МОРФОЛОГО-ЦИТОЛОГіЧНі ЗМіНИ КЛіТИН ДРіЖДЖіВ ЗА НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

-□ □-

Вивчено особливостi цитологiчних змт дрiжджових клтин Saccharomyces cerevisiae, зумовлених дтю низьких температур. Результаты показали, що заморо-жування при -17°С i -50°С веде до частковог змти форми клтин, ушкодження клтинних оболонок, виходу клтинного матерiалу назовт, змт карюсом i зовнштх оболонок аскоспор дрiжджiв; деяк клтини зали-шаються неушкодженими i не зазнають суттевих змт

Ключовi слова: дрiжджi Saccharomyces cerevisiae, низьк температури, морфологiя,

цитологя

□-□

Изучены особенности цитологических изменений дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae в условиях низких температур. Результаты исследований показали, что замораживание при -17°С i -50°С ведет к частичному изменению форм клеток, повреждению клеточных оболочек, выходу клеточного материала, изменению кариосом и внешних оболочек аскоспор; некоторые клетки остаются неповрежденными без существенных изменений

Ключевые слова: дрожжи Saccharomyces cerevisiae, низкие температуры, морфология, цитология -□ □-

УДК 663.12/14

МОРФОЛОГО-ЦИТОЛОПЧШ ЗМ1НИ КЛ1ТИН ДР1ЖДЖ1В ЗА НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

Л.Я. Паляниця

Кандидат хiмiчних наук, доцент* Контактний тел.: (032) 258-26-81 E-mail: liubapal@ukr.net

Р. Б. Koci в

Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (032) 258-26-81 E-mail: r.kosiv@online.ua

Н.1. Березовська

Кандидат хiмiчних наук, доцент* Контактний тел.: (032) 258-26-81 E-mail: NBeresovska@gmail.com

Н.О. П а н ь к i в

Астрант*

Контактний тел.: (032) 258-26-81 E-mail: n.pankiv@i.ua

*Кафедра технологи оргашчних продуклв Нацюнальний ушверситет <^bBiBCb^ полЬехшка» вул. С.Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013

Вступ

Дрiжджi роду Saccharomyces знайшли широке ви-користання у харчовш промисловостi, зокрема у ви-робництвах продуктiв бродiння. Збереження морфо-лого-цитологiчних, культуральних i фiзiологiчних властивостей промислових штамiв дрiжджiв можна забезпечувати шляхом заморожування протягом пев-ного перюду часу. Крiоконсервування е перспектив-ним серед iнших способiв зберя-ання мiкроорганiзмiв. Ефективнiсть цього способу залежить вщ вибору ре-жимiв заморожування [1].

Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми

При охолодженнi в клииш вiдбуваються такi дискретнi явища: видалення води у виглядi льоду; концентрування розчинiв; зменшення об'ему клиини; осадження розчинених речовин [2].

Запропоновано декшька механiзмiв пошкодження клiтин мiкроорганiзмiв в умовах низьких температур. За одним з них висока концентращя електролиу, яка виникае в результат заморожування, впливае на лшЬ ди мембрани, порушуючи цiлiснiсть дрiжджовоí клии-ни. У результатi клiтини перенасичуються катiонами i п1ддаються осмотичному удару через надходження води шд час заморожування [3].

За шшим мехашзмом пошкодження дрiжджiв в1дбуваеться не вщ концентрацп електролiту, а через нездаттсть клiтин стискатися бiльше, нiж на 50 % вщ !хнього початкового об'ему. Це створюе змiнний градiент тиску на мембрану i збшьшуе 11 проникнiсть [4].

Досл1дники [5] вважають, що висока внутршньо-клиинна концентрацiя солей веде до пошкодження бшюв у результатi змiни показника рН всередиш клi-тини.

Бiльшiсть дослщжень п1дтверджують, що основнi об'екти пошкодження клиин внасл1док заморожування - мембрани. Це зумовлюе мембранно-опосередко-ват процеси окислювального фосфорилювання, а не втрату активностi розчинних ферментiв [3].

ciB Н.1.

ё

iB,

Мета i завдання дослщження

Метою роботи було дослщження морфолого-цитологiчнi змши клiтин дрiжджiв Saccharomyces cerevisiae в умовах низьких температур.

Експериментальш дат та !х обробка

Об'ектами дослщжень були: дводобова культура дрiжджiв виду Saccharomyces cerevisiae, вирощена у солодовому су^ з товарних хлiбопекарських дрiжджiв (ВАТ «Ензим»); культура у виглядi спор цих же дрiж-джiв пiсля 14-добового вирощування на середовищд Городково!.

Бiомасу др iжджiв заморожували у камер i НС-280/75 (Feigaca, Чехiя) при -2 ± 0,5 0С, -17 ± 1 0С, -50 ± 2 0С протягом 3 год. Вiдтанення здшснювали при кiмнатнiй температурi.

Морфологiю клггин дрiжджiв дослiджували у препаратах з прижиттевим забарвленням метиленовим сишм за допомогою свiтлового мiкроскопа ХS-5510 (Optics&Electronics).

Дослiдження цитологах клiтин сахаромщепв здiйснювали за допомогою електронного трансмiсiйного мiкроскопа ПЕМ-100. Для цього клгтини дрiжджiв фiксували в 1,5 %-му водному розчиш КМПО4 при шмнатнш температур i протягом 20 хв, промивали к iлька разiв водою та обезводнювали в розчинах етилового спирту при поступовому збшьшенш його концентраци: 30, 50, 70, 90 % об. та абсолютному. Шсля зневод-нення зразок помiшали в епоксидну смолу Епоп-812 та пол iмеризували протягом 48 год при температур i 60оС. Зрiзи готували на ультрамiкротомi УМТП-6М та кон-трастували солями свинцю за Рейнольдсом.

Результати мжроскопування препаратiв дрiжджо-вих клгтин з прижиттевим забарвленням метиленовим сишм показали, що кшькють забарвлених клгтин пiсля заморожування зростае у порiвняннi з контрольним зразком (рис. 1). Це шдтверджуе збiльшення проник-ностi клiтинних мембран дрiжджiв шд впливом низь-ких температур.

Дослiдження морфологiчних змш клiтин дрiжджiв пiсля заморожування показали, що форма клгтин май-же не змшювалася при -2 0С i ставала бiльш видовже-ною при -17 0С (рис. 1, 2). При таких температурах не спостериали руйнування клгтинних стiнок i виходу клiтинного матерiалу назовнi.

Морфолого-цитолопчш спостереження виявили, що в деяких клгтинах вiдбувалися змiни окремих ор-ганел у порiвняннi з контрольним зразком (рис. 3), зокрема форми та щлюносп вакуолей (рис. 4 б), форми ядра (рис. 4 в), цЫсност ядерних оболонок (рис. 4г).

Дослщження цитолопчних особливостей клгтин дрiжджiв пiсля заморожування при -50 0С показали, що заморожування за таких умов призводить в окре-мих клiтинах до розриву клгтинно! стiнки (рис. 4 а) та виходу у середовище клгтинного матерiалу, який локалiзуеться на поверхш зовшшньо! оболонки клiтин (рис. 4 б).

Також зазнавала змш зовшшня оболонка аскоспор дрiжджiв у порiвняннi з контрольним зразком (рис. 5).

Проте, варто зазначити, що вищевказаш змши у морфологи та цитологи клгтин спостериали лише в

окремих клгтинах. Деяк клiтини залишалися навiть пiсля заморожування при -50 0С майже незмшними (рис. 4д, 5в). Результати дослщжень морфолого-цитологiчних особливостей аскоспор дрiжджiв показали !х бiльшу стшгасть до низьких температур, оскiльки значно менше клiтин зi спорами зазнавали змш шсля заморожування.

б

Рис. 1. Мкроскопування препара^в з прижиттевим забарвленням метиленовим сишм дрiжджових ^тин: а - вихiдноT культури (контрольний зразок); б - тсля заморожування при -17 0С (х 624)

б

Рис. 2. Мкроскопування препаратiв живих ^тин пiсля заморожування: а) при —2 0С, б) при -17 0С (х 624)

Рис. 3. Мкроскопування клiтин дрiжджiв контрольного зразка(х 10 000)

Висновки

Отримаш результати дають можливiсть зробити таи висновки:

- у дослщжуваному дiапазонi низьких температур -2, -17 i -50 0С е можливим заморожування дрiжджiв зi збереженням морфолого-цитологiчних властивостей клгтин,

- виявлено, що кращою крiостiйкiстю у процесi заморожування володшть спори дрiжджiв у порiвняннi з вегетативними клiтинами.

а

а

Рис. 5. 1^кроскопування аскоспор дрiжджiв: а — до замо-рожування (контрольний зразок), б i в - тсля заморожу-вання при -50 0С (х 10 000)

Лггература

Сакун, О.В. Механiзми крiопошкодження дрiжджо-вих грибiв Saccharomyces cerevisiae при заморожуван-hí у водному розчиш димегилсульфоксиду з постш-ною швидюстю у контейнерах цилшдрично! форми // Проблемы криобиологии. - 2010. - Т.20, № 1. - С. 59-65. Кульп, К. Производство изделий из замороженого теста: пер. с англ. / К.Кульп, К. Лоренц, Ю. Брюммер; под общ. ред. И.В. Матвеевой. - СПб.: Профессия, 2005. - 288 с.

Цуцаева, А.А. Криобиология и биотехнология / А.А. Цуцаева, В.Г. Попов, К.М. Сытник. - Киев: Наук. думка, 1987. - 216 с.

Кашнер, Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях / Д. Кашнер. - М.: Мир, 1981. - 521 с. Borst-Pauwels G.W.H. Ion transport in yeast // Biohcim. Et biophis. Acta. - 1981. - 650, № 2. - P. 88-127.

Рис. 4. Мкроскопування ^тин дрiжджiв тсля заморожу-вання при -50 0С (х 10 000)

а

а

б

б

в

в

г

д

Abstract

Yeast Saccharomyces is widely used in food industry, in particular at fermentation products production. The preservation of yeast taxonomical and technological characteristics is important and may be carried out by different methods, among which cryopreservation is the most prospective. Thus, the target of the research was to study the morphological and cytological changes of yeast cells at low temperatures applying light and electron microscopes according to the standard procedure. The results show that freezing at -17 оС and -50оС results in partial modification of the cell's form, damage of the cell membrane, outlet of cell material, modification of karyosomes and external membranes of yeast ascospores. Some cells remain undamaged and do not undergo essential changes. Yeast spores are more resistant to the cryopreservation in comparison with vegetative cells. The results obtained may be used in food industry and biotechnology when choosing the optimal modes of cryopreservation of industrial cultures of yeast

Key words: yeast Saccharomyces cerevisiae, low temperatures, morphology, cytology