Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Микробиологические и технологические основы компостирования
органических отходов 6
1.1 Процесс компостирования 6
1.2 Параметры компостирования 10
1.3 Качество компоста и методы его определения 15
1.4 Термофильные микроорганизмы в системах компостирования
органических отходов 18
1.4.1 Общие сведения о термофильных микроорганизмах 18
1.4.2 Термофильные микроорганизмы, участвующие в процессе
биокомпостирования органических отходов 20
2 Материалы и методы 28
2.1 Характеристика объектов исследования 28
2.2 Методы культивирования микроорганизмов 28
2.3 Подготовка посуды и работа в ламинарном боксе 29
2.4 Описание морфологии колоний 30
2.5 Идентификация штаммов по гену 16S рРНК 31
3 Результаты и обсуждение 32
ВЫВОДЫ 33
ЛИТЕРАТУРА 34
Проблема переработки органических отходов, актуальна для птицеводческих, а также других животноводческих хозяйств. Современные птицеводческие комплексы являются производителями не только мяса и яиц птицы, но и отходов, причем в количестве гораздо большем объеме, чем объем основной продукции. В настоящее время в Российской Федерации функционируют свыше 600 птицеводческих хозяйств. Они различны по своей мощности, производят от 50 тыс. до 1.5 млрд яиц и от 20 тыс. до 460 тыс. т мяса. На территории птицефабрик и других предприятий ежесуточно скапливается помёт. Утилизация птичьего помета превратилась в трудно решаемую проблему, поскольку переработка требует вложения средств, наличия площадей под хранение помета и сельскохозяйственных угодий под внесение полученных удобрений (Суховеркова, 2016). Растущие объемы животноводческих отходов, включая птичий помет, становятся серьезной проблемой, поскольку большинство образующихся отходов не подвергаются эффективной переработке (Philipp, Hoelzle, 2014).
Для складирования и содержания сырого помета отчуждаются большие площади сельскохозяйственных угодий с выводом их из оборота на 3-5 лет (Миронов, 2017). Помётохранилище как источник загрязнения атмосферного воздуха, почв и грунтовых вод наносит значительный ущерб окружающей среде и здоровью населения. Существует опасность распространения водным путём инфекционных заболеваний, связанная с поступающими из помётохранилища водами. Загрязнение почв прилегающей территории выводит земли из хозяйственного использования (Левин, 2019).
Помет является источником ядовитых газов - аммиака, сероводорода, метана, окиси углерода, загрязняющих атмосферу и неблагоприятно влияющих на состояние озонового слоя. В свежем помете, как правило, в значительном количестве содержатся семена сорных растений, яйца гельминтов, он является благоприятной средой для развития патогенных микроорганизмов. По данным Всемирной организации здравоохранения более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека могут успешно развиваться в этой среде. В помете также содержатся медикаменты, используемые для дезинфекции птичников. На современном этапе промышленность нуждается в экологически чистой и экономически выгодной технологии для переработки отходов птицеводства (Попов и др., 2020).
Компостирование навоза и помета - один из перспективных и экономичных методов. В настоящее время компостирование считается устойчивой стратегией поддержания агроэкосистем в экологически безопасном состоянии (Jiang et al., 2015). Считается, что этот метод снижает выбросы углерода в атмосферу и улучшает условия землепользования. Процесс компостирования позволяет переработать помет c получением органического удобрения (Bolan et al., 2010; Keener, 2014).
Микроорганизмы играют ключевую роль в качестве деструкторов органического вещества в процессе компостирования. Термофильные микроорганизмы - доминирующий компонент и протагонисты процесса, они вносят значительный вклад в качество компоста. Компосты - многообещающий источник новых организмов и термостабильных ферментов, которые могут быть полезны.
Цель работы состояла в характеристике термофильных микроорганизмов - потенциальных продуцентов для интенсивного компостирования птичьего помёта и других животноводческих отходов.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы и решены следующие задачи:
1. Идентифицировать чистые культуры микроорганизмов, полученные ранее из отходов птицефабрики.
2. По литературным данным изучить свойства ближайших валидно описанных родственников для выявления потенциальных продуцентов для биотехнологий и провести скрининг штаммов на продукцию гидролитических ферментов.
3. Протестировать рост штаммов на разных питательных средах и температурах и подобрать питательную среду и условия для поддержания культур.
4. Изучить морфологию клеток и колоний микроорганизмов из отходов птицефабрики.
5. Разработать проекты паспортов штаммов, включенных в состав биопрепарата для компостирования отходов животноводства.
В ходе работы были исследованы новые штаммы термофильных микроорганизмов-деструкторов органического вещества, ранее выделенных из отходов птицефабрики Межениновская. Работа выполнена в Лаборатории промышленной микробиологии Биологического института на базе ООО «Дарвин». Автор благодарит микробиолога ООО «Дарвин» П.А. Бухтиярову за помощь в проведении лабораторных исследований.
1. Анализ последовательностей гена 16Sp РНК штаммов термофильных микроорганизмов из отходов птицефабрики показал их принадлежность к бактериальному порядку Bacillales внутри класса Bacilli, тип Firmicutes Выявлены представители родов Bacillus, Brevibacillus и Aneurinibacillus c 98.6 - 100 % гомологией последовательностей с ближайшими родственниками.
2. Среди ближайших родственников исследованных штаммов выявлены продуценты гидролитических ферментов и микроорганизмы с пробиотическими свойствами. Экспериментально доказано что штамм Mst4 продуцируют альфа-амилазу, Mst5 гидролизует липиды.
3. Микроорганизмы, выделенные из отходов птицефабрики, росли при 55 °С на богатых питательных средах. По результатам опыта можно отметить, что для роста штамма Mst2 оптимальной средой является ГРМ. Для штамма Mst5 - РСА, штамм Mst1 одинаково хорошо растёт как на ГРМ, так и на ГРМ с добавлением глюкозы. Для штамма Mst4 подходят среды ГРМ и РСА.
4. Все исследованные штаммы представлены подвижными палочковидными клетками, образующими эндоспоры. На твердых питательных средах микроорганизмы образуют колонии различной морфологии, которая может зависеть от состава питательной среды.
5. Температурный минимум с которого начинается рост штаммов составляет 37-42 °С. Оптимальной температурой для культивирования штаммов из исследуемых значений является значение 55 °С.
6. На основании полученных данных разработаны проекты паспортов для четырех штаммов, выбранных для включения в состав коммерческого консорциума.
