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根际促生菌SQR9高密度液体发酵工艺优化研究认领

作者：

岳冰

学位授予单位：

南京农业大学

摘要：

根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)通过影响植物对养分的获取或抑制病原菌的胁迫来达到促进植物生长,实现植物保护的目的。芽孢杆菌是PGPR中最具代表性的生防菌种之一,广泛存在于土壤、空气、水及动植物体内,它所产生的次生代谢物中含有大量的抗菌物质,可有效抑制尖镰孢杆菌、黑曲霉、灰葡萄孢等病原菌的生长,也可以激发植物自身免疫系统,是农业部批准的可用于农业生产的生防菌株之一。目前,对芽孢杆菌的开发利用很多集中在农业生产上,如制成生物菌肥、生物杀虫剂、种子包衣剂等,而获取足够的芽孢杆菌含量是实现这一目标的重要前提。在生产上常用液体发酵技术配合改良培养基组分及改善培养环境来实现。因而高密度液体发酵技术为提高菌体密度和积累代谢产物的实际应用提供了保障。本研究以贝莱斯芽孢杆菌SQR9(Bacillus velezensis SQR9)为目标菌株,以发酵液中有效活菌含量为指标,采用一系列实验方法探究最适培养基组分及发酵条件,并随机选择其他根际促生菌测试培养基及发酵条件的发酵效果,以期为根际有益菌高密度发酵提供依据。以根际促生菌(PGPR)贝莱斯芽孢杆菌SQR9为供试菌株,以发酵液中有效活菌含量为指标,采用单因素结合正交试验法对贝莱斯芽孢杆菌发酵培养基组分及发酵条件进行优化。研究发现贝莱斯芽孢杆菌SQR9发酵培养基的最佳组分为:可溶性淀粉1.50%、雪花粉2.00%、鱼粉2.50%、酸解氨基酸(原液)0.50%及无机盐组分氯化钠0.10%、磷酸二氢钾0.05%、磷酸氢二钾0.15%、七水合硫酸镁0.02%。发酵条件为转速190 r/min、温度37℃、接种量2%、装液量40%、p H 7.0,在上述条件下培养12h后,实验室摇瓶发酵液中SQR9菌体密度可达1.30×10～9CFU/m L,相比于LB培养基在常规和优化发酵条件下,分别提升约14倍和6.6倍。将此配方及发酵条件用于芽孢杆菌W19和其他根际促生菌假单胞菌PSE13和不动杆菌Y40的培养,结果显示菌体密度分别达到1.00×10～9CFU/m L、1.01×10～8CFU/m L和4.58×10～9CFU/m L,相比于LB培养基在常规和优化发酵条件下,分别提升约2.1倍、9.2倍、2.6倍和1.4倍、0.17倍和1.7倍。将优化配方发酵液与LB配方发酵液在促生效果及拮抗能力方面进行比较,研究结果如下:(1)在产IAA能力方面,相同体积条件下优化配方发酵液中IAA产量达到7.68 mg/L,而LB配方发酵液中IAA产量为4.29 mg/L,优化配方发酵液的IAA产量比LB配方发酵液提高了79.00%。(2)在盆栽促生试验方面,加入优化配方发酵液的处理比加入LB配方发酵液的处理在株高、茎粗、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重方面促生效果分别提升了3.87%、1.83%、8.68%、6.77%、6.4%和5.71%。(3)将优化配方发酵液及LB配方发酵液用于尖孢镰刀菌古巴专化型(FOC)、茄科尖孢镰刀菌(FOL)、茄病镰刀菌(FOS)、茄科劳尔氏菌(RS番茄)和青枯假单胞菌(RS花生)的拮抗试验,结果显示在相同体积发酵液条件下,优化配方发酵液的拮抗效果均高于LB配方发酵液,且对茄科尖孢镰刀菌(FOL)的拮抗效果最为显著。(4)拮抗茄科劳尔氏菌(RS)和茄科尖孢镰刀菌(FOL)的盆栽试验结果显示,加入优化配方发酵液的处理在番茄植株的各农艺指标上均高于加入LB配方发酵液的处理及对照处理,且加入优化配方发酵液的根际SQR9菌株数量显著高于加入LB配方发酵液的处理,而病原菌数量则低于加入LB配方发酵液的处理。本研究所得的优化配方可显著提高菌体密度,缩短发酵时间,降低生产成本,且对其他微生物的培养也具有适用性;相比较于传统配方而言,优化配方可提高发酵液中IAA产量,增强发酵液对病原菌的拮抗能力,为促生菌发酵生产提供了良好的范例。

摘要译文

关键词：

根际促生菌; 发酵培养基; 发酵条件; 促生; 拮抗

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

农业硕士（专业学位）

导师：

刘东阳王其传

中图分类号：

S476.1[微生物病源的利用];TQ920.6[发酵工艺]

学科分类号：

090402[昆虫学];090904[草地保护学];081703[生物化工];082202[发酵工程];083604[生物过程工程];083606[微生物发酵工程]

D O I：

10.27244/d.cnki.gnjnu.2021.001529