蛹蟲草搖瓶菌種培養基的優化

龍海濤，劉 標，顏小明，郝繼偉

(臨沂大學生命科學學院，山東臨沂 276000)

蛹蟲草，又名北蟲草，學名北冬蟲夏草，因其化學成分和藥理作用與冬蟲夏草相似[1-2]，在臨床上常代替冬蟲夏草入藥[3]。現代醫藥學研究證明，蟲草中含有蟲草素、蟲草酸以及各種氨基酸等營養物質，具有滋肺補腎、止血化痰、抗各類細菌、提高免疫力、降血壓等功效，具有較高的食用和藥用價值[4-5]。

蛹蟲草經多年研究，現已實現規模化人工培養和深層發酵2種應用方式。規模化人工培養既可為人們提供大量的蟲草子實體(子座)，又可為提取蟲草素、蟲草多糖等活性物質提供原材料，而人們通過深層發酵可直接從菌絲體以及發酵液中提取有效成分[6]。但不論哪一種應用方式，高質量、高標準的搖瓶菌種都是生產中最重要的一個環節。鑒于蛹蟲草在臨沂研究較少、尚未大面積推廣的現狀，筆者在許慶國等[7]、王戰勇等[8]研究的基礎上，以當地主栽品種為研究對象，嘗試尋找復合碳源和復合氮源與無機鹽最佳配比，以優化搖瓶菌種培養基，為后繼研究和生產提供基礎數據。

1　材料與方法

1.1供試材料

1.1.1菌種。采自費縣盛成農業科技有限公司的蛹蟲草子座，通過組織分離法得到試管母種。

1.1.2儀器設備。VS-840KVU型生物超凈工作臺(蘇州安泰)；HZQ-Q型全溫振蕩器(哈爾濱東聯電子技術開發有限公司)；YXQ-LS-50S Ⅱ 型全自動立式壓力蒸汽滅菌鍋(上海博迅實業有限公司醫療設備廠)；FA2004N型電子天平(蘇州安泰)；010A-1E型電熱鼓風干燥箱(上海實驗儀器總廠)等。

1.1.3培養基。

1.1.3.1母種培養基。馬鈴薯200 g、瓊脂20 g、葡萄糖20 g、牛肉膏10 g、KH2PO41 g、MgSO4·7H2O 0.5 g，水1 000 mL。

1.1.3.2液體菌種基礎培養基。葡萄糖20 g/L、蛋白胨10 g/L、KH2PO41 g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L。

1.1.3.3碳源初選培養基。分別以20 g/L蔗糖、20 g/L乳糖、20 g/L可溶性淀粉、200 g/L馬鈴薯、200 g/L紅薯取代基礎培養基中的葡萄糖為碳源，pH自然。

1.1.3.4氮源初選培養基。分別以10 g/L酵母浸膏、20 g/L 麥麩、10 g/L牛肉浸膏、10 g/L豆粕取代基礎培養基中的蛋白胨為氮源，pH自然。

1.2試驗方法

1.2.1斜面菌種制備。蛹蟲草子座經消毒后，在其內部取0.5 cm2左右大小的組織塊，在無菌條件下接種到斜面培養基中部，置于23 ℃的培養箱中培養15 d左右，即可得蛹蟲草的斜面菌種。挑選無污染、健壯的菌種備用。

1.2.2液體菌種制備。將配制好的液體培養基，按每瓶150 mL的量倒入干凈的250 mL三角瓶中，用透氣封口膜封口并用牛皮紙包裹瓶口，于121 ℃下滅菌20 min。冷卻后，通過無菌操作取1塊0.5～1.0 cm2的母種塊接入液體基礎培養基中。20 ℃、120 r/min振蕩培養5 d，在瓶中即可看到大量菌球形成。

1.2.3發酵試驗。無菌條件下按10%(V/V)的接種量用無菌吸管吸取液體菌種，接種于滅菌后的相應液體培養基中，20 ℃、120 r/min振蕩培養6 d。

1.2.4菌絲重量測定。發酵試驗后將無污染三角瓶中的菌體與培養液的混合物置于孔徑為0.125 mm的網篩上過篩，用蒸餾水沖洗3次后，置于60 ℃干燥箱內至干燥至恒重，稱重。

1.3試驗設計

1.3.1碳氮源初選試驗。以蛹蟲草菌絲干質量為指標，以液體菌種基礎培養為對照，分別通過碳源初選培養基和氮源初選培養基，篩選出適宜于蛹蟲草液體發酵的碳源和氮源各2種。

1.3.2碳氮源正交法優選試驗。根據碳氮源初選試驗結果分別選擇表現最好的2種碳源和2種氮源作為4個試驗因素，并分別取3種適宜濃度作為3個水平，采用L9(34)正交表進行碳氮源的優化組合試驗。

1.3.3無機鹽及維生素正交優選試驗。以優化碳氮源配比為基礎培養基，以KH2PO4、MgSO4·7H2O以及VB1為3個試驗因素，并分別取3種濃度為3個水平，采用L9(34)正交表進行常用無機鹽與VB1的優化組合試驗，試驗設計見表1。

表1無機鹽與VB1正交優化試驗因素與水平

Table1FactorsandleveloforthogonaloptimizationtestofinorganicsaltandVB1

水平Level因素FactorAKH2PO4g/LBMgSO4·7H2Og/L空列Vacantcolumn D VB1 g/L10.50.5—021.01.0—0.0531.51.5—0.10

2　結果與分析

2.1碳氮源初選試驗結果碳氮源初選試驗結果見圖1、2。經初級篩選得到最佳碳源為紅薯和可溶性淀粉；經初級篩選得到最佳氮源為酵母膏和牛肉膏。

圖1　碳源初選試驗結果Fig.1　Primary selection test result of carbon source

圖2　氮源初選試驗結果Fig.2　Primary selection test result of nitrogen source

2.2碳氮源優化試驗結果根據碳氮源初選試驗結果，參與碳氮源優化試驗的試驗因素及水平見表2。

由表3極差分析結果可知，紅薯取第1水平、可溶性淀粉取第2水平、牛肉膏取第2水平、酵母膏取第2水平為最佳配方。即蛹蟲草液體培養基最佳氮源配比為紅薯50 g/L、可溶性淀粉10 g/L、牛肉膏10 g/L、酵母膏10 g/L。根據極差R值大小可知，4個試驗因素對試驗指標影響程度的大小排序為牛肉膏、紅薯、酵母膏、可溶性淀粉。

表2碳氮源正交優化試驗因素與水平

Table2Factorsandleveloforthogonaloptimizationtestofcarbonsourceandnitrogensource

水平Level因素FactorA紅薯SweetpotatoB可溶性淀粉SolublestarchC牛肉膏BeefextractD酵母膏Yeastextract15055521001010103150151515

表3碳氮源正交試驗極差分析結果

Table3Rangeanalysisresultsoforthogonaltestofcarbonsourceandnitrogensource

試驗號No.A紅薯SweetpotatoB可溶性淀粉SolublestarchC牛肉膏BeefextractD酵母膏Yeastextract菌絲干質量Dryqualityofmyceliumg/L1111126.042122232.843133316.514212323.365223119.476231226.477313217.678321320.499332118.58K125.1322.3624.3321.36K223.1024.2724.9325.66K318.9120.5217.8820.12R6.223.757.045.54

2.3無機鹽及維生素正交優選試驗結果由表4極差分析結果可知，最佳無機鹽配比為KH2PO41.5 g/L，MgSO4·7H2O 1.0 g/L，VB10.10 g/L。根據極差R值大小可知，4個試驗因素對試驗指標影響程度的大小排序為KH2PO4、MgSO4·7H2O、VB1。

2.4優化配方驗證試驗結果以表4中菌絲產量最大的配方即紅薯50 g/L、可溶性淀粉10 g/L、牛肉膏10 g/L、酵母膏10 g/L、KH2PO41.5 g/L、MgSO4·7H2O 1.0 g/L，VB10.10 g/L，驗證正交試驗優化配方，試驗結果見表5。結果表明，優化配方菌絲產量為36.33 g/L，高于對照11.31%，達極顯著水平。

表4無機鹽及VB1正交試驗極差分析結果

Table4RangeanalysisresultsoforthogonaltestofinorganicsaltandVB1

試驗號No.AKH2PO4BMgSO4·7H2O空列VacantcolumnDVB1菌絲干質量Dryqualityofmyceliumg/L1111126.332122230.753133322.794212331.685223133.736231231.077313233.528321336.269332129.09K126.6230.5131.2229.72K232.1633.5830.5131.78K332.9627.6530.0130.24R6.335.931.212.06

3　討論與結論

在類似的蛹蟲草液體菌種培養基優化研究中，許慶國等[7]認為馬鈴薯和蔗糖為最優碳源，牛肉膏和蛋白胨為最優氮源；鄒湘月等[9]認為最佳碳源為玉米粉，最佳氮源為麩皮。該研究的蛹蟲草液體菌種最佳配方為紅薯50 g/L、可溶性淀粉10 g/L、牛肉膏10 g/L、酵母膏10 g/L、KH2PO41.5 g/L、MgSO4·7H2O 1.0 g/L、VB10.10 g/L，主要碳氮源與許慶國等[7]、鄒湘月等[8]不同。分析最主要的原因是菌種差異，其次是培養條件所致。此外，由于配制培養基所利用的各種農產品地域及品種的不同以及牛肉膏、蛋白胨等復合材料生產廠家和生產原料的差異，其有效成分均有所不同[10]。

該研究配方在20 ℃、120 r/min的條件下振蕩培養6 d，菌絲干質量可達36.33 g/L，較許慶國等[7]的研究結果明顯偏高，表明當地蛹蟲草品種應用該配方有較高的生產潛力，該研究成果對促進地方蛹蟲草生產與推廣有一定的應用價值。

表5　優化配方驗證試驗結果

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

Note:Different small letters within the same column mean significant differences (P<0.05),different capital letters within the same column show extremely significant differences (P<0.01)

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