蜡蚧霉的固体发酵动力学研究

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蜡蚧霉Lecanicillium lecanii(Zimmermann.)是一种世界性广泛分布的虫生真菌,主要寄生蚧虫、蚜虫和粉虱等多种重要农业害虫,在防治农林害虫中具有广阔的应用前景。本文采用一株蚧虫高致病力的蜡蚧霉菌株No.V3.4505进行液固双相发酵培养,研究其固体发酵动力学,为规模化生产的动态监测和质量控制提供依据。本文内容包括:(1)蜡蚧霉固体发酵培养基配方的初步研究,确定最适培养基;(2)研究实验室条件下,蜡蚧霉固体发酵动力学相关指标的动态变化规律,测定菌体生物量、产孢量和培养基中总糖、还原糖和总氮随时间的变化规律;(3)研究工厂大规模生产条件下,蜡蚧霉固体发酵动力学相关指标的动态变化规律,测定菌体产孢量和培养基中总糖、还原糖和总氮随时间的变化规律;(4)根据上述实验室和工厂条件下分别所测得的数据采用Logistic方程,构建蜡蚧霉菌株No.V3.4505固体发酵过程中菌体生长和底物消耗的动力学模型。结果如下:(1)蜡蚧霉No.V3.4505菌株分别在5种不同配方的固体培养基上培养,测定菌体生长过程中的产孢量,确定了该菌株固体发酵的最适培养基:稻谷壳50%,麦麸35%,玉米粉15%,水50%,此培养基的孢子产量为9.6x 108(g/cm2)。以此培养基进行固体发酵动力学试验。(2)在实验室条件下的试验结果显示,蜡蚧霉No.V3.4505菌株的生长经历缓慢生长期、对数生长期和稳定生长期3个阶段。菌株生物量的增长曲线与产孢量的增长曲线相似,二者不同之处在于,生物量的对数增长期从第1.5天到第6天,生物量从3.2278g/cm2增长到了10.0219g/cm2;而产孢量的对数增长期从第1.5天开始一直持续到第9天,孢子产量很快从1.3688×107个/cm2增长到8.9012×107个/cm2。培养基中碳源和氮源消耗的变化趋势与菌体生长曲线的3个阶段相对应,在菌体缓慢生长期,总糖和还原糖的消耗率也比较小,分别为3%和6%,进入对数生长期,菌体生长对底物的消耗量急剧加大,到第6天时总糖和还原糖的消耗率高达38%和26%;从第7.5天后进入稳定期,碳源消耗的速度也变缓,总糖和还原糖的消耗率一直分别保持在3%和6%以内。而氮源的快速消耗出现在前3天,其消耗率达到17%;第3天后氮源的消耗量减少,消耗率一直保持在5%以内。(3)在工厂大规模生产条件下,蜡蚧霉No.V3.4505菌株的生长也经历了缓慢生长期、对数生长期和稳定生长期3个阶段。从接种后培养到第1.5天,菌体生长较慢,为缓慢生长期;接种后第1.5天到第7.5天菌体生长很快,为对数生长期,孢子产量很快从1.1690x107个/cm2增长到4.7450×107个/cm2;从接种后第6天开始进入稳定生长期,菌体的生长速率变缓,为稳定生长期。培养基中碳源和氮源消耗的变化趋势与菌体生长曲线的3个阶段相对应。在菌体的缓慢生长期,总糖和还原糖的消耗率也比较小,分别为9%和10%:进入对数生长期,菌体生长对底物的消耗量也急剧加大,到第7.5天时总糖和还原糖的消耗率高达31%和55%;在第9天时开始进入稳定期,碳源消耗的速度也变缓,总糖和还原糖的消耗率一直分别保持在6%和5%以内。而氮源在菌体的生长处于缓慢期时,消耗率仅为0.6%;氮源的快速消耗出现在第1.5天到第6天,其消耗率达到8%。第6天后氮源的消耗量减少,消耗率一直保持在0.6%以内。(4)采用Origin7.5软件对实验数据进行处理,得到了菌株发酵过程的动力学数学模型和模型参数。在实验室条件下,以生物量为目标构建的碳源和氮源消耗模型分别为St(总糖)=31.879-1.4654(Ct-0.579);St(还原糖)=2.6553-0.0873(Ct-0.579);St(总氮)=0.1083-0.0018(Ct-0.579),拟合度分别为0.9825、0.8918和0.9013;以产孢量为目标构建的碳源和氮源消耗模型分别为St(总糖)=28.845-1.4803(Ct-0.5108);St(还原糖)=2.4648-0.0862(Ct-0.5108):St(总氮)=0.1125-0.0037(Ct-0.5108),拟合度分别为0.8342、0.8168和0.7446;在工厂条件下,以产孢量为目标构建的碳源和氮源消耗模型分别为St(总糖)=36.569-3.1053(Ct-1.369);St(还原糖)=9.0174-0.8467(Ct-1.369):St(总氮)=0.1284-0.0036(Ct-1.369),拟合度分别为0.9538、0.8565和0.8905。综上所述,无论是在实验室条件下还是工厂大规模条件下,菌株的生长都经历了缓慢生长期、对数生长期和稳定生长期3个阶段。本实验通过对蜡蚧霉V3.4505菌株固体发酵过程中菌体生长、孢子产量与培养基中碳源、氮源消耗之间的关系的定量描述,建立了动力学模型,并获得了模型参数,为蜡蚧霉固体发酵过程相关指标的动态监测,各批次之间的质量控制,规模化生产提供了依据,对应用该菌株进行生物防治具有重要的意义。
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