土大黃內生真菌L10的培養條件優化

盧甜甜，鄭雙芝，柴家樂，李曉菡，陳怡怡，吳丹丹，白雪蓮

（杭州師范大學生命與環境科學學院，浙江杭州 310016）

土大黃，別名紅筋大黃、金不換、血三七、化雪蓮、鮮大青，為蓼科酸模屬植物，主要分布在我國的浙江、四川、貴州、江蘇、福建、湖南等地。根和葉可以入藥，具有清熱解毒、止血、祛瘀、通便、殺蟲等功效。秋季挖根，洗凈、切片，曬干或鮮用。10月份采葉，隨用隨采[1]。

內生菌是指在其生活史的一段或全部階段，生活于健康植物的各種組織和器官的細胞間隙或細胞內的微生物[2]。研究表明，內生菌與病原菌在植物體內相互競爭空間、營養，使病原菌得不到正常的營養供給而消亡，從而增強宿主抵御病害的能力[3]。

項目組前期從土大黃植株中分離獲得86株內生菌，經抑菌活性篩選，發現內生菌L10代謝產物抑菌活性強，具有極大的開發應用價值，因此對土大黃內生真菌L10的培養條件進行優化，以期為今后深入研究土大黃內生真菌L10的代謝產物和大規模發酵奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

菌株：土大黃內生真菌L10，杭州師范大學微生物實驗室提供；馬鈴薯葡萄糖肉湯固體培養基（PDA）、馬鈴薯葡萄糖肉湯液體培養基（PDB）、鹽酸、氫氧化鈉，國藥集團提供。

1.2 方法

1.2.1 菌體干質量測量方法

以菌體干質量為指標，即取1 mL菌液加入離心管，以轉速8 000 r/min離心10 min，去掉上清液，菌體在105℃條件下烘至恒質量即為菌體干質量。

1.2.2 孢子懸浮液的制備

將內生真菌L10接種到PDA固體培養基上，于28℃下培養7 d，每個培養皿中分別加入2 mL無菌水，用無菌接種環輕輕刮取菌落表面，用移液器吸取培養基表面孢子懸液加入錐形瓶中，各培養皿在一個錐形瓶中混勻，備用。

1.2.3 單因素試驗

（1）培養基初始pH值對菌體干質量的影響。在250 mL錐形瓶中接入3 mL孢子菌懸液，再加入97 mL PDB液體培養基，用鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液分別調節 pH值至 5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，在 28℃，200 r/min搖床上培養7 d。

（2） 接種量對菌體干質量的影響。在250 mL錐形瓶中分別接入2.5，5.0，10.0，15.0，20.0 mL孢子菌懸液；再依次加入97.5，95.0，90.0，85.0，80.0 mL PDB液體培養基，pH值自然，在28℃，200 r/min搖床上培養7 d。

（3） 培養溫度對菌體干質量的影響。在250 mL錐形瓶中接入3 mL孢子菌懸液，再加入97 mL PDB液體培養基，pH值自然，分別設置溫度為15，20，25，30，35℃，在200 r/min搖床上培養7 d。

（4）裝液量對菌體干質量的影響。在250 mL錐形瓶中分別接入1.5，3.0，4.5 mL孢子菌懸液，再依次加入48.5，97.0，145.5 mL PDB液體培養基，pH值自然，在28℃，200 r/min搖床上培養7 d。

1.2.4 Box-Behnken優化試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇培養溫度、接種量、裝液量3個因素為主因子，按照Box-Behnken試驗設計安排試驗，以菌體干質量為評定指標。試驗所得數據整理后，用Design Expert 10.0軟件進行分析處理。

Box-Behnken試驗設計因素與水平設計見表1。

2 結果與分析

2.1 培養條件對菌體生長的影響

2.1.1 培養基初始pH值對菌體生長的影響

菌種只有在適宜的pH值條件下才能良好生長，pH值過高或者過低都不利于菌種的生長。

培養基初始pH值對菌體生長的影響見圖1。

由圖1可知，菌體干質量隨著初始pH值的升高呈先增大后減小的趨勢。當pH值為7.0時，菌體干質量最大，達到2.58 g/L；當pH值達到7.5時，菌體的干質量下降為2.42 g/L；培養基的自然pH值是6.8，接近于pH值的最適值。所以，無需對培養基的pH值進行調整，即可達到較高的菌體生長水平。2.1.2 接種量對菌體生長的影響

接種量與菌體總量成正比，接種量越大，菌體的調整期越短，而菌體總量越大；但是，受培養基中營養物質和反應器體積的限制，分批培養能達到的菌體總量有限，接種量增大至一定程度時，不但對菌體生長無益，而且容易造成菌體的老化和自溶。

接種量對菌體生長的影響見圖2。

由圖2可知，從2.5%～10.0%，隨著接種量的增加，菌體干質量從1.78 g/L到4.83 g/L逐漸增大；當接種量大于10.0%時，接種量繼續增大對菌體生長無顯著影響。

2.1.3 培養溫度對菌體生長的影響

菌種生長有各自適宜的溫度，超出這一范圍將不利于菌種生長。

培養溫度對菌體生長的影響見圖3。

由圖3可知，在30℃條件下，菌體干質量達到最大為2.17 g/L；在25℃條件下，菌體干質量與最大菌體干質量無顯著差異；而在其他溫度條件下，菌體干質量顯著降低。因此25～30℃比較適宜菌種的生長。

2.1.4 裝液量對菌體生長的影響裝液量越大，則菌體生長所需的營養物質越多。裝液量對菌體生長的影響見圖4。

由圖4可知，菌體干質量在裝液量為100 mL時最大為2.1 g/L；在裝液量為150 mL時，菌體干質量下降。

2.2 菌體生長條件的優化

根據單因素試驗結果，采用Box-Behnken模型選擇接種量X1、培養溫度X2、裝液量X3設計三因素三水平設計優化試驗。

試驗方案及結果見表2，回歸模型的方差分析見表3。

表2 試驗方案及結果

利用Design Expert 10.0統計軟件對表2數據進行多元回歸擬合，得到菌體干質量（Y）的多元回歸模型為：

模型復相關系數R=0.994，決定系數R2=0.986 2，顯著性檢驗表明回歸模型極顯著，各因素對Y均有顯著影響（表3），模型有意義。模型中各因素的回歸系數顯著性檢驗結果（表3） 表明，接種量X1、培養溫度X2、裝液量X3對菌體干質量影響均為極顯著，接種量與培養溫度、接種量與裝液量兩兩之間交互作用影響顯著。

表3 回歸模型的方差分析

利用復合函數極值法進一步分析表明，當X1=0.59，X2=0.08，X3=0.32，接種量為13%，培養溫度為28℃，裝液量為125 mL時，菌體干質量有最大預測值，為5.162 g/L。為驗證模型的有效性，用優化得到的培養條件進行試驗（重復3次），測得實際菌體干質量為5.126 g/L，與預測產量之間沒有顯著性差異，達到優化前培養條件（250 mL錐形瓶裝液100 mL，接種量3%，培養溫度28℃） 菌體干質量（約2.5 g/L） 的2.4倍。

3 結論

試驗有效地優化了土大黃內生真菌L10的培養條件。在單因素試驗的基礎上，用Box-Behnken模型對土大黃內生真菌L10的液體培養條件進行了優化，菌體干質量從優化前的2.5 g/L提高到優化后的5.126 g/L，約為優化前2.4倍。

所得內生菌L10培養條件為其產生最佳代謝產物奠定了基礎，其代謝產物的相關研究需進一步展開。此外，培養基組成對菌體生長影響很大，在此基礎上還可以進一步優化培養基配方，使菌體生長代謝能力得到進一步提高。