蜡蚧霉的固体发酵动力学研究

摘要

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9.6×108(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3.2278 g/cm2增长到了10.0219 g/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1.1690×107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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第一章 前言

1.1 蜡蚧霉的应用

1.2 蜡蚧霉的发酵研究

1.3发酵动力学研究

1.4研究内容、目的及意义

第二章 蜡蚧霉固体发酵培养基的初步研究

2.1材料与方法

2.2结果与分析

2.3 讨论

第三章 实验室条件下蜡蚧霉固体发酵各项指标测定分析

3.1材料与方法

3.2结果与分析

3.3讨论

第四章 实验室条件下蜡蚧霉固体发酵动力学模型拟合

4.1材料与方法

4.2结果与分析

4.3讨论

第五章 工厂大规模生产条件下蜡蚧霉固体发酵各项指标测定分析及动力学模型拟合

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.3讨论

第六章 总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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