- •Кузьмина Наталья Александровна
- •Раздел 1. Промышленная биотехнология
- •Раздел 2. Культуры растительных клеток
- •Раздел 3. Культуры животных клеток и тканей
- •Раздел 4. Генетическая инженерия
- •Промышленная биотехнология Основные направления биотехнологии
- •Основные типы биопроцессов Производство биомассы
- •Получение спиртов и полиолов
- •Производство вторичных метаболитов
- •Микробные биотрансформации
- •Производство ферментов
- •Аминокислоты,органические кислоты, витамины и другие биопродукты
- •Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов
- •Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции Бактерии и цианобактерии
- •Простейшие
- •Водоросли
- •Растения
- •Перспективы развития биотехнологии
- •Стадии биотехнологического производства
- •Технология приготовления питательных сред для биосинтеза
- •Поддержание чистой культуры и получение засевной дозы
- •Ферментация
- •Общие принципы разделения веществ
- •Методы тонкой очистки и разделения препаратов
- •Основные принципы промышленного осуществления биотехнологических процессов Получение товарных форм препаратов
- •Продуценты белка
- •Субстраты для получения белка
- •Технология получения микробных липидов
- •Технология ферментных препаратов Ферменты, получаемые промышленным способом, их применение
- •Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Биотехнология препаратов для сельского хозяйства Бактериальные энтомопатогенные препараты
- •Ехнология получения грибных энтомопатогенных препаратов
- •Технология получения вирусных энтомопатогенных препаратов
- •Технология производства бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактрий
- •Бактериальные удобрения. Технология получения азотобактерина
- •Бактериальные удобрения. Технология получения фосфобактерина
- •Антибиотики для сельского хозяйства
- •Иммобилизованные ферменты Общая характеристика
- •Иммобилизованные ферменты Носители для иммобилизованных ферментов
- •Методы иммобилизации ферментов
- •Применение иммобилизованных ферментов
- •Иммобилизованные клетки микроорганизмов
- •Биотехнология и экологические проблемы Биодеградация ксенобиотиков
- •Общие принципы очистки сточных вод: аэробные системы очистки
- •Общие принципы очистки сточных вод: анаэробные системы очистки
- •Показатели загрязненности сточных вод
- •Промышленная биотехнология Литература к разделу
Бактериальные удобрения. Технология получения фосфобактерина
Фосфобактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus megaterium var. phosphaticum. Представляет собой порошок светло-серого или желтоватого цвета.
Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и т.д.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты в доступную для растений форму. Кроме этого бактерии вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновую и никотиновую кислоты и др.), стимулирующие рост растения. Фосфобактерин относится к числу препаратов со стимулирующим эффектом.
Bacillus megaterium var. phosphaticum представляют собой мелкие, грамположительные аэробные спорообразующие палочки размером 2*6 мкм. Клетки содержат значительное количество соединений фосфора. В ранней стадии развития это подвижные одиночные палочки, при старении образуют эндоспоры, локализующиеся в одном из концов клетки. В силу вышеизложенного технология выращивания сводится к получению спор.
В целом производство фосфобактерина похоже на производство азотобактерина и препаратов клубеньковых бактерий. Состав питательной среды в процентах: кукурузный экстракт -1.8, меласса - 1.5, сульфат аммония - 0.1, мел - 1, остальное - вода. Культивирование ведется глубинным методом в строго асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образования спор. Основные параметры проведения процесса: температура 28-30оС, рН 6.5-7.5, длительность культивирования 1.5-2 суток.
Полученную в ходе культивирования биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при температуре 65-75оС до остаточной влажности 2-3%. Высушенные споры смешивают с наполнителем. Готовый препарат должен содержать не менее 8 млрд. клеток в 1 г. Расфасовывают препарат в полиэтиленовые пакеты по 50-500 г. В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфобактерин обладает большей устойчивостью при хранении.
Фосфобактерин рекомендуют применять на черноземных почвах, которые содержат наиболее значительное количество фосфороорганических соединений. Необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и др. сельскохозяйственных растений. Семена обрабатывают смесью сухого фосфобактерина с наполнителем (золой, почвой и др.) в соотношении 1:40. На 1 гектарную порцию требуется 5 г препарата и 200 г наполнителя. Клубни картофеля равномерно увлажняют суспензией спор, приготовленной из расчета 15 г препарата на 15 л воды. Урожай при этом повышается на 10%.
Антибиотики для сельского хозяйства
Антибиотики применяют в нескольких целях:
- для борьбы с болезнями животных;
- для борьбы с болезнями растений;
- как стимуляторы роста животных;
- при консервировании продуктов;
- в научных исследованиях (в области биохимии, молекулярной биологии, генетике, онкологии).
Современное определение термина "антибиотик" принадлежит М.М.Шемякину и А.С.Хохлову (1961), которые предложили считать антибиотическими веществами все продукты обмена любых организмов, способные избирательно убивать или подавлять рост и развитие микроорганизмов.
Полная химическая структура установлена только для трети антибиотиков, а может быть получена химическим путем лишь половина из них. Синтез микроорганизмами антибиотиков - одна из форм проявления антагонизма, связан с определенным характером обмена веществ, возникшим и закрепленным в ходе эволюции. Воздействуя на постороннюю микробную клетку, антибиотик вызывает нарушения в её развитии. Некоторые антибиотики способны подавлять синтез оболочки бактериальной клетки в период размножения, другие изменяют проницаемость цитоплазматической мембраны, некоторые ингибируют реакции обмена веществ. Механизм действия антибиотиков выявлен не полностью.
В течение многих лет антибиотики используют как стимуляторы роста сельскохозяйственных животных и птицы, как средства борьбы с заболеваниями растений и посторонней микрофлорой в ряде бродильных производств, как консерванты пищевых продуктов. Механизм стимулирующего действия антибиотиков также не до конца выяснен. Предполагают, что стимулирующий эффект низких концентраций антибиотиков на организм животного связан с двумя факторами:
- воздействие на микрофлору кишечника ,
- непосредственное влияние на организм животного.
В первом случае антибиотики снижают число вредных и увеличивают количество полезных для организма микроорганизмов. Во втором случае - снижают рН содержимого кишечника, уменьшают поверхностное натяжение клеток организма, что способствует ускорению их деления. Кроме того, антибиотики увеличивают количество ростовых гормонов, приспособляемость организма к неблагоприятным условиям и т.д. Кормовые антибиотики применяют в виде неочищенных препаратов, представляющих собой высушенную массу продуцента, содержащую помимо антибиотика аминокислоты, ферменты, витамина группы В и другие биологически активные вещества.
Все производимые кормовые антибиотики: а) не используются в терапевтических целях и не вызывают перекрестной резистентности бактерий к антибиотикам, применяемым в медицина; б) практически не всасываются в кровь из пищеварительного тракта; в) не меняют своей структуры в организме; г) не обладают антигенной природой, способствующей возникновению аллергии.
В настоящее время выпускаются несколько видов кормовых антибиотиков: препараты на основе хлортетрациклина (биовит, кормовой биомицин), бацитрацин, гризин, гигромицин Б и др. Из этих препаратов только бацитрацин представляет собой высушенную культуральную жидкость, полученную в результате глубинного выращивания Bacilus licheniformis. Остальные антибиотики являются продуктами жизнедеятельности разных видов Actinomyces.
Антибиотики используют и как средство борьбы с различными фитопатогенами. Воздействие антибиотика сводится к замедлению роста и гибели фитопатогенных микроорганизмов, содержащихся в семенах и вегетативных органах растений. К таким антибиотикам относятся фитобактериомицин, трихотецин, полимицин.
Применение антибиотиков в пищевой промышленности позволяет снизить длительность термообработки продуктов питания при их консервировании. Используемые антибиотики воздействуют на клостридиальные и термофильные бактерии, устойчивые к нагреванию. Наиболее эффективным признан низин, который практически не токсичен для человека и позволяет вдвое снизить время термообработки.
В заключение хотелось бы отметить, что в настоящем пособии не рассмотрены промышленные производства всех веществ, получаемых с помощью биотехнологии. Однако получить представление об основных принципах организации и осуществления биотехнологических процессов при производстве первичных и вторичных метаболитов, а также жизнеспособных микроорганизмов можно, думается, и из приведенного выше материала. Кроме того, рассмотренные примеры могут быть использованы в той или иной форме при изложении материала на уроках биологии.