柯金龍,彭 慧,劉 冰,鄧 旭,邢 鋒
1)深圳大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,深圳518060; 2)深圳大學(xué)土木工程學(xué)院,深圳518060
【生物工程 / Bioengineering】
混凝土修復(fù)功能菌BacilluscohniiDSM6307芽孢發(fā)酵條件優(yōu)化
柯金龍1,彭 慧1,劉 冰1,鄧 旭1,邢 鋒2
1)深圳大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,深圳518060; 2)深圳大學(xué)土木工程學(xué)院,深圳518060
對(duì)嗜堿科式芽孢桿菌(alkaliphilicBacilluscohnii, DSM6307)芽孢形成的影響因素進(jìn)行了研究.單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,蔗糖為最適碳源,最佳質(zhì)量濃度為1.0 g/L;牛肉膏為最適氮源,最佳質(zhì)量濃度為3.0 g/L;Mn2+最適質(zhì)量濃度為3.2 mg/L;Mg2+最適質(zhì)量濃度為0.12 g/L;最適溫度為30 ℃;裝液量為50 mL (250 mL錐形瓶).運(yùn)用Plackett-Burman法研究了碳源、氮源、微量元素、溫度和裝液量5個(gè)因素對(duì)DSM6307產(chǎn)芽孢數(shù)的影響,結(jié)果表明,碳源、氮源和Mn2+是影響DSM6307芽孢產(chǎn)量的顯著因子.運(yùn)用中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)這3種顯著因子進(jìn)行優(yōu)化后,應(yīng)用響應(yīng)面模型測(cè)出蔗糖、牛肉膏和Mn2+的最優(yōu)質(zhì)量濃度分別為1.30 g/L、3.29 g/L和11.48 mg/L,預(yù)測(cè)芽孢數(shù)為1.67×109mL-1.在此優(yōu)化條件下,實(shí)驗(yàn)得到的芽孢數(shù)為1.50×109mL-1,與預(yù)測(cè)值接近.
礦化微生物;嗜堿芽孢桿菌;芽孢形成;優(yōu)化條件; Plackett-Burman設(shè)計(jì);中心組合設(shè)計(jì)
混凝土裂縫的微生物修復(fù)是一種新型修復(fù)技術(shù),其機(jī)理是利用自然界普遍存在的礦化微生物的新陳代謝,生成一些以碳酸鈣為代表的相對(duì)不溶或難溶的化合物,對(duì)修復(fù)混凝土材料進(jìn)行修復(fù).目前,荷蘭Delft大學(xué)[1]和比利時(shí)Ghent大學(xué)[2-3]基于微生物礦化的機(jī)理,在微生物自修復(fù)方面均取得較好的進(jìn)展.由于微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞不能耐受混凝土攪拌時(shí)的高速剪切力,并難以度過(guò)混凝土的水化期,因此,將微生物用于混凝土內(nèi)部裂縫自修復(fù)時(shí)不能直接以營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的形式預(yù)埋.為此,Jonkers等[4]開創(chuàng)性地選擇以細(xì)菌芽孢的形式埋入混凝土.與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞相比,芽孢因其特殊的生理結(jié)構(gòu)與功能更能承受混凝土成型攪拌時(shí)的高速?zèng)_擊力以及內(nèi)部的強(qiáng)堿環(huán)境,且水化后的混凝土內(nèi)部是一個(gè)相對(duì)干燥的封閉環(huán)境,休眠狀態(tài)的芽孢可長(zhǎng)期存活其中.當(dāng)混凝土裂縫出現(xiàn)時(shí),進(jìn)入裂縫的水分和空氣觸發(fā)休眠芽孢萌發(fā)形成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞,營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞通過(guò)新陳代謝作用并利用混凝土富含的鈣源生成碳酸鈣以修復(fù)裂縫.當(dāng)裂縫修復(fù)完畢后,又在內(nèi)部產(chǎn)生新的芽孢休眠體,等待下一次修復(fù)的啟動(dòng).Jonkers等[5]的研究表明,芽孢預(yù)埋數(shù)量為1.14×109mL-1時(shí),基本不會(huì)影響混凝土的抗拉和抗壓能力.考慮到混凝土的高強(qiáng)堿性環(huán)境,用于混凝土自修復(fù)的微生物多為嗜堿性芽孢桿菌[6].目前國(guó)內(nèi)外對(duì)巴氏芽孢桿菌[7]和巴士芽孢八疊球菌的研究較多[8].
為滿足工業(yè)化應(yīng)用,必須優(yōu)化用于混凝土裂縫修復(fù)的微生物芽孢發(fā)酵的條件,大幅提高芽孢產(chǎn)量.影響芽孢產(chǎn)量的因素眾多,因此,采用科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)各因素進(jìn)行優(yōu)化十分必要.以往對(duì)芽孢方面的研究主要集中在畜牧、水產(chǎn)、醫(yī)藥、保健和食品等行業(yè),研究?jī)?nèi)容也基本以休眠芽孢在特定條件下的復(fù)蘇為主,如何有效提高芽孢生成產(chǎn)率鮮有涉及.本研究通過(guò)單因素優(yōu)化試驗(yàn)考察了碳源、氮源、微量元素、裝液量和溫度對(duì)科氏芽孢桿菌芽孢形成的影響,并進(jìn)一步采用Plackett-Burman(PB)設(shè)計(jì)法[9]和響應(yīng)面優(yōu)化分析法求得最佳的芽孢發(fā)酵條件,獲取最大產(chǎn)量的芽孢,為后期芽孢參與混凝土裂縫修復(fù)奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
1.1.1 菌 種
嗜堿科氏芽孢桿菌(alkaliphilicBacilluscohnii, DSM6307),由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)提供.
1.1.2 種子培養(yǎng)基(1 L)
5.000 g牛肉膏、3.000 g蛋白胨、0.530 g Na2CO3和0.420 g NaHCO3.
1.1.3 初始芽孢發(fā)酵培養(yǎng)基(1 L)
0.020 g 磷酸二氫鉀、0.225 g 二水氯化鈣、0.200 g 氯化鉀、0.200 g 六水氯化鎂、0.010 g 一水硫酸錳、1.000 g 酵母粉、0.375 g 硝酸鉀、0.200 g 氯化銨、10 mmol/L 乳酸鈉(單獨(dú)滅菌)和5.300 g 碳酸鈉/4.200 g 碳酸氫鈉(單獨(dú)滅菌).
1.1.4 單因素優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基(1 L)
根據(jù)試驗(yàn)需要在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加碳源、N源配制優(yōu)化培養(yǎng)基.基礎(chǔ)培養(yǎng)基: 0.020 g 磷酸二氫鉀、0.225 g 二水氯化鈣、0.200 g 氯化鉀、 0.200 g 六水氯化鎂、 0.010 g一水硫酸錳、 5.300 g碳酸鈉/4.200 g 碳酸氫鈉.
碳源優(yōu)化培養(yǎng)基:在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中分別添加質(zhì)量濃度為1.0 g/L的不同碳源,如蔗糖、麥芽糖、淀粉、甘露糖和葡萄糖,然后再添加1.000 g 酵母粉、0.375 g 硝酸鉀和0.200 g 氯化銨,配制成5種不同碳源種類的優(yōu)化培養(yǎng)基;獲得最佳碳源后,基于碳源培養(yǎng)基,配制質(zhì)量濃度分別為0.5、1.0、4.0、7.0、10.0、13.0、16.0和20.0 g/L的碳源優(yōu)化培養(yǎng)基.
氮源優(yōu)化培養(yǎng)基:在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中分別添加質(zhì)量濃度為3.0 g/L的不同氮源,如牛肉膏、蛋白胨、氯化銨、硝酸銨、尿素和硝酸鈉,再添加10.0 mmol/L的乳酸鈉,配制氮源種類優(yōu)化培養(yǎng)基;獲得最佳氮源后,基于氮源培養(yǎng)基,配制成8種質(zhì)量濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 g/L的氮源優(yōu)化培養(yǎng)基.
微量元素優(yōu)化培養(yǎng)基:以初始芽孢發(fā)酵培養(yǎng)基為基礎(chǔ),通過(guò)改變MgCl2·6H2O的質(zhì)量濃度,配制出Mg2+質(zhì)量濃度分別為0.06、0.12、0.24和0.36 g/L的Mg2+優(yōu)化培養(yǎng)基;通過(guò)改變MnSO4·H2O的濃度,配制出Mn2+質(zhì)量濃度分別為1.6、3.2、6.5、9.8、13.0和16.0 mg/L的Mn2+優(yōu)化培養(yǎng)基.
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 活化和種子培養(yǎng)
從-80 ℃冰箱取出菌種,按0.1%(體積分?jǐn)?shù))接種至30 mL種子培養(yǎng)基中,于30 ℃ 150 r/min 培養(yǎng)24 h后,接入100 mL種子培養(yǎng)基中擴(kuò)大培養(yǎng),以備后用.
1.2.2 單因素優(yōu)化芽孢發(fā)酵培養(yǎng)
將種子培養(yǎng)液按1%(體積分?jǐn)?shù))接種至碳源、氮源和微量元素優(yōu)化培養(yǎng)基中,裝液量和溫度的優(yōu)化使用初始芽孢發(fā)酵培養(yǎng)基,250 mL三角瓶分裝50 mL,30 ℃ 150 r/min培養(yǎng)4 d后,利用細(xì)菌計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)[10].
1.2.3 Plackett-Burman設(shè)計(jì)
根據(jù)DSM6307芽孢形成條件,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探究,選取11個(gè)因素,每個(gè)因素分為兩個(gè)水平類,因素低水平用“-1”表示,因素高水平用“1”表示(表1).
表1 Plackett-Burman設(shè)計(jì)
1.2.4 中心組合設(shè)計(jì)
依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)、PB設(shè)計(jì)所確定的顯著影響因素及最佳的取值范圍,進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).
2.1 單因素對(duì)DSM63076307芽孢形成的影響
2.1.1 碳 源
在培養(yǎng)基成分中,碳源及其濃度是影響芽孢形成的主要因素[11].考察5種不同碳源的影響,結(jié)果如圖1(a). 由圖1(a)可見,DSM6307對(duì)各種碳源均可以利用,以蔗糖為碳源時(shí)芽孢的產(chǎn)量最高,比對(duì)照組(以乳酸鈉為碳源)芽孢數(shù)高55.47%.但以甘露醇和葡萄糖為碳源時(shí),芽孢產(chǎn)量較低.從成本及效果等方面考慮,選取蔗糖為最佳碳源.
圖1(b)是不同蔗糖質(zhì)量濃度下芽孢的生成情況.以1.0 g/L的蔗糖為碳源時(shí),其產(chǎn)芽孢數(shù)最高,達(dá)1.24×109mL-1.總體來(lái)看,低質(zhì)量濃度的蔗糖(0.5和1.0 g/L)更利于芽孢的生成,這可能是由于高質(zhì)量濃度導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)條件更為優(yōu)越,使得已形成的芽孢進(jìn)一步萌發(fā).
圖1 碳源和蔗糖質(zhì)量濃度對(duì)DSM6307芽孢形成的影響Fig.1 Influences of carbon source and sucrose concentration on the DSM6307 spore formation
2.1.2 氮 源
培養(yǎng)基中的氮源也影響芽孢的形成[11].圖2(a)的結(jié)果表明,以牛肉膏為氮源時(shí)產(chǎn)芽孢數(shù)最高,達(dá)1.55×109mL-1,比對(duì)照組(酵母粉為氮源)高85.77%;以蛋白胨為氮源時(shí),產(chǎn)芽孢數(shù)達(dá)1.20×109mL-1,較對(duì)照組增加了81.68%;以氯化銨和硝酸銨為氮源時(shí),產(chǎn)芽孢數(shù)較對(duì)照組分別增加了70.55%和57.75%;而以硝酸鈉和尿素為氮源時(shí),芽孢產(chǎn)量與對(duì)照組基本持平.t檢驗(yàn)也證明以硝酸鈉和尿素為氮源與對(duì)照組無(wú)明顯區(qū)別.顯然,與無(wú)機(jī)氮源相比,有機(jī)氮源更有利于芽孢的形成.綜合各方面考慮,確定牛肉膏為最佳氮源.此結(jié)果與文獻(xiàn)[12]的部分研究結(jié)果相近.
圖2 氮源和牛肉膏質(zhì)量濃度對(duì)DSM6307芽孢形成的影響Fig.2 Influences of nitrogen source and beef extract concentration on the DSM6307 spore formation
與碳源不同,高質(zhì)量濃度的氮源似乎更利于芽孢形成.從圖2(b)來(lái)看,DSM6307芽孢數(shù)隨牛肉膏質(zhì)量濃度的增加基本呈上升趨勢(shì),當(dāng)?shù)促|(zhì)量濃度為3.0g/L時(shí),芽孢產(chǎn)量最高,達(dá)1.67×109mL-1.隨著牛肉膏質(zhì)量濃度進(jìn)一步增加,芽孢數(shù)量卻出現(xiàn)下降.
碳和氮源都是微生物生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但兩者質(zhì)量濃度對(duì)芽孢的影響差異較大,可能是因?yàn)樘荚匆话闶亲鳛榧?xì)胞生長(zhǎng)的能量物質(zhì),在芽孢沒有萌發(fā)前需求不大;而氮源的主要功能是為細(xì)胞合成包括DNA在內(nèi)的各種成分提供骨架,這對(duì)于芽孢的形成是必不可少的.
2.1.3 微量元素
圖3 ρ(Mn2+)和ρ(Mg2+)對(duì)DSM6307芽孢形成的影響Fig.3 Influences of manganese ion and magnesium ion on the DSM6307 spore formation
作為細(xì)胞生長(zhǎng)必需的微量元素,Mg2+和Mn2+對(duì)營(yíng)養(yǎng)體的生長(zhǎng)和芽孢的形成影響都較大,但不同種類微生物表現(xiàn)結(jié)果各不相同[13].圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著質(zhì)量濃度的變化,兩種離子對(duì)芽孢生成的影響均呈先升后降趨勢(shì),且都存在最佳質(zhì)量濃度,ρ(Mg2+)=0.12 g/L時(shí),芽孢數(shù)為7.20×108mL-1;ρ(Mn2+)=3.2 mg/L時(shí),芽孢數(shù)最多,為5.20×108mL-1.
一般認(rèn)為,Mg2+作為己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氧酶的活性中心組分,有利于細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng),但不利于芽孢的形成.重金屬元素Mn2+可能會(huì)對(duì)微生物有毒害作用,從而觸發(fā)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的應(yīng)激機(jī)制導(dǎo)致芽孢的形成.已有研究表明,芽孢數(shù)會(huì)隨ρ(Mn2+) 增加而增加,在某一質(zhì)量濃度時(shí),芽孢數(shù)達(dá)到峰值,隨后下降[14],這與本研究結(jié)果一致.
2.1.4 裝液量
DSM6307是一株好氧菌,生長(zhǎng)過(guò)程需要氧的攝入.在轉(zhuǎn)速相同時(shí),裝液量多少反映培養(yǎng)液中溶氧水平的高低.圖4結(jié)果表明,隨著裝液量的增加,芽孢數(shù)呈下降趨勢(shì).250 mL錐形瓶的裝液量為1/5(50 mL)時(shí),芽孢數(shù)最高,為5.20×108mL-1.當(dāng)裝液量為4/5(200 mL)時(shí),芽孢數(shù)急劇下降,說(shuō)明足夠的溶氧對(duì)芽孢形成十分重要.
圖4 裝液量對(duì)DSM6307芽孢形成的影響Fig.4 Influence of the loading volume on the DSM6307 spore formation
2.1.5 溫 度
圖5 溫度對(duì)DSM6307芽孢形成的影響Fig.5 Influence of the temperature on DSM6307 spore formation
溫度對(duì)芽孢形成也有影響[13].DSM6307在生長(zhǎng)范圍內(nèi)芽孢數(shù)隨溫度升高呈先升后降趨勢(shì).從20 ℃上升至30 ℃時(shí),芽孢數(shù)達(dá)到最大值,為5.72×108mL-1;上升到50 ℃時(shí),芽孢數(shù)急劇下降,顯微鏡下觀察幾乎沒有芽孢,營(yíng)養(yǎng)體數(shù)目也極少.過(guò)高的溫度使得營(yíng)養(yǎng)體難以存活,直接扼殺了芽孢在營(yíng)養(yǎng)體內(nèi)的形成.
2.2 PB實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,通過(guò)PB設(shè)計(jì)法對(duì)各影響因素進(jìn)行比較,以找出影響芽孢形成的關(guān)鍵因素(表2).
表2 PB法實(shí)驗(yàn)結(jié)果1)
1)-表示無(wú)意義
表2顯示,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)P=0.006 8<0.05時(shí),該設(shè)計(jì)有意義.ρ(蔗糖)、ρ(牛肉膏)和ρ(Mn2+)的P值分別為0.010 9、0.014 8和0.017 8,均小于0.05,說(shuō)明這3個(gè)因素影響顯著,相比之下,其他因素為非顯著影響因素;R2=0.783 3,表明該模型能夠解釋78.33%的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果可靠. 因此,ρ(蔗糖)、ρ(牛肉膏)和ρ(Mn2+)為影響DSM6307芽孢形成的關(guān)鍵因子,可進(jìn)行下一步響應(yīng)面優(yōu)化.
2.3 中心組合設(shè)計(jì)
針對(duì)PB實(shí)驗(yàn)得出的3個(gè)關(guān)鍵影響因素,利用中心組合設(shè)計(jì)法(表3)進(jìn)一步分析,結(jié)果見表4.
表3 中心組合設(shè)計(jì)
由表4可知,失擬值的F=3.71,P>0.05,差異不顯著;總模型的F=244.67,R2=0.995 5,P<0.001,達(dá)到非常顯著水平,表明該模型能較好地進(jìn)行模擬預(yù)測(cè).表4中各項(xiàng)指標(biāo)的P值均小于0.05,說(shuō)明3個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)芽孢形成的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.
表4 中心組合設(shè)計(jì)方差分析結(jié)果1)
1)-表示無(wú)意義
不同因素之間的相互作用對(duì)芽孢產(chǎn)率的影響可用等高線表示.等高線的形狀顯示兩種因素之間相互作用的強(qiáng)弱,等高線為圓形說(shuō)明這兩種因素之間相互作用不顯著,橢圓形則表明這兩種因素之間具有較強(qiáng)的相互作用.圖6的等高線都呈橢圓形,說(shuō)明ρ(蔗糖)與ρ(牛肉膏)、ρ(蔗糖)與ρ(Mn2+)以及ρ(牛肉膏)與ρ(Mn2+)間的相互作用都較強(qiáng),但ρ(牛肉膏)與ρ(Mn2+)之間的相互作用較其他兩種因素相對(duì)較弱.
通過(guò)中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可擬合出芽孢數(shù)與3種關(guān)鍵因素之間的模型方程:
Y=1.172×109+2.729×107P1-3.635× 107P2-5.545×107P5-4.587× 107P1P2+4.588×107P1P5-1.962× 107P2P5-4.401×107P12-1.442× 108P22-1.603×108P52
(1)
其中,Y為預(yù)測(cè)芽孢數(shù);P1、P2和P5分別為ρ(蔗糖)、ρ(牛肉膏)和ρ(Mn2+)作用后產(chǎn)芽孢數(shù).
由式(1)預(yù)測(cè)出各因素最優(yōu)的組合為:ρ(蔗糖)=1.30g/L、ρ(牛肉膏)=3.29g/L、ρ(Mn2+)=11.48mg/L,該條件下預(yù)測(cè)芽孢數(shù)為1.67×109mL-1.在CCD-RSM求得的最佳條件下,對(duì)DSM6307進(jìn)行產(chǎn)芽孢發(fā)酵實(shí)驗(yàn),結(jié)果為1.50×109mL-1,與預(yù)測(cè)值相差10.18%,具有可信度.
圖6 影響因子對(duì)芽孢形成影響的等高線Fig.6 (Color online) Contours of the influence factors on DSM6307 spore formation
本研究對(duì)用于混凝土裂縫自修復(fù)的嗜堿芽孢桿菌芽孢產(chǎn)率的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)地考察.通過(guò)單因素法分析了碳源、氮源、微量元素、溫度和裝液量等因素的影響,利用Plackett-Burman法從上述影響因素中篩選出ρ(蔗糖)、ρ(牛肉膏)和ρ(Mn2+)為3個(gè)影響DSM6307芽孢形成的顯著因子,經(jīng)中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及響應(yīng)面模型得出蔗糖、牛肉膏和Mn2+的最優(yōu)質(zhì)量濃度分別為1.30g/L、3.29g/L和11.48mg/L,預(yù)測(cè)芽孢數(shù)為1.67×109mL-1.實(shí)驗(yàn)得到的芽孢數(shù)為1.50×109mL-1,高于單因素優(yōu)化結(jié)果,提高了芽孢產(chǎn)量. 今后將從以下方面開展深入研究:① 利用平板菌落計(jì)數(shù)法研究芽孢存活率;② 尋找芽孢產(chǎn)率更高的菌株;③對(duì)如何提高芽孢預(yù)埋混凝土后的活性進(jìn)行探究.
/ References:
[1] Jonkers H M, Thijssen A, Muyzer G, et al. Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete[J]. Ecological Engineering, 2010,36(2): 230-235.
[2] Muynck W D,Cox K,Belie N D,et al. Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete[J]. Construction and Building Material,2008,22(5): 875-885.
[3] Tittelboom K V, Belie N D, Muynck W D, et al. Use of bacteria to repair cracks in concrete[J]. Cement and Concrete Research, 2010,40(1): 157-166.
[4] Jonkers H M, Schlangen E. Crack repair by concrete-immobilized bacteria[C]// Proceedings of the First International Conference on Self-Healing Materials. Noordwijk(Netherlands): Springer,2007: 1-7.
[5] Henk M Jonkers. Self-healing concrete:a biological approach[C]// Self-Healing Materials. Noordwijk (Netherlands): Springer, 2007: 195-204.
[6] Gao Lixiong, Sun Guowen. Development of microbial technique in self-healing of concrete cracks[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society. 2013,41(5): 627-636.(in Chinese) 高禮雄,孫國(guó)文.微生物技術(shù)在混凝土裂縫自修復(fù)中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2013,41(5): 627-636.
[7] Xing Feng,Ni Zhuo,Tang Jiaoning,et al. State-of-the-art for self-healing concrete[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2013,30(5):486-494. (in Chinese) 邢 鋒,倪 卓,湯皎寧,等. 自修復(fù)混凝土系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版,2013,30(5):486-494.
[8] Hou Hongtao, Zhang Xin, Jia Qiang. Research progress of bioremedying in civil engineering[J]. Construction Technology,2011,S(1): 14-17.(in Chinese) 侯宏濤,張 鑫,賈 強(qiáng). 微生物修復(fù)技術(shù)在土木工程中的研究[J]. 施工技術(shù),2011,S(1): 14-17.
[9] Du Juan,Sun Baiping,Zhao Sifeng,et al. Fermentation optimization of Bacillus subtilis S37 based on biogas liquid and controlling cotton rhizoctonionsis by its products[J]. Acta Agriculture Boreali-Occidentalis Sinica,2013,22(7):35-42. (in Chinese) 杜 娟,孫佰平,趙思峰,等.枯草芽孢桿菌S37沼液發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化及其產(chǎn)物對(duì)棉苗立枯病的防治[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,22(7):35-42.
[10] Schramn A,Lee B,Higgs P I.Intra- and interprotein phosphorylation between two-hybrid histidine kinases controls myxococcus xanthus developmental progression[J].Journal of Biological Chemistry,2012,287(30):60-72.
[11] Zhang Wenzhi,Wang Yunpeng,Liu Hongxia,et al. Optimization of medium components and cultural conditions of Bacillus cereus AR156[J]. Microbiology China,2010,37(6):803-810.(in Chinese) 張文芝,王云鵬,劉紅霞,等. 蠟質(zhì)芽孢桿菌AR156發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵條件優(yōu)化[J]. 微生物學(xué)通報(bào),2010,37(6);803-810.
[12] XuShirong, ChenXiang, Wu Yunpeng. Application of the mechanism of sporulation in production of pharmaceutical probiotics[J]. Journal of Food Science and Biotechnology, 2007, 26(4): 121-126.(in Chinese) 徐世榮,陳 驤,吳云鵬.細(xì)菌芽孢形成機(jī)制在微生態(tài)制劑生產(chǎn)中的應(yīng)[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2007,26(4): 121-126.
[13] Chen Qiuhong, Sun Mei, Kuang Qun, et al. Influence of cultivation condition on sporulation of Bacillus coagulans[J]. Biotechnology. 2009,19(1): 77-81. (in Chinese) 陳秋紅,孫 梅,匡 群,等. 培養(yǎng)條件對(duì)凝結(jié)芽孢桿菌芽孢形成的影響[J]. 生物技術(shù),2009,19(1): 77-81.
[14] Guo Xiali,Di Yuanning,Wang Yan.Optimization of sporulation conditions of Bacillus subtilis[J].Soil and Fertilizer Sciences in China,2012(3):99-103.(in Chinese) 郭夏麗,狄源寧,王 巖.枯草芽孢桿菌產(chǎn)芽孢條件的優(yōu)化[J]. 中國(guó)土壤與肥料,2012(3):99-103.
【中文責(zé)編:晨 兮;英文責(zé)編:艾 琳】
Optimization of spore production condition of concrete self-healing bacteriumBacilluscohniiDSM6307
Ke Jinlong1, Peng Hui1, Liu Bing1, Deng Xu1?, and Xing Feng2?
1) College of Life Science, Shenzhen University, Shenzhen 518060, P.R.China 2) College of Civil Engineering , Shenzhen University, Shenzhen 518060, P.R.China
This paper investigates the influential factors of the spore production of alkaliphilicBacilluscohnii(DSM6307).Firstly,weemployedasinglefactoroptimizationmethodandobtainedtheresultsthattheoptimumcarbonsourceissucrosewiththesuitableconcentrationof1.0g/L;theoptimumnitrogensourceisabeefextractwithasuitableconcentrationof3.0g/L;theoptimalconcentrationofMn2+is3.2mg/L,andtheoptimalconcentrationofMg2+is0.12g/L;thesuitabletemperatureis30 ℃,andtheloadingvolumeis50mLina250mLconicalflask.ThenthePlackett-Burmandesignoftheexperimentrevealsthatthecarbonsource,nitrogensourceandMn2+arethesignificantfactorsamongthe5factorsofcarbonsource,nitrogensource,microelementlevel,temperatureandtheloadingvolume.Finally,weperformedfurtheroptimizationwithcentralcompositedesignandresponsesurfaceanalysis,anditisfoundthatthesporeproductionofDSM6307is1.67×109mL-1withoptimizedconcentrationsofsucrose,beefextractandMn2+being1.30g/L, 3.29g/Land11.48mg/L,respectively.Undersuchoptimizedconditions,theactualsporeproductioninourexperimentis1.50×109mL-1andisclosetothepredictedone.
mineralized microbes; alkaliphilicBacillussp.; spore forming; condition optimization; Plackett-Burman design;central composite design
:Ke Jinlong, Peng Hui, Liu Bing, et al. Optimization of spore production condition of concrete self-healing bacteriumBacilluscohniiDSM6307[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering, 2015, 32(2): 145-151.(in Chinese)
X 524
A
10.3724/SP.J.1249.2015.02145
國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目(51120185002)
柯金龍(1989—),男(漢族), 安徽省安慶市人,深圳大學(xué)碩士研究生.E.mail:565401695@qq.com
Received:2014-09-24;Accepted:2014-12-06
Foundation:Funds for International Cooperation and Exchange of the National Natural Science Foundation of China(51120185002)? Corresponding author:Professor Deng Xu, E-mail:dengxu@szu.edu.cn; Professor Xing Feng, E-mail: xingf@szu.edu.cn
引 文:柯金龍,彭 慧,劉 冰,等. 混凝土修復(fù)功能菌BacilluscohniiDSM6307芽孢發(fā)酵條件優(yōu)化[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版,2015,32(2):145-151.