МОДИФІКОВАНІ ПРИСТРОЇ І МЕТОДИ АНАЕРОБНОГО КУЛЬТИВУВАННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ, ПОШИРЕННЯ ЦЕЛЮЛОЛІТИЧНИХ І МЕТАНУТВОРЮЮЧИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У РІЗНИХ ЕКОСИСТЕМАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо
Крім загальноприйнятих методів та пристроїв, описаних у літературі, для виділення облігатних анаеробних мікроорганізмів з метою утилізації сільськогосподарської продукції було розроблено власні пристрої: культиватор для визначення параметрів росту анаеробів, газовий зонд-фіксатор для видалення кисню з культиваторів і пробірок, пристрій для "холодної" стерилізації термолабільних речовин в анаеробних умовах, скляний анаеростат для культивування анаеробних мікроорганізмів на щільних середовищах. Розроблені пристрої і методи анаеробного культивування враховують специфіку роботи з мікроорганізмами в анаеробних умовах, дають змогу проводити фундаментальні дослідження з виділення чистих культур анаеробних мікроорганізмів у стерильних умовах, вивчати їх фізіолого-біохімічні властивості, отримувати достовірні, добре відтворювані результати.
ПОШИРЕННЯ ЦЕЛЮЛОЛІТИЧНИХ І МЕТАНУТВОРЮЮЧИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У РІЗНИХ ЕКОСИСТЕМАХ
Було проведено обстеження низки екосистем з метою визначення місць існування первинних - целюлолітичних і вторинних - метанутворюючих бактерій. Було відібрано близько 300 проб у Кримській, Запорізькій, Кіровоградській та інших географічних зонах. Екосистеми, що досліджували, включали: прісні водойми (р р. Дніпро, Луга), солоні водойми (Сакський лиман, озеро Сиваш, Чорне та Біле моря), сільськогосподарські та побутові відходи, грунти. Зразки для виділення целюлолітичних і метанутворюючих бактерій розрізнялися за рядом фізико-хімічних параметрів: ступенем загальної мінералізації, вмістом NaCl і мікроелементів, рН та температурним режимом.
У пробах Чорного моря активний метаногенез спостерігали у зразках з недостатнім водообміном і сприятливими умовами анаеробіозу. У пробах води Білого моря, де загальна мінералізація морської води становила 30-35 г/л, рН води змінювалось від 6,7 до 8,1 з перевагою лужних значень (8,0), наявність целюлолітичних і метанутворюючих бактерій незначна. Обстеження еконіш тундрової зони Західного Сибіру виявило, що процес кругообігу метану в цих водоймах відбувається на низькому рівні й майже виключно в донних відкладеннях.
Серед екосистем, де активно відбуваються процеси утворення метану, важлива роль належить сільськогосподарським, побутовим та виробничим стокам. Особливістю цих екосистем є висока концентрація органічних речовин, відносно швидке споживання їх мікроорганізмами, а також постійна температура (у метантенку). Ці умови спричиняють масовий розвиток усіх організмів ланцюга анаеробного розкладання органічних речовин, включаючи метаногени.
Із 300 досліджуваних зразків було виділено накопичувальні анаеробні культури (80 целюлолітичних та 65 метаногенних), що трансформують С1 -С2 Органічні сполуки, целюлозу, гній, послід у біопаливо.
Метанутворюючі археї виділено на всіх субстратах, що використовують метаногени для росту і метаболізму - ацетаті, метанолі, метиламіні, водень-вуглекислотній суміші.
Найактивніший ріст накопичувальних культур з утворенням метану спостерігали на середовищі "Р" з водень-вуглекислотною сумішшю, метанолі, форміаті, целюлозі, посліді. Слабкий - з використанням метиламіну. З солоних водойм (Чорне море) виділено помірні галофіли з концентрацією NaCl -10-15г/л (табл.1).
Целюлолітичні бактерії, що здатні до гідролізу рослинної сировини, виділені з солоних водойм, мулу метантенку, пташиного посліду, грунту. Серед них - представники психрофільних (20-22ОС), мезофільних (30-40ОС) і термофільних (50-70ОС) груп мікроорганізмів. pН середовища 6,0-8,0. Культури подібні за синтезованими продуктами метаболізму: етанолом, ацетатом, лактатом, воднем, вуглекислотою. Активне газоутворення (СН4, Н2, СО2) спостерігали у досліджених зразках мулу метантенку при температурі 55-70ОС.
Отримані дані свідчать про значну видову різноманітність анаеробних целюлолітичних та метанутворюючих мікроорганізмів. Порівняльна оцінка наявності метанутворюючих і целюлолітичних мікроорганізмів у різних природних екосистемах показала, що присутність їх взаємозалежна тому, що продукти трансформації первинних анаеробів є субстратами для росту метаногенних археїв.
Таким чином, з різних екосистем (солоні та прісні водойми, сільськогосподарські, побутові відходи) виділено накопичувальні культури анаеробних мікроорганізмів, що трансформують С1-С2 Органічні сполуки, целюлозу, гній, послід у біопаливо.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРМОФІЛЬНИХ АНАЕРОБНИХ МІКРООРГАНІЗМІВ МЕТАНТЕНКА
З активного мулу метантенка станції біологічного очищення стічних вод (СБО, Бортничі, м. Київ) було відселекціоновано активну термофільну накопичувальну культуру, що стабільно гідролізувала целюлозу до метану за 5-7 діб за температури культивування 60ОС. З накопичувальної метаногеної культури, надалі було ізольовано штами: первинних анаеробів, що гідролізують целюлозу (целюлолітичні бактерії), бродильних (сахаролітичні бактерії) і вторинних анаеробів - метанутворюючих археїв.
Характеристика целюлолітичного штаму 5СТ : Прямі, ледве вигнуті палички розміром 0,5-0,6Ч1,5-2,5 мкм, поодиноки, парні або в ланцюгах до 10 мкм. Грамнегативні. За несприятливих умов культивування (pН нижче 6,4, температура понад 70ОС) утворюють термінально розташовані ендоспори. На поверхні щільного середовища культура утворює дрібні, круглі, білі або прозорі колонії розміром 1-2
Мм. У глибині целобіозного агару - колонії бобовидні, білі. Облігатний анаероб.
55-60ОС. Оптимальне значення pН 7,0-7,5, ріст не спостерігається при pН понад 8,0 і нижче 6,5.
При вивченні здатності виділеного штаму використовувати для росту різні джерела вуглецю встановлено, що штам 5СТ здатний ферментувати крім целюлози і целобіози також арабінозу, глюкозу, галактозу, сахарозу, ксилозу, слабо - фруктозу. На живильних середовищах МПА, МПБ, КПА не росте. Ріст спостерігали на мінеральному середовищі "Р" з дріжджовим екстрактом або вітамінами. На рідкому середовищі з целюлозою культура утворює жовтий пігмент. Ця властивість втрачатися за багаторазових пересівах, але здатність гідролізувати целюлозу зберігається. При рості на целобіозі, глюкозі, фруктозі проявляється слабка пігментація. Індол не утворюється. Каталаза й оксидаза - відсутні. Основними екзометаболітами є водень, вуглекислий газ, етанол, ацетат та лактат. Желатину не розріджує, нітратів не відновлює. Значення показника вмісту нуклеотидів Г+Ц у ДНК становить 39,04 моль %.
Характеристика сахаролітичного штаму 1S: Рухомі палички, поодиноки, парні або утворюють довгі ланцюги. Штам 1S має розміри клітин: 0,6-0,8Ч3,0-5,0 мкм. В експоненціальній фазі росту - негативна реакція при фарбуванні за Грамом, при переході в стаціонарну фазу - грампозитивна. На середовищі з целобіозою (22-30 год) та на середовищі з ксилозою або арабінозою (10 год)- утворює термінальні, круглі спори. Поверхневі колонії біло-кремові, блискучі, опуклі, 1-2 мм у діаметрі, з рівними краями. Глибинні колонії - дрібні, ланцетоподібні. Облігатний анаероб. Росте в діапазоні температур 45-70ОС, оптимальна температура - 55-60ОС. Оптимальне значення pН 7,0-7,3. Ріст не спостерігається при рН нижче 5,0 і понад 8,0.
Штам 1S росте на середовищі "P" з додаванням дріжджового екстракту або вітамінів. Використовує різні джерела вуглецевого живлення: глюкозу, фруктозу, целобіозу, сахарозу, крохмаль, галактозу, лактозу, рибозу, маннозу, мальтозу, ксилозу, арабінозу. Не використовує: целюлозу, саліцин, манітол, ескулін, амигдалін. Основними продуктами ферментації є водень, вуглекислий газ, ацетат, етанол, бутират, лактат, у незначних кількостях утворює пропіонат. Желатину не розріджує, індолу не утворює, нітратів не відновлює. Вміст нуклеотидів Г+Ц у ДНК становить 31,9 моль%.
На підставі фізіолого-біохімічних і морфолого-культуральних ознак ізольовані штами 5СТ й 1S віднесено до роду Clostridium.
Властивості дослідженого штаму 5СТ порівнювали з властивостями термофільних клострідій, здатних гідролізувати целюлозу та її похідні - Clostridium thermocellum, C. stercorarium, C. cellulosi, C. thermocopriae, C. sraminisolvens. За більшістю ознак, виділений штам 5СТ більш подібний до C. thermocellum. Однак, на відміну від типового штаму C. thermocellum, штам 5СТ ферментує ширше коло субстратів (арабінозу, галактозу, сахарозу, глюкозу, слабко - фруктозу). Значення показника вмісту нуклеотидів Г+Ц у ДНК підтвердило належність дослідженого нами штаму до даного виду, для якого значення Г+Ц у ДНК перебуває в межах 38-40 моль %.
Властивості штаму 1S порівнювали з властивостями сахаролітичних бактерій C. thermosaccharolyticum, C. thermobutyricum, C. thermohydrosulfuricum. Найближче штам 1S до C. thermosaccharolyticum, але штам 1S утворює (крім етанолу, ацетату,
Бутирату) пропіонат при рості на середовищі з целобіозою. Вміст Г+Ц у ДНК штаму 1S становить 31,9 моль %, що дало змогу віднести його до виду Clostridium thermosaccharolyticum.
Характеристика метанутворюючого штаму 13М: Клітини штаму 13М - палички, розміром 0,5-0,6Ч7-100 мкм, вигнуті, утворюють ланцюги до 100мкм. Грампозитивні, нерухомі. Поверхневі колонії опуклі, з рівним краєм, коричнюваті, округлої форми, 1-2 мм у діаметрі. У рідкому середовищі культура росте у вигляді опалесцентної суспензії. Ріст та утворення метану штамом 13М спостерігали на мінеральному середовищі "P" з водень-вуглекислотною сумішшю як единим джерелом вуглецю й енергії. Ріст відсутній на середовищі з ацетатом, форміатом, метанолом, метиламінами. Облігатний анаероб. Ріст й утворення метану відбувається в діапазоні температур 40-65ОС, з оптимумом 55-60ОС. Діапазон рН 6,5-8,0, оптимальне pН 7,0-7,5. Ріст стимулюється внесенням у середовище дріжджового екстракту.
Порівняння діагностичних ознак штаму 13М з описаними термофільними метаногенами дало змогу віднести його до роду Methanobacterium.
Характеристика метанутворюючого штаму 84MS: Клітини штаму - коки (1-2 мкм у діаметрі), які розмножуються дробленням у різних напрямах і поєднуються по 2, 4, 8 у сарциноподібні нерухомі пакети (біотип I). Колонії на щільному середовищі - зернисті, жовтуватого кольору 0,5-1 мм у діаметрі. Облігатний анаероб. Ріст та утворення метану штамом 84МS спостерігали на мінеральному середовищі "Р" з субстратами: метанолом, ацетатом, метиламінами, повільно - на водень-вуглекислотній суміші. Росте в діапазоні температур 30-60ОС, з оптимумом 55ОС; при значеннях pН від 6,0 до 8,0 з оптимумом 6,8-7,0. Ріст і метанутворення стимулювали додаванням дріжджового екстракту. Порівняння властивостей виділеного штаму 84МS з відомими термофільними метаногенами дало змогу віднести його до роду Methanosarcina.
Таким чином, з термофільного метаногенного біоценозу активного мулу метантенка ізольовано термофільні анаеробні штами мікроорганізмів, які можуть трансформувати складні органічні речовини в біопаливо. На підставі морфолого-культуральних та фізіолого-біохімічних властивостей виділені штами ідентифіковано як Clostridium thermocellum 5CT, Clostridium thermosaccharolyticum 1S, Methanobacterium Sp. 13M, Methanosarcina Sp. 84MS.
Похожие статьи
-
Огляд літератури У розділі подано аналіз наукових джерел вітчизняних і зарубіжних авторів з вивчення анаеробних мікроорганізмів, які здійснюють...
-
№ П/п Область Вид птиці Рік Досліджен-ня Вік птиці (діб) Виявлено клінічно хворих на період дослідження (%) 1 Харківська Індики Качки Кури 1996 1994...
-
Поширення сої в Україні та світі В Україні спостерігається стійка тенденція і високі темпи збільшення посівних площ та валових зборів сої. Якщо у 1990...
-
Методи захисту сільськогосподарських культур від шкідників До основних методів захисту сільськогосподарських культур належать:...
-
Жизненный цикл зерновых хлебов - Зерновые культуры Республики Беларусь. Их основные болезни
В течение вегетации зерновые культуры проходят ряд фенологических фаз, которые отличаются друг от друга появлением новых органов и рядом внешних...
-
На основі аналізу джерел літератури викладено теоретичні засади та нові селекційні схеми з використанням біотехнологічної ланки при вирішенні наукової...
-
Дослідження динаміки проходження фаз росту і розвитку рослинами льону-довгунця дало можливість спостерігати деякі загальні для сортів всіх типів...
-
Гриб токсикоз продуцент Матеріали та методи досліджень Робота виконувалася в лабораторії мікотоксикології Інституту ветеринарної медицини УААН протягом...
-
Методика отримання та застосування препаратів Для визначення концентрації ВМ у рослині був використаний метод атомно-абсорбційного аналізу (ААА) [2]....
-
Дослідження проводили в трьохпільній сівозміні на фоні двох технологій (традиційна та No-Till) з наступним чергуванням культур: соя - ячмінь - соняшник....
-
Метеорологічні умови відіграють важливу роль в отриманні високих та якісних врожаїв сільськогосподарських культур. Великий вплив на ріст, розвиток рослин...
-
Утримання худоби в літній період відрізняється від зимового характерним типом годівлі, а також тим, що тварини перебувають майже цілу добу на відкритому...
-
Динаміка росту дослідних груп тварин. Вивчався ріст молодняку на всіх етапах постнатального розвитку, починаючи від дня народження до 18 місяців. Для...
-
Одна з головних проблем у технології No-till це бур'яни. Соя має досить довгий гербокритичний період - 45-50 днів. Триває він від появи першого...
-
Дисертаційна робота виконана протягом 1998-2007 років. Гельмінтологічні та фармакологічні дослідження препаратів виконані на кафедрах паразитології та...
-
Интерферон и его роль в противовирусном иммунитете - Ветеринарная вирусология
В клетках человека имеется 27 генетических локусов для интерферонов (далее И) - 14 функционирующие. И закодированы в генетическом аппарате клетки....
-
Ботанічна характеристика: Соя належить до роду, який, за даними F. J.Herman (1962), поділяється на три підроди (submenus) Leptocyamus, Glycine і Soja. За...
-
Робота виконана у період із 1997 по 2005 роки на базі наукової лабораторії кафедри анатомії і фізіології сільськогосподарських тварин Полтавської...
-
Соя є основною зернобобовою культурою в світі, її зерно збалансоване за протеїном і перетравними амінокислотами. У насінні сої міститься 30-55% білка,...
-
Для нормального роста и развития растений необходимы различные элементы питания. По современным данным, таких элементов порядка 20, без которых растения...
-
Роль гранулометрического состава в оценке плодородия почв - Почвоведение как наука
Гранулометрический состав влияет на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв. Специалисты сельского хозяйства учитывают гранулометрический...
-
Основними питаннями в селекції рослин є пошук, добір та збереження джерела продуктивного вихідного матеріалу. Збереження генотипу в умовах in vitro є...
-
Типы растений по потребности в воде - Луговое и полевое кормопроизводство
Вода необходима растению во все периоды жизни: потребность в ней только для прорастания семян составляет 10--100 % их массы, в дальнейшем на образование...
-
Яровой биологический ячмень урожайность ЗАО "Иковское" расположено в центральной части Викуловского района в 116 км от железнодорожной станции Ишим и в...
-
Биологические особенности картофеля - Оценка хозяйства ОАО СельпромМаш
Картофель (Solanum tuberosum L.) использовался населением Южной Америки за несколько тысяч лет до нашей эры. В Европу был завезен в середине XVI века, а...
-
Предпосевная подготовка семян. - Оценка хозяйства ОАО СельпромМаш
Бахчевые (арбуз, дыня, кабачок, тыква). Семена сортируют. Помещают в кадки, заливают не 2-3 часа водой комнатной температуры или подогретой и...
-
Биологические особенности картофеля - Возделывание картофеля
Весь период роста картофеля условно разделяют на 3 периода. Первый период - от всходов до начала цветения. На этом этапе главным образом увеличивается...
-
Картофель - растение умеренно прохладного климата с относительно высокой влажностью воздуха. В Северном полушарии Евразии его выращивают в основном между...
-
Складання плану освоєння розробленої сівозміни та ротаційної таблиці - Розробка сівозміни
Після складання можливих варіантів сівозміни, потрібно обрати найбільш досконалий варіант (головний), щоб на основі даних по розміщенню культур у полях...
-
У дисертації обгрунтовано і здійснено нове вирішення проблеми агрокліматичної оцінки формування продуктивності сільськогосподарських культур на підставі...
-
У вступі розкривається сутність і стан наукової проблеми, її значущість, підстави для розробки теми, обгрунтовується необхідність проведення досліджень....
-
Характеристика природних умов та виробничої діяльності господарства - Розробка сівозміни
Приватна агрофірма "Єрчики" (ПАФ "Єрчики") входить в систему Мінагрополітики України. Це багатогалузеве господарство інтенсивного типу. Основний напрямок...
-
Исследование коли-титра спермы Коли-титр определяют для санитарной оценки спермы. Санитарно-показательными бактериями считают все разновидности кишечной...
-
Биологические особенности огурца - Оценка хозяйства ОАО СельпромМаш
Огурец относится к группе теплолюбивых культур, отличается высокой теплотребовательностью и не переносит заморозков. Нижний температурный предел для...
-
Культура клеток (КК) - это клетки многоклеточного организма, живущие и размножающиеся в искусственных условиях вне организма. Методика культивирования...
-
Одним із ефективних біотехнологічних методів, що сприяє прискоренню розмноження цінного селекційного матеріалу або отримати нові генотипи, є використання...
-
Требование к теплу и свету, Требование к влаге - Агротехника гороха. Расчет величины урожая
Горох -- холодостойкое растение, может переносить заморозки до --5°С, молодые побеги и цветки -- до --2...--3°С. Оптимальная температура в период...
-
Определение сущности заболевания Туберкулез (лат., англ. -- Tuberculosis) -- тяжелая хроническая болезнь животных многих видов и человека,...
-
Исследователи установили шесть основных причин актуализации в последние годы проблемы фузариозов [4]. Недостаток источников и доноров устойчивости. И в...
-
Зерно овса содержит 13...14% белка, 5...6% жира, 40...45% крахмала. Белок овса содержит ценные незаменимые аминокислоты - лизин, триптофан. Зерно богато...
МОДИФІКОВАНІ ПРИСТРОЇ І МЕТОДИ АНАЕРОБНОГО КУЛЬТИВУВАННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ, ПОШИРЕННЯ ЦЕЛЮЛОЛІТИЧНИХ І МЕТАНУТВОРЮЮЧИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У РІЗНИХ ЕКОСИСТЕМАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо