枯草芽孢杆菌高密度发酵的研究

2020-02-20郑秀洁张云泽刘洪岩李炳乾辛乃宏

盐科学与化工 2020年1期

郑秀洁，张云泽，张礼，刘洪岩，李炳乾，辛乃宏

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450)

芽孢杆菌是植物病害生防微生物的重要组成部分，具有显著的生防潜力，能产生耐热抗逆的芽孢，利于生防菌剂的生产、剂型加工及在环境中存活、定殖与繁殖。在稳定性与化学农药的相容性等方面，明显优于非芽孢杆菌和真菌生防菌剂。近年来许多国家已经成功商品化了一些优良芽孢杆菌生防菌剂。美国有GB03、MB1600、FZB24和QST713四株枯草芽孢杆菌生防菌株获得环保局(EPA)商品化生产应用许可[1]。

枯草芽孢杆菌在水体中繁殖的过程中能够产生胞外酶，它能够将水体和底泥中的残余饵料、排泄废物和动植物残体等有机物分解，这些有机物首先分解为小分子，如高级脂肪酸和多肽等，然后分解为更小的分子有机物，如单糖、氨基酸、低级脂肪酸和环烃等，最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等，从而降低了水中的 BOD 、COD，使水中的氮、氨、硫化物和亚硝酸氮的浓度降低，具有清除底泥和减轻水体富营养化的作用。此外芽孢杆菌分泌的多种抗生素和酶类都能抑制其它病原菌的生长[2-5]。

枯草芽孢杆菌作为水产养殖用添加剂，一些研究证明其能够促进养殖品种加速生长，降低饲料系数，维持肠道微生态平衡，增强动物机体免疫力，提高抗病能力和减少污染等[6]。

文章对枯草芽孢杆菌的高密度发酵条件进行了优化。通过对枯草芽孢杆菌培养基中的碳源进行单因素实验，并对温度、pH值优化确定了其高密度发酵的最佳条件。

1 材料和方法

1.1 菌种

枯草芽孢杆菌，来自天津市水产研究所。

1.2 基础培养基及条件

葡萄糖5 g/L；玉米浆10 g/L；MnSO40.2 g/L；NaCl 2 g/L；K2HPO40.2 g/L；碳酸钙2 g/L。培养温度30 ℃；pH值7.0。

1.3 实验方法

1.3.1 碳源的优化

选取葡萄糖分别为2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L、14 g/L,进行葡萄糖优化实验，每个梯度设置三个平行样，其它培养条件如1.2所述，下同。

1.3.2 氮源的优化

氮源的优化首先选取玉米浆、豆饼粉，各为1%进行比较，每个梯度设置三个平行样，确定氮源后按5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L共5个梯度进行发酵培养。

1.3.3 pH值优化

设置pH值为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0共5个梯度进行实验，每个梯度设置三个平行样。

1.3.4 温度优化

设置温度为25 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃、35 ℃共5个梯度进行实验，每个梯度设置三个平行样。

2 结果与分析

2.1 碳源的优化

如图1所示，在所设定的7个葡萄糖浓度梯度中，枯草芽孢杆菌的干重随着葡萄糖浓度的增大而增加，但当葡萄糖浓度达到10 g/L时，再继续增大葡萄糖浓度，枯草芽孢杆菌干重变化不大，考虑性价比，最终选定葡萄糖浓度为10 g/L。

图1 葡萄糖浓度对枯草芽孢杆菌的影响Fig.1 The effect of glucose concentration on B.subtilis

2.2 氮源的优化

实验结果如图2所示，图2(a)为两种氮源对枯草芽孢杆菌的影响，在相同浓度下，玉米浆作为氮源时枯草芽孢杆菌的干重稍大，但其芽孢率选低于豆饼粉作为氮源，故终选定豆饼粉作为枯草芽孢杆菌的氮源；图2(b)为不同豆饼粉浓度对枯草芽孢杆菌发酵的影响，当枯草芽孢杆菌浓度为15 g/L时枯草芽孢杆菌干重为最大值，故枯草芽孢杆菌培养基中氮源选定为15 g/L的豆饼粉。

图2 氮源对枯草芽孢杆菌的影响(a：两种氮源对其的影响；b：豆饼粉浓度对其的影响)Fig.2 The effect of nitrogen on B.subtilis(a: the effect of different nitrogen; b: the effect of soybean cake powder)