CC BY
94
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
СОЗДАНИЕ КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ФЕРМЕНТАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ПТИЦЕФАБРИК И
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ Аюпова А.Ж.1, Хасенова Э.Ж.2, Сембаева Д.Ж.3, Молдагулова Н.Б.4, Дуамбеков М.С.5 Email: Ayupova1152@scientifictext.ru
1Аюпова Айгуль Жанаевна - магистр, старший научный сотрудник; 2Хасенова Эльмира Жексембаевна - магистр, старший научный сотрудник; 3Сембаева Динара Жакантайкызы - научный сотрудник; 4Молдагулова Назира Балтабаевна - кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник; 5Дуамбеков Мусагали Сарсембаевич - доктор технических наук, главный научный сотрудник, учреждение «Международная академия экологии», г. Астана, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приведены результаты отбора и создания консорциума эффективных микроорганизмов для ферментации органических отходов птицефабрик и животноводческих ферм. По визуальному и органолептическому анализу смешанного куриного помета и коровьего навоза, отобран наиболее эффективный консорциум микроорганизмов. Установлено, что на 15 сутки наилучшие результаты по снижению специфического запаха и длительности ферментации органических отходов были установлены при использовании консорциума № 1, состоящего из 15 культур микроорганизмов.
Ключевые слова: микроорганизмы, органические отходы, животноводческие отходы, птичий помет, ферментация.
CREATION OF A CONSORTIUM OF MICROORGANISMS FOR THE FERMENTATION OF ORGANIC WASTE FROM POULTRY FARMS AND LIVESTOCK FARMS
1 2 3
Ayupova A.Zh.1, Khasenova E.Zh.2, Sembayeva D.Zh.3,
Moldagulova N.B.4, Duambekov M.S.5
1Ayupova Aigul Zhanaevna - Master, Senior Researcher; 2Khasenova Elmira Zheksembaevna - Master, Senior Researcher; 3Sembayeva Dinara Zhakantaykyzy - Researcher; 4Moldagulova Nazira Baltabaevna - Candidate of Veterinary Science, Leading Researcher; 5Duambekov Musagali Sarsembayevich - Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher; ESTABLISHMENT "INTERNATIONAL ACADEMY OF ECOLOGY", ASTANA, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents the results of the selection and creation of a consortium of effective microorganisms for the fermentation of organic waste from poultry farms and livestock farms. By visual and organoleptic analysis of mixed chicken manure and cow manure, selected the most effective consortium of microorganisms. It was established that on day 15 the best results for reducing the specific odor and duration of fermentation of organic waste were established using consortium № 1, consisting of 15 cultures of microorganisms.
Keywords: microorganisms, organic waste, animal waste, bird droppings, fermentation.
УДК 631.58
Навоз, птичий помет являются основными истониками получения органических удобрений. Используя данные виды отходов для производства органических удобрений для сельского хозяйства решаются одновременно многие проблемы.
Во многих странах мира, в том числе и в Казахстане интенсивно развивается животноводство. В свою очередь развитие животноводства в стране привело к накоплению огромного количества отходов вблизи птицефабрик и животноводческих ферм, влияющих на экологическое состояние страны. Эти отходы оказывают сильное негативное влияние на экологическую среду, они являются благоприятной средой для роста и развития многих патогенных микроорганизмов, кроме того, в процессе их разложения выделяются ядовитые вещества - метан, сероводород, аммиак и другие соединения. Накапливающиеся с каждым годом отходы животноводства грозят не только экологии, но и экономике страны [1]. Создание крупных птицеводческих хозяйств и перевод птицеводства на промышленную основу также вызывает значительные нарушения экологического равновесия, загрязнение окружающей среды, в том числе воздушного пространства и территорий хозяйства и прилегающего района.
Поэтому существуют проблемы утилизации огромного количества навоза КРС и птичьего помета, которые стихийно разбрасываются на поля или сжигаются. Чтобы справиться со всем объемом образующихся отходов, нужна промышленная безотходная, экологически чистая технология.
Учитывая, что экскременты животных и птиц в своем составе содержат большое количество опасных веществ и то, что они загрязняют окружающую среду, возникает необходимость утилизировать их экологически безопасным путем. Для утилизации таких отходов в разных странах применяются различные методы: сжигание, компостирование, вирмикомпостирование, ферментация [2, 3].
Ферментация навоза и птичьего помета является одним из методов биоконверсии органических отходов, с помощью которого можно получить экологически чистое эффективное удобрение. Этот способ переработки отходов выгодно отличается от других способов небольшими капиталовложениями и низким энергопотреблением.
В связи с вышеизложенным целью работы является создание консорциума на основе эффективных микроорганизмов для получения органоминеральных удобрений из отходов птицефабрик и ферм КРС.
Из проб птичьего помета и навоза крупного рогатого скота выделено и отобрано 15 культур микроорганизмов, 13 из которых бактерии и 2 культуры - дрожжи. Скрининг культур проводили по способности нейтрализовать неприятные запахи помета и навоза, а также по способности в процессе роста повышать температуру органических веществ.
Идентификацию выделенных изолятов проводили на основании данных микроскопии, морфологии клеток, изучения биохимической активности и культуральных свойств. По данным биохимической идентификации выделенные изоляты были отнесены к следующим родам: Pediococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Bacillus.
Однако, приведенный набор морфолого-биохических признаков был недостаточен для установления таксономического статуса исследуемых бактерий. Для определения видового разнообразия бактерий нами была проведена генетическая идентификация методом определения прямой нуклеотидной последовательности фрагмента 16SrRNArera, с последующим определением нуклеотидной идентичности с последовательностями, депонированными в международной базе данных GeneBank.
Анализ нуклеотидных последовательностей. Нуклеотидные последовательности 16SrRNA гена 13 идентифицируемых штаммов были анализированы и объединены в общую последовательность в программном обеспечении SeqScape 2.6.0 (ApplideBiosystems). После чего были удалены концевые фрагменты (нуклеотидные последовательности праймеров, фрагменты, имеющие низкий показатель качества), что позволило нам получить нуклеотидную последовательность протяженностью 730 п.н., которые были идентифицированы в GeneBank по алгоритму BLAST. Результаты идентификации представлены в таблице 1.
Наименование штамма Идентифицированный вид Процент гомологии, %
КН2-8 Pediococcus acidilactici 100
СН3-28 Pediococcus pentosaceus 99
СН3-4 Enterococcus faecium 100
СН3-16 Lactobacillus acidophilus 100
П1-15 Pediococcus acidilactici 100
СН3-2 Lactobacillus fermentum 100
П1-8 Pediococcus pentosaceus 100
КН2-9 Enterococcus faecium 100
КП-1 Enterococcus faecium 99
КН2-7 Bacillus subtilis 100
СН3-27 Lactobacillus plantarum 100
П1-5 Bacillus coagulans 99
П1-7 Bacillus licheniformis 99
Данные таблицы 1 свидетельствуют, что гомология нуклеотидной последовательности идентифицированных культур составила на 99-100%. По результатам генетической идентификации 2 штамма идентифицированы как Pediococcus acidilactici, 2 - Pediococcus pentosaceus, 3 штамма - Enterococcus faecium. Далее по одному штамму Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus fermentum, Bacillus coagulans, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum и Bacillus licheniformis.
Кроме указанных молочнокислых бактерии выделены 2 вида дрожжей. Биохимическую идентификацию выделенных изолятов дрожжей проводили на бактериологическом анализаторе Vitek 2 Systems и с использованием карт Vitek 2 Yeast identificationcard (YST).
Идентификация на карте YST основана на стандартных биохимических методах с использованием разработанных субстратов, позволяющих оценить используемые источники азота и углерода, а так же ферментативную активность. Результаты биохимической идентификации показаны в таблице 2 и 3.
Таблица 2. Биохимическая идентификация изолята дрожжевой культуры Kluyveromyces marxianus
тест итог тест итог тест итог тест итог тест итог
d GALa + Lys A - d TURa - CITa - d MNEa +
GENa - TyrA - d TREa - GRTas - d MELa +
IMLTa - d GLUa + NO3a IPROa - d MLZa -
LACa + d RAFa + IARAa - 2 KGa - ISBEa -
MAdGa - ERYa - d GATa + NAGa - IRHAa -
d CELa - GLYLa - ESC - d GNTa - XLTa +
GGT - IGLTa + ARG - ISBEa - d SORa +
d MALa - BNAG - d XYLa + AGLU - SACa +
IPROa -- ARBa - LATa + ESC - URE -
NAGA 1 - AMYa - ACEa + GRTa - LeuA +
тест итог тест итог тест итог тест итог тест итог
d GALa + Lys A - d TURa - CITa - d MNEa +
GENa - TyrA - d TREa - GRTas - d MELa +
IMLTa - d GLUa + NO3a IPROa - d MLZa -
LACa - d RAFa + IARAa - 2 KGa - ISBEa -
MAdGa - ERYa - d GATa + NAGa - IRHAa -
d CELa - GLYLa - ESC - d GNTa - XLTa +
GGT - IGLTa + ARG - ISBEa - d SORa +
d MALa - BNAG - d XYLa + AGLU - SACa +
IPROa - ARBa - LATa + ESC - URE -
NAGA 1 - AMYa - ACEa + GRTa - LeuA +
В результате биохимической идентификации выделенные изоляты дрожжевых культур отнесены к роду Torulopsis kefir var.kumis КН2-1 и Kluyveromyces marxianus П1-13.
Далее для создания консорциумов микроорганизмов очень важно учитывать тип взаимоотношений между микроорганизмами, так как микроорганизмы в конкретных экологических условиях устанавливают между собой определенные взаимоотношения, характер которых зависит от физиологических особенностей и потребностей, совместно развивающихся культур микроорганизмов [4]. Также при совместном обитании микроорганизмы одного вида могут угнетать жизнедеятельность других микроорганизмов.
Антагонистические отношения выделенных штаммов проверяли методом перпендикулярных штрихов. Оценку биосовместимости бактериальных культур и дрожжей проводили путем совместного культивирования на плотной питательной среде МРС. При задержке роста одной культуры принято считать их несовместимыми. При условии биосовместимости исследуемых штаммов зоны роста сливались без образования четких границ.
Таким образом, при исследовании биосовместимости отобранных штаммов микроорганизмов, выделенных из различных отходов животноводства показало, что отобранные культуры П1-5, КН2-8, СН3-28, СН3-4, СН3-16, П1-15, П1-7, СН3-2, П1-8, П1-13, КН2-9, КП-1, КН2-1, КН2-7, СН3-27 не проявляют антагонистических отношений по отношению к друг другу. Определено, что для создания консорциумов микроорганизмов потенциально могут быть использованы все 15 отобранных культур.
Штаммы, отобранные для составления консорциумов, продуцируют особые виды полезных ферментов такие, как липаза для расщепления жира, протеаза для расщепления протеинов и амилаза для расщепления крахмала, кроме того, данные культуры обладают высокой антимикробной активностью. Далее на их основе составлено 2 консорциума микроорганизмов: в 1 -й консорциум вошли 15 культур: 2 штамма - Pediococcus acidilactici, 2 Pediococcus pentosaceus, 3 штамма - Enterococcus faecium. Далее по одному штамму Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus fermentum, Bacillus coagulans, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum, Bacillus licheniformis, Torulopsis kefir var.kumis и Kluyveromyces marxianus
2-ой консорциум составлен из 11 культур, в него вошли культуры относящейся к разной родовой и видовой принадлежности: Pediococcus acidilactici КН2-8, Pediococcus pentosaceus СН3-28, Enterococcus faecium КН2-9, Lactobacillus acidophilus СН3-16, Lactobacillus fermentum СН3-2, Bacillus coagulans П1-5, Bacillus subtilis КН2-7, Lactobacillus plantarum СН3-27 и Bacillus licheniformis П1-7, Torulopsis kefir var.kumis КН2-1 и Kluyveromyces marxianus П1-13.
Активность консорциумов определяли по способности к росту на животноводческих и птицеводческих отходах (куриный помет, навоз), а также по способности нейтрализовать неприятные запахи помета и навоза и по способности в процессе роста повышать температуру органических веществ. С этой целью на территории ИП «Садовый центр Астана» в селе Нуресиль, Акмолинской области были заложены мелкоделяночные опыты с применением консорциумов микроорганизмов. При использовании консорциумов предполагалось ускорение процесса ферментации органических отходов.
В лабораторных условиях были приготовлены по 10 мл каждого штамма в концентрации клеток 9,0 lg КОЕ/см3. Далее культуральные жидкости объединяли и разводили водой в соотношении 1:10, таким образом, получили готовый к внесению рабочий раствор культуральной жидкости.
Опыты со смешанным куриным пометом и коровьим навозом проводили в пластиковых ящиках (рисунок 1).
Рис. 1. Ферментация навоза с помощью консорциумов микроорганизмов
Смешанные в равной пропорции органические отходы (куриный помет, навоз) помещали в пластиковые ящики и предварительно увлажняли для быстрого старта вносимых бактерий. В качестве контроля служил необработанный навоз.
Затем готовым рабочим раствором проводили обработку делянок с помощью опрыскивателя, норма расхода рабочего раствора составила 1 л на 10 кг отходов.
В качестве дополнительных питательных элементов и для лучшего обеспечения доступа кислорода микроорганизмам в навоз добавляли органические компоненты в виде отрубей. Определяли начальную температуру и ежедневно в течение испытаний проводили контроль температуры в навозе. Одновременно проводили визуальное наблюдение за внешним видом делянок и определяли наличие запаха.
В ходе испытаний наблюдалось постепенное изменение цвета снижение специфического аммиачного запаха. Температура на 3 сутки в обработанных консорциумами микроорганизмов делянок составила на глубине от 40,1°С - 43,5°С. Ежедневно наблюдалось постепенное повышение температуры. Максимальная температура 45°С отмечена на 5 сутки проведения опыта. На 7 сутки температура в делянках, обработанных консорциумами
микроорганизмов составила от +52,1°С и +55,6°С соответственно, в этот период произведено первое рыхление отходов с целью активного удаления влаги.
Последующее рыхление проводилось на 15 сутки. Температура в этот период достигала +60°С и +65°С соответственно, при обработке обоими консорциумами. На 20 сутки наблюдалось постепенное изменение цвета навоза, отмечалось отсутствие неприятного запаха. Также масса навоза становилась более рыхлой.
Ферментация смеси навоза и птичьего помета при обработке консорциумом 1 составило 40 суток, а при обработке консорциумом 2 - 47 суток. К концу испытаний отходы в делянках представляли собой рассыпчатую массу от темно-коричневого до черного цвета, без специфического аммиачного запаха и других неприятных запахов. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4. Визуальный и органолептический анализ смешанного куриного помета и коровьего навоза, обработанный консорциумами микроорганизмов
Консорциумы начальная через 7 суток через 15 суток
запах t°C цвет запах t°C цвет запах t° C цвет
Контроль Р.с.а.з 30°С - Р.с.а.з 30°С - Р.с.а.з 25° С -
Консорциум №1 Р.с.а.з 30°С - И.з 55,6 °С + И.з 65° С +
Консорциум №2 Р.с.а.з 30°С - О.р.а.з 52,1 °С - И.з 60° С +
Примечание 1 - Р.с.а.з резкий, специфический аммиачный запах 2 - О.р.а.з ослабление резкого специфического запаха 3 - И.з. исчезновение запаха 4 - «+» наблюдается изменение цвета 5 - «-» нет изменения цвета
При внесении консорциума № 1 на 7 сутки ферментации резкий, специфический аммиачный запах исчез, а при внесении консорциума № 2 на этих же сроках наблюдали ослабление резкого специфического запаха. По визуальному и органолептическому анализу смешанного куриного помета и коровьего навоза, на 15 сутки установлено, что навоз после ферментации обоими консорциумами без специфического аммиачного запаха и других неприятных запахов.
Наилучшие результаты по снижению специфического запаха и длительности ферментирования были установлены при использовании консорциума № 1, состоящего из 15 культур микроорганизмов.
Таким образом, эффективность микробиологической ферментации органических отходов напрямую зависит от эффективности применяемых микроорганизмов, способных к ускорению процесса биоконверсии органических отходов. Отсутствие собственных отечественных разработок в данном направлении и накопившиеся многочисленные экологические проблемы диктуют необходимость разработки биопрепаратов на основе консорциумов микроорганизмов для ферментации органических отходов и получения на их основе удобрений для поддержания и повышения плодородия почвы.
Список литература /References
1. Капустин В.П., Уйменов А.В. Переработка отходов животноводства и птицеводства вопросы современной науки и практики // Университет им. В.И. Вернадского, 2007. Т. 2. № 4 (10). C. 23-26.
2. Новицкий А.А. ЭМ-технология в животноводстве - реалии и перспективы // Диагностика, профилактика и лечение болезней животных: сб. науч. тр. ИЭВСиДВ. ИВМ НГАУ. Новосибирск, 2008. С. 151-154.
3. Сухамера С.А. ЭМ-технология - биотехнология X X I века. // Сборник материалов по практическому применению препарата «Байкал ЭМ-1». Алматы, 2006. С. 6-15.
4. Егорова Н.С. Промышленная микробиология: учебное пособие / под ред. З.А. Аркадьева, А.М. Безбородов, И.Н. Блохина. М.: Высш.школа, 1989. С.20-29.
РАЗРАБОТКА ТЕСТ-СИСТЕМЫ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОЛЛИКУЛОСТИМУЛИРУЮЩЕГО ГОРМОНА СВИНЕЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ МЕТОДОМ ИММУНОФЕРМЕНТНОГО АНАЛИЗА
12 3
Матевосян К.Ш. , Степанова И.И. , Алексанкина В.В. , Алексанкин А.П.4, Козловский Ю.Е.5 Email: Matevosyan652@mail.ru
1Матевосян Каринэ Шагеновна - кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник;
2Степанова Ирина Ильдаровна - научный сотрудник;
3Алексанкина Валентина Викторовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник;
4Алексанкин Андрей Павлович - кандидат биологических наук, научный сотрудник, лаборатория патологии репродукции;
5Козловский Юрий Евгеньевич - кандидат биологических наук, заведующий лабораторией, лаборатория инфекционной патологии и молекулярной микроэкологии, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-иссследовательский институт морфологии человека, г. Москва
Аннотация: гормональные гонадотропные препараты широко применяются в животноводческой практике для регулирования воспроизводительной функции животных, коррекции функциональных расстройств репродуктивной системы, получения суперовуляции у самок-доноров, сокращения сервис-периода, что повышает рентабельность в условиях интенсивного животноводства. Одним из наиболее доступных и часто применяемых гонадотропинов гипофизарного происхождения является фолликулостимулирующий гормон (ФСГ, фоллитропин) свиньи. Физиологическая роль ФСГ заключается в регуляции функции половых желез. При этом он действует совместно с ЛГ и усиливает секрецию половыми железами эстрогенов и андрогенов, повышает чувствительность половых желез к ЛГ. У самок ФСГ стимулирует рост и созревание фолликулов в яичниках, а в последующем овуляцию и развитие желтых тел. У самцов ФСГ регулирует развитие и созревание сперматозоидов в семенниках. Определение концентрации ФСГ в крови животных может быть полезным при отборе высокопродуктивных особей маточного поголовья свиней. При регулировании воспроизводительной функции и синхронизации охоты сельскохозяйственных животных важно точно определять концентрацию вводимого препарата и проводить мониторинг его содержания в крови стимулируемых особей. Нами разработана тест-система для определения концентрации ФСГ свиньи в биологических жидкостях методом твердофазного иммуноферментного анализа по «сэндвич»-типу на основе оригинальных мышиных моноклональных антител против ФСГ свиньи. Антитела, использованные в тест-системе, являются видоспецифичными и не реагируют с другими гонадотропными гормонами, что обеспечивает высокую специфичность системы и точность получаемых результатов. Технические характеристики тест-системы являются
удовлетворительными: чувствительность не более 0,3 нг/мл, тесты на «открытие» и «линейность» в пределах 90-110%, коэффициент вариации для образцов с низкими,
