Введение к работе
Актуальность проблеми. Ориентация сельского хозяйства на интенсивный путь развития обуславливает необходимость более полной утилизации растительной биомассы и разработки малоотходных технологий. Возможность получения из лигноцеллшозных отходов растениеводства кормовых продуктов исследуется многими ученъзли в различных странах мира. В качестве продуцентов целлюлолитических ферментов для биоконверсии лигноцеллюлозных отходов наибольшее внимание привлекают грибы рода Trichoderaa , менее изучены в этом плане бактериальные организмы.
Институтом микробиология и вирусологии АН Республики Казахстан разработан и внедрен способ получения кормовых продуктов из различных целлюлозосодержавдх субстратов путем их твердофазной ферментации с использованием целлюлолитических бактерий, отличающийся доступностью и не гребущий больших затрат энергии (Илялет-динов и др., 1985; Саубэнова, Пузыревская, 1990). Целлюлолитичес-кйе бактерии используются таїте _в составе микробиотиков (Гаври-лова и др.,.1990) и способствуют повышению перевариваемоети корма и увеличению продуктивности сельскохозяйственных животных. Возможность практического применения бактерий в этих случаях основана на наличии у них способности существовать и развиваться при аноксии и кислых значениях рН среды (силос, яелудочно-кииечный тракт животных). Однако, активное накопление биомассы для использования в практике может быть достигнуто лишь пря доотупа кислорода, поэтому для реализации этих разработок предназначены ацидо-толерантные факультативно-анаэробные штамш.
Для обеспечения надежности микробиологического производства представляется необходимым наличие генофонда взаимоэашняемнх штаммов - продуцентов. Кроме того, успешное практическое использование представителей этой малоизученной группы микроорганизмов требует углубленного исследования их потенциальных воэмозшостой, что в свош очередь может способствовать применении их в других отраслях биотехнологии.
Поскольку деградация целлюлозных субстратов в природных ус-* ловиях осуществляется в тесном вяаи'лодайствии разных микроорганизмов, особый янгорэс лредстаатяег исследование механипдав их вячимоотнотенрй о целью упрааіеипя "етаболичзокой активностью.
Цадь и задача.исследований. Целью настоящей работы было: создание коллекции факультативно-анаэробных, ацидотолерантных бактерий к их природных ассоциаций; отбор наиболее перспективных штаммов для использования в микробиологической промышленности; выявление воэисшюстя регуляции их метаболической активности.
В задачу исследований входило:
-
Выделение целлшолитических бактерий и их природных ассоциаций, определение таксономического положения. Изучение физиологе—биохимических особенностей бактерии - продуцентов целлюлаз и их спутников.
-
исследование механизмов их взаимодействия в смешанных культурах.
-
Выявление возможности регуляции целлюдазной активности моно-и смешанных культур бактерий.
-
Исследование процесса биоконверсии целлюлозосодернащего субстрата.
б. Изучение возможности использования целлюлолитических бактерий в других отраслях биотехнологии.
Научная новизна. Выделено и изучено 120 новых штаммов бактерий - продуцентов целлюлаз, исследованы трофические связи целлюлолитических бактерий с их спутниками в природных ассоциациях и экспериментально полученных смешанных культурах, изучены пути повшеаия их целлшаэнои активности.
Показана принципиальная возможность обогащения полученного кормового продукта каротином, витаминами группы В, свободными аминокислотами за счет использования продуцирующих их целлюлолитических бактерий и азотсодержащими компонентами зг счет фиксации молекулярного азота атмосферы бактериями-спутниками.
В условиях непрерывного культивирования выявлена гетерогенность бактериальной деструкции соломы*
Выделенные целлюлолитичеокие бактерии впервые, наши применение в ыелиоративно-удобрителышх целях в рисосеянии.
Практическая, значимость. Создана коллекция бактерий, синте-вирувдих комплекс целлюхолитячеоких ферментов» пригодных для биоконвероии цвллшозосодержащих отходов раотенаеводства {пшеничная и рисовая солома, листья, стебли и кочерыжки кукурузы) в кормовые продукти о повышенной по сравнению о исходный сгфьем поедаешоиью, перевариваемостью и яитательноотьй. Наличие среди
них активных продуцентов витаминов группы В, каротина, свободных аминокислот, антимикробных веществ по отношению к патогенной флоре желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных позволяет рассматривать эту группу микроорганизмов как потенциальный источник компонентов микробиотиков.
Выделенные целлюлолитические бактерии нашли применение в такой отрасли сельского хозяйства как рисосеяние. Разработан способ повышения урожайности риса на засоленных почвах с использова-" нием ацидотолерантных, факультативно-анаэробных целлюлолятических бактерий (положительное решение от 29.01.91 по заявке $ 4849792/13). Штамм бактерий Ceiiuiomonaa effusa 60сз, показавший наилучише результаты передан в Институт почвоведения АН Казахстана для использования в практике.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований были долонены на Всесоюзной конференции "Биофизика микробных популяций" (Красноярск, 1987), на Э-ом международном симпозиуме "Непрерывное культивирование в биотехнологии и охрана окружающей среды" (Чехословакия, І9В7), на Всесоюзной конференции "Микробиологические и биотехяологаческие основы интенсификации растениеводства и кормопроизводства" (Алма-Ата, 1990), на Всесоюзном симпозиуме "микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Ирикаспля" (Оренбург, IS91), на Всесоюзной конференции "Биотехнология и биофизика микробных популяций" (Алма-Ата, 1991).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах, получено одно положительное решение о выдаче авторского свидетельства.
На замиту выносятся положения:
-
Создана коллекция новых штаммов целлюлолитическпх бактерий (факультативных анаэробов), которые в силу своих физиологов биохимических особенностей - ацидотолерантчооти, алатогенности, термотолерантности, способности к синтезу витаминов группы В, каротиноидов, свободных аминокислот, антимикробных веществ ~ могут быть использованы для твердофазной ферментации лигноцоллю-лозных субстратов о целью получения кормовых продуктов и пред-отавляют собой генофонд потенциальных промышленных штаммов.
-
Исследован механизм взаимоотношений целлялолитяческих бактерий и их спутников как в природных ассоциациях, так и в экспериментально полученных смешанных культурах иа уровне обдааі
метаболитами и показана возможность повышения их физиологической активности. .
3. Новые шташн целлюлолитических бактерий могут быть использованы и в других отраслях биотехнологии, в частности, в почвенно-мелиоративных целях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, раздела, включающего описание объектов исоле~ дований и методики работы, 15 разделов, содержащих результаты експериментальних исследований автора, заключения, выводов, списка Цитированной литературы (144 отечественных к 100 иностранных) и приложения, диссертация изложена на 144 страницах машнопионого текста, содержит 24 таблицы и 32 рисунка.