Подбор оптимальной питательной среды для гомогенного, периодического культивирования Azotobacter chroococcum - Статья

Санкт-Петербургского национальный исследовательского университета информационных технологий, механики и оптикиВ сельском хозяйстве остро стоит вопрос продуктивности сельскохозяйственных культур, существует множество разнообразных удобрений для увеличения плодородия почвы или для повышения ее выработки. Большинство этих удобрений просто вносят в почву необходимые для растений элементы питания или усиливают отдачу этих элементов от почвы. Тем самым либо изменяя качественный и количественный состав почвы, так как внесенные элемент не полностью потребляются растениями и накапливаются. Одним из представителей биоудобрений являются препараты на основе бактерий вида Azotobacter chroococcum, этот вид способен переводить молекулярный азот, содержащийся в атмосфере в растворимую, доступную для растений форму. Бактерии рода Azotobacter практически не вступают в антагонистические отношения в другими обитателями почвы, тем самым не нарушая почвенную биоту и, одновременно с этим, фиксация происходит лишь небольшого количества азота, что не привод к накоплению азота в почве (Прохоров, 1969).Среда №4 отличается повышенным содержанием K2HPO4 в 45 раз, данная среда была найдена в интернете в качестве запатентованной для культивирования Azotobacter chroococcum. Согласно описанию патента повышение концентрации K2HPO4 от 20 до 100 раз по сравнению со средой №3 дает повышенную скорость роста и достаточно высокие титры. Среда №5 отличается повышенным содержанием K2HPO4 в 10 раз, данная среда была нами выбрана в связи с неудачным опытом со средой №4, в которой содержание K2HPO4 рекомендовалось увеличить в 20-100 раз. Согласно описанию патента повышение концентрации K2HPO4 от 20 до 100 раз по сравнению со средой №3 дает повышенную скорость роста и достаточно высокие титры. Если сравнить среду №5 со средой №4, то снижение концентрации K2HPO4оказывает заметное положительное влияние на рост Azotobacter chroococcum штамм №1.Можно результировать, что использование маннита в качестве источника углерода для выращивания Azotobacter chroococcum при глубинном периодическом культивировании является оптимальным, поскольку для большинства посторонних микроорганизмов он не может служить источником углерода, а азотобактером усваивается даже лучше, чем сахароза или меласса.

Рис. 1 - Зависимость количества колониеобразующих единиц на миллилитр среды от среды

На рисунке 1 представлены различия в титрах КОЕ/мл в каждой из представленных сред через 120 часов культивирования при 150 оборотах в минуту мешалки, количестве подаваемого воздуха 5 литров воздуха на 7 литров среды, температура 28 градусов по Цельсию.

Было проведено сравнение сред №3 и №4. Среда №4 отличается повышенным содержанием K2HPO4 в 45 раз, данная среда была найдена в интернете в качестве запатентованной для культивирования Azotobacter chroococcum. Согласно описанию патента повышение концентрации K2HPO4 от 20 до 100 раз по сравнению со средой №3 дает повышенную скорость роста и достаточно высокие титры.

Согласно данным диаграммы 1 повышенное содержание K2HPO4 ингибирует рост Azotobacter chroococcum штамм №1. Количество КОЕ в 1 миллилитре практически не изменилось с момента посева культуры по сравнению со средой №3.

Было проведено сравнение сред №3 и №5. Среда №5 отличается повышенным содержанием K2HPO4 в 10 раз, данная среда была нами выбрана в связи с неудачным опытом со средой №4, в которой содержание K2HPO4 рекомендовалось увеличить в 20-100 раз. Согласно описанию патента повышение концентрации K2HPO4 от 20 до 100 раз по сравнению со средой №3 дает повышенную скорость роста и достаточно высокие титры. Опыт проводился на 6 ферментерах, по 3 ферментера на каждую среду. В таблице представлены усредненные результаты титрации, что позволяет сделать вывод об их достоверности.

Если сравнить среду №5 со средой №4, то снижение концентрации K2HPO4оказывает заметное положительное влияние на рост Azotobacter chroococcum штамм №1.

Мы проводили сравнение среды №3 и среды №6. Среда №6 отличается тем, что в ней в качестве источника углерода используется меласса. Данная среда была выбрана в связи с рекомендациями в источниках литературы и сравнительной дешевизной. Опыт проводился на 6 ферментерах, по 3 ферментера на каждую среду. В таблице представлены усредненные результаты титрации, что позволяет сделать вывод об их достоверности.

Из диаграммы 1 можно увидеть, что среда №6 подходит для культивирования Azotobacter chroococcum. Дает не маленькие титры, по сравнению со средой №4 и №5, но более низкие по сравнению со средой №3. Ее использование также не удовлетворяет нашим требованиям к конечным титрам. Кроме того в производственных условиях возможно попадание в ферментер посторонней культуры, что приведет к ее развитию и порче препарата, так как мелассу в качестве источника углерода могут использовать многие микроорганизмы.

Было проведено сравнение сред №3 и №7. Среда №7 отличается тем, что в ней в качестве источника углерода используется сахароза. Данная среда была выбрана в связи с рекомендациями в источниках литературы и в качестве альтернативы использования маннита. Опыт проводился на 6 ферментерах, по 3 ферментера на каждую среду. В таблице представлены усредненные результаты титрации, что позволяет сделать вывод об их достоверности.

На диаграмме можно увидеть, что среда №7 также подходит для культивирования Azotobacter chroococcum. Азотобактер хорошо усваивает такой источник углерода как сахарозу, но использование маннита дает более высокие титры КОЕ.Можно результировать, что использование маннита в качестве источника углерода для выращивания Azotobacter chroococcum при глубинном периодическом культивировании является оптимальным, поскольку для большинства посторонних микроорганизмов он не может служить источником углерода, а азотобактером усваивается даже лучше, чем сахароза или меласса.

Увеличение количества K2HPO4 вопреки литературным данным не дает увеличения титров и скорости роста, а даже наоборот снижает, возможно, данная особенность культивирования применима не ко всем штаммам и не подходит для культивирования выбранного нами.

В результате проведенных опытов нами была подобрана оптимальная питательная среда, что дает возможность для производства бактериального удобрения, которое, согласно литературным данным, может повысить эффективность сельского хозяйства на 15-20% в отношении выращивания растительных культур.

1. Аристовская Т.В. Геохимическая деятельность микроорганизмов как фактор почвенного плодородия в условиях разных экосистем / Т.В. Аристовская // - Успехи микробологии, 1985. - вып. 20. - С. 154- 174.

2. Петенко А.И., Кощаев А.Г., Жолобова И.С., Сазонова Н.С. Биотехнология кормов и кормовых добавок. - Краснодар, 2011. - 454 с.

3. Азотобактер // Большая советская энциклопедия: в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.