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基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化

汪敦飞 朱胜男 肖清铁 郑新宇 林瑞余

汪敦飞, 朱胜男, 肖清铁, 郑新宇, 林瑞余. 基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
引用本文: 汪敦飞, 朱胜男, 肖清铁, 郑新宇, 林瑞余. 基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
WANG Dunfei, ZHU Shengnan, XIAO Qingtie, ZHENG Xinyu, LIN Ruiyu. Optimization of culture conditions of Cd-tolerant strain Pseudomonas TCd-1 based on response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
Citation: WANG Dunfei, ZHU Shengnan, XIAO Qingtie, ZHENG Xinyu, LIN Ruiyu. Optimization of culture conditions of Cd-tolerant strain Pseudomonas TCd-1 based on response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587

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基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
基金项目: “十三五”国家重点研发计划项目(2017YFD0800900);科技部科技基础性工作专项(2015FY111300)
详细信息
    作者简介: 汪敦飞,从事环境污染修复微生物研究。E-mail: notwang2018@163.com
    通信作者: 林瑞余,教授,从事农业生态学研究。E-mail: lrylin2004@163.com
  • 中图分类号: Q935

Optimization of culture conditions of Cd-tolerant strain Pseudomonas TCd-1 based on response surface methodology

  • 摘要:   目的  利用响应面法优化耐镉菌株假单胞菌Pseudomonas TCd-1的培养条件。  方法  以基础发酵培养条件为对照,菌株吸光度D(660)作为评价指标,利用单因素试验确定培养基组分的最佳碳源、氮源和无机盐种类,通过Plackett-Burman试验设计评价牛肉膏、酵母粉、氯化镁、培养温度、初始pH、接菌量、培养时间和转速8个因素对菌株生长的影响,进而确定显著影响因素,然后进行最陡爬坡试验获得显著影响因素的最优组合,结合Box-Behnken试验设计和响应面分析,优化假单胞菌TCd-1的培养条件。  结果  菌株培养基组分的最佳碳源、氮源和无机盐分别为牛肉膏、酵母粉和氯化镁;影响菌株生长的显著性因素为酵母粉、培养温度、初始pH;基于响应面法优化后的培养条件为:牛肉膏质量分数为0.5%,酵母粉1.0%,氯化镁0.5%,pH 6.3,温度33 ℃,接菌量1.25%,转速160 r·min−1,培养时间24 h。  结论  根据最佳条件, 进行重复试验得到优化后的菌液吸光度D(660)比对照提高了67.07%,与模型预测值相一致,表明优化后的条件显著促进了菌株的生长,达到预期目的。图1表6参26
  • 图  1  不同碳源(A)、氮源(B)、无机盐(C)对菌株生长影响

    不同字母表示差异显著(P<0.05)

    Figure  1  Effect of carbon source(A),nitrogen source(B),inorganic salt (C) on the growth of strains

    表  1  Plackett-Burman试验设计因素和水平

    Table  1.   Factors and levels of Plackett-Burman design

    因素水平因素水平因素水平
    −11−11−11
    A 牛肉膏/% 4.0 5.0 E 温度/% 30.0 37.50 I 培养时间/h 20 24
    B 酵母粉/% 0.8 1.0 F 初始pH 6.0 7.50 J 转速/(r·min−1) 160 200
    C MgCl2/% 4.0 5.0 G 接菌量/% 1.0 1.250 K 空白3
    D 空白1 H 空白2
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    表  4  最陡爬坡试验

    Table  4.   Factors and levels of steepest ascent design

    试验号B
    母粉/%
    E
    度/℃
    F
    始pH
    编码吸光度
    1 0.8 40 8.0 (−1,1,1) 1.079±0.058 c
    2 0.9 35 7.0 (0,0,0) 1.720±0.006 a
    3 1.0 30 6.0 (1,−1,−1) 1.681±0.015 b
      说明:不同字母表示差异显著(P<0.05)
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    表  2  Plackett-Burman 试验结果

    Table  2.   Results of Plackett-Burman design

    试验号A 牛肉膏B 酵母粉C 氯化镁D 空白1E 温度F pHG 接菌量H 空白2I 时间J 转速K 空白3吸光度
    1 1 1 −1 1 1 1 −1 −1 −1 1 −1 1.235±0.078 f
    2 −1 1 1 −1 1 1 1 −1 1 −1 −1 1.358±0.030 e
    3 1 −1 1 1 −1 1 1 1 −1 −1 −1 1.563±0.058 b
    4 −1 1 −1 1 1 −1 1 1 −1 −1 1 1.397±0.021 de
    5 −1 −1 1 −1 1 1 −1 1 −1 1 1 0.981±0.042 h
    6 −1 −1 −1 1 −1 1 1 −1 1 1 1 1.440±0.028 cd
    7 1 −1 −1 −1 1 −1 1 1 1 1 −1 1.121±0.026 g
    8 1 1 −1 −1 −1 1 −1 1 1 −1 1 1.756±0.010 a
    9 1 1 1 −1 −1 −1 1 −1 −1 1 1 1.802±0.003 a
    10 -1 1 1 1 −1 −1 −1 1 1 1 −1 1.783±0.012 a
    11 1 −1 1 1 1 −1 −1 −1 1 −1 1 1.195±0.096 fg
    12 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 1.492±0.041 bc
      说明:不同字母表示差异显著(P<0.05)
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    表  3  Plackett-Burman试验显著性分析结果

    Table  3.   Results of Plackett-Burman design

    来源均方和自由度均方FP显著性效应系数显著性排序效应正负
    模型 0.780 00 8 0.098 00 70.01 0.002 5 ** 1.430
    A 牛肉膏 0.004 07 1 0.004 07 2.91 0.186 5 0.018 7
    B 酵母粉 0.200 00 1 0.200 00 141.15 0.001 3 ** 0.130 2
    C 氯化镁 0.004 84 1 0.004 84 3.46 0.159 8 0.020 5
    E 温度 0.540 00 1 0.540 00 387.22 0.000 3 ** −0.210 1
    F pH 0.017 00 1 0.017 00 12.45 0.038 7 * −0.038 3
    G 接菌量 0.004 76 1 0.004 76 3.40 0.162 2 −0.020 6
    I 时间 0.000 03 1 0.000 03 0.022 0.892 7 0.002 8
    J 转速 0.013 00 1 0.013 00 9.49 0.054 1 −0.033 4
      说明:*表示显著性差异(P<0.05),**表示极显著差异(P<0.01)
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    表  5  Box-Behnken试验设计

    Table  5.   The results of Box-Behnken design

    试验序号B 酵母粉/%E 温度/℃F 初始pH吸光度试验序号B 酵母粉/%E 温度/℃F 初始pH吸光度
    1 0 0 0 1.505±0.007 g 10 1 −1 0 1.770±0.023 ab
    2 0 1 1 0.922±0.014 j 11 −1 0 −1 1.634±0.021 f
    3 1 0 1 1.655±0.035 ef 12 1 0 −1 1.670±0.007 ef
    4 −1 −1 0 1.056±0.027 h 13 0 0 0 1.749±0.024 ef
    5 0 0 0 1.661±0.018 ef 14 0 0 0 1.785±0.007 a
    6 0 −1 −1 0.941±0.042 ig 15 −1 1 0 1.754±0.010 abc
    7 −1 0 1 1.524±0.013 g 16 0 0 0 1.733±0.003 bc
    8 0 1 −1 0.967±0.060 i 17 0 −1 1 1.727±0.009 cd
    9 1 1 0 1.690±0.010 de
      说明:不同字母表示差异显著(P<0.05)
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    表  6  Box-Behnken试验回归模型方差分析

    Table  6.   Variance analysis of regression model of Box-Behnken test

    来源均方和自由度均方F显著性来源均方和自由度均方F显著性
    模型 1.638 00 9 0.182 00 182.747 ** B2 0.002 36 1 0.002 36 2.371
    B 0.020 00 1 0.020 00 20.091 ** E2 0.820 50 1 0.820 00 824.161 **
    E 0.756 00 1 0.756 00 759.257 ** F2 0.005 14 1 0.005 14 5.159
    F 0.008 90 1 0.008 91 8.951 ** 残差 0.006 97 7 0.001 00
    BE 0. 000 06 1 0.000 06 0.064 失拟项 0.004 91 3 0.001 64 3.179 不显著
    BF 0.000 48 1 0.000 48 0.486 纯误差 0.002 06 4 0.000 52
    EF 0.006 64 1 0.006 64 6.672 * 总和 1.644 00 16
      说明:变异系数为2.08%相关系数为0.995 8校正决定系数为0.9903,预测系数为0.950 3。*表示显著性差异(P<0.05),**表示极显著     差异(P<0.01)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-09
  • 修回日期:  2020-03-31

基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
    基金项目:  “十三五”国家重点研发计划项目(2017YFD0800900);科技部科技基础性工作专项(2015FY111300)
    作者简介:

    汪敦飞,从事环境污染修复微生物研究。E-mail: notwang2018@163.com

    通信作者: 林瑞余,教授,从事农业生态学研究。E-mail: lrylin2004@163.com
  • 中图分类号: Q935

摘要:   目的  利用响应面法优化耐镉菌株假单胞菌Pseudomonas TCd-1的培养条件。  方法  以基础发酵培养条件为对照,菌株吸光度D(660)作为评价指标,利用单因素试验确定培养基组分的最佳碳源、氮源和无机盐种类,通过Plackett-Burman试验设计评价牛肉膏、酵母粉、氯化镁、培养温度、初始pH、接菌量、培养时间和转速8个因素对菌株生长的影响,进而确定显著影响因素,然后进行最陡爬坡试验获得显著影响因素的最优组合,结合Box-Behnken试验设计和响应面分析,优化假单胞菌TCd-1的培养条件。  结果  菌株培养基组分的最佳碳源、氮源和无机盐分别为牛肉膏、酵母粉和氯化镁;影响菌株生长的显著性因素为酵母粉、培养温度、初始pH;基于响应面法优化后的培养条件为:牛肉膏质量分数为0.5%,酵母粉1.0%,氯化镁0.5%,pH 6.3,温度33 ℃,接菌量1.25%,转速160 r·min−1,培养时间24 h。  结论  根据最佳条件, 进行重复试验得到优化后的菌液吸光度D(660)比对照提高了67.07%,与模型预测值相一致,表明优化后的条件显著促进了菌株的生长,达到预期目的。图1表6参26

English Abstract

汪敦飞, 朱胜男, 肖清铁, 郑新宇, 林瑞余. 基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
引用本文: 汪敦飞, 朱胜男, 肖清铁, 郑新宇, 林瑞余. 基于响应面法的耐镉假单胞菌TCd-1培养条件优化[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
WANG Dunfei, ZHU Shengnan, XIAO Qingtie, ZHENG Xinyu, LIN Ruiyu. Optimization of culture conditions of Cd-tolerant strain Pseudomonas TCd-1 based on response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587
Citation: WANG Dunfei, ZHU Shengnan, XIAO Qingtie, ZHENG Xinyu, LIN Ruiyu. Optimization of culture conditions of Cd-tolerant strain Pseudomonas TCd-1 based on response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190587

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