Биосинтез экзополисахаридов почвенными бактериями Paenibacillus mucilaginosus на питательной среде с мелассой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Бактериальные экзополисахариды с влагоудерживающими и цементирующими свойствами играют очень важную роль в формировании и стабилизации почвенных агрегатов, регулировании питательных веществ и потока воды через корни растений, снижении солевого стресса в растениях. При внесении в почву бактерий, продуцирующих экзополисахариды, растения более устойчивы к водному стрессу благодаря улучшению структуры и значительному накоплению пролина, сахаров и свободных аминокислот в условиях дефицита воды. Целью настоящей работы являлось определение эффективности биосинтеза экзополисахаридов почвенными бактериями Paenibacillus mucilaginosus при культивировании на питательной среде, приготовленной на основе мелассы. В экспериментах использованы продуценты экзополисахаридов - штаммы бактерий Р. mucilaginosus 560 и 574, предоставленные Ведомственной коллекцией непатогенных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ФГБНУ ВНИИСХМ, Санкт-Петербург). Для определения влияния условий культивирования на синтез экзополисахаридов бактериями P. mucilaginosus применен метод «один фактор за один раз» (one-factor-at-a-time - OFAT). По результатам исследований выбраны наиболее эффективный продуцент экзополисахаридов, возраст и дозы инокулята, оптимальные значения температуры культивирования и рН среды, источник азота и его концентрации, а также определены условия аэрации, влияющие на биосинтез экзополисахаридов и рост выбранного штамма бактерий P. mucilaginosus. Установлено, что наиболее эффективным продуцентом экзополисахаридов является штамм P. mucilaginosus 574. Показано, что для биосинтеза экзополисахаридов культивирование данного штамма целесообразно и экономично проводить на питательной среде c 2% мелассы без дополнительного внесения минеральных веществ и азота. Максимальное количество экзополисахаридов может достигать 9,55 г/л в питательной среде c 2% мелассы объемом 50 мл с добавлением 0,1% кукурузного экстракта как индуктора синтеза эк-зополисахаридов при температуре культивирования 30±1 °С, рН среды 6,0±0,2 с внесением 5% инокулята после 24 ч. инокуляции. Полученные результаты исследований рекомендуется использовать при создании технологии производства микробиологических удобрений.

Об авторах

Т. З. Ха

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: coldwind.91@mail.ru

А. В. Канарский

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: alb46@mail.ru

З. А. Канарская

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: zosya_kanarskaya@mail.ru

А. В. Щербаков

ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии

Email: microbe-club@inbox.ru

Е. Н. Щербакова

ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии

Email: alonagonchar@mail.ru

Список литературы

  1. Khan N., Bano A., Rahman M.A., Rathinasa-bapathi B., Babar M.A. UPLC-HRMS-based untargeted metabolic profiling reveals changes in chickpea (Cicer arietinum) metabolome following longterm drought stress // Plant, Cell & Environment. 2019. Vol. 42. Issue 1. P. 115-132. https://doi.org/10.1111/pce.13195
  2. Vejan P., Abdullah R., Khadiran T., Ismail S., Boyce A.N. Role of plant growth promoting rhizobacteria in agricultural sustainability - a review // Molecules. 2016. Vol. 21. Issue 5. P. 573. https://doi.org/10.3390/molecules21050573
  3. Sade N., Gebretsadik M., Seligmann R., Schwartz A., Wallach R., Moshelion M. The role of tobacco Aquaporin1 in improving water use efficiency, hydraulic conductivity, and yield production under salt stress // Plant Physiology. 2010. Vol. 152. Issue 1. P. 245-254. https://doi.org/10.1104/pp.109.145854
  4. Kloeppe J.W., Rodriguez-Kabana R., Zehnder A.W., Murphy J.F., Sikora E., Fernandez C. Plant root-bacterial interactions in biological control of soilborne diseases and potential extension to systemic and foliar diseases // Australasian Plant Pathology. 1999. Vol. 28. Issue 1. P. 21-26. https://doi.org/10.1071/AP99003
  5. Hilliou L., Freitas F., Oliveira R., Reis M.A.M., Lespineux D., Grandfils C., et al. Solution properties of an exopolysaccharide from a Pseudomonas strain obtained using glycerol as single carbon source // Carbohydrate Polymers. 2009. Vol. 78. Issue 3. P. 526-532. https://doi.org/10.1016Zj.carb-pol.2009.05.011
  6. Rottava I., Batesini G., Silva F.M., Lerin L., de Oliveira D., Padilha F.F., et al. Xanthan gum production and rheological behavior using different strains of Xanthomonas sp. // Carbohydrate Polymers. 2009. Vol. 77. Issue 1. P. 65-71. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2008.12.001
  7. Freitas F., Alves V.D., Pais J., Carvalheira M., Costa N., Oliveira R., et al. Production of a new exopolysaccharide (EPS) by Pseudomonas oleo-vorans NRRL B-14682 grown on glycerol // Process Biochemistry. 2010. Vol. 45. Issue 3. P. 297-305. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2009.09.020
  8. Liang T.-W., Wang S.-L. Recent advances in exopolysaccharides from Paenibacillus spp.: production, isolation, structure, and bioactivities // Marine Drugs. 2015. Vol. 13. Issue 4. P. 1847-1863. https://doi.org/10.3390/md13041847
  9. Roberson E.B., Firestone M.K. Relationship between Desiccation and Exopolysaccharide Production in a Soil Pseudomonas sp. // Applied and Environmental Microbiology. 1992. Vol. 58. Issue 4. P. 1284-1291. https://doi.org/10.1128/AEM.58.4.1284-1291.1992
  10. Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water stable aggregates in soils // European Journal of Soil Science. 1982. Vol. 33. Issue 2. P. 141-163. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1982.tb01755.x
  11. Sabra W., Zeng A.P., Lunsdorf H., Deckwer W.D. Effect of oxygen on formation and structure of Azotobacter vinelandii alginate and its role in protecting nitrogenase // Applied and environmental microbiology. 2000. Vol. 66. Issue 9. P. 4037-4044. https://doi.org/10.1128/aem.66.9.4037-4044.2000
  12. Leigh J.A., Coplin D.L. Exopolysaccharides in plant-bacterial interactions // Annual Review of Microbiology. 1992. Vol. 46. P. 307-346. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.46.100192.001515
  13. Ashraf M. Photosynthetic capacity and ion accumulation in a medicinal plant henbane (Hyos-cyamus niger L.) under salt stress // Journal of Applied Botany and Food Quality. 2004. Vol. 78. Issue 2. P. 91-96.
  14. Naseem H., Ahsan M., Shahid M.A., Khan N. Exopolysaccharides producing rhizobacteria and their role in plant growth and drought tolerance // Journal of Basic Microbiology. 2018. Vol. 58. Issue 12. P. 100922. https://doi.org/10.1002/jobm.201800309
  15. Bashan Y., Holguin G., de-Bashan L.E. Azospirillum-plant relationships: physiological, molecular, agricultural, and environmental advances (1997-2003) // Canadian Journal of Microbiology. 2004. Vol. 50. Issue 8. P. 521-577. https://doi.org/10.1139/W04-035
  16. Li X., Yang S.H., Yu X.C., Jin Z.X., Li W.D., Li L., et al. Construction of transgenic Bacillus muci-laginosus strain with improved phytase secretion // Journal of Applied Microbiology. 2005. Vol. 99. Issue 4. P. 878-884. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2005.02683.x
  17. Czitrom V. One-factor-at-a-time versus designed experiments // The American Statistician. 1999. Vol. 53. Issue 2. P. 126-131. https://doi.org/10.1080/00031305.1999.10474445
  18. Maier R.M. Bacterial Growth. In: Maier R.M., Pepper I.I., Gerba C.P. Environmental Microbiology. San Diego, CA: Academic Press; 2000. Chapter 3. p. 43-60.
  19. Barley M.J., Biely P., Poutanen K. Interlaboratory testing of methods for assay of xylanase activity // Journal of Biotechnology. 1992. Vol. 23. Issue 3. P. 257-270.
  20. Морозова Ю.А., Скворцов Е.В., Алимова Ф.К., Канарский А.В. Биосинтез ксиланаз и целлюлаз грибами рода Trichoderma на послеспиртовой барде // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. N 19. С. 120-122.
  21. Ха З.Т., Канарский А.В., Канарская З.А., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н. Эффективность культивирования бактерий рода Paenibacillus mucilaginosus на питательной среде на основе сахарозы // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2019. N 3. С. 62-72. https://doi.org/10.17586/2310-1164-2019-12-3-62-72
  22. Ха Т.З., Канарская З.А., Канарский А.В., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н. Влияние источника углерода на синтез биомассы и экзополиса-харидов бактериями Paenibacillus mucilaginosus // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 3. С. 509-518. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-3-509-518
  23. Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А., УстинниковБ.А., Цыганков П.С., Швец В.Н.. Технология спирта. М.: Колос-Пресс, 2002. 464 с.
  24. Emtiazia G., Ethemadifara Z., Habibib M.H. Production of extra-cellular polymer in Azotobacter and biosorption of metal by exopolymer // African Journal of Biotechnology. 2004. Vol. 3. Issue 6. P. 330-333. https://doi.org/10.5897/AJB2004.000-2060
  25. Razack S.A., Velayutham V., Thangavelu V. Medium optimization for the production of exopolysaccharide by Bacillus subtilis using synthetic sources and agro wastes // Turkish Journal of Biology. 2013. Vol. 3. Issue 37. P. 280-288. https://doi.org/10.3906/biy-1206-50
  26. Chaijamrus S., Udpuay N. Production and Characterisation of Polyhydroxybutyrate from Molasses and Corn Steep Liquor produced by Bacillus megaterium ATCC 6748. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. X p. 1-12, 2008.
  27. Sharma N., Prasad G.S., Choudhury A.R. Utilization of corn steep liquor for biosynthesis of pullulan, an important exopolysaccharide // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 93. Issue 1. P. 95101. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.06.059
  28. Elisashvili V.I., Kachlishvili E.T., Wasser S.P. Carbon and nitrogen source effects on basidiomycetes exopolysaccharide production // Applied Biochemistry and Microbiology. 2009. Vol. 45. Issue 5. P. 531-535. https://doi.org/10.1134/S0003683809050135
  29. Wang C.-L., Huang T.-H., Liang T.-W., Fang C.-Y., Wang S.-L. Production and characterization of exopolysaccharides and antioxidant from Paeni-bacillus sp. TKU023 // New Biotechnology. 2011. Vol. 28. Issue 6. P. 559-565. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2011.03.003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».