Контрольная работа по микробиологии
Подождите немного. Документ загружается.
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО БЕЛКА И
НЕЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТ
Корма, содержащие недостаточно протеина, незаменимых аминокислот
и витаминов, неэффективны и невыгодны. В условиях интенсивного ведения
хозяйства важно не только обеспечить достаточное производство кормов, но
и получать корма с высоким содержанием белка и сбалансированные по
аминокислотному составу.
Белковый и аминокислотный обмен различны у жвачных и нежвачных
животных. У последних желудок однокамерный, и микроорганизмы
желудочно-кишечного тракта проявляют активность в кишечнике.
Существенные синтетические процессы микробиологического характера в
желудке нежвачных животных не протекают. Под влиянием желудочного
сока здесь из белков корма образуются аминокислоты и осуществляется
реакция переаминирования. Однако такие незаменимые аминокислоты, как
лизин, треонин, аргинин, в результате переаминирования не синтезируются
вовсе или синтезируются в таком малом количестве, что не имеют
практического значения. Поэтому для нежвачных животных перечисленные
аминокислоты в необходимых количествах должны присутствовать в
пищевом рационе.
Жвачные животные менее требовательны к полноценности белков
корма, так как обитающая в их преджелудках богатая микрофлора
синтезирует даже из простых, содержащих азот веществ все аминокислоты, в
том числе и незаменимые. Микроорганизмы синтезируют белок в своих
клетках, после отмирания которых аминокислоты освобождаются и
становятся достоянием животного-хозяина.
Указанная особенность жвачных животных позволяет для частичного
восполнения дефицита белков использовать в их рационе содержащие азот
11
простые химические вещества — мочевину и соли аммония. В рубце
жвачных животных микроорганизмы синтезируют в больших количествах
глутамин, глутаминовую кислоту, глицин и валин. Последние
транспортируются в печень для синтеза других аминокислот.
В существующих кормовых рационах далеко не всегда достаточно
белка, необходимых аминокислот и витаминов. Поэтому необходимо вводить
эти вещества в корм в виде тех или иных препаратов, в частности
полученных с помощью микроорганизмов. Внимание ученых привлекает
вопрос получения кормового белка путем микробного синтеза.
Освоено производство кормовых дрожжей на отходах спиртовой,
сахарной промышленности, а также на целлюлозных гидролизатах.
Использование в этих целях целлюлозных гидролизатов началось в нашей
стране в 1935 г.
Позднее, в шестидесятых годах, французский ученый А. Шампанья с
сотрудниками разработал метод выращивания дрожжей на средах,
содержащих дизельное топливо. Однако получаемая масса нуждалась в
очистке, что требовало больших затрат. В России в середине шестидесятых
годов XX в. дрожжи начали выращивать на очищенных жидких
углеводородах.
Ставится вопрос о получении кормового белка на материалах, более
дешевых, чем жидкие парафины. Идет экспериментальная работа по
получению бактериального белка из метана. Бактерии, размножающиеся на
метане, весьма своеобразны, так как растут только на одноуглеродных
соединениях, что облегчает их культивирование в связи с отсутствием
конкурентов.
С экономической точки зрения выгоднее, однако, метан каталитически
окислять в метанол. Метанол хорошо растворим в воде и легко усваивается
многими микроорганизмами, как бактериями, так и некоторыми дрожжами.
В Великобритании действует завод, вырабатывающий дрожжевой белок на
12
метиловом спирте. Изучается возможность производства микробного белка
на этиловом спирте, на котором развивается более высокая биомасса
дрожжей.
Большое внимание в нашей стране и за рубежом уделяют получению
белка с помощью автотрофных водородных бактерий. Используя окисление
водорода как энергетический процесс, в качестве источников питания они
довольствуются лишь минеральными соединениями. Следует отметить, что
по некоторым химическим показателям дрожжевой белок имеет некоторые
преимущества по сравнению с бактериальным. Разрабатываются методы
получения кормового белка из различных отходов. Одни методы пригодны
для промышленного получения белка, другие — в условиях небольших
хозяйств.
Возможным сырьем для получения микробного белка представляются
различные целлюлозосодержащие отходы промышленности и сельского
хозяйства. Для обогащения белком измельченных целлюлозных отходов
целесообразнее использовать культуры микроскопических грибов, которые
активно разрушают целлюлозу, одновременно накапливая белок. Успешно
работают в этом направлении В. И. Билай (Украина), которая использует
гриб Trichoderma viride, и А. Г. Лобанок (Белоруссия), применяющий гриб
рода Penicillium.
Таким путем можно получать корм, содержащий до 30% белка. Работы
по получению кормового белка на отходах лесной и целлюлозной
промышленности проводят в Швеции и Финляндии, где для этого
используют грибы. В Канаде в провинции Онтарио вступил в производство
небольшой завод по переработке на корм древесных отходов с помощью
микроскопического гриба Chaetomium.
Для выработки грибного мицелия можно использовать не только
целлюлозу, но и другие вещества — крахмальные гидролизаты, отходы зерна
и т. д. Так, в Институте микробиологии Белоруссии разработан метод
13
глубинного культивирования мицелия базидиального трутового гриба
Daedaleopsis confragasa на средах с молочной сывороткой. Из 1 т молочной
сыворотки может быть выработано 20 кг высушенной измельченной массы,
имеющей около 50% белка и содержащей ряд незаменимых аминокислот.
На молочной сыворотке с успехом размножается базидиальный
съедобный гриб Panus tigrinus (пилолистник тигровый). Выращенный и
измельченный мицелий гриба содержит около 45% сырого белка, близкого
по составу к животным белкам.
Институт микробиологии и вирусологии Казахстана рекомендует в
качестве белковой добавки к бедным кормам кормовые дрожжи Candida,
выращенные на разваренной зерновой дерти, муке или других субстратах.
Перед использованием дрожжевую массу прогревают для разрушения
дрожжевых клеток, что повышает их усвояемость. Кормовые дрожжи
следует готовить в местах их потребления, а не на заводах.
Перерабатывать на корм можно многие пищевые и промышленные
отходы и даже навоз. Изучался вопрос об использовании в качестве корма
микроводорослей. Проведенные работы не дали высокого эффекта и
практически прекращены, что в значительной степени связано со слабой
усвояемостью животными ценных компонентов клеток водорослей.
Тем не менее в некоторых случаях водорослевые препараты дают
положительный эффект. Так, в Институте микробиологии Узбекистана
использовали жидкие препараты водорослей рода Chlorella. В культуральной
жидкости водоросли содержится небольшое количество белка, но
присутствует ряд биологически активных соединений. Там же ведутся
работы с цианобактерией рода Spirulina, которая обитает в водоемах Африки.
Местные жители используют ее для кормления скота.
Многие микроорганизмы пригодны для получения на их основе
незаменимых кормовых аминокислот и витаминов. Только правильное
14
сочетание всех компонентов корма дает наилучший результат, а недостаток
хотя бы одного из них снижает эффективность остальных.
Сбалансированное питание в ряде случаев упрощает и удешевляет
набор ингредиентов, входящих в комбикорм. Например, обогащение кормов
витамином В позволяет заменять дефицитный и дорогой животный белок
растительным. При этом продуктивность животных не снижается.
До Второй мировой войны производства аминокислот не было почти
ни в одной стране. Сейчас уже доказана целесообразность использования
аминокислот в животноводстве, где их применение обеспечивает огромный
экономический эффект. Для кормления животных нет нужды в получении
чистых препаратов, достаточно иметь концентраты, производство которых
дешевле и проще.
Замечательное свойство многих микроорганизмов — накапливать в
среде огромное количество некоторых ценных аминокислот. Объем такого
«сверхсинтеза» может быть очень большим. Так, некоторые микроорганизмы
на 1 л среды производят до 200 г аспарагиновой кислоты, до 100 —
глутаминовой, до 16 г валина. Существуют микроорганизмы, синтезирующие
значительные количества L-лизина, L-валина, L-метионина и триптофана.
В России микробиологическим способом получают лизин. Для синтеза
L-лизина используют культуру Brevibacterium sp., сырьем служат уксусная
кислота, минеральные соли, меласса, кукурузный экстракт и некоторые
отходы пищевой промышленности. Лизин выпускают в виде жидкого
концентрата (ЖКЛ), сухого концентрата и кристаллического препарата.
За рубежом микробиологическим способом помимо L-лизииа
получают L-глутаминовую кислоту, используя культуру Micrococcus
glutaminus и некоторые бактерии рода Brevibacterium. В небольших
количествах готовят L-алании, продуцируют который некоторые
актиномицеты, а также бактерии рода Brevibacterium и Cotynebacterium.
15
Возможно получение триптофана с использованием культуры гриба Candida
utilis.
16
4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИКЦИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО
АЗОТА. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭТОГО ВОПРОСА
Запасы газообразного азота в атмосфере практически неисчерпаемы.
Над 1 км
2
земной поверхности в воздухе содержите около 8 млн. т азота, но
этим огромным фондом азота не могут воспользоваться ни растения,
которым необходим азот минеральных соединений, ни животные,
потребляющие азот в форме органических соединений.
Однако существуют азотфиксирующие микроорганизмы, способные
питаться молекулярным азотом и строить из него все разнообразие
азотсодержащих органических соединений' своей клетки. Эти
микроорганизмы свободно живут в почве или находятся в симбиозе с
растениями. Азотфиксирующие микроорганизмы обусловливают повышение
плодородия почвы, и их изучению уделяется большое внимание.
Рациональное использование биологической фиксации молекулярного азота
дает возможность существенно повысить урожай и экономнее расходовать
минеральные азотные удобрения.
Впервые обогащение субстратов азотом в результате деятельности
свободноживущих микроорганизмов было показано французским ученым
Жоденом в 1882 г. Он установил, что питательные растворы в замкнутых
сосудах, содержащие органические безазотистые вещества, могут
обогащаться азотом при развитии в них микроорганизмов.
В 1885 г. другой французский ученый - М. Бертло подтвердил этот
факт в отношении почвы. В стерилизованной почве за летний период
содержание азота не изменялось, а вне стерильной - возрастало. Это
позволяло предположить, что почва обогащается азотом с помощью
микроорганизмов.
Чистую культуру азотфиксирующего микроорганизма впервые
выделил С. Н. Виноградский (1893). Это была анаэробная спорообразующая
17
палочка, названная Clostridium pasteurianum. Несколько позднее голландский
микробиолог М. Бейеринк (1901) открыл Azotobacter chroococcum - аэробную
бактерию, также способную усваивать молекулярный азот.
Первоначально считали, что связывать молекулярный азот могут лишь
отдельные специализированные виды микроорганизмов, однако в последнее
время было установлено, что функция азотфиксации присуща
представителям различных микроорганизмов - бактериям разных
систематических групп, актиномицетам, а также многим сине-зеленым
водорослям (цианобактериям).
Некоторые азотфиксирующие микроорганизмы живут в симбиозе с
высшими растениями, в частности с бобовыми. О том, что бобовые растения
повышают плодородие почвы писали греческие и римские мыслители,
жившие за 100-150 лет до нашей эры. Значительно позднее было. доказано,
что благоприятное воздействие на почву бобовых растений тесно связано с
обогащением ее азотом. Первые точные эксперименты в этом направлении
принадлежат французскому ученому Ж. Буссенго (1838).
Классическими работами немецких ученых Г. Гельригеля и Г.
Вильфарта (1886-1888) было показано, что существует взаимосвязь между
нахождением на корнях бобовых растений бородавчатых наростов (корневых
клубеньков) и фиксацией растениями свободного азота. В клубеньках
обнаружили бактерии. Еще в 1866 г. М. С. Воронин опубликовал работу, в
которой описал микроскопические тельца, находившиеся в тканях
клубеньков.
Чистую культуру клубеньковых бактерий выделил М. Бейеринк в
1888.г. Им было доказано, 'что данные бактерии вызывают образование
клубеньков, в которых происходит усвоение молекулярного азота. Клубеньки
или подобные клубенькам образования имеются у многих растений, не
'относящихся к бобовым, и они также способны усваивать молекулярный
азот. Формирование этих клубеньков происходит под влиянием
18
микроорганизмов, относящихся к различным систематическим группам
(бактерии, актиномицеты). у
ряда небобовых растений выделили чистые
культуры их симбионтов.
Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) могут фиксировать
атмосферный азот в чистых культурах. В природных условиях они часто
живут в симбиозе с грибами, мхами и т. д.
В некоторых случаях микроб-симбионт внедряется в ткани
растительного организма (эндосимбиоз), в других - происходит тесное
сожительство (эктосимбиоз). В. Сильвестер предложил 'схему
азотфиксирующих симбиозов:
Азотофиксирующий Симбиоз
симбионт
грибы
лишайники
Цианобактерии
Водные папоротники
азолло
Клубеньковые покрытосеменные
клубеньки бобовых
бактерии (ризобии) растения
Актиномицеты покрытосеменные
клубеньки ольхи и др.
Растения
Многие свободноживущие азотофиксирующие микроорганизмы
интенсивнее всего развиваются в зоне ризосферы корней растений и на их
поверхности, то есть там, где имеется экзосмос органических веществ.
19
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Биология./ Соколова Н. П., Андреева И. И. и др. – М.: Высшая
школа, 1987
2. Емцев, В. Т. Микробиология: учебник для вузов. / В. Т. Емцев,
Е. Н. Мишустин. – М.: Дрофа, 2005.
3. Мишустин Е. Н., Емцев, В. Т. Микробиология. – М.:
Агропромиздат, 1987
4. Нетрусов А. М. Микробиология: учебник для вузов. – М.:
«Академия», 2006
5. Промышленная микробиология: учеб. пособие для вузов. /
Аркадьева З. А., Безбородов А. М., Блохина И. Н. и др.; Под ред.
Егорова Н. С. – М.: Высшая школа, 1989
20