Целлюлозоразрушающих микроорганизмов

Цель работы: на практике ознакомиться с культуральными и морфологическими признаками выделенных целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

.

Наиболее распространенным углеродным соединением в природе является целлюлоза (клетчатка). Целлюлоза составляет от 15 до 60% массы растений, в хлопке и льне содержание целлюлозы достигает 80-95%.

Разложение целлюлозы микроорганизмами является самым большим по масштабам естественным деструкционным процессом, звеном круговорота углерода, обеспечивающего возврат фиксированного в процессе фотосинтеза углерода в атмосферу в виде СО₂.

Глобальная роль микроорганизмов в этом процессе определяется тем, что ни животные, ни растения, как правило, не способны разлагать целлюлозу. Трансформация целлюлозосодержащих соединений в природе происходит в разных условиях аэрации, температуры, рН среды.

В природе разложение целлюлозы - это сложный, комплексный процесс, происходящий при участии сообщества микроорганизмов, в состав которого входят микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, и микроорганизмы спутники, использующие продукты её распада.

Громадное количество клетчатки в виде растительных остатков и отходов попадает в почву и водоемы, где подвергаются биологическому расщеплению под действием ферментов анаэробных микроорганизмов.

Процесс этот происходит постепенно. Сначала клетчатка гидролизуется с образованием промежуточных продуктов целлобиозы и глюкозы. Конечными же продуктами анаэробного разложения клетчатки являются масляная, уксусная, янтарная, молочная и муравьиная кислоты, водород, углекислый газ, иногда спирт.

Возбудителями анаэробного разложения клетчатки являются микроорганизмы, относящиеся в своем большинстве к роду Clostridium. Clostridium cellulosae Omeljanskii – длинные, подвижные, грамотрицательные палочки. Расположены поодиночке или соединены в нити. Споры крупные, шаровидные, формируются на конце клетки. Гранулезу не образют.

Целлюлозолитические анаэробные микроорганизмы распространены повсеместно. Они всегда обнаруживаются в почвах, в воде, в иле прудов, а также в рубце жвачных животных. Целлюлозолитические микробы в рубце (Ruminococcus flavefaciens, Ruminobacter parvum, Bacteroides succinogenes и др.) расщепляют клетчатку до усвояемых животными форм (летучих жирных кислот). Кроме того, они синтезируют белок и витамины.

В отличие от процесса анаэробного разложения целлюлозы, который осуществляется только бактериями, в аэробных условиях клетчатку разлагают многие микроорганизмы разных систематических групп: бактерии, миксобактерии, актиномицеты, грибы.

В кислых лесных почвах главная роль в превращении целлюлозы принадлежит грибам (p. Trichoderma, p. Aspergillus, Penicillium и др., базидиальные грибы).

В почвах под травянистой растительностью, в степных и луговых ландшафтах вразложении целлюлозы помимо грибов участвуют миксобактерии, актиномицеты, вибрионы p. Cellvibrio.

Процесс аэробного разложения клетчатки – один из этапов превращения углерода в природе, а именно, процесс его минерализации и возвращения в атмосферу в виде углекислого газа.

Быстрота разложения целлюлозной части растительных остатков зависит от степени обеспечения почвы усвояемыми формами азота.

Схема аэробного разложения клетчатки

Общая схема аэробного разложения клетчатки такова: под влиянием комплекса ферментов происходит гидролиз целлюлозы до целлобиозы, которая под действием других ферментов переходит в глюкозу. Последняя при наличии кислорода окисляется в оксикислоты, которые окисляются уже до конечных продуктов с выделением свободной энергии. Образующиеся сахара и оксикислоты служат энергетическим материалом для группы азотфиксирующих микроорганизмов. При аэробном окислении клетчаки могут также образовываться уроновые кислоты, которые, соединяясь с белком, принимают непосредственное участие в образовании гумуса.