高效可溶钾芽孢杆菌的分离鉴定及培养条件优化研究

《Annals of Microbiology》：Bioprocess optimization of potassium solubilization by a Bacillus isolate using response surface methodology and laboratory-scale bioreactor evaluation

　　

摘要

能够溶解钾的细菌（KSB）提供了一种微生物方法，可用于释放土壤中结合态的钾元素，从而有助于实现更可持续的养分管理。本研究旨在从不同土壤环境中分离出高效的可溶钾细菌，并优化其培养条件以促进细菌生长，随后在实验室生物反应器规模上对其效果进行评估。从农业区和富含矿物质的地区收集的20个土壤样本中获得了119株细菌分离株，其中21株在Aleksandrov培养基上表现出溶钾活性。通过形态学、生化和部分16S rRNA序列分析对最具潜力的分离株进行了鉴定，结果显示其与Bacillus cereus有密切关系。通过筛选碳源和氮源，发现葡萄糖和酵母提取物是支持细菌生长的适宜营养物质。随后采用中心复合实验设计与响应面分析法来研究底物浓度、培养时间、温度和搅拌速率等因素的影响。建立的模型与实验数据拟合度较高（R²= 0.961；调整后的R²= 0.899）。优化后的培养条件为：底物浓度0.3%，培养时间96小时，温度40°C，pH值7.0，搅拌速率160 rpm，在这些条件下实验得到的生长值为1.76（O.D₆₀₀），而模型预测值为1.55（O.D₆₀₀）。实验室生物反应器实验进一步证明了该细菌在受控培养条件下的良好表现，其中在168小时、300 rpm、2 vvm的条件下获得了最佳生长效果。这些发现表明所选的可溶钾Bacillus分离株具有进一步开发和应用于微生物系统的潜力。