CC BY
75
Серия «Биология. Экология»
Онлайн-доступ к журналу: http://isu.ru/izvestia
2014. Т. 8. С. 20-24
Иркутского государственного университета
И З В Е С Т И Я
УДК 582.28+595.142.34
Изучение воздействия Trichoderma viride на выживаемость дождевых червей Eisenia fétida в процессе трансформации целлюлозосодержащих отходов
В. А. Быбин, О. В. Грузных, Д. И. Стом, Б. Н. Огарков
Иркутский государственный университет, Иркутск E-mail: [email protected]
Аннотация. Показано использование системы деструкторов «дождевые черви Eisenia fetida - микромицет Trichoderma viride» для утилизации отходов пивоварения. Продемонстрировано воздействие T. viride на выживаемость дождевых червей в процессе функционирования такой системы. Ранее авторами были получены материалы, указывающие на подавление жизнедеятельности дождевых червей трихо-дермой в зависимости от количества и возраста культуры, вводимой олигохетам перорально. В представленных исследованиях черви сохраняли жизнеспособность при выдерживании на газонах из исследуемого гриба. Обеззараживание субстратов, трансформируемых триходермой, путём автоклавирования перед внесением в них вермикомпонента, негативно сказывалось на состоянии олигохет.
Ключевые слова: дождевые черви, микромицеты, триходерма, целлюлоза, утилизация отходов.
На сегодняшний день значительно возрос интерес к методам утилизации целлюлозосодержащих отходов пищевой промышленности. В связи с этим актуален поиск направлений рационального использования целлюлозосодержащих отходов. Широко используемым методом утилизации целлюлозных материалов является двухстадийный процесс: гидролиз - кислотный или ферментативный - с последующим сбраживанием полученного гидролизата дрожжами в этиловый спирт и углекислоту. Однако кислотный гидролиз относится к одному из наиболее экологически неблагоприятных производств, ферментативный же более экологичен, но и более дорогой, поскольку требует создания дополнительной стадии производства целлюлоли-тических ферментов. В результате гидролиза образуемые сахариды ассимилируются дрожжами неполностью (~50 %). Альтернативной технологией, обладающей рядом преимуществ, является вермикультивирование с использованием культур целлюлозоразрушающих грибов [3; 4]. При внесении в субстрат из органических отходов сельского хозяйства, вермикомпостируе-мых при помощи промышленной линии дождевых червей Eisenia fetida
Введение
(красный калифорнийский гибрид), культуры целлюлозолитического гриба (Trichoderma viride) интенсифицируется скорость и увеличивается степень утилизации отходов и переработки их в биогумус [7]. В этом случае наблюдается повышение ростостимулирующей и фунгистатической активности получаемого биогумуса по сравнению с аналогичными показателями верми-компоста, приготавливаемого по традиционной методике. Кроме того, сроки трансформации отходов снижаются с 4-6 месяцев до 3-4 недель при умеренной температуре (+20 ...+25 °С) [7]. Таким образом, применение системы микроорганизмы - дождевые черви интенсифицирует процесс трансформации отходов.
Однако штаммы Trichoderma довольно агрессивны [5]. Как показали наши исследования, штамм T. viride, перспективный для создания таких систем, может негативно влиять на дождевых червей [1]. В связи с вышеизложенным целью работы явилось изучение воздействия триходермы на выживаемость дождевых червей в процессе трансформации целлюлозосодер-жащих отходов.
Материалы и методы
В качестве целлюлозосодержащих отходов в эксперименте использовали некондиционный по сроку хранения ячмень и пивную дробину (ООО «Адмирал Колчак», Иркутск). Дробина является отходом пивоваренного производства: это гуща, остающаяся после варки и отсасывания ячменного сусла и содержащая частицы ядер и оболочки зерна.
Целлюлозосодержащие отходы утилизировали с помощью внесения суспензии гриба T. viride, а затем подвергали воздействию дождевых червей из популяции, содержащейся в лабораторных условиях.
Культура T. viride Pers., (1794) (Hypocreaceae) содержится в коллекции Б. Н. Огаркова. Штамм-продуцент гриба синтезирует высокоактивный комплекс целлюлолитических ферментов [5; 8; 9].
В качестве объекта использованы половозрелые (имеющие поясковую зону - clitellum) особи гибрида красного калифорнийского червя E. fetida andrei Bouche, 1963 длиной 8-10 см. В лаборатории червей разводили в ящиках при температуре 20-25 °C и влажности 80-85 %.
Опыты по изучению деструкции отходов T. viride проводили в чашках Петри, в которые закладывали по 40 г ячменя или дробины. Ячмень измельчали в лабораторном гомогенизаторе до состояния порошка. Субстраты смачивали дехлорированной водопроводной водой и дважды автоклавиро-вали при 1,5 атм в течение 30 мин. В подготовленные субстраты вносили культуру T. viride в количестве 2 % от массы субстрата [7]. Чашки помещали в термостат и экспонировали в течение 7 сут. при температуре 31 °С, периодически увлажняя субстраты стерильной водой.
При изучении деструкции целлюлозосодержащих отходов дождевыми червями после воздействия на субстраты T. viride использовали чашки Петри с солодом и дробиной из предыдущего опыта, частично трансформированными T. viride. Перед интродукцией червей часть чашек автоклавирова-
ли, чтобы инактивировать культуру микромицета и попытаться ослабить его возможное негативное влияние на дождевых червей. Контрольные чашки оставили без автоклавирования. В каждую чашку помещали по 3 особи половозрелых червей одного размера. На протяжении эксперимента поддерживали оптимальные для жизнедеятельности червей условия (влажность субстратов 80-85 %, температура +20...+25 °С). Контролировали выживаемость червей в субстратах, трансформированных T. viride, оценивали визуально.
Полученные результаты статистически обработаны с использованием программы Excel из пакета MS Office 2010. Все эксперименты производили в пяти независимых опытах в трёх параллельных повторностях. Достоверность различия результатов определяли с помощью критерия Стьюдента. Выводы сделаны приp < 0,05 [2].
Результаты и обсуждение
При культивировании T. viride на целлюлозосодержащем субстрате отмечали интенсивный рост мицелия гриба на ячмене и дробине уже на 7-е сутки (рис. 1).
а б в
Рис. 1. Рост Т. утёв на дробине: а - на 7-е сут.; б - на 14-е сут.; в - контроль
На 14-е сутки культивирования мицелий гриба полностью обрастал поверхность ячменя и дробины (рис. 2). При этом на ячмене Т. утёв рос лучше, чем на дробине.
а б в
Рис. 2. Рост T. viride на ячмене: а - на 7-е сут.; б - на 14-е сут.; в - контроль
Следует отметить, что при экспонировании дождевых червей на солоде, на котором предварительно культивировали T. viride, уже через сутки отмечали 100%-ную гибель животных, через 5 сут. черви полностью погибали и на дробине. В варианте с автоклавированными субстратами на солоде черви гибли также через сутки и быстрее на дробине - на 2-е сут.
По результатам исследований для деструкции целлюлозосодержащих отходов с помощью T. viride и E. fetida рекомендуется предварительное внесение микромицета в суспензии из расчета 2 % от массы субстрата, твёрдо-фазную ферментацию проводить при температуре 31 °C в течение 14 сут., ферментированные субстраты перед вермитрансформацией не обеззараживать автоклавированием, поскольку полученные результаты говорят о повышении их токсичности для червей в этом случае.
Список литературы
1. Взаимодействие красного калифорнийского гибрида и целлюлозоразру-шающего гриба Trichoderma viride / В. А. Быбин [и др.] // Проблемы экологии: чтения памяти проф. М. М. Кожова : тез докл. Междунар. науч. конф. (Иркутск, 20-25 сент. 2010 г.). - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2010. - С. 388.
2. Гланц С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. - М : Практика, 1999. - 459 с.
3. Зябрева Н. В. Прямая биоконверсия целлюлозосодержащих материалов термофильными анаэробами : дис. ... канд. техн. наук : 03.00.23 / Н. В. Зябрева - М., 2001. - 198 с.
4. Микробные биокатализаторы и перспективы развития ферментных технологий в перерабатывающих отраслях АПК / И. В. Соловьева [и др.]. - М., 2004. -С. 55-56.
5. Огарков Б. Н. Биотехнология на основе грибов / Б. Н. Огарков, Г. Р. Огарко-ва, Л. В. Самусенок. - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2005. - 235 с.
6. Синицын A. П. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов / A. П. Сини-цын, А. В. Гусаков, В. М. Черноглазов. - М. : Изд-во МГУ, 1995. - 224 с.
7. Способ получения биогумуса / Н. Н. Терещенко, А. Б. Бубина, Т. В. Юнусо-ва ; заявитель и патентообладатель Гос. науч. учреждение Сиб. науч.-исслед. Ин-та сельского хозяйства и торфа СО Россельхозакадемиит. - № 2408563 ; заявл. 27.07.2009 ; опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1. - [7 с.].
8. Seven new taxa of Trichoderma from Asia / J. Bissett [et al.] // Can. J. Bot., 2003. - Vol. 81. - P. 570-586.
9. Trichoderma: the genomics of opportunistic success / I. Druzhinina [et al.] // Nature Reviews Microbiology. - 2011. - Vol. 9. - P. 749-759.
The Study of the Effects of Trichoderma Viride on Survival of Earthworms Eisenia Fetida in The Process of Transformation of Cellulose-Containing Waste
V. A. Bybin, O. V. Gruznykh, D. I. Stom, B. N. Ogarkov
Irkutsk State University, Irkutsk
Abstract. The paper illustrates the use of system of destructors which are earthworms Eisenia fetida and micromycetes Trichoderma viride for utilization of the brewing wastes. The impact of T. viride on survival of earthworms in the operation of such a system was demonstrated. We previously were received indicating the suppression of the vitality of the earthworms by Trichoderma depending on the number and age of the culture inoculated orally to oligochaetes. In the present study worms remained viable when exposed on the lawns of the test-fungus. The decontamination of substrates transformed by Trichoderma by autoclaving before introduction of the vermi component influenced negatively on the state of oligochaetes.
Keywords: earthworms, fungi, Trichoderma, cellulose, waste disposal.
Быбин Виктор Александрович кандидат биологических наук научный сотрудник
Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 34-34-37 e-mail: [email protected]
Грузных Оксана Васильевна аспирант
Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 34-34-37 e-mail: [email protected]
Стом Дэвард Иосифович доктор биологических наук, профессор Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 34-34-37 e-mail: [email protected]
Огарков Борис Никитович доктор биологических наук, профессор Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 34-34-37 e-mail: [email protected]
Bybin Viktor Alexandrovich Candidate of Sciences (Biology) Research Scientist Irkutsk State University 1, K. Marx st., Irkutsk, 664003 tel.: (3952) 34-34-37 e-mail: [email protected]
Gruznykh Oksana Vasiliyevna
Postgraduate
Irkutsk State University
1, K. Marx st., Irkutsk, 664003
tel.: (3952) 34-34-37
e-mail: [email protected]
Stom Devard Iosiphovich
Doctor of Sciences (Biology), Professor
Irkutsk State University
1, K. Marx st., Irkutsk, 664003
tel.: (3952) 34-34-37
e-mail: [email protected]
Ogarkov Boris Nikitovich
Doctor of Sciences (Biology), Professor
Irkutsk State University
1, K. Marx st., Irkutsk, 664003
tel.: (3952) 34-34-37
e-mail: bornik @mail.ru
