Введение к работе
Актуальность проблеми,, Для познания: особенностей функционирования комплекса микроорганизмов в почве необходимо летальное изучение: количественных закономерностей микробного роста в вироком диапазоне изменения факторов внешней среды, так как именно ростовые характеристики отдельных'микробных популяции определяет качественный и количественный состав сообщества микроорганизмов, его поведение и рель в процессе почвообразования (Педиков, Звягинцев, 1983% До сих пор основным предметом кинетических исследовании выл достаточно интенсивный стационарный рост микроорганизмов, который реализуется в хекостате,-либо ъ экспоненциальной фазе периодической культуры, причем спектр исследуемых видов включал, главным образом, быстро растущие "легкокультивмруемае" микроорганизмы, представляющие интерес для микробиологической промышленности.-Ыежду тем, комплекс почвенных микроорганизмов характеризуется большим разнообразием видов,, различающихся по своими экологическим стратегиям, то есть по совокупности признаков, обеспечивавших выживание и развитие организма в естественной среде обитания. В большинстве случаев популяции микроорганизмов в почве растут медленно,, и им свойственна низкая интенсивность физиологических процессов и нестационарный рост, вызванный регулярными изменениями внешних условия (Звягинцев, 1978; bazin etab,I976).
Цель работы? изучение особенностей кинетики стационарного я нестационарного роста некоторых представителей сообщества почвенных микроорганизмов в связи с особенностями их экологических стратегий.
Основные задачи исследования? I. Изучение кинетики стационарного роста микроорганизмові относимых к различным экологическим группам, с использованием разных непрерывных методов культивирова-нияігхемостата, непрерывной диализной культуры, периодической культуры с подпиткой..2..Изучение динамики.переходных процессов при выведении микробной культуры из стационарного состояния путем резкого увеличения концентрации лимитирующего субстрата..3..Изучение кинатики отмирания никр оор ітшизмов-пр іг-д лиге* ья ом-го доданий.
t-ПП
Ft-ZZHOT
:1.1 Иъуъ-.Т. ::.^::..-,-1
на. Н. Д..1ий«(!:иогл._...
- г.-
натчная новизна,. Проведено детальное количественное изучение: непрерывного и периодического роста ряда почвенных микроорганизмов в вироком диапазоне концентрация лимитирующего рост субстрата -источника углерода и энергии, прослежена связь между ростовыми характеристиками микроорганизмов и их экологическими особенностями. Установлен факт непостоянства коэффициента поддержания я показано, что причина этого заключается в изменении относительного содержанки внутриклеточных функционально активных компонентов* Продемонстрирована зависимость динамикх переходных процессов в периодической к отмирающей культуре с предшествующими условиями роста. Использование новых функциональных связей между потенциальной активностью катаболизма клеток и концентрацией внеклеточного субстрата в дополнение к общепринятой теория микробного роста позволило разработать математическую модель, удовлетворительно описывающую роет культур как в стационарном, так и в нестационарном состоянии и объясняющую "аномальное" поведение микроорганизмов при сверхнизких удельных скоростях роста. Проведено определение основных констант, характеризующих кинетику и стехиометрию роста почвенных микроорганизмов.
Практическое значение. I. Закономерности кинетики роста, выявленные в настоящей работе, важны для балансовых расчетов материально-энергетического обмена в экосистемах. 2, Полученные данные могут быть использованы для оптимизации биотехнологических процессов выращивания и храяеяия-микробных культур. 3. Результаты работы используются в курсе лекцнн "Основы биологической кинетики", читаемом на кафедре биологин почв факультета почвоведения ИГУ..
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на VI научной конференции молодых ученых факультета почвоведения ИГУ (1982), на заседании ВИО (198*), а также на заседании кафедры Ожожогж* почо ИГУ (1984).
Пубяжжагзя», По теме диссертации опубликованы б работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания использовании* методов, изложения полученных, результатов в 2-х главах,.заключения я выводов, содержит 125 страниц машинописного текста,. 36 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 152 названий (из них 115 - зарубежные).
Автор выражает глубокую благодарность ст.н.с. Н.С.Паникову за большую помоць при проведении работы, а также доц. Й.П.Бабьевой, ст.н.с. И.Н.Скворцовой, м.к.с. Т.Г.ДоброВольской и м.н.с. Л.В.Лы-сак за любезно предоставленные культуры микроорганизмов. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе были использованы культуры дрожжей Deoaryomyces for» micariua BKM-I555 и Lipomycee tetraspoxus 130 (получены из коллекции каф.биологим почв ИГУ) и бактерий Bacillus subtilia 428 (получена из BKI1 ЯШІ АН СССР), РаеиДоюопав fluoreseens 312 и Artbxobacter globlfoxmls Cj-4 (получены из коллекции каф. биологии почв МГУ),
Кинетические исследования проводили с использованием синтетических сред с глюкозой в качестве единственного источника углерода и энергии (Панихов и др., 1980; Бондаренко, 1983). микроорганизма выращивала в непрерывной культуре, диализной культуре и периодической культуре с подпиткой (Перт, 1978). В периодической культуре микроорганизмы выращивали в круглодонных колбах (750 мл) на качалке (180оИ/мин). Использовали также непрерывные культиваторы после отключения подачи питательной среды. Выращивание в непрерывных и периодических условиях проводили при 25+0,1С (для диализных культур - 28+0,5С). Реакция среды при проведении опыта оставалась приблизительно постоянной (рН 5,0 для дрожжевых и рН 7,5 для бактериальных культур).
Биомассу определяли измерением оптической плотности суспензии микроорганизмов при 410 ни на спектрофотометре СФ-261-00І, с последующим пересчетом по калибровочному графику на вес абсолютно
- ъ — сухой биомассы, а такхебнгроматши методом (Орлов, Гряпияа, 1981). Концентрацию глюкозы определяли - глюкозобксндазныы методом-(Щербухан и др., 1975). Жизнеспособность клеток определяли методом микрокультур С Postdate, Hunter, 1962). Интенсивность поглощения кислорода суспензией микроорганизмов измеряли полярографические кислородным электродом Кларка (Шольц, Островский, 1978). Скорость выделения С02 определяли в динамическом режиме по приросту концентраций углекислоты на выходе из ферментера, либо в статическом режиме по динамике накопления COg в герметично закрытых сосудах. Концентрацию COg измеряли на газовом хроматографе ЛХЦ-8МД (СССР). Энергетические траты:на поддержание определяли по интенсивности эндогенного дыхания сразу после прекращения подачи субстрата в непрерывную культуру (Паников, 1984а).