实验利用正交试验优化最适培养基Word文档格式.docx
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表—试验因素和水平
因素
水平
KCl%
NaCl%
大米粉%
1
0.5
0.4
9
2
0.7
0.6
11
3
0.9
0.8
13
2.制定因素水平表
根据上面选取的因素及因素的水平的取值，制定一张反映试验所要考察研究的因素及各因素的水平的“因素水平综合表’’。
该表在制定过程中，对于每个因素用哪个水平号码，对应于哪个量可以随机地任意确定。
一般讲最好是打乱次序安排，但一经选定之后，试验过程中就不能再变了。
3.选用合适的正交表
根据参与试验的因素水平数和客观条件选用适当的正交表，若每个因素都2水平，应选用二水平正交表，及L4（23）；
都取3水平，应应选用三水平正交表，如L9（34）；
若因素间水平不等可选用混合水平型正交表，即L18（2×
37）等。
对于同类正交表，考虑交互作用时，应选大的正交表；
已知因素间交互作用小的或不考虑交互作用的，可选用小的正交表。
L9（34）正交表
列号
试验号
4
5
6
7
8
4.列出试验方案（表头设计）
把各列按照表头设计排上培养基组成成分，各列对应的水平数字换上各组成成分所对应的实际水平，每一行就构成一个处理（一个培养基配方的主要成分），各个培养基配方便组成整个试验方案。
因子
A
KCl
B
NaCl
C
大米粉
1（0.5）
1（0.4）
1（9）
2（0.6）
2（11）
3（0.8）
3（13）
2（0.7）
3（0.9）
2（911）
5.实施实验方案
根据所定试验方案，按照规定试验内容，以常规操作制备培养基。
一般一个培养基要重复2-4瓶。
各个培养基应采用同一细胞浓度的菌悬液接种，以相同转速摇瓶培养3天，测定产物活性，最后按照正交表进行实验结果的统计分析。
在整个方案实施过程中要精心操作，试验条件尽量力求一致，以便取得正确的合乎实际的试验结果。
6.正交试验结果分析
正交试验结果的直观分析与正交试验结果的方差分析相比，具有计算量小、计算简单、分析速度快、一目了然等特点，但分析结果的精确性与严密性相对于方差分析来说稍差。
直观分析步骤如下：
行号\因素
空列
效价yi
平均
13258
13490
13374
13672
14100
13886
14893
14923
14908
13765
13920
13843
14798
14671
14735
14926
15000
14963
14111
14412
14262
13986
14025
14006
15270
15089
15180
K1
42168
41478
42343
43288
A2B3C3
RB>
RC>
RA
K2
43540
42626
42908
43111
K3
43447
45051
43904
42756
k1
14056
13826
14114
14429
k2
14513
14209
14303
14370
k3
14482
15017
14635
14252
R
457
1191
521
177
（1）计算K值
其中，以A因子为例：
K1=y1+y2+y3=42168
A因子1水平的3个试验结果之和；
K2=y4+y5+y6=43540
A因子2水平的3个试验结果之和；
K3=y7+y8+y9=43447
A因子3水平的3个试验结果之和；
k1=K1/3=14056
k2=K2/3=14513
k3=K3/3=14482
R=k[max]-k[min]=k2-k1=14513-14056=457
称为极差
对于B、C因子，依次类推。
（2）作用因素与试验结果的关系图
以因素的不同水平作横坐标，以k值作纵坐标，把每个因素不同水平与所对应的k值作曲线图。
（3）判断各因素主次关系及其显著性
根据极差R的大小，可判断各因素对试验结果影响的大小。
判断的原则是：
凡是R越大，所对应的因子越重要。
根据图表可知，第二列的极差最大，为1191，所以B因素（NaCl）对试验结果的影响是最主要的。
影响度依次为B（NaCl）→C（大米粉）→A（KCl）。
对于空列来说三个因素的极差本应为零。
但是在实际实验中，总是有误差的，极差不能正好为零。
它的大小正好反映了误差的大小。
本例中三个因素的极差都比空列的极差大的多，说明这三个因素的影响都是显著的。
（4）确定优水平组合：
根据k1、k2、k3值的大小来确定A、B、C各因子取决于哪个水平好。
确定的原则根据对指标值的要求而定：
如果要求指标值越大越好，则取最大的k所对应的那个水平；
如果要求指标值越小越好，则取最小的k所对应的那个水平。
本例中根据图表可知，我们要求NaCl和大米粉浓度越大越好，KCl浓度取0.7%时最好；
因而，选择A2B3C3，即得到一个好条件，即：
KCl0.7%，NaCl0.8%，大米粉13%。
这个组合是在原试验方案中没有做过的。
由此可见，利用正交设计，其最优处理组合即使没有做过，也能计算出来，作为参考。
三、材料和方法
菌种：
大肠杆菌Escherichiacoli
发酵基础培养基：
见实验内容。
四、实验方法
本实验运用正交法测定将葡萄糖作为碳源，蛋白胨、酵母膏作为氮源，KH2PO4为磷源对Escherichiacoli生长的影响，并求得各营养物在什么样的配比时生物量最大。
通过本实验初步掌握正交法的使用。
（一）单因素发酵条件实验（略）
1、不同碳源对发酵的影响：
基础培养基：
（NH4）2SO4
0.3%，KH2PO4
0.2%，MgSO4
0.05%，分别加入4%不同碳源。
2、不同氮源对发酵的影响：
碳源
4%，KH2PO4
0.05%，分别加入不同氮源pH7.2。
3、不同无机盐对发酵的影响：
4%，氮源
0.3%，MgSO4
0.02%，pH7.2，分别加入不同量无机盐。
（二）正交实验——最佳发酵培养基的确定
将以上因素实验的结果综合起来，还不能认为是最佳条件，特别是在碳、氮源、无机盐的用量上，必须通过正交实验和验证实验才能确定最佳配方。
本实验中的无机盐类中，MgSO4影响不大，而KH2PO4起着决定性作用，因素采用三因素三水平的正交设计。
葡萄糖%
蛋白胨%
KH2PO4%
1）确定试验的培养基组成成分（因素）和每种组成成分的含量（水平）
2）进行表头设计
3）配制培养基：
按照试验设计方案，分别配制不同培养基，250ml三角瓶每瓶装量50ml，121℃灭菌20分钟。
4）接菌、摇瓶培养：
将活化菌种接种到新鲜的LB培养基中过夜，再按1%接种量转接到不同的培养基中，37℃下180rpm/min摇床振荡培养24hr。
5）菌体量测定：
离心收集菌体，用无菌水悬浮并作适当稀释，在660nm下测浊度。
6）数据记录及分析：
把测定数据填入分析表的试验结果栏内，按表中数据计算出各因素的一水平试验结果总和、二水平试验结果总和、三水下试验结果总和，再取平均值（各自被3除）。
最后计算极差。
从极差的大小确定那个因素对酶活力影响最大，那个影响最小。
找出在何种条件下生物量最高。
7）以k值为纵坐标，因素的水平数为横坐标,作作用因素与试验结果的关系图。
最后作一直观分析的结论。
表1.因素水平表
ABC
碳源%氮源%KH2PO4
3
表Ⅱ
表头设计
1（A）2（B）3（C）
1
（2）1（0.3）1（0.2）
12（0.5）2（0.3）
13（0.7）3（0.4）
2（5）12
223
231
3（8）13
321
332
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