Введение
1 Теоретические основы конверсии растительного сырья
1.1 Классификация методов конверсии растительного сырья
1.2 Микробная биоконверсия
1.2.1 Сырье для микробной биоконверсии
1.2.2 Технология микробной биоконверсии
1.2.3 Продукты микробной биоконверсии
1.3 Инновации в производстве кормов
2 Объекты и методы исследования
2.1 Выделение и идентификация мицелиальных грибов из природных
источников 37
2.2 Скрининг штаммов мицелиальных грибов как продуцентов белка и
целлюлаз 39
2.3 Оптимизация условий культивирования штаммов мицелиальных
грибов 42
2.4 Определение профиля ферментативной активности штаммов
мицелиальных грибов 43
2.5 Определение микотоксинов у штаммов мицелиальных грибов 45
2.6 Определение антибиотикочувствительности штаммов мицелиальных
грибов 46
2.7 Транскриптомный анализ штамма-продуцента полисахарид¬
деградирующих ферментов, обеспечивающих полную конверсию растительных субстратов 46
3 Результаты и обсуждение исследования 49
3.1 Результаты выделения и идентификации штаммов мицелиальных
грибов 49
3.2 Результаты скрининга штаммов мицелиальных грибов как продуцентов
белка и целлюлаз 54
3.3 Результаты оптимизации условий культивирования штаммов
мицелиальных грибов 59
3.4 Синтез полисахарид-деградирующих ферментов и гликозидаз у штаммов
мицелиальных грибов 60
3.5 Безопасность использования штаммов термофильных и морских
мицелиальных грибов 68
3.6 Антибиотикочувствительность штаммов мицелиальных грибов 68
3.7 Транскриптомный анализ штамма-продуцента полисахарид-
деградирующих ферментов, обеспечивающих полную конверсию растительных субстратов 72
Заключение 79
Список использованных источников 81
Приложения 88
Создание прочной кормовой базы - это не только увеличение производства и повышение качества кормов разных видов, но прежде всего внедрение высокоэффективных способов и средств их производства, приготовления, способствующих высокой усвояемости животными питательных веществ, содержащихся в кормах и обеспечивающих их рациональное использование.
В современном животноводстве большое внимание уделяется обеспечению сбалансированного питания животных. Применяя научно обоснованные системы кормления, можно повысить продуктивность животных и эффективно использовать корма. В процессе питания составные вещества воздействуют на организм животного не изолированно друг от друга, а в комплексе. Сбалансированность составных веществ корма в соответствии с потребностями животных - основной показатель этого комплекса.
Для животноводства важно не только количество, но, главным образом, качество кормов, т.е. их ценность, определяемая содержанием питательных веществ. Полноценными считаются такие рационы и корма, которые содержат все необходимые для организма животного вещества и способны в течение длительного времени обеспечить нормальные отправления всех его физиологических функций.
Под питательностью понимают свойство корма удовлетворять природные потребности животных в пище. Определить питательность корма можно только в процессе его взаимодействия с организмом по физиологическому состоянию животного и изменению его продуктивности. Питательность корма нельзя выразить каким-либо одним показателем. Проведенные ученными исследования роли отдельных питательных веществ в жизнедеятельности организма животного позволили сделать вывод о необходимости всесторонней системы оценки питательности кормов. Эта оценка складывается из следующих данных: химического состава корма и его калорийности; перевариваемость питательных
веществ; общей (энергетической) питательности; протеиновой, минеральной и витаминной питательности.
Интенсификация сельскохозяйственного производства в условиях рискованного земледелия, постоянный рост населения городов и сокращение пахотной земли на душу населения вызывают необходимость более полного использования имеющихся кормовых ресурсов.
Поэтому в наше время очень актуально получение высокоэффективных белково-углеводных кормов на основе растительных отходов. В качестве сырья могут выступать зерно любого качества, отруби, солома, полова, спиртовая барда, пивная дробина, свекловичный жом, лузга подсолнечника, отходы крупяных производств, корнеплоды, стержни кукурузных початков и другие компоненты грубых кормов отдельно или в смеси. Одним из перспективных способов обработки растительного сырья является его микробиологическая биоконверсия [18].
Грибы являются ценными продуцентами белков и ферментов, способными использовать в качестве субстрата мелассу, молочную сыворотку, сок растений, лигнин, клетчатку, целлюлозосодержащие отходы пищевой и
деревообрабатывающей промышленности [55,56]. Белки грибного мицелия по содержанию незаменимых аминокислот близки к белкам сои. Они богаты лизином, имеют высокую биологическую ценность и усвояемость. Кроме того, в отличие от бактериальных и дрожжевых клеток, которые продуцируют ДНК в количестве, вызывающем интоксикацию у животных, концентрация нуклеиновых кислот и пуринов в грибном мицелии (1 - 4 % от сухой массы) почти такая же, как в тканях растительного организма. Однако в биомассе грибов синтезируется значительно меньше белка (20 - 60 % от сухой массы), чем в дрожжах, и у них относительно медленней происходит рост биомассы.
В связи с этим целью данной работы является исследование путей оптимизации микробиологической конверсии растительного сырья с помощью мицелиальных грибов для получения белковых кормов.
В соответствии с заданной целью были поставлены следующие задачи:
1. выделение и идентификация мицелиальных грибов из природных источников;
2. скрининг штаммов мицелиальных грибов как продуцентов белков и ферментов;
3. оптимизация сред для культивирования перспективных штаммов мицелиальных грибов;
4. определение субстратной специфичности полисахарид-
деградирующих ферментов штаммов мицелиальных грибов;
5. определение антибиотикочувствительности штаммов для
возможности их использования в модификации ферментного профиля.
6. транскриптомный анализ мицелиального гриба Mycothermus thermophilus - продуцента широкого спектра полисахарид-деградирующих ферментов и гликозидаз, обеспечивающих полную конверсию растительных субстратов.
Данная работа состоит из 87 страниц, включает введение, три главы, заключение, список литературы в количестве 73 использованных источников, 10 таблиц, 8 рисунков, а также приложения.
Создание прочной кормовой базы - это не только увеличение производства и повышение качества кормов разных видов, но прежде всего внедрение высокоэффективных способов и средств их производства, приготовления, способствующих высокой усвояемости животными питательных веществ, содержащихся в кормах и обеспечивающих их рациональное использование.
В настоящее время есть огромный резерв неиспользуемых вторичных (побочных) продуктов - вторичного малоценного растительного сырья: это отходы зерноперерабатывающей, сахарной, пищевой и других отраслей АПК. При переработке основного растительного сырья используется от 20 до 50% этого сырья, остальное - отходы, малоценное растительное сырье.
Именно эти отходы можно использовать в кормовых целях. Одним из перспективных способов обработки растительного сырья является его микробиологическая биоконверсия. Поиск новых штаммов мицелиальных грибов, обеспечивающих глубокую конверсию растительного сырья, и исследование молекулярно-генетических механизмов этого процесса, обеспечит создание передовых технологий его переработки и использования в промышленности и сельском хозяйстве.
В ходе проделанной работы были исследованы пути оптимизации биоконверсии растительного сырья с помощью мицелиальных грибов для возможности их применения при получении белковых кормов в биотехнологии, для это были выполнены следующие задачи:
1. выделены и идентифицированны мицелиальные грибы из
природных источников;
2. проведен скрининг штаммов мицелиальных грибов как
продуцентов белка и целлюлаз;
выполнена оптимизация сред для культивирования перспективных
штаммов мицелиальных грибов;
4. определен профиль полисахарид-деградирующей активности в отношении растительных и водорослевых субстратов;
5. определена антибиотикочувствительность штаммов для
возможности их использования в модификации ферментного профиля и метаболома.
6. Проведен транскриптомный анализ штамма-продуцента полисахарид-деградирующих ферментов, обеспечивающих полную конверсию растительных субстратов.
Результаты работы опубликованы в научных сборниках, а именно:
П.К. Базюх Мониторинг сельскохозяйственного производства для биотехнологического получения белково-углеводных кормов на основе растительных отходов. // Новая экономика, бизнес и общество: сборник материалов апрельской научно-практической конференции молодых учёных ШЭМ (г. Владивосток, 28 апреля 2017 г.). - С. 948-953.
Базюх П.К., Ларионова А.А., Слепченко Л.В., Шкрыль Ю.Н., Югай Ю.А., Балабанова Л.А. Разработка векторной системы для эффективной генетической трансформации мицелиальных грибов как перспективных продуцентов белков. // Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений. Сборник статей VII Международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ, профессора Зубченко А.В. (Воронеж, 13-15 июня 2018 года). - С. 317-321.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
