响应面法优化莱氏绿僵菌SL200714菌株液态发酵培养条件

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0343

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (6): 135-143.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0343

所属专题：生物技术；植物保护

响应面法优化莱氏绿僵菌SL200714菌株液态发酵培养条件

薛锐(), 沈绍运, 邓细周, 陈聪, 彭跃进, 杜广祖(), 陈斌()

云南农业大学植物保护学院/云南生物资源保护与利用国家重点实验室，昆明 650201

收稿日期:2022-05-07 修回日期:2022-08-15 出版日期:2023-02-25 发布日期:2023-02-22
通讯作者: 陈斌，男，1970年出生，甘肃礼县人，教授，博士，主要从事农业昆虫与害虫综合治理教学与科研。通信地址：650201云南省昆明市盘龙区龙泉街道沣源路452号云南农业大学，Tel：0574-13708876067，E-mail：chbins@163.com。杜广祖，男，1986年出生，河南新乡人，副教授，博士，主要从事害虫生物防治。通信地址：650201云南省昆明市盘龙区龙泉街道沣源路452号云南农业大学，Tel：0574-15288457381，E-mail：duguangzu1986@163.com。
作者简介:
薛锐，男，1997年出生，北京人，硕士研究生，研究方向：农业昆虫与害虫防治。通信地址：650500 云南省昆明市盘龙区云南农业大学，Tel：18612935900，E-mail：ruixue0122@126.com。
基金资助:
国家重点研发计划“草地贪夜蛾灾变机制与可持续防控技术研究”(2021YFD1400700); 云南省重大科技专项“旱地水稻病虫草鼠害绿色防控关键技术研究及应用”(202202AE090036)

Metarhizium rileyi SL Strain Liquid Fermentation Conditions: Optimization by Response Surface Methodology

XUE Rui(), SHEN Shaoyun, DENG Xizhou, CHEN Cong, PENG Yuejin, DU Guangzu(), CHEN Bin()

College of Plant Protection, Yunnan Agricultural University/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources in Yunnan, Kunming 650201

Received:2022-05-07 Revised:2022-08-15 Online:2023-02-25 Published:2023-02-22

摘要/Abstract

摘要：

莱氏绿僵菌(Metarhizium rileyi)是一种广泛分布并对夜蛾科类害虫具有高致病力的虫生真菌。为优化莱氏绿僵菌液态发酵培养条件，进一步提升发酵液生物量。本研究首先通过单因素试验探究3种不同类型培养液对莱氏绿僵菌SL200714发酵液生物量的影响，利用Plackett-Burman对主要影响生物产量因子进行筛选，通过最陡爬坡试验确定关键因子适宜范围，最后通过响应面法建立莱氏绿僵菌SL200714液体发酵菌丝生物量多元回归方程。结果表明，莱氏绿僵菌SL200714菌株利用SDY培养液在培养温度为25.08℃，摇床转速为182.11 r/min，装液量为100.03/250 mL条件下进行液态发酵为理论最佳培养条件。在此条件下，每10 mL发酵液可产菌丝生物量0.361 g。本研究利用响应面法对莱氏绿僵菌液态发酵培养条件进行优化，提高莱氏绿僵菌发酵液每毫升生物量，为后续工厂化生产莱氏绿僵菌分生孢子粉奠定基础。

关键词: 莱式绿僵菌, 液态发酵, Plackett-Burman, 响应面法, 生物量

Abstract:

Metarhizium rileyi is a widely distributed entomopathogenic fungi with high pathogenicity to noctuid pests. The present study aims to optimize the liquid fermentation conditions of Metarhizium rileyi, and further increase fermentation broth biomass. In this experiment, the single factor experiment was selected for evaluating the effect of three culture solutions on fermentation broth biomass of Metarhizium rileyi, and screened the main factors affecting bioyield by Plackett-Burman. The suitable range of key factors was determined by the steepest climbing test. The multiple regression equation of mycelial biomass in liquid fermentation of Metarhizium rileyi SL200714 was established by Response Surface Method. The results showed that the strain of Metarhizium rileyi SL200714 was subjected to liquid fermentation using SDY medium under the conditions of culture temperature of 25.08℃, rotating speed of 182.11 r/min, and liquid volume of 100.03/250 mL. In this optimal culture solution, 0.361 g mycelial biomass could be produced per 10 mL fermentation broth. Response surface methodology was used to optimize the liquid fermentation culture conditions of Metarhizium rileyi, and to improve the biological yield per milliliter of Metarhizium rileyi fermentation broth, and the study could lay a foundation for the subsequent industrial production of Metarhizium rileyi conidial powder.

Key words: Metarhizium rileyi, liquid fermentation, Plackett-Burman, response surface methodology, biomass

薛锐, 沈绍运, 邓细周, 陈聪, 彭跃进, 杜广祖, 陈斌. 响应面法优化莱氏绿僵菌SL200714菌株液态发酵培养条件[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 135-143.

XUE Rui, SHEN Shaoyun, DENG Xizhou, CHEN Cong, PENG Yuejin, DU Guangzu, CHEN Bin. Metarhizium rileyi SL Strain Liquid Fermentation Conditions: Optimization by Response Surface Methodology[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(6): 135-143.

图/表 10

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编号	因素	水平
编号	因素	-1	1
A	温度	20℃	30℃
B	转速	150 r/min	210 r/min
C	装液量	50 mL	150 mL
D	pH	5	7
E	接种量	10⁵孢子/mL	10⁷孢子/mL
F	无机盐含量	0%	5%
G	维生素含量	0%	5%
H	空项
I	空项

编号	因素	水平
编号	因素	-1	1
A	温度	20℃	30℃
B	转速	150 r/min	210 r/min
C	装液量	50 mL	150 mL
D	pH	5	7
E	接种量	10⁵孢子/mL	10⁷孢子/mL
F	无机盐含量	0%	5%
G	维生素含量	0%	5%
H	空项
I	空项

Source	Sum of Squares	df	Mean Square	F-value	P-value
Model	0.1538	7	0.022	11.87	0.0154
A-温度	0.0865	1	0.0865	46.77	0.0024
B-转速	0.0294	1	0.0294	15.87	0.0163
C-装液量	0.0146	1	0.0146	7.89	0.0483
D-pH	0.0001	1	0.0001	0.0645	0.8121
E-接种量	0.0136	1	0.0136	7.32	0.0537
F-无机盐含量	0.0003	1	0.0003	0.1689	0.7021
G-维生素含量	0.0093	1	0.0093	5.03	0.0884
Residual	0.0074	4	0.0019
Cor Total	0.1612	11

Source	Sum of Squares	df	Mean Square	F-value	P-value
Model	0.1538	7	0.022	11.87	0.0154
A-温度	0.0865	1	0.0865	46.77	0.0024
B-转速	0.0294	1	0.0294	15.87	0.0163
C-装液量	0.0146	1	0.0146	7.89	0.0483
D-pH	0.0001	1	0.0001	0.0645	0.8121
E-接种量	0.0136	1	0.0136	7.32	0.0537
F-无机盐含量	0.0003	1	0.0003	0.1689	0.7021
G-维生素含量	0.0093	1	0.0093	5.03	0.0884
Residual	0.0074	4	0.0019
Cor Total	0.1612	11

水平	温度(A)/℃	转速(B)/(r/min)	装液量(C)/mL
-1	50/250	150	20
0	100/250	180	25
1	150/250	210	30

响应面法优化莱氏绿僵菌SL200714菌株液态发酵培养条件

Metarhizium rileyi SL Strain Liquid Fermentation Conditions: Optimization by Response Surface Methodology

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序号	温度/℃	转速/(r/min)	装液量/mL	生物量/(g/10mL)
1	21	120	60	0.1134
2	23	140	80	0.2735
3	25	160	100	0.3224
4	27	180	120	0.3021
5	29	200	140	0.1423

Run	温度(A)	转速(B)	装液量(C)	生物量(Y)
1	1	0	-1	0.236
2	1	1	0	0.249
3	1	0	1	0.247
4	1	-1	0	0.241
5	-1	-1	0	0.207
Run	温度(A)	转速(B)	装液量(C)	生物量(Y)
6	-1	0	-1	0.250
7	-1	0	1	0.242
8	-1	1	0	0.235
9	0	0	0	0.384
10	0	0	0	0.341
11	0	1	-1	0.247
12	0	-1	-1	0.189
13	0	0	0	0.397
14	0	0	0	0.329
15	0	-1	1	0.201
16	0	0	0	0.351
17	0	1	1	0.237

变异来源	平方和	自由度	均方	F值	显著性
模型	0.0625	9	0.0069	11.7275	0.0019
A-温度	0.0002	1	0.0002	0.3134	0.5931
B-转速	0.0021	1	0.0021	3.6098	0.0992
C-装液量	0.0001	1	0.0001	0.0051	0.945
AB	0.0001	1	0.0001	0.1745	0.6887
AC	0.0001	1	0.0001	0.1711	0.6915
BC	0.0001	1	0.0001	0.2003	0.668
A²	0.011	1	0.011	18.6046	0.0035
B²	0.0246	1	0.0246	41.4983	0.0004
C²	0.0182	1	0.0182	30.6735	0.0009
残差	0.0041	7	0.0006
失拟项	0.0008	3	0.0003	0.3219	0.8106
误差	0.0033	4	0.0008
合计	0.0667	16

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编号	试验因素
编号	温度	转速	装液量	pH	初始接种量	无机盐含量	维生素含量	生物量
1	1	1	-1	-1	-1	1	-1	0.0074
2	1	-1	1	1	1	-1	-1	0.03335
3	-1	1	1	1	-1	-1	-1	0.249667
4	-1	-1	1	-1	1	1	-1	0.23186
5	1	1	1	-1	-1	-1	1	0.13105
6	-1	1	1	-1	1	1	1	0.306667
7	-1	-1	-1	1	-1	1	1	0.13247
8	1	-1	1	1	-1	1	1	0.0014
9	-1	1	-1	1	1	-1	1	0.31245
10	-1	-1	-1	-1	-1	-1	-1	0.02107
11	1	1	-1	1	1	1	-1	0.03427
12	1	-1	-1	-1	1	-1	1	0.02772

编号	试验因素
编号	温度	转速	装液量	pH	初始接种量	无机盐含量	维生素含量	生物量
1	1	1	-1	-1	-1	1	-1	0.0074
2	1	-1	1	1	1	-1	-1	0.03335
3	-1	1	1	1	-1	-1	-1	0.249667
4	-1	-1	1	-1	1	1	-1	0.23186
5	1	1	1	-1	-1	-1	1	0.13105
6	-1	1	1	-1	1	1	1	0.306667
7	-1	-1	-1	1	-1	1	1	0.13247
8	1	-1	1	1	-1	1	1	0.0014
9	-1	1	-1	1	1	-1	1	0.31245
10	-1	-1	-1	-1	-1	-1	-1	0.02107
11	1	1	-1	1	1	1	-1	0.03427
12	1	-1	-1	-1	1	-1	1	0.02772