Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования
Сравнительный анализ макромолекулярного состава различных мицелиальных форм роста Th. terrestris в условиях глубинного культивирования проводили с помощью метода ИК-спектрометрии. Выявленные различия между формами в содержании белка, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и экзометаболитов свидетель...
Gespeichert in:
| Datum: | 1995 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1995
|
| Schriftenreihe: | Биополимеры и клетка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155755 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования / Е.Н. Громозова, М.А. Фомина, И.С. Блажчук, В.С. Подгорский, Е.Д. Загреба, М.К. Грубе // Биополимеры и клетка. — 1995. — Т. 11, № 3-4. — С. 73-81. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-155755 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1557552019-06-18T01:27:54Z Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования Громозова, Е.Н. Фомина, М.А. Блажчук, И.С. Подгорский, В.С. Загреба, Е.Д. Грубе, М.К. Сравнительный анализ макромолекулярного состава различных мицелиальных форм роста Th. terrestris в условиях глубинного культивирования проводили с помощью метода ИК-спектрометрии. Выявленные различия между формами в содержании белка, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и экзометаболитов свидетельствуют о том, что в метаболизме пеллетов преобладают катаболические процессы относительно роста грибов в диффузной форме. Рост грибов в виде мелких пеллетов («крупы») занимает по ряду показателей промежуточное положение между пеллетами и диффузной формой. Порівняльний аналіз макромолекулярного складу різних міцеліальних форм росту Th. terrestris в умовах глибинного культивування проводили за допомогою методу ІЧ-спектрометрії. Виявлені відмінності між формами щодо вмісту білка, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів та екзометаболітів свідчать про те, що в метаболізмі пелетів переважають катаболічні процеси порівняно з ростом грибів у дифузній формі. Вирощування грибів у вигляді дрібних лелетів («крупи») займає з ряду показників проміжне положення між пелетами та дифузною формою. Comparative study of macromolecular content of different mycelial growth forms of Th. terrestrls under submerged conditions was carried out with method of IRS. Exposed differences between forms in the content of proteins, nucleic acids, carbohydrates, lipids and exometabolites are evidence of predominance of catabolism processes over anabolism in pellets' metabolism in comparison with growth of fungi in the diffuse form. The fungal growth in form of very small pellets («groats») for some parameters takes up the interim position between pellets >and diffuse form. 1995 Article Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования / Е.Н. Громозова, М.А. Фомина, И.С. Блажчук, В.С. Подгорский, Е.Д. Загреба, М.К. Грубе // Биополимеры и клетка. — 1995. — Т. 11, № 3-4. — С. 73-81. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0003EF http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155755 582.288:577.126:621.384 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Сравнительный анализ макромолекулярного состава различных мицелиальных форм роста Th. terrestris в условиях глубинного культивирования проводили с помощью метода ИК-спектрометрии. Выявленные различия между формами в содержании белка, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и экзометаболитов свидетельствуют о том, что в метаболизме пеллетов преобладают катаболические процессы относительно роста грибов в диффузной форме. Рост грибов в виде мелких пеллетов («крупы») занимает по ряду показателей промежуточное положение между пеллетами и диффузной формой. |
| format |
Article |
| author |
Громозова, Е.Н. Фомина, М.А. Блажчук, И.С. Подгорский, В.С. Загреба, Е.Д. Грубе, М.К. |
| spellingShingle |
Громозова, Е.Н. Фомина, М.А. Блажчук, И.С. Подгорский, В.С. Загреба, Е.Д. Грубе, М.К. Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования Биополимеры и клетка |
| author_facet |
Громозова, Е.Н. Фомина, М.А. Блажчук, И.С. Подгорский, В.С. Загреба, Е.Д. Грубе, М.К. |
| author_sort |
Громозова, Е.Н. |
| title |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| title_short |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| title_full |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| title_fullStr |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| title_full_unstemmed |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| title_sort |
особенности развития мицелиальных структур thielavia terrestris в условиях периодического культивирования |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1995 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155755 |
| citation_txt |
Особенности развития мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического культивирования / Е.Н. Громозова, М.А. Фомина, И.С. Блажчук, В.С. Подгорский, Е.Д. Загреба, М.К. Грубе // Биополимеры и клетка. — 1995. — Т. 11, № 3-4. — С. 73-81. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT gromozovaen osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ AT fominama osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ AT blažčukis osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ AT podgorskijvs osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ AT zagrebaed osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ AT grubemk osobennostirazvitiâmicelialʹnyhstrukturthielaviaterrestrisvusloviâhperiodičeskogokulʹtivirovaniâ |
| first_indexed |
2025-07-14T07:59:45Z |
| last_indexed |
2025-07-14T07:59:45Z |
| _version_ |
1837608453629018112 |
| fulltext |
УДК 582.288:577.126:621.384
Е. Н. Громозова, М. А. Фомина, И. С. Блажчук,
В. С. Подгорский, Е. Д. Загреба, М. К. Грубе
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ
МИЦЕЛИАЛЬНЫХ СТРУКТУР THIELAVIA TERRESTRIS
В УСЛОВИЯХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
Сравнительный анализ макромолекулярного состава различных мицелиальных форм
роста Th. terrestris в условиях глубинного культивирования проводили с помощью
метода ИК-спектрометрии. Выявленные различия между формами в содержании белка,
нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и экзометаболитов свидетельствуют о том,
что в метаболизме пеллетов преобладают катаболические процессы относительно роста
грибов в диффузной форме. Рост грибов в виде мелких пеллетов («крупы») занимает
по ряду показателей промежуточное положение между пеллетами и диффузной формой.
Введение. Для мицелиальных грибов характерны гифальное строение
и апикальный рост и, вследствие этого, качественная неоднородность и
дифференциация клеток. Растущий конец гифы богаче цитоплазмой,
лишен ядер, содержит много митохондрий, отличается повышенным
содержанием РНК, белка, отдельных ферментов. В клетках предапи-
кальной зоны находится большое количество вакуолей, в которых со
средоточены резервные субстраты и ферменты. Каждая клетка гифы
способна к прорастанию и образованию новой гифы и 'системы гиф,
т. е. мицелия [1].
В условиях погруженной культуры рост мицелиальных грибов ха
рактеризуется двумя основными морфологическими формами [2, 3].
Во-первых, это гомогенный диффузный или гифальный рост, при
котором мицелий равномерно распределяется в пространстве так, что
все индивидуальные гифы окружены средой.
Во-вторых, это так называемые пеллеты, или шарики, представ
ляющие собой более или менее специфическое скопление биомассы, в
котором гифы довольно плотно соприкасаются друг с другом [4, 5].
Для пеллетов отмечены высокая степень ветвления и ригидности ми
целия и низкая скорость фрагментации [6]. Структура пеллетов зна
чительно варьирует от рыхлых, неправильной формы, до компактных
и сферических. Кроме того, наблюдаются гладкие, полые пеллеты, у
которых центр в результате автолиза полый, а внешняя пов-ерхность
компактная и гладкая. Показано, что формирование и структура пел
летов в большой степени зависит от таких условий культивирования,
как скорость перемешивания, рН среды, концентрация инокулюма, ско
рость роста, состав питательной среды, различные полимерные добавки
и поверхностно-активные вещества [7].
Ранее на примере Th. terrestris нами было установлено, что, ре
гулируя рН среды и концентрацию инокулюма, можно получать как
указанные формы, так и промежуточную, в виде мелких плотных кру
пинок, именуемую; нами «крупа» [8—12]. По своим физиологическим
характеристикам эта форма соответствует пеллетной. Условия окру
жающей среды, индуцирующие рост в той или иной форме, еще не
достаточно изучены и объяснены [2, 13]. Как осуществляется этот вы
бор и какова биологическая целесообразность существования подобных
© Е. Н. ГРОМОЗОВА, М. А. ФОМИНА, И. С. БЛАЖЧУК, В. С. ПОДГОРСКИЙ,
Е: Д. ЗАГРЕБА, М. К. ГРУБЕ, 1995
ISSN 023Э-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1986. Т. 11, № 3 - 4 73
структур в данных условиях — этот вопрос интересен как с научной,
так и практической точек зрения.
В настоящей работе с помощью метода ИК-спектроскопии изучали
макромолекулярный состав мицелия различных морфологических форм
Th. terrestris в условиях длительного перЕОДического культивирования.
Материалы и методы. Объектом исследования были выбраны тер
мофильные аскомицеты Th. terrestris 26260 (Т — 37 °С). Материал
культивировали на среде Чапека, используя круговые качалки ( л =
= 160 об/мин). Диффузную и пеллетную формы получали, выращивая
гриб при различных значениях спорового инокулюма (107 и Ю5 спор/мл,
рН среды 4,0 и 7,0 соответственно). Содержание биомассы определя
ли весовым методом. Кислотность культуральной среды регистрирова
ли потенциометрически [14]. Качественные реакции на наличие лету
чих кислот проводили в отгоне культуральной среды [15].
Макромолекулярный состав биомассы анализировали ИК-спектро-
фотометрическим методом. Микробную биомассу грибов для ИК-спек-
трального анализа отделяли центрифугированием от культуральной
среды и дважды промывали дистиллированной водой при 4 °С. Отмы
тую биомассу лиофилизировали, перемешивали и перемалывали с
КВг, далее по стандартным методикам прессовали таблетки для сня
тия спектров [16]. Центрифугаты культуральной среды для ИК-спек-
трального анализа брали в количестве 0,1 мл. К исследуемым растворам
добавляли по 1 мл 2 %-го раствора КВг, затем полученные смеси за
мораживали и высушивали лиофильно. Высушенные образцы перема
лывали с дополнительным количеством КВг. Спектры снимали на спек
трофотометре UR-20 (ГДР), щелевая программа — 4, скорость регист
рации — 160 см~'/мин. Макромолекулярный состав биомассы опреде
ляли с помощью метода базисных линий с точностью порядка 5 %•
Результаты количественного анализа отдельных компонентов даны в
процентах относительно абсолютно сухой биомассы.
Результаты и обсуждение. Проведенное нами ранее исследование
процесса развития спорового инокулюма Th. terrestris на среде с глю
козой при концентрации конидий 107 в 1 мл и значении рН среды, бла
гоприятном для диффузной формы, показало, что рост грибов являет
ся двухфазным [17]. Кривая роста состоит из первой лаг-фазы дли
тельностью 15 ч, первой фазы экспоненциального роста (15 ч), второй
короткой лаг-фазы (4 ч), второй фазы экспоненциального роста (4 ч)
и стационарной фазы периодического развития. Первая фаза экспо
ненциального роста связана с интенсивным прорастанием конидий и
формированием гиф. После 12 ч культивирования Th. terrestris наблю
дается образование ростовых трубок, после 17 ч — ветвление гиф, пос
ле 20 ч — формирование септ.
Вторая лаг-фаза, вероятно, зависит от процессов дальнейшей" диф
ференциации мицелия [18, 19]. Вторая фаза экспоненциального роста
соответствует развитию сформировавшихся мицелиальных структур
Th. terrestris и характеризуется интенсивным потреблением экзоген
ного субстрата — глюкозы. Сформировавшиеся мицелиальные струк
туры в случае диффузного мицелия представляют собой индивидуаль
ные гифы, равномерно распределенные в среде и образующие гомоген
ные волокнистые структуры.
При рН 5,0 наблюдается рост переходной к пеллетам формы в ви
де мелких агломератов, обозначаемых нами как «крупа» [И] . Рост
«крупы» происходит значительно медленнее, чем диффузного мицелия,
но гораздо быстрее, чем пеллетов (табл. 1—3). Отметим, что данная
форма в изученный нами период времени (210 ч) не достигла стацио
нарной фазы развития, а продолжала свой рост. Мицелиальные струк
туры этой формы представляют собой мелкие агломераты диаметром
менее 1 мм.
В результате исследований процесса развития спорового инокулю
ма Th. terrestris (107 конидий в 1 мл на среде с глюкозой при значе-
74 ISSN 0233-7667. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. 11, J* 3-4
ний рН, благоприятном для образования пеллетов) установлено, что
рост микромицетов в этих условиях, как и в случае диффузного роста,
является двухфазным. Длительность первой лаг-фазы кривой роста со
ставляет 25, первой фазы экспоненциального роста — 5, второй корот
кой лаг-фазы не более 1, второй экспоненциальной фазы — 10 ч. Ста
ционарная фаза наступает через 60 ч после начала культивирования.
В первой лаг-фазе происходит набухание конидий, которые в пер
вой фазе экспоненциального роста интенсивно прорастают, образуя
ростовые трубки, затем появляется частоветвящийся мицелий, форми
рующий пеллеты. В течение первой экспоненциальной фазы количест
во пеллетов постоянно возрастает. В течение второй лаг-фазы, второй
экспоненциальной фазы и до стационарной фазы развития количество
Т а б л и ц а 1
Показатели роста, кислотности среды и макромолекулярного состава мицелия
Th. lerrestris, выросшего в диффузной форме в условиях периодической культуры
Время,
ч рН АСВ, г/л
Кислотность, %
Минераль
ная
Органичес
кая Общая
Содержание компонентов, % АСВ
Белок нк Липиды Углеводы
21
40
64
88
16ft
208
257
328
3,37
2,19;
1,96
1,90
2,01
1,97
1,95
1.97
0,80
2,70
4,89
5,43
4,68
3,90
3,98
4,00
0,003
0,064
0,123
0,130
0,137
0,137
0 124
0,144
0,111
0,130
0,131
0,117
0,109
0,126
0,118
0,126
0,114
0,194
0,254
0,247
0,246
0,263
0,242
0,270
44
—
33
30
> —
26
25
23
14
—.
7
7
—
4
4
4
6
—
13
14
—
9
8
6
30
—
46
48
—
51
54
61
Т а б л и ц а 2
Показатели роста, кислотности среды и макромолекулярного состава мицелия
Th. tcrrcstiis, выросшего в форме «крупы» в условиях периодической культуры
Время,
ч рН АСВ, г/л
Кислотность, %
Минераль
ная
Органи
ческая Общая
Содержание компонентов, % АСВ
Белок нк Липи
ды Углеводы
23
42
66
90
113
165
210
4,28
2,86
2,72
2,56
2,41
2,35
2,33
0,16
1,38
1,96
1,93
3,58
3,70
4,38
—
0.016
0,023
0030
0.042
0048
0,060
—
0,065
0,074
0,084
0,087
0,102
0,126
—
0,082
0,101
0,114
0,129
0,150
0,186
44
32
29
26
24
23
21
14
6
4
4
4
4
4
6
И
12
11
11
10
8
31
47
53
56
59
60
63
Т а б л и ц а 3
Показатели роста, кислотности среды и макромолекулярного состава мицелия
Th. lerrestris, выросшего в форме пеллетов в условиях периодической культуры
Время,
ч
рн АСВ, г/л
Кислотность, %
Минераль
ная
Органи
ческая Общая
Содержание компонентов, % АСВ
Белок нк Липиды Углеводы
20
47
64
88
111
163
208
5,4
3,8
3,3
3,0
3,0
2,9
2,7
0,17
0,58
0,90
1,43
1,37
1,39
1,50
—
—
0,011
0008
0,007
0.014
0,020
—
—
0,073
0,085
0,085
0.098
0,124
0,061
0,066
0,074
0,093
0,092
0,112
0,144
45
40
34
29
28
22
16
14
7
7
6
5
3
3
5
8
10
10
. 10
8
9
29
34
46
52
54
64
71
ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. II, I* 3-4
шариков, сформировавшихся в первой экспоненциальной фазе, сохра
няется постоянным, а изменяются лишь размеры индивидуальных
пеллетов.
Сформировавшиеся мицелиальные структуры в случае пеллетной
формы представляют собой шарообразные агломераты пушистой, рых
лей консистенции с плотным центром диаметром в среднем 2 мм и
более.
Методом ИК-спектроскопии исследованы изменения макромолеку-
лярного состава мицелия различных морфологических форм Th. ter-
restris в динамике развития периодических культур.
ЙК-спектры поглощения биомассы мицелиальных грибов образу
ются в результате аддитивного сложения спектров всех цитохимических
V/o
Рис. 1. ИК-спектры поглощения различных морфологических форм Th. terrestris, взя
тые в экспоненциальной (а) и стационарной (б) фазах роста: / — диффузный мице
лий; 2 — крупа; 3 — пеллеты
ингредиентов клеток [20]. При этом, несмотря на сложную суперпози
цию большого числа полос поглощения, в ИК-спектрах грибной био
массы можно выделить ряд областей, где на слабом диффузном фоне
проявляются четко выраженные спектральные полосы, характерные
для определенных классов веществ (рис. 1, а, б).
В ИК-спектрах мицелия Th. terrestris выделяются широкие силь
ные полосы поглощения с частотами 1660 и 1550 см-1, обусловленные
белками и соответствующие характеристическим колебаниям CONH-
группы — амид I и амид II. В районе 1250 см -1 проявляется полоса
поглощения, присущая галентным колебаниям фосфатных групп нук
леиновых кислот. В области частот 980—1200 см~' наблюдается ши
рокая интенсивная полоса поглощения, обусловленная углеводами.
Данная полоса поглощения связана с валентными колебаниями СОС-
групп в составе циклических структур. Липидные компоненты клеток
выявляются дуплетом полос поглощения с частотами 2870 и 2930 см-1—
соответственно .симметричные и асимметричные колебания СН в мети-
леновой группе [21, 22].
Аддитивный характер спектров поглощения и наличие характе
ристических полос поглощения для основных классов веществ позво
ляет проводить количественное определение этих компонентов в сос
таве грибной биомассы [23, 24]. Установлено, что результаты, полу
ченные методом ИК-спектроскопии, сопоставимы с таковыми, получен
ными химическими методами анализа. Расхождение их находится в
пределах ошибок этих методов ( < Ю %)•
Данные настоящей работы свидетельствуют о том, что состав био
массы всех исследованных нами морфологических форм в конце пер
вой лаг-фазы роста практически одинаков. В клетках грибов содержит-
76 ISSN 0233-7667. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1996. Т. 11, № 3—4
ся сравнительно большое количество белка — около 45%, довольно
высокий процент нуклеиновых кислот — 14, количество углеводов кр-
леблется в пределах 30%, а липидов — порядка 6%. По мере роста
и развития культур состав отдельных компонентов грибной биомассы
значительно изменяется, причем эти изменения носят характерные осо
бенности для каждой из изученных нами мицелиальных форм.
Содержание белка в процессе роста периодических культур гри
бов заметно падает до 23 % в стационарной фазе роста у диффузной
формы и до 21 и 16 % соответственно — в клетках «крупы» и пеллетов.
При этом в зависимости от снижения количества белков в клетках
наблюдается увеличение содержания компонентов аминокислотного
пула, о чем свидетельствует возрастание пиковой интенсивности поло
сы поглощения в районе 1600 см-1, характерной для свободных ами
нокислот. Необходимо подчеркнуть, что в диффузном мицелии повы
шенное количество аминокислот отмечается только в конце стационар
ной фазы роста, т. е. на 328-м ч развития культуры. В клетках «крупы»
появление значительного количества свободных аминокислот наблю
дается уже в логарифмической фазе роста — к 40 ч. Особенно быстро
и интенсивно деструкция белков происходит в клетках пеллетов, на
личие значительных количеств компонентов аминокислотного пула об
наруживается в мицелии пеллетов уже в начале логарифмической фа
зы роста — к 30 ч (рис. 1, а, б).
Содержание нуклеиновых кислот в мицелии грибов у всех иссле
дованных нами морфологических форм Th. terrestris достигает макси
мальных значений (14 %) в период первой лаг-фазы, затем значитель
но падает в логарифмической фазе роста до 7 % и далее, в стационар
ной фазе роста, снижается до ~ 4 %. Существенных различий по со
держанию нуклеиновых кислот в клетках изученных морфологических
форм не выявлено.
Количество липидов возрастает в процессе роста в мицелии раз
личных морфологических форм и достигает максимального значения
в стационарной фазе.
По мере роста культур в клетках грибов Th. terrestris в значитель
ных количествах накапливаются углеводы. При этом в клетках диф
фузного мицелия количество углеводов возрастает до 46 % в конце ло
гарифмической фазы роста и затем постепенно увеличивается до 61 %
в конце стационарной фазы роста. В мицелии «крупы» содержание уг
леводов достигает 47 % уже в начале логарифмической фазы роста
(к 24-му ч) и в процессе роста культуры количество углеводов уве
личивается до 63 %,. Несмотря на то, что содержание углеводов в клет
ках пеллетов возрастает довольно медленно, пеллеты накапливают наи
большее количество углеводов — в конце стационарной фазы роста их
содержание в клетках достигает 71 %.
Установлено, что в диффузной биомассе накопление углеводов в
значительной степени происходит за счет гликогена. Об этом свиде
тельствует спектр поглощения в области частот 980—1200 см -1, где
на фоне широкой интенсивной полосы поглощения, связанной с ва
лентными колебаниями СОС-групп, проявляется целый ряд характер
ных, четко выраженных пиков с частотами 1040, 1080 и 1160 см-1, обу
словленных гликогеном. Углеводы, образующиеся в клетках пеллетов,
в основном относятся к глюканам.
В динамике развития периодических культур Th. terrestris иссле
дованы также ИК-спектры поглощения супернатантов культуральной
среды (рис. 2). Ранее нами было показано, что ИК-спектрофотометри-
ческий анализ супернатантов культуральной среды позволяет контро
лировать потребление основных источников питания (обычно углево
да и азота) и анализировать выделение в среду экзогенных продуктов
обмена [25, 26]. В ИК-спектрах питательной среды глюкоза прояв
ляется широкой и интенсивной полосой поглощения, обусловленной
валентными колебаниями СОС-групп в составе циклических структур.
Нитраты обнаруживаются по наличию узкой, интенсивной полосы по-
1SSN 023Э-7667. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. 11, Jft 3 - 4 77
глощения с частотой 1390 см-1, характерной для симметричных валент
ных колебаний Ж)3-группы. Значительная интенсивность вышеуказан
ных полос поглощения позволяет осуществлять количественное опре
деление источников углерода и азота в процессе роста культуры грибов,
Обнаружено, что' потребление глюкозы диффузной формой проис
ходило очень интенсивно, и к 88 ч она полностью утилизировалась
культурой.
Потребление глюкозы грибами, выросшими в форме «крупы», про
исходило менее интенсивно и соответственно более медленным был
процесс роста этой культуры. К 210 ч
глюкоза еще присутствовала в пита
тельной среде и рост «крупы» про
должался.
Грибы, выросшие в форме пелле-
тов, глюкозу полностью не потребля
ли, несмотря на то, что рост культу
ры прекращался к 88 ч и она перехо
дила в стационарную фазу развития.
Источник азота в виде NaNOs
присутствовал в питательной среде в
избытке и ни одной из изученных
морфологических форм 77г. terrestris
полностью.4не потреблялся (рис. 2).
Рис. 2. ИК-спектры поглощения сулернатантов
культуральной среды, взятые в стационарной
фазе роста различных морфологических форм
мицелия Th. terrestris: I — исходная питатель
ная среда; 2 — диффузный мицелий; 3 — «кру-
~" КО 1300 /700 2800 3200 9,ш'' па»; 4 — пеллеты
В ходе роста и развития периодических культур грибов наблюда*
ется существенное выделение органических кислот, что приводит к под-
кислению среды до рН 2,0—2,5. Хотя по абсолютным значениям вы
деление кислот более интенсивно осуществляется у диффузной формы
(табл. 1), в пересчете на единицу биомассы наиболее продуктивна пел-
летная форма. Установлено, что летучие кислоты всех изученных форм
в основном представлены уксусной кислотой [27].
Таким образом, как показали наши исследования, функциониро
вание различных морфологических форм гриба Th. terrestris в услови-'
ях длительного периодического культивирования имеет свои характер
ные особенности.
Диффузная форма грибного мицелия растет экспоненциально до
тех пор, пока углеродные субстраты не истощаются и не становятся
фактором, ограничивающим рост. Эта форма отличается интенсивным
потреблением углеродного субстрата, большим количеством гликогена
в биомассе.
Появление повышенного количества свободных аминокислот в ми
целии гиф наблюдается только в конце стационарной фазы роста, ког
да рост культуры лимитирован источником углерода.
Рост грибов в форме «крупы» занимает промежуточное положение
не только в плане перехода от диффузной к пеллетной структуре, но
и по ряду особенностей макромолекулярного состава биомассы. Как
и у гиф (правда, в меньшем количестве), углеводы здесь представле
ны гликогеном, однако низкая скорость потребления углеродного суб
страта и наличие в клетках «крупы» значительного количества сво
бодных аминокислот обусловливают ее сходство с пеллетной формой.
В мицелии пеллетов содержание белков довольно низкое, и уже
в экспоненциальной фазе роста в клетках обнаруживается значитель»
78 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКД. 1995. Т. П. J* 3—t
ное количество свободных аминокислот. Углеводы пеллетов в основ
ном представлены глюканами. Рост пеллетов прекращается, когда в
среде в значительных количествах присутствуют источники углерода
и азота.
Установлено, что на начальных этапах масса пеллетов увеличива
ется экспоненциально. После достижения критических размеров, рав
ных четырем значениям ширины периферической зоны роста, экспо
ненциальный рост пеллетов, при котором все гифы являются актив-
норастущими, заканчивается. В дальнейшем пеллеты увеличивают свой
диаметр с линейной скоростью, и их рост описывается законом куби
ческого корня [4], Фаза роста по закону кубического корня продолжа
ется в течение 18 ч. В этот период значения кубических корней
массы сухого мицелия увеличиваются линейно с постоянной валовой
скоростью.
Вероятно, рост пеллетов отклоняется от экспоненциального зако
на из-за того, что с увеличением размеров затрудняется диффузия пи
тательных элементов внутрь пеллета настолько, что становится невоз
можным поддержание роста всей биомассы. Радиус шарика достига
ет «критического значения», когда диффузия субстрата становится
фактором, лимитирующим рост пеллета, т. е. когда концентрация суб
страта в центре шарика достигает нуля. Перт ,[4] предположил, что
для облигатных аэробов, вероятнее всего, лимитирующим фактором
является кислород. Было установлено, что удельная скорость дыхания
мицелиальных пеллетов Aspergillus niger значительно уменьшается с
увеличением их размеров [28]. В определенных условиях перифериче
ские слои пеллета продолжают расти экспоненциально, но остальная
биомасса, остановившая свой рост, может лизироваться, образуя в
центре пеллета полость [4].
Проведенный нами ранее сравнительный анализ уравнений мате
риального баланса роста различных мицелиальных структур Th. ter-
restris позволил установить, что при развитии гриба в виде пеллетов
иа одну молекулу глюкозы потребность в кислороде ниже, чем при
диффузном росте [12, 27]. Рост в виде пеллетов отличается от диф
фузного более низким выходом биомассы, высоким образованием мета
болитов и меньшим выходом продуктов полного окисления глюкозы:
С02 и Н20. Диффузный рост более экономичен с точки зрения синте
за биомассы, для него характерны низкие непродуктивные затраты,
более высокий энергетический выход и более полнее окисление угле
водного субстрата.
Общей тенденцией для всех балансовых показателей является то,
что в метаболизме пеллетов, очевидно, преобладают анаэробные про
цессы и неполное окисление. Об этом свидетельствуют и значения ды
хательного коэффициента (ДК). Ранее нами было показано, что ДК
при росте грибов в виде пеллетов выше, чем при диффузном росте, в
этом случае значения ДК для обеих форм больше единицы [27]. Из
вестно, что оптимальному аэробному биосинтезу соответствуют значе
ния ДК меньше единицы. В условиях возрастания энергетического об
мена при лимитировании и ингибировании конструктивного обмена
ДК повышается до 1,0 [29].
Однако в случае перехода дыхания микроорганизмов на альтер
нативные пути окисления НАДН, о котором свидетельствует накопле
ние продуктов неполного окисления (полиолов и органических кислот),
ДК становится выше единицы [30]. Такой тип дыхания очень распро
странен у грибов, для которых типичны значения ДК от 1 до 4 [30, 31].
Следовательно, для роста Th. terrestris в условиях периодического
культивирования на глюкозе в различных формах характерно соче
тание окислительного фосфорилирования с прямым переносом элек
тронов на кислород и альтернативные пути окисления, связанные с
другими акцепторами электронов. Различия между исследованными
мицелиальными структурами в значениях ДК свидетельствуют о пре
обладании в метаболизме пеллетов альтернативных анаэробных
ISSN 023*7667. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. 11, J* 3-« 79
процессов окисления по сравнению с диффузной формой роста Th.
terrestris.
Таким образом, отличия в макромолекулярном составе биомассы
различных мицелиальных структур подтверждают выявленные нами
ранее физиологические особенности их роста.
О. М. Громозова, М. О. Фоміна, І. С. Блажчук,
В. С. Підгорський, Є. Д. Загреба, М. К. Грубе
ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ МІЦЕЛІАЛЬНИХ СТРУКТУР THIELAVIA
TERRESTRIS В УМОВАХ ПЕРІОДИЧНОГО КУЛЬТИВУВАННЯ
Р е з ю м е
Порівняльний аналіз макромолекулярного складу різних міцеліальних форм росту
Th. terrestris в умовах глибинного культивування проводили за допомогою методу
ІЧ-спектрометрії. Виявлені відмінності між формами щодо вмісту білка, нуклеїнових
кислот, вуглеводів, ліпідів та екзометаболітів свідчать про те, що в метаболізмі пеле-
тів переважають катаболічні процеси порівняно з ростом грибів у дифузній формі.
Вирощування грибів у вигляді дрібних лелетів («крупи») займає з ряду показників
проміжне положення між пелетами та дифузною формою.
Е. N. Gromosova, M A. Fomina, I. S. Blazchuk,
V. S. Podgorsky, Е. D. Zagreba, М. К. Grube
DEVELOPMENT PECULIARITIES OF MYCELIAL STRUCTURES
OF THIELAVIA TERRESTRIS UNDER BATCH CONDITIONS
S u m m a r y
Comparative study of macromolecular content of different mycelial growth forms of
Th. terrestris under submerged conditions was carried out with method of IRS. Exposed
differences between forms in the content of proteins, nucleic acids, carbohydrates, lipids
and exometabolites are evidence of predominance of catabolism processes over anabolism
in pellets' metabolism in comparison with growth of fungi in the diffuse form. The fungal
growth in form of very small pellets («groats») for some parameters takes up the interim
position between pellets and diffuse form.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tгіпсі A. P. J. The duplication cycle and branching in fungi // Fungal walls and
hyphal growth.—Cambridge: Univ. press, 1979.—P. 319—358.
2. Metz B. From pulp to pellet // Ph. D. thesis.—Delf, 1976.
3. Trinci A. P. J. A kinetic study of the growth of" Aspergillus nidulans and other
fungi / / J . Gen. Microbiol.—1969.—57, N 1.—P. 11—24.
4. Pirt S. J. A theori of the mode of growth of in the form of pellets in submerged
culture // Proc. Roy. Soc—1966.—B. 166.—P. 369—373.
5. Yanagita Т., Kogane F. Cytochemical and physiological differentiation of mould
pellets // J. Gen. Microbiol— 1963.—9, N 2.—P. 179—187.
6. Righaleto R. C. The kinetic of mycelial growth // Fungal walls and hyphal growth.—
Cambridge: Univ. press, 1977.—P. 385—402.
7. Mets В., Kossen N. W. F. The growth of mould in form of pellets // Biotechnol. and
Bioeng.—1977.—19, N 6.—P. 781—799.
8. Громозова E. H., Садовский М. Г. Эволюционные механизмы адаптационных пе
рестроек в морфологии некоторых грибов.— Красноярск: Ин-т физики СО АН
СССР, 1988.—32 с.
9. Громозова Е. Н., Блажчук И. С. Влияние некоторых факторов на характер роста
Thielavia sp. в погруженной культуре//Микробиол. журн.— 1989.— 51, №4.—
С. ЗО—Зі.
10. Громозова Е. Н., Блажчук И. С, Галынина Н. И. Уровень АТФ в процессе разви
тия различных мицелиальных структур Thielavia terrestris // Там же.— 1990.— 52,
№ 5.—С. 48—51.
П. Шемшур Т. И., .Громозова Е. Н., Подгорский В. С. Влияние некоторых условий
культивирования на характер роста актином.ицетов в погруженной культуре / / Там
же.— 1989.— 51, № 3.— С. 30—34.
12. Gromosova E. N., Fomina M. A., Podgorsky V. S. et at. Growth efficiency of Thiela
via terrestris mycelial structures // Acta Biotechnol.— 1991.— 11, N 4.— P. 325—329.
80 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. И, № 3-4
13. Whittaaker A., Long P. A. Fungal pelleting // Process Biochem.— 1973.— 8, N 1,—
P. 27—31.
14. Методы практической биохимии : Справочник / Под ред. Б. Уильяме, К. Уилсон.—
М. :Мир, 1978.— 268 с.
16. Ермаков А. И., Арасимович В. А., Ярош и др. Методы биохимического исследования
растений.— Л. : Агропромиздат ,1987.— 40 с.
16. Якобсон Ю. О-, Загреба Е. Д. Использование методов инфракрасной спектроскопии
для изучения образцов микробиологического происхождения / / Биосинтез оксикис
лот и кетокислот микроорганизмами.— Рига : Зинатне, 1984.— С. 116—133.
17. Громозова Е. Н., Фомина М. А., Блажчук И. С, Подгорский В. С. Физиологические
особенности роста различных мицелиальных структур Thielavia sp. на среде с глю
козой / / Микробиол. журн.— 1989.— 51, № 1—С. 43—46.
18. Kier /., Allerman К., Floto F., Olsen J. Changes of exponencial growth rates
in submerged culture // Physiol. Plant—1976.—38, N 1.—P. 6—12.
19. Novak M., Fenchil Z. Kinetic analysis of the relationship between batch and conti
nuous cultivation of Aspergillus niger // Biotechnol. and Bioeng. Symp.,— 1973.—
N 4.— P. 43—52.
20. Загреба Е. Д., Гиновска М. К., Якобсон Ю. О. Инфракрасный спектрофотометри-
ческий анализ базидиальных дереворазрушающих грибов / / Всесоюз. конф. «Мице-
лиальные грибы» : Тез. декл.— Пущино, 1983.— С. 10—11.
21. Загеба Е. Д., Гиновска М. К., Якобсон Ю. О. Изучение биохимического состава
микробной биомассы методом ИК-спектроскопии / / Эксплуатация и усовершенство
вание ферментационных установок.— Рига : Зинатне, 1986.— С. 142:—155.
22. Jakobson J. О., Zagreba I. D., Ginovska M. K. Control over processes of microorga
nism cultivation by IR-spectroscopy// 111 Eur. congr. of biotechnol.— Munchen, FRG,
1984.—Vol. 1.—P. 737—742.
23. Загреба Е. Д., Гиновска М. К., Савенков В. В., Якобсон Ю. О. ИК-спектрофото-
метрический контроль химического состава микробной биомассы / / Применение
спектроскопии в ближней ИК области для контроля качества продукции.— М.:
Интерагротех, 1989.—С. 111—120.
24. Загреба Е. Д., Савенков В. В., Гиновска М. К- ИК-спектрофотометрический кон
троль химического состава микробной биомассы / / Микробная конверсия.— Рига :
Зинатне, 1990.—С. 139—147.
25. Загреба Е. Д., Заринь Н. В., Якобсон Ю. О. Сравнительное изучение процессов
биосинтеза глутаминовой кислоты культурой Corynebacterium glutamicum 541-Р
методом ИК-спектроскопии / / Селекция и культивирование продуцентов аминокис
лот и ферментов.— Там же.— 1979.— С. 148—157.
26. Загреба Е. Д., Гиновска М. К-, Якобсон Ю. О. Использование инфракрасной спек
троскопии для изучения культуральной жидкости микроорганизмов / / Изв. АН
ЛатвССР.— 1982.—№ 3 —С. 118—122.
27. Фомина М. А., Громозова Е. Н., Подгорский В. С. Материальный баланс роста двух
мицелиальных структур Thielavia sp. на среде с глюкозой / / Микробиол. журн.—
1990.—52, № 5.—С. 42—47.
28. Kobayashi Н., Van Demen G., Moo-Young M. Oxygen transfer into mycelial pellets //
Biotechnol. and Bioeng.—1979.—15, N 1.—P. 27—45. / ^
29. Иванов В. П., Стабникова Е. В. Стехиометрия и энергетика микробиологических
процессов.— Киев : Наук, думка, 1987.— 150 с.
30. Taber W. A., Taber R. A. Carbon nutrition and respiration of Pisolithus tinctoius //
Trans. Brit. Mycol. Soc— 1987.— 89, N 1.—P. 13—26.
31. Rickard P. A. D., Hogan С. В. I. Effect of on the activity and synthesis of fermen
tative and respiratory pathway of Saccharomyces sp. // Biotechnol. and Bioeng.—
1978.—20, N 7.—P. 1105—1110.
Ин-т микробиологии и вирусологии
им. Д. К. Заболотного НАН Украины, Киев
Ин-т микробиологии Латв. АН, Рига
Получено 04.11.94
ISSM ИМ-7667. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1995. Т. 11, № 3-46—5-835 щ
|