液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌菌剂的方法
技术领域
本发明涉及一种微生物发酵技术领域,具体涉及一种液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌菌剂的方法。
背景技术
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)是一种与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)亲缘性很高的常见生防芽孢杆菌。研究表明,大部分解淀粉芽孢杆菌具有产生广谱抗菌活性物质、与病原菌营养竞争和诱导植物系统抗性等生防作用以及促进植物生长的作用,并具有生长快、营养简单、能产生耐热抗逆芽孢、定植与繁殖能力强、对人畜无害、不污染环境等特征。目前生防解淀粉芽孢杆菌在辣椒、马铃薯、黄瓜、水稻、油菜、莴苣等作物土传病害的防治上效果显著,同时还具有促进植物生长,提高植物的产量的作用,因此解淀粉芽孢杆菌是一种具有生物农药与生物肥料开发价值的一类芽孢杆菌,拥有广阔的应用前景。
当前,国内外对解淀粉芽孢杆菌发酵工艺的研究主要集中在菌种筛选、抑菌效果和发酵产物分析中,缺乏对生防解淀粉芽孢杆菌高密度发酵优化研究。现有生产解淀粉芽孢杆菌菌剂方法主要包括液体深层发酵与纯固体发酵。其中,液体深层发酵存在生产成本高、难以得到高密度的活菌与芽孢、代谢物不能充分利用、后续处理复杂(如发酵液真空浓缩,固态粉剂载体的吸附,干燥等)、有废液排放等弊端,而纯固体发酵由于多级固体扩种增加染菌风险且工艺复杂、发酵发酵周期长,因此不适合推广使用。如何在保证有效活菌数的同时,尽可能提高芽孢率,同时兼顾生产成本,成为困扰生防解淀粉芽孢杆菌菌剂实际工业生产的瓶颈问题。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌菌剂的方法,旨在利用廉价碳氮源作为培养基结合液固双相发酵工艺生产解淀粉芽孢杆菌菌剂,提高有效活菌数与芽孢得率,降低生防菌剂的原料与后处理成本,为建立规模化的发酵工艺提供参考依据。
为实现本发明目的,本发明提供了一种液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌剂的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1菌种活化:活化解淀粉芽孢杆菌菌株;
S2摇瓶种子培养:将活化后的解淀粉芽孢杆菌菌株接种于种子培养基中,进行摇床培养,得摇瓶种子液;
S3发酵罐深层液体发酵培养:将摇瓶种子液接种于已灭菌的发酵罐深层液体发酵培养基中,进行发酵培养,得液体发酵产物;
S4多孔性浅盘固体发酵培养:将液体发酵产物接种于已灭菌的多孔性浅盘固体发酵培养基中,进行浅盘固体发酵,得解淀粉芽孢杆菌发酵物;
S5发酵后处理:固体发酵结束后,将解淀粉芽孢杆菌发酵物通风干燥后粉粹即得生防解淀粉芽孢杆菌菌剂;
其中,步骤S3中发酵罐深层液体发酵培养基配方为:麸皮5-20g/L、黄豆粉5-20g/L、NaCl 0.5-5g/L、MgSO4·7H2O 1-10g/L、CaCO34-7g/L、初始pH 6.5-7.5;步骤S4中多孔性浅盘固体发酵培养基配方为:麸皮40-80份、玉米芯粉5-25份、豆粕5-20份、稻壳2-10份、蔗糖或糖蜜2-10份、(NH4)25O40.1-0.5份、NaNO30.1-0.6份、KH2PO40.5-2份、MgSO4·7H2O0.5-3份、MnSO40.02-0.06份,调节水分至55-70%。
进一步,所述步骤S1中菌种活化方法为:将NA斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌菌株,用接种环挑取少量菌苔,在NA平板上划线分离,并置于30℃恒温培养箱中培养24h。
进一步,所述步骤S2中摇瓶种子培养方法为:用接种环挑取一环活化后的菌苔,接种于YPD种子培养基中,36℃、160r·min-1摇床培养12h后得摇瓶种子液。
进一步,所述步骤S3中发酵罐深层液体发酵培养方法为:将摇瓶种子液按照体积比1-3%的接种量接种于已灭菌的发酵罐深层液体发酵培养基中,进行发酵培养,得液体发酵产物;
其中,发酵罐深层液体发酵条件:装料系数0.5-0.6、罐压0.06Mpa,温度28-36℃,通气量为0.5-1.5vvm、转速为160-200r/min,发酵时间16h。
进一步,所述步骤S4中多孔性浅盘固体发酵培养为:将液体发酵产物按照20-30%(v/m)的接种量接种于已灭菌的多孔性浅盘固体发酵培养基中,进行浅盘固体发酵,得解淀粉芽孢杆菌发酵物;
其中,多孔性浅盘固体发酵方法:在无菌操作台上,用无菌不锈多孔钢盘分装已灭菌的固体发酵培养基,堆料厚度约3-5cm,同时接入步骤S3中所得的液体发酵物并混匀,然后将接种后固体培养基置于固体培养箱中,培养温度28-35℃,在培养过程中每隔1天翻动一次培养基,发酵时间72h。
进一步,所述步骤S5中发酵后处理方法为:固体发酵结束后,将解淀粉芽孢杆菌发酵物在温度不高于50℃的条件下通风干燥,使含水量控制在20%以下,然后粉粹即得生防解淀粉芽孢杆菌菌剂。
进一步,所述步骤S3中发酵罐深层液体发酵培养基配方为:麸皮8-15g/L、黄豆粉10-20g/L、NaCl 1-3g/L、MgSO4·7H2O 2-6g/L、CaCO3 5-7g/L、初始pH 6.5-7.5。
优选的,所述步骤S3中发酵罐深层液体发酵培养基配方为:麸皮10g/L、黄豆粉15g/L、NaCl 1g/L、MgSO4·7H2O 5g/L、CaCO3 6g/L、初始pH 7.0±0.2。
进一步,所述步骤S4中多孔性浅盘固体发酵培养基配方为:麸皮50-70份、玉米芯粉10-20份、豆粕8-15份、稻壳4-8份、蔗糖或糖蜜4-8份、(NH4)2SO40.2-0.4份、NaNO3 0.2-0.5份、KH2PO4 0.6-1.5份、MgSO4·7H2O 1-2.5份、MnSO40.02-0.05份,调节水分至60-65%。
优选的,所述步骤S4中多孔性浅盘固体发酵培养基配方为:麸皮60份、玉米芯粉15份、豆粕10份、稻壳5.5份、蔗糖或糖蜜5份、(NH4)2SO4 0.25份、NaNO3 0.25份、KH2PO4 1份、MgSO4·7H2O 2份、MnSO4 0.05份,调节水分至60%。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明发酵罐液体深层发酵培养基的培养基成分和比例与现有技术不同,直接以麸皮与黄豆粉作为培养基的碳氮源,原料简单易得,成本低、易扩大化生产。
(2)本发明固体培养基成分和比例与现有技术不同,直接以麸皮、玉米芯粉、豆粕、蔗糖或糖蜜、稻壳作为主要固体发酵培养基原料,并添加(NH4)2SO4、NaNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O、MnSO4作为外源成分。麸皮、玉米芯粉、豆粕、蔗糖或糖蜜、稻壳是农产品加工副产物,将其作为培养基营养物质,不仅可以降低生产成本,增加经济效益,还可以提高农业资源的综合利用水平,减少环境污染。其中麸皮、玉米芯粉、豆粕能够为菌种提供较好的营养物质,但是解淀粉芽孢杆菌单独利用其生长繁殖还是存在很大局限性。所以当在固体底物之中添加适量的外源碳源(糖蜜)、氮源((NH4)2SO4)、无机盐(NaNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O、MnSO4)可加快芽孢杆菌生长繁殖,扩大菌体数量、诱导芽孢形成,进而提高了芽孢的产量。而稻壳也能对固体基质起到有效的支撑作用,以此来增加固态基质中空气的流动性。
(3)本发明采用了液固双相发酵技术,具有工艺简单、生产成本较低、节省动力、易于控制管理、活菌与芽孢产量高、后处理简单等优势,有利于生防微生物菌剂的应用与推广。首先利用液体发酵快速生产大量的菌体作为固体发酵的接种体,然后将液体菌液按20-30%(v/m)接种量混合到固体基质中,迅速形成优势菌群,并生成大量芽孢,从而缩短了发酵周期,提高了产率,减少了杂菌污染几率,节约了资源。同时发酵过程中的生防代谢产物也得以保留,克服了液体发酵代谢物不能充分利用、有废液排放等弊端。
(4)本发明所得活菌数与芽孢率高,菌剂产品中的有效活菌数≥5.0×1010cfu/g,芽孢率在95%以上。
(5)经辣椒盆栽试验证实,本发明所述的生防解淀粉芽孢杆菌菌剂对辣椒炭疽病的防治效果达到72.78%,由此可见,该菌剂在开发防治辣椒炭疽病生物农药或作为在生物有机肥开发中具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。
若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段;若未特别指明,实施例中所用试剂均为市售。
本发明涉及到的百分号“%”,若未特别说明,是指质量百分比;但溶液的百分比,除另有规定外,是指100ml溶液中含有溶质的克数。
本发明所述重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位,也可以是其倍数,如1/10、1/100、10倍、100倍等。
解淀粉芽孢杆菌购自中国农业微生物菌种保藏中心,编号为ACCC10619。
实施例1液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌菌剂的方法
包括如下步骤:
(1)菌种活化:将NA斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌菌株,用接种环挑取少量菌苔,在NA平板上划线分离,并置于30℃恒温培养箱中培养24h;
(2)摇瓶种子培养:用接种环挑取一环活化后的菌苔,接种于YPD种子培养基(共1.2L)中进行培养,摇床培养条件:温度36℃、摇床转速160r·min-1、培养时间12h,得摇瓶种子液;
(3)发酵罐深层液体发酵培养:将步骤(2)中所得的摇瓶种子液按体积比2%的接种量接入100L发酵罐中,罐中发酵培养基组成:麸皮10g/L、黄豆粉15g/L、NaCl 1g/L、MgSO4·7H2O 5g/L、CaCO3 6g/L,发酵条件:初始pH7.0±0.2,装液量60L,罐压0.06Mpa,温度30℃,通气量为1vvm、转速为200r/min,发酵时间16h,得液体发酵产物;
(4)多孔性浅盘固体发酵培养:按麸皮60kg、玉米芯粉15kg、豆粕10kg、稻壳5.5kg、蔗糖或糖蜜5kg、(NH4)2SO4 0.25kg、NaNO3 0.25kg、KH2PO41kg、MgSO4·7H2O 2kg、MnSO40.05kg的比例配置固体发酵培养基,并调节水分至60%,灭菌备用。
在无菌操作台中,将固体培养基用无菌不锈多孔钢盘分装,堆料厚度约4cm,同时将步骤(3)中所得的液体发酵产物按25%(v/m)的接种量接种于已灭菌的固体发酵培养基中并混匀,然后将接种后的固体培养基置于固体培养箱中,培养温度控制在30℃,在培养过程中每隔1天翻动一次培养基,发酵时间72h,得到解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物;
(5)发酵后处理:固体发酵结束后,将解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物在温度不高于50℃的条件下通风干燥,使含水量控制在20%以下,然后粉粹、包装分袋,即得生防解淀粉芽孢杆菌菌剂;
最终固体发酵产物中有效活菌数达3.6×1010cfu/g以上、芽孢数达90%以上,发酵后处理得到的菌剂中有效活菌数达5.5×1010cfu/g以上,芽孢率95%以上,室温下,保质期为18个月。
实施例2液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌菌剂的方法
包括如下步骤:
(1)菌种活化:将NA斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌菌株,用接种环挑取少量菌苔,在NA平板上划线分离,并置于30℃恒温培养箱中培养24h;
(2)摇瓶种子培养:用接种环挑取一环活化后的菌苔,接种于YPD种子培养基(共0.5L)中进行培养,摇床培养条件:温度36℃、摇床转速160r.min-1、培养时间12h,的摇瓶种子液;
(3)发酵罐深层液体发酵培养:将步骤(2)中所得的摇瓶种子液按体积比1%的接种量接入100L发酵罐中,罐中发酵培养基组成:
麸皮5g/L、黄豆粉5g/L、NaCl 0.5g/L、MgSO4·7H2O1g/L、CaCO34g/L,发酵条件:初始pH 6.5,装液量50L,罐压0.06Mpa,温度28℃,通气量为0.5vvm、转速为160r/min,发酵时间16h,得到液体发酵产物;
(4)多孔性浅盘固体发酵培养:按麸皮40kg、玉米芯粉5kg、豆粕5kg、稻壳2kg、蔗糖或糖蜜2kg、(NH4)2SO4 0.1kg、NaNO3 0.1kg、KH2PO4 0.5kg、MgSO4·7H2O 0.5kg、MnSO40.02kg的比例配置固体发酵培养基,并调节水分至55%,灭菌备用。
在无菌操作台中,将固体培养基用无菌不锈多孔钢盘分装,堆料厚度约3cm,同时将步骤(3)中所得的液体发酵产物按20%(v/m)的接种量接种于已灭菌的固体发酵培养基中并混匀,然后将接种后的固体培养基置于固体培养箱中,培养温度控制在35℃,在培养过程中每隔1天翻动一次培养基,发酵时间72h,得到解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物;
(5)发酵后处理:固体发酵结束后,将解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物在温度不高于50℃的条件下通风干燥,使含水量控制在20%以下,然后粉粹、包装分袋,即得生防解淀粉芽孢杆菌菌剂;
最终固体发酵产物中有效活菌数达3.2×1010cfu/g以上、芽孢数达90%以上,发酵后处理得到的菌剂中有效活菌数达5.0×1010cfu/g以上,芽孢率95%以上,室温下,保质期为18个月。
实施例3液固双相发酵生产生防解淀粉芽孢杆菌的方法
包括如下步骤:
(1)菌种活化:将NA斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌菌株,用接种环挑取少量菌苔,在NA平板上划线分离,并置于30℃恒温培养箱中培养24h;
(2)摇瓶种子培养:用接种环挑取一环活化后的菌苔,接种于YPD种子培养基(共1.8L)中进行培养,摇床培养条件:温度36℃、摇床转速160r·min-1、培养时间12h,得摇瓶种子液;
(3)发酵罐深层液体发酵培养:将步骤(2)中所得的摇瓶种子液按体积比3%的接种量接入100L发酵罐中,罐中发酵培养基组成:
麸皮20g/L、黄豆粉20g/L、NaCl 5g/L、MgSO4·7H2O 10g/L、CaCO3 7g/L,发酵条件:初始pH 7.5,装液量60L,罐压0.06Mpa,温度36℃,通气量为1.5vvm、转速为200r/min,发酵时间16h,得到液体发酵产物;
(4)多孔性浅盘固体发酵培养:按麸皮80kg、玉米芯粉25kg、豆粕20kg、稻壳10kg、蔗糖或糖蜜10kg、(NH4)2SO4 0.5kg、NaNO3 0.6kg、KH2PO4 2kg、MgSO4·7H2O 3kg、MnSO40.06kg的比例配置固体发酵培养基,并调节水分至65%,灭菌备用。
在无菌操作台中,将固体培养基用无菌不锈多孔钢盘分装,堆料厚度约5cm,同时将步骤(3)中所得的液体发酵产物按30%(v/m)的接种量接种于已灭菌的固体发酵培养基中并混匀,然后将接种后的固体培养基置于固体培养箱中,培养温度控制在30℃,在培养过程中每隔1天翻动一次培养基,发酵时间72h,得到解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物;
(5)发酵后处理:固体发酵结束后,将解淀粉芽孢杆菌固体发酵产物在温度不高于50℃的条件下通风干燥,使含水量控制在20%以下,然后粉粹、包装分袋,即得生防解淀粉芽孢杆菌菌剂;
最终固体发酵产物中有效活菌数达3.2×1010cfu/g以上、芽孢数达90%以上,发酵后处理得到的菌剂中有效活菌数达5.1×1010cfu/g以上,芽孢率95%以上,室温下,保质期为18个月。
实施例4生防解淀粉芽孢杆菌菌剂对辣椒炭疽病的盆栽防效试验
(1)生防菌液制备:取本发明实施例1所制备的固体生防菌剂按照10g兑清水1L比例稀释,备用。
(2)辣椒炭疽病孢子菌悬液制备:挑取辣炭疽病菌单菌落接种于PDB液体培养基中,于30℃,160r/min振荡培养96h,然后用无菌水将菌液稀释至1.0×106cfu/mL。
(3)拮抗盆栽试验处理:辣椒品种选用市售常宁新选8819线椒,每盆种植辣椒1株。选取4~6叶期的辣椒苗进行试验处理,处理方式为喷雾,喷雾标准为每片叶上有雾状液滴,以不滴水为准,均匀喷雾;试验共设2个处理,每个处理各20株苗,每个处理各3次重复。处理1:每株苗喷洒50mL稀释后的生防菌液,处理2:每株苗喷洒50mL清水(空白对照CK)。7天后喷洒稀释后的辣椒炭疽病孢子菌悬液,每株20mL。辣椒苗在接种辣椒炭疽病原菌4天后再分别重复一次处理1与处理2,处理方式同第一次。。将辣椒置于28±2℃,光照周期14h/10h温室条件下培养,常规水肥管理维持辣椒正常生长。待发病后每天调查发病情况,统计发病率和病情指数,直至清水对照发病率达到80%以上时结束实验。
病情分级标准如下:
0级:无症状病斑;
1级:幼苗根茎部轻微变黑,病斑直径1mm,1-2片叶发病;
2级:茎基部缢缩,病斑直径大于1mm,2片真叶发病;
3级:茎基部缢缩,有许多大斑,产生孢子或2片以上真叶发病,植株畸形或矮化;
4级:整个植株变褐色,有许多大斑,产生大量孢子,植株濒临枯死或已枯死。
病情指数(%)=[∑病级数×该病级植株数)/(4×总植株数)]×100%
防治效果(%)=[(空白对照病情指数一处理病情指数)/空白对照病情指数]×100%
在生防菌剂第1次处理60天后的调查结果显示,生防解淀粉芽孢杆菌菌剂对辣椒疫霉病的防治效果达到72.78%(表1)。
表1解淀粉芽孢杆菌菌剂对辣椒炭疽病的防效
|
病情指数 |
防治效果 |
处理1 |
16.67 |
72.78 |
处理2(CK) |
61.25 |
- |
虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。