Способ предотвращения микробного разложения углеводных полимеров растительного происхождения в почвенных образцах

Способ предотвращения микробного разложения углеводных полимеров растительного происхождения в почвенных образцах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области почвоведения и сельского хозяйства. Целью изобретения является предотвращение загрязнения окружающей среды за счет исключения использования токсичных реагентов. Способ заключается в следующем. Готовят образец почвы, увлажняют его и вносят глюкозу в концентрации 1,0-3,0 мг/г почвы, инкубируют образец в течение недели и затем контролируют степень воздействия глюкозы . Об интенсивности разложения растительных материалов судят по уменьшению длины грибного мицелия, развивающегося на 7 сут на внесенном полимере - крахмале или целлофане , и по отсутствию зон гидролиза крахмала или целлофана, обнаруживаемых на 7 сут разложения с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также по уменьшению в скорости выделения двуокиси углерода при разложении крахмала или целлофана. Длительность действия глюкозы в почве регулируют высушиванием с последующим увлажнением. По данному способу достигается строгая селективность - предотвращение разложения растительных остатков только микроорганизмами из группы гидролитиков. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Ч) 4 С 12 N 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3764603/31 — 1 3 (22) 04.05.84 (46) 07.10 ° 87. Res . К. 37 (7I) МГУ им. M.В.Ломоносова (72) В.С.Гузев, Б.А.Бызов и Д.Г ° Звягинцев (53) 576.8(088.8) (56) Хранение пищевых продуктов и кормов с применением консервантов.

Кишинев, 1982, 175 †1. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МИКРОБНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦАХ (57) Изобретение относится к области почвоведения и сельского хозяйства.

Целью изобретения является предотвращение загрязнения окружающей среды за счет исключения использования токсичнь|х реагентов. Способ заключается в следующем. Гбтовят образец почвы, увлажняют его и вносят глюкозу в кон1

„„SU»1 42 2 А1 центрации 1,0-3,0 мг/г почвы, инкубируют образец в течение недели и затем контролируют степень воздействия глюкозы. Об интенсивности разложения растительных материалов судят по уменьшению длины грибного мицелия, развивающегося на 7 сут на внесенном полимере — крахмале или целлофане, и по отсутствию зон гидролиза крахмала или целлофана, обнаруживаемых на 7 сут разложения с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также по уменьшению в скорости выделения двуокиси углерода при разложении крахмала или целлофана. Длительность действия глюкозы в почве регулируют высушиванием с последующим увлажнением. По данному способу достигается строгая селективность предотвращение разложения растительных остатков только микроорганизмами иэ группы гидролитиков.

13429

Изобретение относится к почвоведению и сельскому хозяйству.

Цель изобретения — предотвращение загрязнения окружающей среды за счет

t) исключения использования токсичных химических реагентов.

Способ осуществляют следующим образом.

Отбирают почвенный образец. Для предотвращения микробного разложения углеводных полимеров растительного происхождения в образце почвы производят следующие операции, включающие предварительную подготовку образца, 1г, собственно предотвращение микробного разложения углеводных полимеров в образце и контроль за предотвращением разложения.

Предварительная подготовка образца 20 включает увлажнение воздушно-сухой почвы до полевой влагоемкости и инкубирование его во влажной камере при

25 С в течение недели. В случае исо пользования естественно увлажненного 25 образца такая предварительная подготовка не требуется. предотвращение микробного разложения углеводных полимеров растительного происхождения в образце достигают 30 внесением в почву глюкозы в количестве 1,0-3,0 мг/г почвы. Глюкозу вносят в виде водного раствора, почву тщательно перемешивают и инкубируют о во влажной камере при 25 С неделю.

Процесс утилизации глюкозы в почве сопровождается снижением гидролитической активности почвенных микроорганизмов-гидролитиков. Достигнутый уровень снижения сохраняется в почве 40 не менее месяца, в течение этого периода происходит предотвращение раз- ложения углеводных о. имepnв микроорганизмами.

Контроль за предотвращением мик- 4в робного разложения углеводных полимеров в почве осуществляют путем измерения длины грибного мицелия, развивающегося на внесенном в почву полимере растительного происхождения. Для этого из образцов почвы, прединкубированных с глюкозой и без нее, готовят почвенные пластинки в чашках Петри диаметром 4 см, заполняя их полностью и получая ровную поверхность.

На поверхнос-.ь почвенных пластинок наносят полимер (крахмал или целлофан) в количестве не более 5 мг/г почвы. Почву инкубируют во влажной

22 2 камере при 25 C неделю. Затем измеряют длину грибного мицелия в микробном сообществе, развивающемся на внесенном полимере, с помощью светового микроскопа в отраженном свете при увеличении 100х. Кроме того, с помощью сканирующего электронного микроскопа следят за образованием зон гидролиза крахмала или целлофана и производят измерение скорости вьщеления двуокиси углерода при разложении крахмала или целлофана на газовом хроматографе. Уменьшение длины грибного мицелия на полимере в почве после внесения глюкозы по сравнению с вариантом без внесения глюкозы, отсутствие зон гидролиза на полимере и уменьшение скорости наделения двуокиси углерода при разложении полимера свидетельствуют о предотвращении разложения.

В результате деятельности микроорганизмов-гндролитнков в почве происходит синтез экзогидролаэ, которые обеспечивают синхронное расщепление растительных углеводных полимеров и снабжение микробной клетки мономерами — источниками углерода и энергии.

Интенсивность роста микроорганизмовгидролитиков находится в прямой связи с синтезом ими экзогидролаэ. На этом основании представляется возможным по длине мицелия микроорганизмовгидролитиков судить об уровне их гидролитической активности в почве и об интенсивности разложения ими растительных углеводов. Прям.1е наблюдения за гидролизом полимеров в сканирующем электронном микроскопе, а также слежение за уровнем выделения двуокиси углерода при разложении полимера дополнительно свидетельствуют о изменении гидролитической активности почвенных микроорганизмов, а следовательно, об интенсивности разложения растительных углеводов. Учитывая, что в продукции двуокиси углерода могут участвовать и микроорганизмы, не относящиеся к группе гидролитиков, для количественной оценки степени снижения интенсивности разложения растительных полимеров используют отношение величин длин грибного мицелия в вариантах с глюкозой и без нее.

Обнаружено явление длительной необратимости репрессии синтеза микроорганизмами гидролитических ферментов. Это проявляется при разовом вне13 2922

55 сепии н почву небольших количеств глюкозы. Несмотря на то, что глюкоза полностью утилизируется микроорганизмами в течение 2-3 сут после внесения в почву, ее последейстние н репрессии синтеза гидролитических ферментов имеет место продолжительное время и может проявляться даже через месяц и более. Обычно на питательных средах лишь в присутствии мономера проявляется репрессия синтеза гидролитических. ферментов .

Пример 1. Предотвращение микробного разложения крахмала в типичном черноземе.

Образеп воздушно-сухого чернозема в количестве 1 кг увлажняют до полевой влагоемкости, для чего вносят

330 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают и инкубируют в о течение недели при 25 С. Затем почву разделяют на десять равных частей, н которые вносят навески глюкозы 0,1;

1ОъО 30l0, 5010 70ъО 100>01 150ъО

200,0,и 300,0 мг. Из каждой части готовят почвенные пластинки в шестикратной повторности. Пластинки инкуо бируют в термостате при 25 С но влаж ной камере в течение недели. По истечении недели длину мицелия грибов, развившихся на внесенном крахмале, измеряют с помощью светового микроскопа в отраженном свете при увеличении 100х. В варианте без добавления глюкозы происходит интенсивное заселение крахмала грибами. В вариантах с внесением глюкозы в интервале концентраций от О до 0,5 мг/г почвы длина грибного мицелия остается практи2 чески неизменной и равна 200 м/см поверхности почвенной пластинки, что свидетельствует о высокой интенсивности разложения крахмала грибами в этих условиях. При увеличении концентрации глюкозы от 0,5 до 1,5 мг/г почвы происходит резкое сокращение

2 длины грибного мицелия до 1-2 м/см т.е. снижение интенсивности разложения крахмала грибами. Таким образом, при концентрации глюкозы 1,5 мг/г почвы достигается максимальное предотвращение разложения полимера почвенными микроорганизмами. Дальнейшее увеличение концентрации глюкозы не приводит к дополнительному снижению интенсивности разложения крахмала.

Проводят микроскопическое исследование процесса разложения крахмала в

50 почве с помощью скавирующего электронного микроскопа. Г!ри низких значениях концентрации глюкозы в интервале от О до 0,5 мг/г почвы в местах контакта грибных гиф с зернами крахмала обнаруживаются характерные зоны гидролиза, образующиеся за счет действия грибных экзоамилаэ, выделяющихся в среду. В дальнейшем процесс разложения прогрессирует, эоны гидролиза расширяются, образуя характерные борозды и каверны. В вариантах с ннесением глюкозы в концентрациях сньппе

1,5 мг/г почвы не происходит гидролиза крахмала в течение месяца наблюдений.

Пример 2. Предотвращение разложения целлюлозы микроорганизмами н ньпцелаченном черноземе и дерновоподзолистой почве.

Ход анализа аналогичен описанному в примере 1. Рассматривают целлюлозоразрушающую активность почвенных микроорганизмов, поэтому используют целлофан в концентрации 5 мг/г почвы.

В вариантах с внесением глюкозы длина грибного мицелия сокращается в обоих почвах при возрастании концентрации глюкозы в интервале от 0,5 до

3,0 мг/г почвы. При этом он почти полностью исчезает с целлофана при концентрации глюкозы, равной 3 мг/г почвы для чернозема и при 2 мг/г почвы для дерново-подзолистой почвы.

Таким образом, значениями концентрации глюкозы, за пределами которых происходит максимальное снижение интенсивности разложения целлюлозы, сопровождающееся полной репрессией синтеза экзоцеллюлаз, являются для чернозема 3 мг/г, а для дерново †подзолистой почвы — 2 мг/г почвы. При этих значениях концентраций внесенной в почву глюкозы подтверждается достижение положительного эффекта, а именно предотвращение микробного разложения угленодного полимера растительного происхождения (целлюлозы) путем снижения уровня гидролитической активности микроорганизмов в выщелаченном черноземе и дерново-подзолистой почве н 100 и SO раз соответственно.

Проводят микроскопическое исследование процесса разложения целлофана в почве с помощью сканирующего электронного микроскопа. При низких значениях концентрации глюкозы в интер5

134 вале от 0 до О,i мг/г почвы происходит интенсивное заселение целлофана микроскопичpcKHMH грибами. При этом вокруг грибнь1х гиф обнаруживается зона гидролиза пел иофана, образующаяся за счет выделения грибами экзоцеллюлаз. В дальнейшем разложение прогрессирует, зоны гидролиза расширяются и происходит полное разложение целлофана. Через 10 дней инкубации длина грибного мицелия достигает максимальной величины, начинают образовываться репродуктивные органы микромицетов. В вариантах с внесением глюкозы в почву в концентрации нише 3 мг/г для чернозема и 2 мг/г для дерновоподзолистой почвы «е происходит гидролиза целлофана в течение месяца наблюдений.

Пример 3. Предотвращение разложения крахмала в дерново-подзолистои почве.

Ход анализа аналогичен описанному в примере 1. Активность в разложении крахмала микроорганизмами н дерновоподзолистой почве характеризуется

2 длиной грибного мицелия -1 50 м/см, а в варианте с внесением глюкозы—

2 м/см . Таким образом, в данном примере подтверждается достижение положительного эффекта, а именно предотвращение разложения крахмала путем снижения уровня гидролитической активности микроорганизмов в дерновоподзолистои почве н 75 раз.

Изучают кинетику процесса выделения двуокиси углерода, образующегося в результате разложения крахмала в почве. Определение показало, что скорость продукции двуокиси углерода в варианте без глюкозы больше, начиная с четвертого дня инкубации, чем в варианте с глюкозой, н 2,8 раза. Таким образом, кинетический анализ кривых дыхания свидетельствует о том, что интенсивность разложения углеводного полимера (крахмала) может быть в значительной степени предотвращена добавлением в почву глюкозы.

Пример 4. Обратимость эффекта предотвращения микробного разложения углеводных полимеров растительного происхо;дения.

С целью снятия действия глюкозы на способность почвенных микроорганизмов к разложению растительных материалов дерново-подзолистую почву

2922

20 уг

55 после прединкубирования с глюкозой н концентрации 0,6 мг/г почни подвергают следующим обработкам: вакуумированию, замораживанию, кратковременному и длительному нысушиванию. Затем образцы почвы вновь увлажняют до полевой влагоемкости, интенсивность разложения углеводных голимеров микроорганизмами определяют по длине грибного мицелия, который развивается на внесенном н концентрации 5 мг/г почвы крахмале. К наибольшему эффекту приводит длительное высушивание.

Длина мицелия грибов в амилолитическом микробном сообществе, подверженном действию длительного высушивания, в 75 раз больше, чем н сообщестне почвы без каких-либо дополнительных обработок, т.е. высушивание полностью снимает эффект предотвращения микробного разложения углеводных полимеров растительного происхождения под действием глюкозы.

Таким образом, положительный эффект достигается путем внесения в почву абсолютно не токсичного для высших организмов и обычного для почны соединения — глюкозы. Длительность действия глюкозы в почве регулируется простым лабораторным приемом — высушиванием с последующим увлажнением, как показано в примере

4. Это обусловлено обратимостью репрессии синтеза гидролитических ферментов микроорганизмами после высушивания репрессированной почвы. По предлагаемому способу достигается . строгая селективность — предотвращается только процесс разложения углеводородных полимеров микроорганизмами-гидролитиками (примеры 1-3). Кроме того, в предлагаемом способе не нарушается структура естественных микробных сообществ почвы. Согласно примерам 1-3 снижение интенсивности разложения при использовании глюкозы происходит в 75-100 раз по оценке длины мицелия грибов-гидролитиков и в 2,8 раза по оценке такого общего показателя биологической активности почв, как продукция двуокиси углерода. При этом степень влияния предлагаемого вещества на интенсивность разложения эффективнее, чем в известных способах. формула изобретения

Способ предотвращения микробного разложения углеводных полимеров рас1342922

Составитель Б.Бызов

Техред И.Попович Корректор Л.Патай

Редактор Н.Бобкова

Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4604/25

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тительного происхождения в почвенных образцах, предусматривающий увлажнение образца, внесение в образец полимера и органического вещества-ингибитора роста почвенных микроорганизмов, Ь с последующим инкубированием и оценкой полученных результатов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью предотвращения загрязнения среды, в образец вносят глюкозу в концентрации 1-3 мг/г почвы в качестве ингибитора роста микроорганизмов-гидролитиков, а оценку результатов осуществляют путем измерения длины грибного мицелия, развивающегося на полимере.