易润华 张雅娟 岳蕾娜 黄华锋 齐希猛
摘要:通过对6种培养基进行筛选得到海洋拮抗细菌TC-1在BPDB培养基发酵的无菌发酵液对香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cubense)的抑菌活性最好。在BPDB培养基基础上,通过正交试验优化培养基成分及用量,得到最佳配方为马铃薯200 g,牛肉膏20 g,葡萄糖20 g,玉米粉7 g、蛋白胨7 g,蒸馏水1 000 mL,pH自然;通过正交试验对发酵条件的装瓶量、培养温度、初始pH、发酵时间和转速5个因素进行了优化,得到最优发酵条件为:装瓶量20%,培养温度27℃,初始pH自然,发酵时间72 h,摇床转速200 r/min;在最佳培养基和最佳发酵条件下,TC-1的无菌发酵液抑菌圈直径为24.3 mm,与优化前抑菌圈直径20.7 mm相比,抑菌活性提高了17.4%。
关键词:海洋细菌;抑菌活性;香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cubense);发酵条件优化
中图分类号:S436.68+1文献标识码:A文章编号:0439-8114(2012)03-0506-04
Optimization of Fermentation Conditions of Marine-derived Antagonistic Bacterium Strain TC-1 against Fusarium oxysporum f. sp. cubense Race 4 Causing Banana Vascular Wilt
YI Run-hua,ZHANG Ya-juan,YUE Lei-na,HUANG Hua-feng,QI Xi-meng
(Department of Bio-technology, Agriculture College, Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088, Guangdong, China)
Abstract:The antifungal activity of the cell-free fermentation liquid (CFL) from six culture media after strain TC-1 was incubated for 48 h were estimated by using Oxford cup method. The results showed that the diameter of inhibition halos of CFL from BPDB medium were the biggest among the six screened culture media. To increased the antifungal of CFL, the components and dosages of five organic mixtures to be added in the foundational BPDB medium were optimized by orthogonal experiments. The result showed that the optimization medium contained potato 200 g, beef extract 20 g, D-glucose 20 g,corn flour 7 g and peptone 7 g in 1 000 mL deionized water. The L25(56) orthogonal experiments results showed the optimization fermentation condition were as follows, medium quantity 20%,cultivating temperature 27 ℃, initialization pH of the fermentation medium 5 mm, fermentation time 96 h, rotation speed 120 r/min. The average diameter of inhibition halos of CFL from the optimum fermentation condition and culture medium was 24.3 mm; the antifungal activity was increased by 17.4%, compared inhibition zone diameter of 20.7 mm before optimization.
Key words:marine-derived bacterium; antifungal activity; banana vascular wilt; optimization of fermentation conditions
香蕉枯萎病是一种对香蕉具有毁灭性的病害,是国内外检疫对象,该病是由尖孢镰刀菌[Fusarium oxysporum f. sp. cubense(E. F. Smith) Snyder et Hansen(anamorph)]引起的,该病菌有4个生理小种,在我国有1号和4号小种,其中以4号小种的危害性最大[1-5]。本研究对从广东湛江特呈岛近海岸海泥中分离得到的一株对香蕉枯萎病菌4号小种有稳定拮抗作用的海洋细菌TC-1的发酵培养基和发酵条件进行了优化,以期为该菌株作为香蕉枯萎病的生防菌进行工业化生产奠定基础。
1材料与方法
1.1菌株来源
拮抗海洋细菌菌株TC-1为2005年从广东省湛江市特呈岛近海海泥中分离筛选得到的对香蕉枯萎病菌及其他14种病原微生物有很好拮抗作用的海洋细菌,初步鉴定为芽孢杆菌(Bacillus spp.)[6]。香蕉枯萎病菌4号生理小种是从发病植物组织中分离得到。
1.2无菌发酵液的抑菌活性测定
1)无菌发酵液制备:将海洋细菌TC-1菌种在BPDA培养基(马铃薯200 g,牛肉膏20 g,葡萄糖20 g,琼脂15~18 g,蒸馏水1 000 mL,pH自然)平板上划线,培养48 h后,挑取TC-1用无菌水稀释得到106~107 CFU/mL的菌液。取菌液按1%接种量接种到各发酵培养液内发酵,菌液经8 000 r/min两次离心30 min除去菌体,上清液经孔径为0.22 μm的滤膜过滤除菌后得到无菌发酵液,4 ℃冰箱保存备用。
2)抑菌活性测定:在PDA培养基上将香蕉枯萎病菌4号小种培养5~7 d,用无菌水将孢子洗出,配制成孢子悬浮液(106~107 CFU/mL)。将孢子悬浮液加入40~50 ℃待凝固的培养基内,充分摇匀使培养基内孢子浓度约为103~104 CFU/mL,倒平板(15 mL/皿左右)后用无菌镊子将牛津杯轻轻放置于平板上,在杯内加入100 μL待测无菌发酵液,无菌风吹干,置于28 ℃培养,测量抑菌圈直径。
1.3培养基的筛选
待筛选的培养基:BPDB(马铃薯200 g,牛肉膏20 g,葡萄糖20 g,蒸馏水1 000 mL,pH自然)、BPY(牛肉膏5 g,酵母膏5 g,葡萄糖5 g,蛋白胨10 g,NaCl 5 g,水1 000 mL,pH 7.2)、IFFI24M(牛肉膏5 g,酵母膏5 g,蛋白胨10 g,葡萄糖10 g,乳糖5 g,NaCl 5 g,水1 000 mL,pH 6.8)、营养肉汤(牛肉膏30 g,蛋白胨5 g,水1 000 mL,pH 7.0~7.2)、LB (酵母膏5 g,蛋白胨10 g,NaCl 10 g,水1 000 mL,pH 7.0)和NA液体培养基(牛肉膏3 g,蛋白胨5 g,水1 000 mL,pH 6.6~7.0)。
将在PDA培养基上培养48 h的拮抗菌株TC-1配成悬浮液(106~107 CFU/mL),取200 μL分别接种于盛有20 mL培养液的50 mL三角瓶中, 29 ℃,200 r/min 振荡培养24、36、48、60和72 h后,制备无菌发酵液,以抑菌圈直径大小确定最佳培养基。
1.4培养基成分的优化
在最佳培养基的基础上,按L25(56)正交表进行培养基成分优化试验,通过抑菌圈直径确定最优培养基成分。设置3因素5水平试验(表1)。
1.5发酵条件优化
将TC-1接种到1.4优化得到的最优培养基,按L25(56)正交表进行发酵条件优化试验,以装瓶量(A)、培养温度(B)、初始pH(C),发酵时间(D)和转速(E)为试验因素,每因素设5个水平(表2)。通过测定抑菌圈直径确定最优发酵条件。
2结果与分析
2.1培养基的筛选结果
用6种供筛选的培养基培养TC-1得到的无菌发酵液对香蕉枯萎病菌的抑菌圈直径如表3。从表3中可看出,除BPDB培养基外,其他5种培养基在24 h时均无抑菌活性;36和48 h时BPDB培养基的抑菌圈直径分别为21.5 mm和20.7 mm;60 h时BPDB、BPY和IFFI24M的抑菌圈直径无显著差异,分别为16.7、18.5和18.5 mm;72 h时抑菌圈直径最大的是IFFI24M,为19.7 mm;而BPDB与BPY的抑菌圈直径无显著差异,分别为15.7 mm和15.2 mm;TC-1在各培养基中培养36、48、60和72 h后得到的无菌发酵液平均抑菌活性最大的是BPDB培养基,其平均抑菌圈直径为18.8 mm。TC-1在BPDB培养基培养36 h后无菌发酵液的抑菌圈直径明显大于其他培养基。故以BPDB培养基作为基础培养基进行培养基成分优化。
2.2培养基的优化试验结果
从培养基优化正交试验结果(表4)可以看出,各培养基成分对无菌发酵液抑菌活性均有显著影响,影响主次排序为C、B、A,即培养时间对抑菌活性影响最大。从表4得到最佳培养条件组合为A4B3C2。
验证试验结果表明,培养24 h发酵液的抑菌圈直径为19.0 mm,36 h为23.0 mm,48 h为19.0 mm,60 h为17.0 mm,72 h为16.0 mm。在36 h时的抑菌圈直径最大(图1),与培养基优化所得结果相符。后续的试验将7 g玉米粉和7 g蛋白胨加入BPDB培养基中进行发酵。
2.3发酵条件优化试验结果
发酵条件优化正交试验结果如表5,各因素R值排序为:B、A、E、D、C,即最主要的影响因素是培养温度。最佳发酵条件为A1、B1、C1、D5、E5,即在装瓶量20%,培养温度27 ℃,初始pH 5,发酵时间72 h,摇床转速240 r/min培养条件下得到的无菌发酵液的抑菌活性最强。最佳发酵条件下得到的无菌发酵液抑菌圈直径为24.3 mm,比优化前抑菌活性(抑菌圈直径20.7 mm)提高了17.4%。
3小结与讨论
本试验以无菌发酵液的抑菌活性作为指标,筛选和优化得到最利于TC-1菌株产抗菌活性物质的培养基配方,并进行了发酵条件的优化,得到最佳培养条件为:装瓶量20%,培养温度27 ℃,初始pH 5,发酵时间72 h,摇床转速240 r/min,在最佳培养基和最优化发酵条件培养下,无菌发酵液的抑菌活性较高,比优化前抑菌活性提高了17.4%。
香蕉枯萎病是土传性真菌病害,目前通过化学防治和选育抗病品种进行防治效果并不理想,通过筛选生防菌对该病进行防治是一条值得探索的途径[7-12]。许多学者对香蕉枯萎病的生物防治进行了研究[2,13-15],但是还有许多工作需要深入。本研究对香蕉枯萎菌有抑制作用的海洋细菌TC-1发酵条件进行了优化,有望为进一步开发利用发酵液进行病害防治提供参考。
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(责任编辑王贵春)
收稿日期:2011-08-01
基金项目:广东省农业科技攻关项目(2009B020310016);广东海洋大学海洋微生物团队项目
作者简介:易润华(1973-),男,江西宜春人,副教授,博士,主要从事植物病害生物防治工作,(电话)15812391362(电子信箱)scibyrh@163.com。