Ca2+、Mn2+离子对生防菌枯草芽孢杆菌CS16液体发酵过程产孢的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0072

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (36): 125-131.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0072

Ca²⁺、Mn²⁺离子对生防菌枯草芽孢杆菌CS16液体发酵过程产孢的影响

林陈强¹(), 陈龙军¹, 苏光秋², 贾宪波¹, 陈济琛¹()

¹ 福建省农业科学院资源环境与土壤肥料研究所，福州 350013
² 屏南县农业农村局，福建屏南 352300

收稿日期:2023-01-29 修回日期:2023-05-15 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-12-20
通讯作者:
陈济琛，男，1964年出生，福建诏安人，研究员，研究方向：农业微生物。通信地址：350001 福建省福州市鼓楼区五四路247号福建省农科院高新技术大楼907，Tel：0591-87862406，E-mail：chenjichen2001@163.com。
作者简介:
林陈强，男，1979年出生，福建诏安人，助理研究员，硕士，主要从事农业微生物方面工作。通信地址：350001 福建省福州市鼓楼区五四路247号福建省农科院高新技术大楼907，Tel：0591-87862406，E-mail：cangyun76@163.com。
基金资助:
福建省属公益类科研院所基本科研专项“适合枯草芽孢杆菌CS16生防作用的土壤微生态分析及创建”(2020R1025002); 福建省属公益类科研院所基本科研专项“分子膜发酵生产有机肥工艺与品质研究”(2021R1025002); 福建省农业科学院科技创新团队建设项目“微生物与土壤安全健康科技创新团队”(CXTD2021002-3); 福建省农科院东西部协作项目“利用宁夏特色栽培基质产生的食用菌废菌料生产有机肥工艺研究”(DKBF-2022-04); “新疆上品美羊科技有限公司羊粪有机肥生产工艺优化提升”(DKBF-2022-11)

Effect on Spore Producing Ability of Biocontrol Bacterium Bacillus subtilis CS16: Calcium Ions and Manganese Ions in Liquid Fermentation Process

LIN Chenqiang¹(), CHEN Longjun¹, SU Guangqiu², JIA Xianbo¹, CHEN Jichen¹()

¹ Institute of Resources, Environment and Soil Fertilizer, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013
² Pingnan County Bureau of Agriculture and Rual Affairs, Pingnan, Fujian 352300

Received:2023-01-29 Revised:2023-05-15 Published-:2023-12-25 Online:2023-12-20

摘要/Abstract

摘要：

本文旨在通过单因素筛选和正交实验优化生防菌株CS16产芽孢发酵条件。利用单因素实验确定无机盐种类及添加量对CS16芽孢数和芽孢率的影响；通过正交实验进一步优化发酵工艺。结果表明，添加CaCl₂、MnSO₄·H₂O均可以提高CS16芽孢数，与对照相比达差异显著水平(P<0.05)；正交实验结果显示在原有的发酵条件的基础上，同时添加0.8% CaCl₂和0.06% MnSO₄·H₂O培养48 h后，芽孢数最高达2.37×10⁹cfu/mL，为单加CaCl₂时最高芽孢数的8.4倍，单加MnSO₄·H₂O最高芽孢数的6.5倍，与对照(CK)相比提高近20倍；同时可极大的提高芽孢率，达65.02%，相比对照提高近50%。Ca²⁺、Mn²⁺对CS16从营养细胞向芽孢状态转化具有明显的协同促进作用，同时添加Ca²⁺、Mn²⁺能有效的提高CS16液体发酵的芽孢数和芽孢率。

关键词: 枯草芽孢杆菌CS16, 芽孢数, 芽孢率, 无机盐

Abstract:

This study was conducted to optimize the fermentation conditions for spore production of strain Bacillus subtilis CS16 using the methods of single factor and orthogonal experiment. The effects of type and concentration of mineral salts on the spore count and sporulation rate of Bacillus subtilis CS16 were studied, and then fermentation technology was further optimized by orthogonal experiment on the basis of single-factor experiments. The results showed that the addition of CaCl₂ or MnSO₄·H₂O in the medium significantly increased the spore count (P<0.05). Orthogonal experiment results indicated that the highest spore count reached 2.37×10⁹cfu/mL after 48 h of fermentation when 0.8% of CaCl₂ and 0.04% of MnSO₄·H₂O were simultaneously added, which was 8.4 times and 6.5 times of the highest spore count compared with CaCl₂ and MnSO₄·H₂O were added alone, respectively. The spore count increased almost 20 times compared with the control group (CK), and the sporulation rate reached to 65.02%, which increased nearly by 50% compared with the CK group. Simultaneous addition of Ca²⁺ and Mn²⁺ had a synergistic effect on the spore formation of CS16, which could effectively increase the spore count and sporulation rate in CS16 liquid fermentation process.

Key words: Bacillus subtilis CS16, spore count, sporulation rate, mineral salts

林陈强, 陈龙军, 苏光秋, 贾宪波, 陈济琛. Ca²⁺、Mn²⁺离子对生防菌枯草芽孢杆菌CS16液体发酵过程产孢的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(36): 125-131.

LIN Chenqiang, CHEN Longjun, SU Guangqiu, JIA Xianbo, CHEN Jichen. Effect on Spore Producing Ability of Biocontrol Bacterium Bacillus subtilis CS16: Calcium Ions and Manganese Ions in Liquid Fermentation Process[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(36): 125-131.

图/表 8

参考文献 26

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处理	培养时间
处理	48 h	52 h	56 h	60 h	64 h	68 h	72 h	76 h	80 h
CK	5.4%	5.3%	5.9%	9.5%	10.8%	11.4%	14.4%	17.0%	18.4%
0.6%CaCl₂	8.3%	13.6%	12.6%	11.9%	16.0%	22.7%	13.9%	20.0%	17.0%

处理	培养时间
处理	48 h	52 h	56 h	60 h	64 h	68 h	72 h	76 h	80 h
CK	5.4%	5.3%	5.9%	9.5%	10.8%	11.4%	14.4%	17.0%	18.4%
0.6%CaCl₂	8.3%	13.6%	12.6%	11.9%	16.0%	22.7%	13.9%	20.0%	17.0%

试验号	A CaCl₂浓度	B MnSO₄·H₂O浓度	C 培养时间	活菌总数/ (cfu/mL)	芽孢数/(cfu/mL)	芽孢率/%
1	1	1	1	4.65×10⁹	9.80×10⁸	21.08
2	2	2	1	6.95×10⁹	1.23×10⁹	17.75
3	3	3	1	3.55×10⁹	8.83×10⁸	24.69
4	3	2	2	3.65×10⁹	2.37×10⁹	65.02
5	2	1	2	4.95×10⁹	1.99×10⁹	40.20
6	1	3	2	2.51×10⁹	9.03×10⁸	36.04
7	1	2	3	3.30×10⁹	2.35×10⁹	71.31
8	2	3	3	2.77×10⁹	1.22×10⁹	43.98
9	3	1	3	3.40×10⁹	1.68×10⁹	49.51
活菌总数	k₁	3.49×10⁹	4.33×10⁹	5.05×10⁹
	k₂	4.89×10⁹	4.63×10⁹	3.70×10⁹
	k₃	3.53×10⁹	2.94×10⁹	3.16×10⁹
	R	1.36×10⁹	1.69×10⁹	1.89×10⁹
	主次性	C>B>A
	最佳组合	A₂B₂C₁
芽孢数	k'₁	1.41×10⁹	1.55×10⁹	1.03×10⁹
	k'₂	1.48×10⁹	1.98×10⁹	1.75×10⁹
	k'₃	1.64×10⁹	1.00×10⁹	1.75×10⁹
	R'	0.23×10⁹	0.98×10⁹	0.72×10⁹
	主次性	B>C>A
	最佳组合	A₃B₂C₂
芽孢率	k"₁	42.81	36.93	21.17
	k"₂	33.98	51.36	47.09
	k"₃	46.41	34.90	54.93
	R"	12.43	16.46	33.76
	主次性	C>B>A
	最佳组合	A₃B₂C₃

试验号	A CaCl₂浓度	B MnSO₄·H₂O浓度	C 培养时间	活菌总数/ (cfu/mL)	芽孢数/(cfu/mL)	芽孢率/%
1	1	1	1	4.65×10⁹	9.80×10⁸	21.08
2	2	2	1	6.95×10⁹	1.23×10⁹	17.75
3	3	3	1	3.55×10⁹	8.83×10⁸	24.69
4	3	2	2	3.65×10⁹	2.37×10⁹	65.02
5	2	1	2	4.95×10⁹	1.99×10⁹	40.20
6	1	3	2	2.51×10⁹	9.03×10⁸	36.04
7	1	2	3	3.30×10⁹	2.35×10⁹	71.31
8	2	3	3	2.77×10⁹	1.22×10⁹	43.98
9	3	1	3	3.40×10⁹	1.68×10⁹	49.51
活菌总数	k₁	3.49×10⁹	4.33×10⁹	5.05×10⁹
	k₂	4.89×10⁹	4.63×10⁹	3.70×10⁹
	k₃	3.53×10⁹	2.94×10⁹	3.16×10⁹
	R	1.36×10⁹	1.69×10⁹	1.89×10⁹
	主次性	C>B>A
	最佳组合	A₂B₂C₁
芽孢数	k'₁	1.41×10⁹	1.55×10⁹	1.03×10⁹
	k'₂	1.48×10⁹	1.98×10⁹	1.75×10⁹
	k'₃	1.64×10⁹	1.00×10⁹	1.75×10⁹
	R'	0.23×10⁹	0.98×10⁹	0.72×10⁹
	主次性	B>C>A
	最佳组合	A₃B₂C₂
芽孢率	k"₁	42.81	36.93	21.17
	k"₂	33.98	51.36	47.09
	k"₃	46.41	34.90	54.93
	R"	12.43	16.46	33.76
	主次性	C>B>A
	最佳组合	A₃B₂C₃

Ca²⁺、Mn²⁺离子对生防菌枯草芽孢杆菌CS16液体发酵过程产孢的影响

Effect on Spore Producing Ability of Biocontrol Bacterium Bacillus subtilis CS16: Calcium Ions and Manganese Ions in Liquid Fermentation Process

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水平	A.CaCl₂浓度/%	B.MnSO₄·H₂O浓度/%	C.培养时间/h
1	0.4	0.04	40
2	0.6	0.06	48
3	0.8	0.08	56

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