Научная статья на тему 'Использование методов оптимизации питательных сред для выявления штаммов базидиомицетов, активно утилизирующих липиды'

Использование методов оптимизации питательных сред для выявления штаммов базидиомицетов, активно утилизирующих липиды Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
857
146
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БАЗИДИОМИЦЕТЫ / БИОМАССА МИЦЕЛИЯ / БИОТЕХНОЛОГИЯ / ОПТИМИЗАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД / ПОГРУЖЕННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ / СОЕВОЕ МАСЛО / УТИЛИЗАЦИЯ ЛИПИДОВ / BASIDIOMYCETES / BIOTECHNOLOGY / CULTURE MEDIA OPTIMIZATION / LIPIDS UTILIZATION / MYCELIA BIOMASS / SUBMERGED CULTIVATION / SOYBEAN OIL

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Барков А. В., Шуктуева М. И., Тиунов И. А., Винокуров В. А., Краснопольская Л. М.

Исследована способность 5 штаммов базидиальных грибов видов Hypsizygus ulmarius, Hypsizygus marmareus, Flammulina velutipes и Lyophyllum shimeji утилизировать липиды в условиях погруженного культивирования. При подборе компонентного состава питательных сред в качестве источников углерода использовали глюкозу, мелассу и соевое масло, а в качестве источников азота – пептон, кукурузный экстракт, дрожжевой экстракт и полуобезжиренную соевую муку. Для всех штаммов была выявлена склонность к увеличению выхода биомассы при культивировании на средах с соевым маслом и соевой мукой, содержащей 8% жира. В ходе работ по оптимизации состава питательных сред в ответ на увеличение концентрации этих двух компонентов были выявлены три штамма базидиомицетов, активно утилизирующие липиды, и разработан состав питательных сред для их культивирования. Описанный подход позволяет отбирать перспективные штаммы для разработки технологий утилизации липидов, производства липаз, получения мицелия съедобных и лекарственных грибов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Барков А. В., Шуктуева М. И., Тиунов И. А., Винокуров В. А., Краснопольская Л. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using the culture media optimization methods for detection of Basidiomycetes strains, actively utilizing lipids

The ability of five basidiomycetes strains Hypsizygus ulmarius, Hypsizygus marmaeus, Flammulina velutipes and Lyophyllum shimeji to utilize the lipids in submerged culture was explored. Selecting the substrate component composition glucose, molasses and soybean oil were used as carbon sources; and peptone, corn steep liquor, yeast extract and the semi-skimmed soy flour as nitrogen sources. The tendency to increase the biomass yield for all strains was found when substrate contained soy flour and soy oil (8% fat). During the work on optimizing the substrates composition in response to increasing concentrations of these two components. Thus, we have solved two problems at once: three strains of Basidiomycetes that actively dispose the lipids were identified, and composition of substrate for their cultivation was developed. The described approach allows to select promising strains for lipid recycling technologies developing, lipase production, obtained mycelium of edible and medicinal mushrooms

Текст научной работы на тему «Использование методов оптимизации питательных сред для выявления штаммов базидиомицетов, активно утилизирующих липиды»

УДК 579.66

А. В. Барков (с.н.с.)1, М. И. Шуктуева (м.н.с.)2, И. А. Тиунов (инж.)1, В. А. Винокуров (проф.)1 Л. М. Краснопольская (зав.лаб.)2

Использование методов оптимизации питательных сред для выявления штаммов базидиомицетов, активно утилизирующих липиды

1 Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, кафедра физической и коллоидной химии 119991, г. Москва, Ленинский пр., д. 65, корп. 1; тел. (499) 2339589, e-mail: guschin.p@mail.ru, setchemist@gmail.com 2Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе Российской академии медицинских наук, лаборатория биологически активных соединений 119021, Москва, ул. Б. Пироговская, д. 11; тел. (499) 2552391, e-mail: labbas@yandex.ru

A. V. Barkov1, M. I. Shuktueva2, I. A. Tiunov1, V. A. Vinokurov1, L. M. Krasnopol'skaya2

Using the culture media optimization methods for detection of Basidiomycetes strains, actively utilizing lipids

1 Gubkin Russian State University of Oil and Gas 65, Leninskii pr, 119991, Moscow, Russia; ph. +7 (499) 2339589, e-mail: guschin.p@mail.ru, setchemist@gmail.com 2Gauze Institute of New Antibiotics, Russian Academy of Medical Sciences Laboratory of biologically active compounds 11, ul. Bo'shaya Pirogovskaya, 119992, Moscow, Russia; ph. (499) 2552391, e-mail: labbas@yandex.ru

Исследована способность 5 штаммов базидиаль-ных грибов видов Hypsizygus и1тат1ив, Иурв1гудт таттатвш, ПаттиПпа ювЫИрвв и ЬуорИуНит shimeji утилизировать липиды в условиях погруженного культивирования. При подборе компонентного состава питательных сред в качестве источников углерода использовали глюкозу, мелассу и соевое масло, а в качестве источников азота — пептон, кукурузный экстракт, дрожжевой экстракт и полуобезжиренную соевую муку. Для всех штаммов была выявлена склонность к увеличению выхода биомассы при культивировании на средах с соевым маслом и соевой мукой, содержащей 8% жира. В ходе работ по оптимизации состава питательных сред в ответ на увеличение концентрации этих двух компонентов были выявлены три штамма базидиомицетов, активно утилизирующие липиды, и разработан состав питательных сред для их культивирования. Описанный подход позволяет отбирать перспективные штаммы для разработки технологий утилизации липидов, производства липаз, получения мицелия съедобных и лекарственных грибов.

Ключевые слова: базидиомицеты; биомасса мицелия; биотехнология; оптимизация питательных сред; погруженное культивирование; соевое масло; утилизация липидов.

Дата поступления 27.11.13

The ability of five basidiomycetes strains Hypsizygus ulmarius, Hypsizygus marmaeus, Flammulina velutipes and Lyophyllum shimeji to utilize the lipids in submerged culture was explored . Selecting the substrate component composition glucose, molasses and soybean oil were used as carbon sources; and peptone, corn steep liquor, yeast extract and the semi-skimmed soy flour as nitrogen sources. The tendency to increase the biomass yield for all strains was found when substrate contained soy flour and soy oil (8% fat). During the work on optimizing the substrates composition in response to increasing concentrations of these two components. Thus, we have solved two problems at once: three strains of Basidiomycetes that actively dispose the lipids were identified, and composition of substrate for their cultivation was developed. The described approach allows to select promising strains for lipid recycling technologies developing, lipase production, obtained mycelium of edible and medicinal mushrooms.

Key words: Basidiomycetes; biotechnology; culture media optimization; lipids utilization; mycelia biomass; submerged cultivation; soybean oil.

Одним из перспективных объектов биотехнологии являются базидиальные грибы. Эти организмы сочетают способность к синтезу различных коммерчески ценных продуктов и к утилизации широкого спектра питательных субстратов 1'2. Погруженное культивирование базидиомицетов обладает рядом преимуществ. По сравнению с твердофазным, погруженное культивирование позволяет сократить длительность процесса, оперативно корректировать состав питательной среды, получать значительный выход целевых продуктов. В связи с этим целью работы явилась разработка питательных сред для погруженного культивирования вегетативного мицелия съедобных и лекарственных базидиомицетов с использованием методов математического планирования.

Хотя экспериментально-статистический подход давно используется в биологических исследованиях, его применение ограничивалось, в основном, методами «пассивного» эксперимента, основанными на обработке информации, собранной в процессе естественного поведения объекта. Математические методы в этом случае привлекались лишь на последнем этапе исследования — при обработке результатов. В последнее время в экспериментальной микологии и биотехнологии широкое распространение получают методы статистического исследования многофакторных объектов, основанные на активном экспериментировании по заранее составленным программам 3.

В качестве основных математических методов, использование которых планируется на этапе разработки плана эксперимента, задающего условия проведения опытов, выбраны метод полного факторного эксперимента и метод крутого восхождения (Бокса Уилсона). При этом оценивается перспектива использования субстратов, содержащих липиды, в качестве основы для производственных питательных сред. Кроме того, штаммы, активно отзывающиеся повышением выхода биомассы в ответ на увеличение уровня липидов в питательной среде, могут представлять интерес с точки зрения разработки природоохранных технологий. Перспективность этого направления обусловлена последними разработками в области использования грибов для утилизации различных полютан-тов и техногенных отходов 4'5.

Экспериментальная часть

В ходе исследования использовали штаммы базидиомицетов Нур$1гудив и1тат1ив, Нур.пгудив таттатвив, ЬуорНуНит вМтв]1 и

два штамма ПаттиНиа юв1иИрвв из коллекции лаборатории биологически активных соединений ФГБУ «НИИНА им. Г. Ф. Гаузе» РАМН. Рабочие культуры грибов получали на скошенном глюкозо-картофельном агаре в биологических пробирках при температуре 26 0С в течение 3—5 сут. Хранили культуры при температуре 4 0С.

Для получения посевного материала во всех опытах использовали универсальную жидкую питательную среду следующего состава, г/л: глюкоза — 20; полуобезжиренная соевая мука (жирность 8%) — 10; КН2Р04 — 2.5; М^Б04х7Н20 — 0.25 6. Значение рН среды не корректировали. Среду разливали по 100 мл в качалочные колбы объемом 750 мл и стерилизовали автоклавированием в течение 30 мин при 121 0С. В качестве инокулята в колбы вносили фрагменты агаризованной среды с мицелием базидиомицетов из рабочих культур. Колбы культивировали на ротационной качалке при скорости вращения 200 об./мин и температуре 26 °С в течение 3 сут.

На первом этапе эксперимента изучали динамику накопления погруженной биомассы грибов на среде с неоптимизированным составом. Для этого использовали универсальную среду, состав которой приведен выше. По 10 мл посевного материала вносили в 100 мл стерильной среды и культивировали на ротационной качалке при скорости вращения 200 об./мин и температуре 28 оС в течение 8 сут. Чистоту погруженной культуры оценивали методом световой микроскопии при фазово-контраст-ной схеме освещения и инструментальном увеличении х400 — х1000. Критерием чистоты культуры служило наличие на гифах мицелия характерных для базидиальных грибов структур — пряжек. Каждые 24 ч отбирали пробы, отделяли вегетативный мицелий от культу-ральной жидкости фильтрованием через лавсановую ткань и сушили 18 ч при температуре 60 оС. Массу полученного воздушно-сухого мицелия с остаточной влажностью 5—7 % определяли взвешиванием. Описанная методика использовалась на всех этапах исследования.

На втором этапе изучали трофические потребности исследуемых культур, определяя качественный состав питательных сред для каждого из 5 штаммов, обеспечивающий максимальный выход биомассы в сроки культивирования, определенные на предыдущем этапе. Оставив без изменения минеральный фон универсальной среды и варьируя в ее составе источники углерода и азота, было получено 12 различных составов питательных сред. Матри-

Матрица варьирования источников углерода и азота в составе питательных сред

Таблица 1

Таблица 2

Уровни варьируемых факторов в полном факторном эксперименте

Источники азота Соевая мука 20 г/л Пептон 10 г/л Кукурузный экстракт 10 мл/л Дрожжевой экстракт 5г/л

Источники углерода Номер варианта питательной среды

Глюкоза20 г/л 1 2 3 4

Соевое масло 20 мл/л 5 6 7 8

Меласса 35 г/л 9 10 11 12

Обозначение Фактор Xmin Xmax Я, единица варьирования

X1 Соевое масло, мл/л 2 18 8

Х2 Соевая мука, г/л 2 18 8

Х3 КН2РО4, г/л 0.5 4.5 2

Х4 МдЭС^ЬЬО, г/л. 0.05 0.45 0.2

ца компоновки состава сред представлена в табл. 1. Такой подход позволяет при неизменности одного источника углерода, например глюкозы, реализовать все возможные комбинации источников азота в средах 1, 2, 3, 4 и в рамках той же экспериментальной серии, оставив без изменения источник азота, например пептон, проверить влияние на выход биомассы глюкозы, соевого масла и мелассы в средах 2, 6 и 10 соответственно.

На третьем этапе процесса оптимизации состава сред проводили полный факторный эксперимент (ПФЭ). В качестве базовой среды (среднего уровня) использовали среду, состав которой обеспечил максимальный выход биомассы для всех 5 штаммов на предыдущем этапе эксперимента: соевое масло — 10 мл/л, соевая мука — 10 г/л, КН2РО4 — 2.5 г/л, MgSO4x7H2O — 0.25 г/л. Устанавливали максимальный и минимальный уровни факторов путем увеличения или уменьшения базового уровня на равную величину (единицу варьирования Я). Уровни исследуемых факторов приведены в табл. 2.

Матрица планирования ПФЭ представлена в табл. 3. Общее число комбинаций варьирующих факторов в ПФЭ составляло 2 4. В соответствии с матрицей ПФЭ культивирование каждого штамма осуществлялось на 16 питательных средах различного состава. Длительность процесса культивирования каждого штамма грибов соответствовала срокам максимального накопления биомассы, определенным на первом этапе. Критерием оценки (Yu) служил выход воздушно-сухой биомассы 7. На основе результатов ПФЭ, используя программу Statistica 6.0 (StatSoft Inc.), выявляли факторы, оказывающие статистически значимое влияние на образование биомассы.

Таблица 3

Матрица планирования двухуровневого ПФЭ для четырех факторов

№ среды Варианты реализации факторов

X1 X2 X3 X4

1 - - - -

2 + - - -

3 - + - -

4 + + - -

5 - - + -

6 + - + -

7 - + + -

8 + + + -

9 - - - +

10 + - - +

11 - + - +

12 + + - +

13 - - + +

14 + - + +

15 - + + +

16 + + + +

«—» — реализация минимального уровня фактора, «+» — реализация максимального уровня фактора.

На четвертом этапе был поставлен опыт по методу крутого восхождения (Бокса Уилсо-на), в котором осуществлялось увеличение концентраций значимых факторов: соевого масла и соевой муки. Одновременное изменение концентраций значимых факторов осуществляли по алгоритму, рассчитанному точно в соответствии с величинами коэффициентов регрессии. Восхождение было начато от исходного состава среды 8. На заключительном пятом этапе изучали динамику накопления биомассы базидиальных грибов при погруженном культивировании на средах с оптимизированным составом.

Результаты и их обсуждение

Усредненные результаты трех серий опытов по изучению динамики накопления биомассы базидиомицетов на базовой среде представлены графически на рис. 1. Максимальное накопление биомассы И. и1татшв составляло 15.3 г/л на 3 сут культивирования, для И. таттатвив максимум в 9.6 г/л был отмечен на 7 сутки, биомасса штаммов 1 и 2 гриба Г. ювЫНрвв достигла на 7 сут выращивания максимального количества в 14.3 г/л и 14.1 г/л соответственно. 20 -■ 18 --

§ 14

0

1 12

К о « 10 к

| 8

К

и

3 6

о

* 4 2 0

2 3 4 5 6

Время культивирования, сутки

—О—И. иШагшэ ♦ И. тагтагеиэ —¿з— Р. хеЫиреэ 1

—*—Р. хеЫиреэ 2 Ж Ь. экте/г

женного культивирования. Группировка по источникам азота демонстрирует преимущество всех сред, в составе которых присутствует соевая мука. Наиболее высокие показатели в этой группе получены на среде с соевым маслом. Вариант группировки сред по источнику углерода представлен на рис. 3. Все среды, в состав которых входило соевое масло, обеспечили лучшие результаты по накоплению биомассы штамма 2 гриба Г. ювЫИрвв. При этом максимальный показатель концентрации биомассы среди сред этой группы получен на среде с соевой мукой.

й 25,0 й

I 20'0

Л 15.0

я

I ю.0

I 5,0

I 0,0

и

Соевая мука

□ Глюкоза Ш Соевое масло

Рис. 2. Влияние комбинаций источников углерода и азота на концентрацию биомассы (г/л) H. тагта-геш после 7 сут погруженного культивирования

Рис. 1. Динамика накопления биомассы мицелия базидиальных грибов на базовой питательной среде

Сроки максимального накопления биомассы приняли за оптимальную продолжительность культивирования для всех штаммов, кроме Ь. вН1тв]1. Вести культивирование этого базидиомицета дольше 4 сут было нецелесообразно из-за интенсивного пенообразования, обусловленного лизисом мицелия. Масса мицелия к этому времени составляла 15.2 г/л, что было меньше максимального результата, приходящегося на 5 сут культивирования, лишь на 0.2 г/л.

Результаты изучения трофических потребностей исследуемых базидиомицетов представлены в табл. 4. Использование матрицы варьирования состава питательных сред позволяет наглядно продемонстрировать в графическом представлении результаты эксперимента по влиянию различных комбинаций источников углерода и азота на накопление биомассы исследуемых штаммов базидиомицетов. На рис. 2 графически показано влияние варьирования источников углерода на концентрацию биомассы И. таттатвив после 7 сут погру-

Соевое масло

| □ Соевая мука Ш Пептон И Кукурузный экстракт И Дрожжевой экстракт |

Рис. 3. Влияние источников углерода на концентрацию биомассы Е. velutipes штамм 2 после 7 сут погруженного культивирования

Выявленная закономерность распространяется на результаты исследований всех 5 штаммов базидиомицетов: максимальный выход биомассы мицелия получен на средах с соевым маслом и полуобезжиренной соевой мукой. Самые высокие показатели концентрации биомассы получены для грибов вида Г. ювЫИрвв штамма 2 — 23.9 г/л и штамма 1 — 22.7 г/л. Близок к ним результат в 22.7 г/л при культивировании мицелия И. и1тапив. Самые низкие значения концентрации биомассы получены для И. таттатвив и Ь. вН1тв]1 — 17.1 г/л и 17.9 г/л соответственно.

Результаты двухуровневого ПФЭ для четырех факторов приведены в табл. 5. Сравне-

Таблица 4

Результаты изучения трофических потребностей исследуемых базидиомицетов

№ среды Н. и/твпив | Н. тагтатиБ | Г. че1иИрвв 1 | Г. че1иИрев 2 \ 1-. БЫтву

Выход биомассы, г/л

1 13.9 8.1 13.1 13.9 9.2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 10.7 5.9 8.0 10.8 5.3

3 8.7 4.7 8.9 11.0 3.9

4 8.9 4.1 7.0 10.0 4.4

5 19.8 17.1 22.7 23.9 17.9

6 15.9 14.6 18.1 20.3 10.8

7 13.4 11.1 17.9 18.3 8.3

8 15.1 13.2 16.4 18.9 11.7

9 11.7 8.2 18.9 19.3 10.9

10 7.0 6.4 12.1 16.5 7.9

11 10.5 2.8 12.0 14.0 5.3

12 10.8 1.7 13.6 16.1 7.4

Таблица 5

Результаты ПФЭ

№ среды Н. и1тапиз Н. тагтагеиэ Г. velutipes 1 Г. velutipes 2 1. shimeji

Уи Ь Уи Ь Уи Ь Уи Ь Уи Ь

1 3.8 11.46 2.55 9.72 4.5 13.9 4.3 12.41 4.4 11.88

2 7.4 4.21 9.20 4.68 11.8 5.49 12.5 5.35 7.5 4.13

3 10.4 5.68 5.99 4.03 11.4 5.39 8.9 5.04 10.2 5.63

4 23.0 0.21 18.69 0.13 25.9 0.31 23.9 0.38 23.4 0.48

5 3.8 0.06 2.91 0.16 4.7 0.10 4.0 -0.20 5.0 0.11

6 8.5 2.22 7.93 1.65 13.1 1.50 11.3 3.40 7.3 2.61

7 10.6 0.16 8.30 - 0.21 12.3 0.13 11.0 - 0.09 11.5 0.04

8 23.8 -0.05 20.97 0.01 26.7 - 0.09 25.0 - 0.21 24.9 0.13

9 3.8 0.02 2.68 0.25 4.4 0.00 4.1 0.30 4.9 0.14

10 7.4 0.15 8.70 - 2.51 12.1 0.11 8.3 0.16 6.9 - 0.09

11 10.8 -0.07 7.75 - 0.29 12.6 - 0.09 9.1 - 0.23 9.8 0.07

12 23.5 0.01 21.19 - 0.24 26.0 0.04 25.2 - 0.23 24.2 - 0.33

13 3.7 -0.04 2.67 0.027 4.5 - 0.11 4.1 - 0.24 4.6 - 0.21

14 7.8 0.03 8.95 - 0.61 13.0 - 0.15 10.4 0.41 9.4 -0. 04

15 11.1 -0.06 7.54 - 0.50 12.9 0.00 11.0 0.15 11.6 0.12

16 24.0 0.04 19.57 0.12 26.5 - 0.03 25.5 - 0.29 24.5 - 0.16

е |Ь > 0.45 |Ь > 0.36 |Ь > 0.30 |Ь > 0.30 |Ь > 0.50

т 3 7 7 7 4

Обозначения: Уи — выход воздушно-сухой биомассы г/л; bi — коэффициент регрессии; е — доверительный интервал; — продолжительность культивирования, сут.

ние коэффициентов регрессии, рассчитанных по результатам ПФЭ, с величиной доверительного интервала показало, что на 5% уровне значимости факторами, влияющими на процесс накопления биомассы всеми 5 базидио-мицетами, были соевое масло, соевая мука, а также их сочетание. Для штаммов 1 и 2 Г. ьеЫИрев к этим факторам добавлялся ди-гидрофосфат калия. Кроме того, было выявлено влияние сульфата магния на показатели выхода биомассы грибов Н. таттатеив и Г. velutipes штамм 1.

Концентрации соевой муки и растительного масла для всех изученных штаммов находились в лимитирующей области. Также в лимитирующей области была концентрация дигид-рофосфата калия (для штаммов 1 и 2 Г. velutipes), комбинации масла и муки с сульфатом магния (для штамма 2 Г. velutipes).

Концентрация дигидрофосфата калия в сочетании с мукой для Н. таттатеив находилась в ингибирующей области. При наличии в системе положительного взаимодействия между маслом и мукой, находящимися в лимитирующей области, с «несущественными» факторами — дигидрофосфатом калия и сульфатом магния — положительный эффект последних может быть усилен за счет повышения уровня соевого масла и муки в составе питательной среды. Следовательно, для достижения оптимальных соотношений источников питания в среде целесообразно повышать уровни соевого масла и соевой муки.

Правильность такого подхода была экспериментально подтверждена результатами опытов по методу крутого восхождения, приведенными в табл. 6. Необходимо отметить, что при использовании метода крутого восхожде-

ния строго формализованные этапы (реализация матрицы плана, расчет коэффициентов регрессии) сочетаются с принятием интуитивных решений. Эффективность оптимизации в значительной степени зависит от удачного выбора этих решений 3. Перед оптимизацией был проведен выбор основных уровней и шагов для крутого восхождения. Учитывалось, что использование небольших шагов приведет к неоправданному увеличению продолжительности эксперимента, а укрупнение шага повышает риск проскочить через оптимум. Поэтому в большинстве опытов величина шага уменьшалась по мере приближения к ожидаемой точке оптимума. Соотношение величин шагов для факторов Х1 и Х2, вычисленное в соответствии с величинами коэффициентов регрессии, оставалось неизменным. Для большинства исследуемых базидиомицетов оптимальные значения концентрации соевого масла и соевой муки в составе питательной среды были определены на шаге, обеспечивающем максимальный выход биомассы. Шаг, на котором наблюдалось снижение биомассы, становился заключительным в серии опытов. Самая продолжительная серия в 14 шагов была реализована для Н. и1тат1ш, который к 13 шагу накопил 32.6 г/л биомассы. Максимальный показатель Н. таттатвт составил 26.6 г/л на 7 шаге, а для штамма 2 Г ьвЫИрвв — 36.0 г/л на 12 шаге.

Для базидиомицетов Г. ьвЫИрвв штамм 1 и Ь. $Н1тв]1 критерием прекращения серии опытов стало наличие остатков неутилизиро-ванного масла и муки в среде после завершения процесса погруженного культивирования. Внесение избыточного количества питательного субстрата было признано нецелесообразным в контексте проводимого исследования. Поэтому оптимальным считали состав среды, соответствующий шагу 8 для штамма 1 Г. ьвЫИрвв, обеспечивший выход биомассы в 37.1 г/л и 6 шагу для Ь. $Н1тв]1 с показателем в 27.1 г/л.

Последующее ведение процессов погруженного культивирования базидиальных грибов на оптимизированных средах подтвердило положительное влияние повышения содержания соевого масла и муки в заданных пределах на динамику накопления биомассы. Результаты опытов графически представлены на рис. 4.

Активный прирост биомассы Н. и1тапт обусловил введение, начиная со вторых суток культивирования, дополнительных точек отбора проб, соответствующих 1/2 сут. Культивирование на среде, содержащей, кроме неизменного минерального фона, 24.0 мл/л соевого масла и 28.2 г/л полуобезжиренной соевой

муки, обеспечило уже на 3 сут культивирования средние показатели выхода биомассы в 31.7 г/л, близкие к результатам опытов по методу крутого восхождения.

Время культивирования, сутки

—О—И. Ытагшэ ♦ Н. тагтагвт —Ъ—Г. velutipes 1

—*—¥. \elutipes2 Ж Ь. shimeji

Рис. 4. Динамика накопления биомассы мицелия базидиальных грибов на средах оптимизированного состава

Самые высокие показатели выхода биомассы вегетативного мицелия в 35.2 г/л и 35.3 г/л были получены при культивировании штаммов 1 и 2 Г. ьвЫИрвв на средах, содержащих соответственно 26.0 мл/л масла и 26.0 г/л муки; 27.6 мл/л масла и 26.0 г/л муки. Биомасса штамма 1 Г. ьвЫИрвв достигла максимального показателя на 5 сут культивирования, а штамма 2 — на 6 сут.

Относительно невысокую динамику накопления биомассы продемонстрировали бази-диальные грибы Н. таттатвт и Ь. $Н1тв]1, которые не смогли преодолеть рубеж в 30 г/л. Показатели утилизации масла и муки в составе питательных сред для этих грибов также были невысоки и составили соответственно по 23.6 мл/л и 21.0 г/л для Н. таттатвт, по 18 мл/л и 21.2 г/л для Ь. $Н1тв]1.

Таким образом, осуществление оптимизации состава питательной среды для погруженного культивирования 5 штаммов базидиоми-цетов потребовало проведения нескольких этапов, каждый из которых приводил к последовательному увеличению выхода биомассы грибов. Разработанные методом математического планирования среды обеспечивали стабильность периодического процесса культиви-

Таблица 6

Результаты опытов по методу крутого восхождения

h H. ulmarius H. marmareus F. velutipes 1 F. velutipes 2 L. shimeji

X1 X2 Yu X1 X2 Yu X1 X2 Yu X1 X2 Yu X1 X2 Yu

0 10.0 10.0 13.3 10.0 10.0 12.6 10.0 10.0 14.9 10.0 10.0 13.9 10.0 10.0 15.3

1 11.0 11.3 14.1 12.4 12.0 14.2 12.0 12.0 17.9 12.2 12.0 16.7 12.0 12.8 18.3

2 12.0 12.6 16.2 14.8 14.0 16.0 14.0 14.0 19.9 14.4 14.0 19.8 14.0 15.6 21.0

3 13.0 13.9 18.6 17.0 16.0 18.6 16.0 16.0 23.0 16.6 16.0 22.6 15.0 17.0 22.9

4 14.0 15.2 20.8 19.4 18.0 21.4 18.0 18.0 25.7 18.8 18.0 25.6 16.0 18.4 23.8

5 15.0 16.5 21.9 20.8 19.0 22.1 20.0 20.0 29.1 19.9 19.0 27.2 17.0 19.8 25.7

6 16.0 17.8 22.2 22.2 20.0 24.3 22.0 22.0 31.1 21.0 20.0 28.7 18.0 21.2 27.1

7 17.0 19.1 23.5 23.6 21.0 26.6 24.0 24.0 33.8 22.1 21.0 30.7 19.0 22.6 29.1

8 18.0 20.4 24.7 25.0 22.0 23.5 26.0 26.0 37.1 23.2 22.0 31.3

9 19.0 21.7 25.0 28.0 28.0 38.9 24.3 23.0 32.0

10 20.0 23.0 25.5 25.4 24.0 32.7

11 21.0 24.3 25.9 26.5 25.0 33.2

12 22.0 25.6 26.5 27.6 26.0 36.0

13 23.0 26.9 32.6 28.7 27.0 35.7

14 24.0 28.2 30.0

I i 1 : 1.35 1.2 : 1 1 : 1 1.1 : 1 1 : 1.4

т 3 7 7 7 4

Обозначения: Х1 — содержание соевого масла, мл/л; Х2 — содержание соевой муки, г/л; Уы — выход воздушно-сухой биомассы г/л; к — номер шага; — пропорциональность шагов для факторов Х1 и Х2; — продолжительность культивирования, сут.

рования погруженного мицелия, что выражалось в воспроизводимости высоких выходов биомассы и сокращении длительности процесса в сравнении с результатами, полученными

при использовании универсальной неоптими-зированной среды. Выявлены три штамма грибов, активно утилизирующие липиды, принадлежащие к видам Н. ыШапыв и Г. ьвЫИрвв.

References

1. Lindequist U., Niedermeyer T.H J., Julich W.D. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2005. V.2, no.3.- P.285.

2. Wasser S.P. Applied Microbiology and Biotechnology. 2011. V.89, no.5. P.1323.

3. Lisenkov A. N. Matematicheskie metody planirovaniia mnogofaktornykh mediko-biologi-cheskikh eksperimentov [Mathematical methods of planning multifactorial biomedical experiments].-Moscow: Meditsina Publ., 1997. 343 p.

4. Reddy C.A. Current Opinion in Biotechnology. 1995. V.6, Is. 3. P.320.

5. Kulikova N. A., Kliain O. I., Stepanova E. V., Koroleva O. V. Prikladnaia biokhimiia i mikrobiologiia. V.47, no.6. P.619.

6. Avtonomova A. V., Leont'eva M. I., Isakova E. B., Belitskii I. V., Usov A. I., Bukhman V. M., Lapin A. A., Krasnopol'skaia L. M. Biotekhnologiia. 2008. No.2. P.23.

7. Maksimov V. N., Fedorov V. D. Primenenie metodov matematicheskogo planirovaniia eksperimenta [Application of mathematical experiment planning]. Moscow: Moscow state university Publ., 1969. 128 p.

8. Maksimov V. N. Mnogofaktornyi eksperiment v biologii [Multivariate experiment in biology]. Moscow: Moscow state university Publ., 1980. 280 p.

Исследование проводится в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на2007—2013 гг». Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (Государственный контракт от «16» октября 2013 г. № 14.515.11.0088).

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Литература

Lindequist U., Niedermeyer T.H J., Julich W.D. // Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine.- 2005.- V.2, №3.- P.285.

Wasser S.P. // Applied Microbiology and Biotechnology.- 2011.- V.89, №5.- P.1323.

Лисенков А. Н. Математические методы планирования многофакторных медико-биологических экспериментов.- М.: Медицина, 1997.343 с.

Reddy C.A. // Current Opinion in Biotechnology.- 1995.- V.6, Is. 3.- P.320. Куликова Н. А., Кляйн О. И., Степанова Е. В., Королева О. В. // Прикладная биохимия и микробиология.- Т.47, №6.- С.619.

Автономова А. В., Леонтьева М. И., Исакова Е. Б., Белицкий И. В., Усов А. И., Бухман В. М., Лапин А. А., Краснопольская Л. М. // Биотехнология. - 2008.- №2.- С.23. Максимов В. Н., Федоров В. Д. Применение методов математического планирования эксперимента.- М.: МГУ, 1969.- 128 с. Максимов В. Н. Многофакторный эксперимент в биологии.- М.: МГУ, 1980.- 280 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.