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基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备

李雅琳 李素艳 孙向阳 郝丹 蔡琳琳 常晓彤

李雅琳, 李素艳, 孙向阳, 郝丹, 蔡琳琳, 常晓彤. 基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
引用本文: 李雅琳, 李素艳, 孙向阳, 郝丹, 蔡琳琳, 常晓彤. 基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
LI Yalin, LI Suyan, SUN Xiangyang, HAO Dan, CAI Linlin, CHANG Xiaotong. Preparation of two strains of lignin-degrading bacteria solid inoculum[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
Citation: LI Yalin, LI Suyan, SUN Xiangyang, HAO Dan, CAI Linlin, CHANG Xiaotong. Preparation of two strains of lignin-degrading bacteria solid inoculum[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311

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基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
基金项目: 北京市自然科学基金资助项目(6202021)
详细信息
    作者简介: 李雅琳(ORCID: 0000-0002-5228-7926),从事农林废弃物处理与资源化利用研究。E-mail: 294792182@qq.com
    通信作者: 李素艳(ORCID: 0000-0002-4391-8263),教授,博士,从事农林废弃物处理与资源化利用研究。E-mail: lisuyan@bjfu.edu.cn
  • 中图分类号: S142

Preparation of two strains of lignin-degrading bacteria solid inoculum

  • 摘要:   目的  以2株不同的木质素降解菌[菌株A(构巢曲霉 Aspergillus nidulans) 、菌株Q(栓菌属1种 Trametes sp.)]为材料,分别制作应用于园林绿化废弃物降解或者堆肥的高效固体发酵菌剂。  方法  采用单因素实验确定固体发酵培养基的碳氮源和外加营养组分种类,再通过正交实验对碳氮源添加量进行优化,最后根据碳氮源优化结果,采用均匀实验结合人工神经网络算法寻找2株木质素降解菌的外加营养组分接种量和最佳固体培养基发酵条件。  结果  优化后的菌株Q固体菌剂培养基基质为麸皮30.000 g作为基底,添加豆饼粉3.000 g和玉米粉0.188 g;外加营养组分(按基质的质量比)为硫酸镁(MgSO4) 1.434%、磷酸二氢钾(KH2PO4)0.115%和硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)1.497%;接种条件为接菌量6.000%、料水比(质量比)1.000∶0.992、保护剂1.000%。优化后的菌株A固体菌剂培养基基质为麸皮30.000 g作为基底,添加豆饼粉1.500 g和木质素磺酸钠1.500 g;外加营养组分(按基质的质量比)为MgSO4 0.123%、KH2PO4 0.213%、FeSO4·7H2O 1.280%;接种条件为接菌量21.000%、料水比1∶1、保护剂19.000%。菌株Q和菌株A在优化培养基上发酵7~9 d获得最大发酵生物量,菌株Q的D(260)为0.596,菌株A的D(260)为0.478。  结论  2株木质素降解菌在优化后的发酵条件下制得的固体菌剂具有高生物量的特点,在降解园林绿化废弃物的木质素方面具有一定潜力。图6表5参22
  • 图  1  菌丝中核酸量与菌丝干质量的关系

    Figure  1  Relationship between the amount of nucleic acid in mycelium and the amount of mycelium

    图  2  碳源对2株木质素降解菌生物量的影响

    Figure  2  Effect of carbon source on the biomass of two lignin-degrading bacteria

    图  3  氮源对2株木质素降解菌生物量的影响

    Figure  3  Effect of nitrogen source on the biomass of two lignin-degrading bacteria

    图  4  碳源添加量对2株木质素降解菌生物量的影响

    Figure  4  Effect of carbon source addition on the biomass of two lignin-degrading bacteria

    图  5  氮源接种量对2株木质素降解菌生物量的影响

    Figure  5  Effect of nitrogen source inoculum on the biomass of two lignin-degrading bacteria

    图  6  菌株A和菌株Q在不同营养组分培养基上的生长

    Figure  6  Growth of strain A and strain Q on the medium with different nutrient components

    表  1  菌株A正交设计实验L9(34)

    Table  1.   Orthogonal design experiment of strain A L9 (34)

    处理豆饼粉/%木质素磺酸钠/%D(260)
    T1 1.250 2.500 0.228±0.009
    T2 1.250 5.000 0.241±0.001
    T3 1.250 10.000 0.207±0.018
    T4 2.500 2.500 0.216±0.007
    T5 2.500 5.000 0.213±0.008
    T6 2.500 10.000 0.245±0.010
    T7 5.000 2.500 0.237±0.010
    T8 5.000 5.000 0.249±0.003
    T9 5.000 10.000 0.241±0.007
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    表  2  菌株Q正交设计实验L9(34)

    Table  2.   Orthogonal design experiment of strain Q L9 (34)

    处理豆饼粉/%玉米粉/%D(260)
    T1 1.250 0.625 0.101±0.003
    T2 1.250 2.500 0.224±0.006
    T3 1.250 5.000 0.214±0.005
    T4 5.000 0.625 0.101±0.003
    T5 5.000 2.500 0.162±0.008
    T6 5.000 5.000 0.232±0.020
    T7 10.000 0.625 0.261±0.003
    T8 10.000 2.500 0.191±0.002
    T9 10.000 5.000 0.102±0.003
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    表  3  菌株Q均匀实验设计及结果

    Table  3.   Strain Q uniform test design and results

    试验号因素水平(实际用量/%)D(260)
    MgSO4KH2PO4FeSO4·7H2O接菌量料水比海藻糖
    实测值1 1(0.600) 2(0.800) 3(1.000) 5(25.000) 7(1.00∶0.50) 10(16.000) 0.4110
    仿真值1 1(0.600) 2(0.800) 3(1.000) 5(25.000) 7(1.00∶0.50) 10(16.000) 0.4109
    实测值2 2(0.800) 4(1.200) 6(0.600) 10(25.000) 3(1.00∶0.65) 9(12.000) 0.4500
    仿真值2 2(0.800) 4(1.200) 6(0.600) 10(25.000) 3(1.00∶0.65) 9(12.000) 0.4499
    实测值3 3(1.000) 6(0.600) 9(1.200) 4(20.000) 10(1.00∶0.95) 8(8.000) 0.4800
    仿真值3 3(1.000) 6(0.600) 9(1.200) 4(20.000) 10(1.00∶0.95) 8(8.000) 0.4801
    实测值4 4(1.200) 8(1.000) 1(0.600) 9(20.000) 6(1.00∶0.30) 7(4.000) 0.4430
    仿真值4 4(1.200) 8(1.000) 1(0.600) 9(20.000) 6(1.00∶0.30) 7(4.000) 0.4431
    实测值5 5(1.400) 10(1.400) 4(1.200) 3(15.000) 2(1.00∶0.50) 6(0.000) 0.3860
    仿真值5 5(1.400) 10(1.400) 4(1.200) 3(15.000) 2(1.00∶0.50) 6(0.000) 0.3859
    实测值6 6(0.600) 1(0.600) 7(0.800) 8(15.000) 9(1.00∶0.80) 5(16.000) 0.4620
    仿真值6 6(0.600) 1(0.600) 7(0.800) 8(15.000) 9(1.00∶0.80) 5(16.000) 0.4619
    实测值7 7(0.800) 3(1.000) 10(1.400) 2(10.000) 5(1.00∶0.95) 4(12.000) 0.4630
    仿真值7 7(0.800) 3(1.000) 10(1.400) 2(10.000) 5(1.00∶0.95) 4(12.000) 0.4635
    实测值8 8(1.000) 5(1.400) 2(0.800) 7(10.000) 1(1.00∶0.30) 3(8.000) 0.2930
    仿真值8 8(1.000) 5(1.400) 2(0.800) 7(10.000) 1(1.00∶0.30) 3(8.000) 0.2929
    实测值9 9(1.200) 7(0.800) 5(1.400) 1(5.000) 8(1.00∶0.65) 2(4.000) 0.4450
    仿真值9 9(1.200) 7(0.800) 5(1.400) 1(5.000) 8(1.00∶0.65) 2(4.000) 0.4453
    实测值10 10(1.400) 9(1.200) 8(1.000) 6(5.000) 4(1.00∶0.80) 1(0.000) 0.4230
    仿真值10 10(1.400) 9(1.200) 8(1.000) 6(5.000) 4(1.00∶0.80) 1(0.000) 0.4231
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    表  4  菌株A均匀试验设计及结果

    Table  4.   Strain A uniform test design and results

    试验号因素水平(实际用量/%)D(260)
    CaSO4MgSO4KH2PO4接菌料水比海藻糖
    实测值1 1(0.600) 2(0.800) 3(1.000) 5(25.000) 7(1.00∶0.50) 10(16.000) 0.3930
    仿真值1 1(0.600) 2(0.800) 3(1.000) 5(25.000) 7(1.00∶0.50) 10(16.000) 0.3930
    实测值2 2(0.800) 4(1.200) 6(0.600) 10(25.000) 3(1.00∶0.65) 9(12.000) 0.4020
    仿真值2 2(0.800) 4(1.200) 6(0.600) 10(25.000) 3(1.00∶0.65) 9(12.000) 0.4020
    实测值3 3(1.000) 6(0.600) 9(1.200) 4(20.000) 10(1.00∶0.95) 8(8.000) 0.4260
    仿真值3 3(1.000) 6(0.600) 9(1.200) 4(20.000) 10(1.00∶0.95) 8(8.000) 0.4260
    实测值4 4(1.200) 8(1.000) 1(0.600) 9(20.000) 6(1.00∶0.30) 7(4.000) 0.3930
    仿真值4 4(1.200) 8(1.000) 1(0.600) 9(20.000) 6(1.00∶0.30) 7(4.000) 0.3930
    实测值5 5(1.400) 10(1.400) 4(1.200) 3(15.000) 2(1.00∶0.50) 6(0.000) 0.3900
    仿真值5 5(1.400) 10(1.400) 4(1.200) 3(15.000) 2(1.00∶0.50) 6(0.000) 0.3900
    实测值6 6(0.600) 1(0.600) 7(0.800) 8(15.000) 9(1.00∶0.80) 5(16.000) 0.4320
    仿真值6 6(0.600) 1(0.600) 7(0.800) 8(15.000) 9(1.00∶0.80) 5(16.000) 0.4320
    实测值7 7(0.800) 3(1.000) 10(1.400) 2(10.000) 5(1.00∶0.95) 4(12.000) 0.4110
    仿真值7 7(0.800) 3(1.000) 10(1.400) 2(10.000) 5(1.00∶0.95) 4(12.000) 0.4110
    实测值8 8(1.000) 5(1.400) 2(0.800) 7(10.000) 1(1.00∶0.30) 3(8.000) 0.3650
    仿真值8 8(1.000) 5(1.400) 2(0.800) 7(10.000) 1(1.00∶0.30) 3(8.000) 0.3650
    实测值9 9(1.200) 7(0.800) 5(1.400) 1(5.000) 8(1.00∶0.65) 2(4.000) 0.3770
    仿真值9 9(1.200) 7(0.800) 5(1.400) 1(5.000) 8(1.00∶0.65) 2(4.000) 0.3770
    实测值10 10(1.400) 9(1.200) 8(1.000) 6(5.000) 4(1.00∶0.80) 1(0.000) 0.4210
    仿真值10 10(1.400) 9(1.200) 8(1.000) 6(5.000) 4(1.00∶0.80) 1(0.000) 0.4210
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    表  5  人工神经网络寻优结果

    Table  5.   Optimization results of artificial neural network

    试验号实际用量/%D (260)
    MgSO4KH2PO4FeSO4·7H2O接菌量料水比海藻糖
    菌株Q仿真值1.4340.1151.4976.0001.000∶0.9921.0000.6020
    菌株Q实测值1.4340.1151.4976.0001.000∶0.9921.0000.5960
    菌株A仿真值0.1230.2131.28021.0001.000∶1.00019.0000.4850
    菌株A实测值0.1230.2131.28021.0001.000∶1.00019.0000.4780
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-21
  • 修回日期:  2021-08-16

基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
    基金项目:  北京市自然科学基金资助项目(6202021)
    作者简介:

    李雅琳(ORCID: 0000-0002-5228-7926),从事农林废弃物处理与资源化利用研究。E-mail: 294792182@qq.com

    通信作者: 李素艳(ORCID: 0000-0002-4391-8263),教授,博士,从事农林废弃物处理与资源化利用研究。E-mail: lisuyan@bjfu.edu.cn
  • 中图分类号: S142

摘要:   目的  以2株不同的木质素降解菌[菌株A(构巢曲霉 Aspergillus nidulans) 、菌株Q(栓菌属1种 Trametes sp.)]为材料,分别制作应用于园林绿化废弃物降解或者堆肥的高效固体发酵菌剂。  方法  采用单因素实验确定固体发酵培养基的碳氮源和外加营养组分种类,再通过正交实验对碳氮源添加量进行优化,最后根据碳氮源优化结果,采用均匀实验结合人工神经网络算法寻找2株木质素降解菌的外加营养组分接种量和最佳固体培养基发酵条件。  结果  优化后的菌株Q固体菌剂培养基基质为麸皮30.000 g作为基底,添加豆饼粉3.000 g和玉米粉0.188 g;外加营养组分(按基质的质量比)为硫酸镁(MgSO4) 1.434%、磷酸二氢钾(KH2PO4)0.115%和硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)1.497%;接种条件为接菌量6.000%、料水比(质量比)1.000∶0.992、保护剂1.000%。优化后的菌株A固体菌剂培养基基质为麸皮30.000 g作为基底,添加豆饼粉1.500 g和木质素磺酸钠1.500 g;外加营养组分(按基质的质量比)为MgSO4 0.123%、KH2PO4 0.213%、FeSO4·7H2O 1.280%;接种条件为接菌量21.000%、料水比1∶1、保护剂19.000%。菌株Q和菌株A在优化培养基上发酵7~9 d获得最大发酵生物量,菌株Q的D(260)为0.596,菌株A的D(260)为0.478。  结论  2株木质素降解菌在优化后的发酵条件下制得的固体菌剂具有高生物量的特点,在降解园林绿化废弃物的木质素方面具有一定潜力。图6表5参22

English Abstract

李雅琳, 李素艳, 孙向阳, 郝丹, 蔡琳琳, 常晓彤. 基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
引用本文: 李雅琳, 李素艳, 孙向阳, 郝丹, 蔡琳琳, 常晓彤. 基于人工神经网络算法的2株木质素降解菌固体菌剂的制备[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
LI Yalin, LI Suyan, SUN Xiangyang, HAO Dan, CAI Linlin, CHANG Xiaotong. Preparation of two strains of lignin-degrading bacteria solid inoculum[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311
Citation: LI Yalin, LI Suyan, SUN Xiangyang, HAO Dan, CAI Linlin, CHANG Xiaotong. Preparation of two strains of lignin-degrading bacteria solid inoculum[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210311

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