Tối ưu hóa quá trình nhân mật số bào tử xạ khuẩn Streptomyces albaduncus bằng ma trận Plackett-Burman và phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) - phương án cấu trúc có tâm (CCD)

Nguyễn Quang Tiến * , Nguyễn Đắc Khoa và Nguyễn Thị Phi Oanh

* Tác giả liên hệ (quangtien647@gmail.com)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Ngày nhận bài: 21-05-2018
Ngày nhận bài sửa: 03-07-2018
Ngày duyệt đăng: 28-12-2018
Ngày xuất bản: 27-12-2018
Title: Optimization of the Streptomyces albaduncus sporulation process using the Design of Plackett-Burman Matrix and the Response Surface Methodology (RSM) - Central Composite Design (CCD)
DOI: 10.22144/ctu.jvn.2018.176
Lượt xem
386
Downloads
369
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
Trích dẫn
Tiến, N. Q., Khoa, N. Đ., & Oanh, N. T. P. (2018). Tối ưu hóa quá trình nhân mật số bào tử xạ khuẩn Streptomyces albaduncus bằng ma trận Plackett-Burman và phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) - phương án cấu trúc có tâm (CCD). Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ, 54(9), 15-22. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2018.176
Số báo
Tập. 54 Số. 9 (2018)
Chuyên mục
Công nghệ sinh học

Abstract

Streptomyces albaduncus was shown capable of reducing the Fusarium basal rot of shallot (Allium cepa var. ascalonicum) caused by Fusarium oxysporum. This study aims at identifying the optimal values of different chemical and physical factors directly influencing the sporulation process of the actinomycete, which serves as a basis to produce a bio-fungicide to control the disease. The optimum multifactorial experiments were designed using the Plackett-Burman matrix. Results showed that the initial moisture content, culture duration and CaCO3 content had the strongest influences on the sporulation process. These three factors were subsequently optimized using the Response Surface Methodology (RSM) combined with the Central Composite Design (CCD). Optimal values of the initial moisture content, culture duration and CaCO3 were 54%v/w, 3.6 days and 3 g, respectively. These values formed a model which was tested in a bio-assay. An amount of 4,8x109 spores/g was obtained in that assay. The Plackett-Burman matrix combined with the RSM-CCD is therefore a useful tool to identify optimal values of different factors influencing microbial sporulation processes.
Keywords: Allium cepa var. ascalonicum, Central Composite Designs (CCD), Fusarium basal rot, Plackett-Burman matrix, Response Surface Methodology (RSM), Streptomyces albaduncus

Tóm tắt

Xạ khuẩn Streptomyces albaduncus có khả năng giúp giảm bệnh thối đế củ hành tím (Allium cepa var. ascalonicum) do nấm Fusarium oxysporum gây ra. Mục tiêu của nghiên cứu này tìm ra giá trị tối ưu của các yếu tố tác động trực tiếp đến quá trình nhân mật số bào tử xạ khuẩn, làm tiền đề tạo chế phẩm ứng dụng vào thực tế sản xuất. Thí nghiệm đa yếu tố theo ma trận Plackett-Burman được thực hiện để sàng lọc các yếu tố vật lý và hóa học tác động đến sự hình thành bào tử xạ khuẩn. Kết quả cho thấy 3 yếu tố gồm độ ẩm ban đầu, thời gian nuôi cấy và hàm lượng CaCO3 có tác động mạnh nhất. Khi thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) - phương án cấu trúc có tâm (CCD), giá trị tối ưu của yếu tố độ ẩm ban đầu được xác định là 54%v/w, thời gian nuôi cấy là 3,6 ngày và hàm lượng CaCO3 là 3 g. Mô hình này đã được kiểm định thông qua thí nghiệm thực tế, kết quả đạt 4,8 x 109 bào tử/g chất khô. Ma trận Plackett-Burman kết hợp với RSM-CCD được đánh giá là công cụ phù hợp để tối ưu hóa giá trị của các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình nhân mật số vi sinh vật.
Từ khóa: Allium cepa var. ascalonicum, ma trận Plackett-Burman, phương án cấu trúc có tâm (CCD), phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM), Streptomyces albaduncus, thối đế củ hành

Article Details

Tài liệu tham khảo

Agrios, G.N., 1988. Plant pathology, Third edition. Academic press, Inc., Massachusetts, 845 pages.

Borges, P.R.S., Tavares, E.G., Guimarães, I.C. et al., 2016. Obtaining a protocol for extraction of phenolics from açaí fruit pulp through Plackett–Burman design and response surface methodology. Food Chemistry. 210:189-199.

Bùi Hồng Quân và Nguyễn Đức Lượng, 2009. Tối ưu hóa sinh tổng hợp lipase từ Pichia anomalaVTCC y0787 sử dụng ma trận Plackett-Burman và phương pháp đápứng bề mặt - phương án cấu trúc có tâm. Tạp chí Công nghệ Sinh học. 7(4):493-500.

Castillo, E.D., 2007. Process Optimization A Statistical Approach. Springer Science. New York, 462 pages.

Chae, W.B., Kim, Y.B., Choi, S.W., Lee, H.B. and Kim, E.K., 2009. Enhancing the sporulation of Streptomyces kasugaensisby culture optimization. Korean Journal of Chemical Engineering. 26(2): 438-443.

Chen, X. and Li, J., 2017. Optimization of growth medium for biocontrol Streptomycesstrains. Journal of Biotechnology. 256: 102-103.

Đặng Hoài An, Nguyễn Thị Phi Oanh và Nguyễn Đắc Khoa, 2017. Tuyển chọn chất mang để tồn trữ vi khuẩn Bacillus aerophilusđối kháng với vi khuẩn Xanthomonas oryzaepv. oryzaegây bệnh cháy bìa lá lúa. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. 52b: 8-15.

Eaton, D. and Ensign, J.C., 1980. Streptomyces viridochromogenesspore germination initiated by calcium ions. Journal of Bacteriology. 143(1): 377–382.

El-Naggar, N.E.A., Moawad, H., El-Shweihy, N.M. and El-Ewasy, S.M., 2015. Optimization of culture conditions for production of the anti-leukemic glutaminase free L-asparaginase by newly isolated Streptomyces olivaceusNEAE-119 using response surface methodology. BioMed Research International. 2015: 1-17.

Kai, W. and Peisheng, Y., 2016. Optimization of Lipase production from a novel strain Thalassospira permensisM35-15 using Response Surface Methodology. Bioengineered. 7(5): 298-303.

Khoa, N.Đ., Giau, N.Đ.N. and Tuan, T.Q., 2016. Effects of Serratia nematodiphilaCT-78 on bacterial leaf blight of rice caused by Xanthomonas oryzaepv. oryzae. Biological Control. 103: 1-10.

Khoa, N.Đ., Xa, T.V. and Hao, L.T., 2017. Disease-reducing effects of aqueous leaf extract of Kalanchoe pinnataon rice bacterial leaf blight caused by Xanthomonas oryzaepv. oryzaeinvolve induced resistance. Physiological and Molecular Plant Pathology. 100: 57-66.

Li, Y., Liu, Z., Cui, F., and Liu, Z., 2007. Application of Plackett–Burman experimental designand Doehlert design to evaluate nutritional requirements for xylanase production by AlternariamaliND-16. Applied Microbiology and Biotecnology. 77(2): 285-291.

Mah, J., Kang, D. and Tang, J., 2008. Effects of minerals on sporulation and heat resistance of Clostridium sporogenes. International Journal of Food Microbiology. 128(2): 385-389.

Myers, H.R., Khuri, A.I. and Carter, W.H, 1989. Response Surface Methodology:1966-1988. Technometrics. 31: 137-157.

Ngô Thị Tường Châu và Nguyễn Đoàn Linh An, 2011. Tối ưu hóa môi trường cho sinh trưởng và đối kháng với Vibrio harveyiV7 của Streptomycessp. A1. Báo cáo Khoa học Hội nghị Quốc gia về Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật. Hà Nội, Việt Nam. 1417-1421.

Ngô Xuân Mạnh và Nguyễn Thị Phương Nhung, 2009. Lựa chọn điều kiện tối ưu để sản xuất Chitosanase từ Streptomyces griceus(Chủng NN2). Tạp chí Khoa học và Phát triển. 7(6): 780-787.

Nguyễn Đắc Khoa, Dương Minh, Phạm Văn Kim, 2010. Sản xuất các sản phẩm sinh học để quản lýbệnh hại lúa, cây ăn quả và rau màu theo hướng bền vững và không ô nhiễm môi trường. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. 16b: 117-126.

Nguyễn Đặng Ngọc Giàu, 2014. Phân lập, định danh và khảo sát khả năng phòng trừ bệnh cháy bìa lá lúa của vi khuẩn trong đất ở thành phố Cần Thơ và tỉnh Hậu Giang. Luận văn Cao học. Trường Đại học Cần Thơ. Thành phố Cần Thơ.

Nguyễn Văn Vinh, 2016. Tuyển chọn dịch trích thực vật có khả năng phòng trị bệnh thối củ hành tím tại thị xã Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng. Luận văn Cao học. Trường Đại học Cần Thơ. Thành phố Cần Thơ.

Phạm Văn Kim và Twng Wah Mew, 2003. Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn đối kháng BurkholderiacepaciaTG17 để quản lý bệnh đốm vằn (khô vằn) hại lúa một cách bền vững tại Đồng bằng Sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, Chuyên ngành Bảo vệ Thực vật. 2003: 87-93.

Plackett, R.L. and Burman, J.P., 1946. The Design of Optimum Multifactorial Experiments. Biometrika. 33(4):305-325.

Quyen, T.V., Tin, C.H.T. and Khoa, N.D., 2017. Disease-reducing effects of antagonistic soil bacteria on Fusarium basal rot of shallot caused by Fusarium oxysporumin Vĩnh Châu, Sóc Trăng. Can Tho University Journal of Science. 6 (2017): 31-37.

Salas, J.A., Guijarro, J.A. and Hardisson, C., 1983. High calcium content in Streptomycesspores and its release as an early event during spore germination. Journal of Bacteriology, 155(3): 1316-1323.

Soares, A.C.F., Sousa, C.S., Garrido, M.S. and Perez, J.O., 2007. Production of Streptomycete Inoculum in Sterile Rice. Scientia Agricola. 64(6): 641-644.

Srividya, S., Thapa, A., Bhat, D.V., Golmei, K. and Dey, N., 2012. Streptomycessp. 9p as effective biocontrol against chilli soilborne fungal phytopathogens. European Journal of Experimental Biology. 2(1): 163-173.

Thakkar, A. and Saraf, M., 2014. Application of Statistically Based Experimental Designs to Optimize Cellulase Production and Identification of Gene. Natural Products and Bioprospecting. 4(6): 341-351.

Trần Thị Bích Thảo, 2017. Xác định mầm bệnh thối đồng tiền trên khoai lang tím tại huyện Bình Tân, Vĩnh Long và tuyển chọn vi khuẩn đối kháng trong đất để phòng trị bệnh. Luận văn Cao học. Trường Đại học Cần Thơ. Thành phố Cần Thơ.

Vastrad, B.M. and Neelagund, S.E., 2014. Optimizing the medium conditions for production of tetracycline by solid state fermentation of Streptomyces aureofaciensNCIM 2417 using statistical experimental methods. Bioscience & Engineering: An International Journal. 1(1): 29-44.

Viccini, G., Mannich, M., Capalbo, D.M.F., Valdebenito-Sanhueza, R. and Mitchell, D.A., 2007. Spore production in solid-state fermentation of rice by Clonostachys rosea, a biopesticide for gray mold of strawberries. Process Biochemistry. 42(2): 275-278.

Vũ Thị Thu Hằng, Vũ Thị Hà, Tạ Thị Thu Thủy và Jae Kyung Sohng, 2014. Xác định môi trường tối ưu nuôi cấy xạ khuẩn Streptomyces carzinostaticus ATCC15944. Tạp chí Khoa học và Công nghệ. 126(12): 41-44.

Yagüe, P., López-García, M.T., Rioseras, B., Sánchez, J. and Manteca, A., 2013. Pre-sporulation stages of Streptomycesdifferentiation: state-ofthe-art and future perspectives. FEMS Microbiology Letters. 342(2): 79-88.

Zabeti, M., Daud, W.M.A.W.and Aroua, M.K., 2009. Optimization of the activity of CaO/Al2O3 catalyst for biodiesel production using response surface methodology. Applied Catalysis A: General. 366(1): 154-159