液芽孢产量。在本优化体系下,发酵液产品的芽孢数可达3.25×109 cfu/mL,较LB基础培养基芽孢数提高了9.48倍。菌株优化后发酵液产品的去菌体滤液对根癌农杆病菌菌株菌株C58的抑制能力较未优化的明显增强,能在前16 h使根癌农杆菌菌株C58基本不生长,且在48 h后仍有较好的抑制效果。在50 L发酵罐中使用优化配方发酵得到的发酵液产品储存1 a后有效活菌数和芽孢数仍然分别为初始值的87.50%和89.74%,原始发酵方法的发酵液产品在储存4个月后有效活菌数仅为初始值的0.06%。【结论】 确定了贝莱斯芽孢杆菌菌株YH-18摇瓶发酵产芽孢的最适培养基和培养条件。优化后显著提高了发酵液芽孢数,增强了发酵液去菌体滤液的抑菌能力,延长了产品储存时间,降低了生产成本,为贝莱斯芽孢杆菌菌株YH-18未来的工业化生产和推广应用提供了重要的技术支持。

来源：2023年第1期

《南京林业大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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