采用響應面設計法優(yōu)化光合細菌培養(yǎng)基

1、第24卷第6期2006年12月江西科學Vol.24No.6Dec.2006文章編號:1001-3679(2006)06-0475-04采用響應面設計法優(yōu)化光合細菌培養(yǎng)基程新,魏賽金,李漢廣,()摘要:,:1.145g/L、蛋白胨0.055g/L、碳酸氫鈉0.6g/L、硫代硫酸鈉0.3、硫酸鎂0.1g/L、磷酸二氫鉀0.05g/L。在此條件下,光合細菌生長最為良好,經(jīng)過5d,培養(yǎng)液OD600可以達到0.5以上。關鍵詞:光合細菌;培養(yǎng)基;優(yōu)化;響應面方法中圖分類號:Q93-335文獻標識碼:AOptimizationofCultureMediumforPhotosyntheticBacteriab

2、yResponseSurfaceMethodologyCHENGXin,WEISai2jin,LIHan2guang,XUHui,TUGuo2quan(DepartmentofBioengineering,JiangxiAgricultureUniversity,JiangxiNanchang330045PRC)Abstract:ResponsesurfacemethodologywasusedtooptimizetheculturemediumforPhotosyntheticbacteria(PSB).Theresultshowedthatsodiumacetateandpeptoneha

3、sthemostsignificantinfluenceonPSBcultures.TheoptimizedmediumforPSBculturewasasfollows:sodiumacetate1.145g/L,Peptone0.055g/L,NaHCO30.6g/L,Na2S2O30.4g/L,NaCl0.3g/L,MgSO40.1g/L,KH2PO40.05g/L.Underthiscondition,theOD600ofthebrothreachedahigherlevelof0.5after5daysculture.Keywords:Photosyntheticbacteria,M

4、edium,Optimization,Responsesurfacemethodology0前言光合細菌(Photosyntheticbacteria)是一類能進行光合作用而不產(chǎn)氧的特殊生理類群的原核微生物的總稱,是最早出現(xiàn)的具有原始光合成體系的原核微生物,在自然界的碳素、氮素、硫素轉(zhuǎn)化13循環(huán)中起重要作用。光合細菌營養(yǎng)豐富,細胞干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量高達60%以上,光合細菌還含有多種維生素,尤其是B族維生素極為豐富,VB12、葉酸、泛酸、生物素的含量遠高于酵母。此外,光合細菌還含有大量的類胡蘿卜素、輔酶Q等生理活性物質(zhì)。因此,光合細菌具有很高的營養(yǎng)價值,在水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖上有著很高的應用價值。在對

5、微生物培養(yǎng)基優(yōu)化的過程中,采用合理的試驗設計可以大幅度的減少工作量,提高試驗的準確性和精確性。本試驗所采用的響應曲面設計不僅能夠處理單個因子的影響,更能準確解收稿日期:2006-10-08;修訂日期:2006-11-15;作者簡介:程新(1978-),男,山東荷澤人,碩士,講師,主要從事微生物學方向的研究工作?；痦椖?江西農(nóng)業(yè)大學青年教師基金項目資助(編號:(2004)1343)。476江西科學2006年第24卷釋多因子的相互作用水平,從而提出更具指導意4,5義的培養(yǎng)基配比。2結(jié)果與分析2.1篩選顯著影響因子1材料與方法1.1材料1.1.1菌種沼澤紅假單孢桿菌(Rhodopsendo2mon

6、asPalualies),由江西農(nóng)業(yè)大學生物工程系應用微生物實驗室提供。1.1.2出發(fā)培養(yǎng)基醋酸鈉1.0g/L,碳酸氫鈉0.6g/L,硫代硫酸鈉0.4g/L,氯化鈉0.3g/L,酸鎂0.1g/L,蛋白胨0.05g/L,0.g/L。1.1.31.2方法1.2.1篩選顯著影響因子采用兩水平實驗設計,因子選擇及試驗設計見表1。表1全因子實驗因子設計表(單位:g/L)變量因子醋酸鈉碳酸氫鈉硫代硫酸鈉蛋白胨代號X1X2X3X4-10.80.40.30.03本部分試驗采用四因子兩水平試驗設計,以4個中心試驗估計試驗誤差。選擇四種培養(yǎng)基成分作為優(yōu)化對象改變濃度,其它因素保持一致。培養(yǎng)液稀釋后測定在600nm

7、的吸光度,結(jié)果如表2所示。表2123456789101112131415161711-11-11-11-11-11-11-110000X21-111-1-111-1-111-1-11100003-1-1-1-11111-1-1-1-1111100004-1-1-1-1-1-1-1-1111111110000OD6000.3300.3870.3490.3590.3420.4220.3330.4280.3700.4700.4010.4700.4200.4250.4190.4950.3900.4050.3960.41210.60.40.0511.20.80.50.07根據(jù)前人經(jīng)驗,以培養(yǎng)基成分中的醋

8、酸鈉、碳酸氫鈉、硫代硫酸鈉、蛋白胨4個因子作為優(yōu)化對象,進行16次試驗,在中心加4次重復試驗,以進行誤差估計。培養(yǎng)基接種后在光照情況下培養(yǎng)5d,適當稀釋培養(yǎng)液,測量培養(yǎng)液在600nm處的吸光度。1.2.2最陡爬坡試驗根據(jù)上一步的試驗結(jié)果,選擇對最終試驗結(jié)果影響最為顯著的因子,設計最陡爬坡試驗,培養(yǎng)基中其他因子保持初始水平。培養(yǎng)基接種后在光照情況下培養(yǎng)5d,適當稀釋培養(yǎng)液,測量培養(yǎng)液在600nm處的吸光度。1.2.3中心組合試驗確定最佳配方本試驗采用二次回歸的旋轉(zhuǎn)中心組合設計,以最陡爬坡試驗中效果最好的試驗配方為試驗中心點。改變需要優(yōu)化的因子水平,其它因子不變。培養(yǎng)基接種后在光照情況下培養(yǎng)5d,

9、適當稀釋后測量培養(yǎng)液在600nm的吸光度。1.2.4統(tǒng)計分析軟件R2.2.1。181920由試驗結(jié)果可以看出,隨著培養(yǎng)基成分濃度的改變,培養(yǎng)液的吸光度有較大的變化,最高時OD600值0.495,最低OD600為0.33。以吸光度為因變量,各因子的具體濃度為自變量,建立線性回歸方程,得到如下方程:Y=0.11265+0.15375X1+0.0275X2+0.0925X3+1.625X4方差分析見表3。表3試驗方差分析方差來源回歸剩余平方和0.033880.005962df均方F值顯著水平40.0084721.316410.00000150.00040該模型R=0.8504,由此可知,85%的試驗

10、數(shù)據(jù)可以此模型解釋。各因子的效應分析見表4。第6期程新等:采用響應面設計法優(yōu)化光合細菌培養(yǎng)基表4試驗各因子效應分析表變量X1X2X3X4477回歸系數(shù)0.153750.027500.092501.62500標準系數(shù)0.616210.110220.185370.65128偏相關0.846980.274050.432180.85981標準誤0.024920.024920.049840.24918t值6.170321.103631.856116.52147顯著水平0.000010.286070.081950.00001由各因子的顯著水平可以看出培養(yǎng)基中醋酸鈉(X1)和蛋白胨(X4)的含量對菌體濃度有

11、極為顯著的影響。2.2最陡爬坡試驗,結(jié)果如表5表5爬坡試驗設計及結(jié)果試驗編號醋酸鈉(g/L)123456789100.40.60.81.01.21.41.61.82.02.2和62345678910111213141516醋酸鈉1-1-11.414-1.41400000000001-11-1001.414-1.41400000000OD6000.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.474425366316456376415386468476461470454469458476蛋白胨(g/L)0.020.030.040.050.060.070.080.090.100.11

12、OD6000.3080.3960.4400.4520.4720.4300.4280.4220.4080.391等高線圖如圖1、圖2。根據(jù)試驗2.1的試驗結(jié)果,醋酸鈉和蛋白胨對于最終的菌體濃度都有正向作用,即培養(yǎng)液最終的菌濃度隨醋酸鈉和蛋白胨濃度的增加而上升。從表5可看出,第5組試驗的最終的菌濃度最大,在其后菌體濃度開始下降,表示最優(yōu)點在第5組附近。2.3中心組合試驗本部分試驗以爬坡試驗的最優(yōu)組第5組為中心,采用二次回歸旋轉(zhuǎn)中心組合設計,進一步確定菌濃度對醋酸鈉和蛋白胨的響應。具體設計和試驗結(jié)果如表6所示。對試驗數(shù)據(jù)進行多項式擬和回歸,以吸光度(Y)為因變量,醋酸鈉(X1)和蛋白胨(X2)的具體

13、濃度為自變量,建立回歸方程如下:Y=-0.7251+1.6335X1+9.9932X2-0.7121X12-90.5602X22-0.0625X1X2R2=0.9278,表明92.3%的試驗數(shù)據(jù)可用圖1醋酸鈉和蛋白胨對菌體濃度影響的分析圖響應面圖和等高線圖直觀地表現(xiàn)了醋酸鈉和蛋白胨濃度變化時對菌體濃度的影響,對回歸方程求導可以得到模型的極值點,即當醋酸鈉為1.145g/L,蛋白胨為0.055g/L時,最終菌濃度有最大響應,理論最大菌濃度為0.483。2.4方程的驗證以通過試驗篩選出的最佳培養(yǎng)基配比進行光此模型解釋。根據(jù)上面的方程繪制響應面分析圖478江西科學2006年第24卷組分醋酸鈉和蛋白胨

14、的用量對光合細菌的菌濃度有顯著的影響。對于菌體來講,醋酸鈉和蛋白胨可作為生長所需的碳源和氮源,特別是醋酸鈉,它不僅作為營養(yǎng)物質(zhì),還起到穩(wěn)定pH值的作用。(3)本試驗采用的響應面試驗設計是一種較先進的優(yōu)化設計分析方法,它和正交試驗設計均建立在正交設計原理上,。相對,圖2圖光合細菌經(jīng)過5d的培養(yǎng)后,培養(yǎng)液的平均吸光值均在0.5以上。這充分表明采用響應面技術來優(yōu)化光合細菌的培養(yǎng)基成分是可行的。:1吳向華,楊啟銀,劉五星,等.光合細菌的研究進展及其應用J.中國農(nóng)業(yè)科技導報,2004,6(2):35-38.2王桂文,周興.光合細菌的應用現(xiàn)狀與前景J.廣西科學院學報,1995,11(1):16-20.3陳

15、世陽,席振樂.光合細菌的特性及其開發(fā)利用J.海洋通報,1991,10(1):24-32.4張寧,宋剛,范瑞,等.用響應面分析法優(yōu)化3討論(1)本試驗的測定部分依據(jù)的是光合細菌在胞外多糖的發(fā)酵工藝J.暨南大學學報,2004,25(5):642-646.5郝學財,余曉斌,劉志鈺,等.響應面方法在優(yōu)化微其吸收峰600nm處的吸光值與其濃度成線性關系這一特性,采用分光光度計測量菌濃,從而計算6相對菌含量。相對于平板計數(shù)法,采用吸光度檢測法操作較為簡便,便于本試驗操作的連續(xù)進行。(2)通過回歸方程尋優(yōu)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中的兩種生物培養(yǎng)基中的應用J.食品研究與開發(fā),2006,27(1):38-41.6孫軍德,趙春燕,黃曉星,等.光合細菌菌數(shù)測定數(shù)學模型的構建J.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2001,32(5):358-359.敬告作者讀者江西科學對來稿篇首頁地腳處的要求江西科學為中國學術期刊(光盤版)檢索與評價數(shù)據(jù)規(guī)范執(zhí)行優(yōu)秀期刊。為進一步提高本刊質(zhì)量,更全面、更好地執(zhí)行中國學術期刊(光盤版)檢索與評價數(shù)據(jù)規(guī)范,適應各文摘刊物數(shù)據(jù)庫、中國科技論文統(tǒng)計與分析的需要,便于廣大讀者檢索、使用本刊刊載的科技信息資源,本刊要求廣大作者在來稿篇首頁的地腳處標注來稿日期、基金項目(若有)和作者簡介等3個項目。來