Экологические аспекты современной биотехнологии
Протеолитические бактерии, используемые в промышленности относятся к роду Clostridium (28 штаммов из 43 выделенных), Peptococcus anaerobis (8 штаммов), к родам Bacterioides и Eubacterium (3 штамма), а также к родам, близким к Bifidobacterium. Общее количество микроорганизмов, обладающих протеолитической активностью, в метантенках достигает 105 кл/мл. Отмечается, что до 50 % выделенных бактер
ий, участвующих в метановом брожении, образуют споры. Влияние микробиологического состава поступившего в ме-тантенк субстрата на микрофлору метанового брожения хорошо видно на примере анаэробного сбраживания стоков свиноферм, в культуральной жидкости которых обнаружено до 50 % энтеробактерий Е. coli и анаэробных стрептококков. В этом опыте первыми развивались бактерии, обладающие амилолитической активностью, а позднее — обладающие целлюлолитической и протеолитической активностями.
Существенная роль в процессах метанового брожения принадлежит ацетогенными и водородпродуцирующим бактериям. Эти бактерии, например Syntrophobacter wolinii, превращают пропионат в ацетат, СО2, если в среде одновременно присутствуют водородпотребляющие бактерии. Водород образуется при окислении NADH2 с образованием NAD. Содержание водорода в среде зависит не только от ацетогенных бактерий, но и от водородпотребляющих метаногенов. Метаногенная система будет работать эффективно тогда, когда парциальное давление водорода будет низким. При этом условии углеродные соединения конвертируются в ацетат, СО2 и будут плохо накапливаться различные жирные кислоты. В условиях загрузки биореактора легкодеградируемым субстратом концентрация СО2 может увеличиваться и в среде будут накапливаться пропионовая, масляная и другие органические кислоты.
В третьей фазе — метаногенной — участвуют метанобразующие бактерии. Эта группа анаэробных бактерий принадлежит к древнейшему царству живых существ — архибактериям. Строение и метаболизм метанобразующих бактерий сильно отличаются от прокариот. Так, у метаногенов маленький геном — около '/з генома кишечной палочки. Исследования последних лет показали, что последовательность нуклеотидов в РНК у метаногенов и у обычных бактерий существенно различаются. Энергию для роста эти бактерии получают при восстановлении наиболее окисленного соединения СО2 до наиболее восстановленного СН4. Предполагаемый путь автотрофной ассимиляции СО2 у Methanobacterium thermoautotrophicum показан на рис. 3.
Таблица 8. Фазы метанового брожения
Группы бактерий, участвующие в процессе |
Исходные вещества |
Продукты |
Биогидролиз полимеров и ацидогенез
Гидролитические ацетогенные
Комплекс оргашче- Высшие жирные кис- ских веществ лоты
Ацетогенез и дегидрогенизация Водородпродуцирующие бактерии Высшие жирные кис- На, СО2, СН3СООН
Метанобразующие бактерии
Метаногенез
На, СО2, СНзСООН
СН4, СО2
Галактозо-КНг
|Аспартат{
|
Оксал о ацетат
I
Малат Фумарат
Фактор |
Сукцинат
ATP I
Сукцинил-СоА
(С02) 1 факт°Р 420ВОСС а-кетоглутарат
Гексозофосфат
Триоэофосфат
АТР
Фосфоенолпирув ат
Пентоэофосфат
Рис. 3.
Предполагаемая схема автотрофной ассимиляции СО2 у бактерий Methanobacterium thermoautotrophicum
После создания Хангейтом Р. Э. в 1985 г. упрощенной техники культивирования метанобразующих бактерий удалось выделить 30 видов метаногенов, принадлежащих к 14 родам и 6 семействам. Некоторые представители метанобразующих бактерий приведены в табл. 11.9. По форме клеток метаногены являются кокками или палочками различных размеров и подвижности. Некоторые представители Methanobacterium и особенно Methanothrix могут образовывать даже нитеобразные клетки. Строение клеточной стенки у метаногенов отличается от таковой у обычных бактерий.
В качестве субстрата многие метаногены потребляют формиат, который трансформируют в метан:
4HCOOH-CH4+3CO2+2H2O
Таблица 9. Характеристика метанобразующих бактерий
Род и вид |
Характеристика культуры |
Субстрат |
Methanobacterium
formicum
bryantii
thermoautotrophicum Methanobrevibacterium
ruminantium
smithi
orboriphilus Methanococcus
vannielii
voltae
thermoiithotrophicus
mazei
Methanomicrobium mobile
Methanobacterium cariaci marisnigri
Methanospirillum hunga-tei
Methanosarcina barken
Methanolhrix soehngenii
Methanothermus fervidus
Палочки от длинных до нитеобразных; в клеточной стенке содержится псевдомуреин
Комки, короткие палочки; в клеточной стенке содержится псевдомуреин
Подвижные нерегулярные небольшие кокки; в клеточной стенке содержатся полипептидные субъединицы
Подвижные короткие палочки и нерегулярные подвижные небольшие кокки; в клеточной стенке содержатся полипептидные субъединицы
Подвижные небольшие нерегулярные кокки; в клеточной стенке содержатся полипептидные субъединицы Подвижные палочки; в клеточной стенке содержатся полипептиды
Нерегулярные кокки, сгруппированные в пакеты; в клеточной стенке содержатся гетерополисахариды Палочки от длинных до нитей; в клеточной стенке не содержится муравьиная кислота
Неподвижные палочки; в клеточной стенке содержится псевдомуреин
Водород и формиат
Водород
То же
Водород и формиат
То же
Водород
Водород и формиат То же
»
Водород, метанол, метиламин, ацетат Водород и формиат
То же
Водород и формиат
Водород, ацетат, метанол, метиламин
Ацетат
Водород
При переработке различных коммунальных и промышленных стоков пищевых производств основным субстратом для метаногенов является ацетат, который также превращается в метан:
СН3СООН -СН4 + СО2.
К этой группе метаногенов относятся Methanosarcina barkeri Methanococcus mazei, Methanothrix soengenii. При конверсии ацетата в метан с их помощью очень мало изменяется свободная энергия субстрата (AG6 = —32 кДж), поэтому скорость их роста низка и их генерация длится не менее 10 сут.
Другие рефераты на тему «Экология и охрана природы»:
Поиск рефератов
Последние рефераты раздела
- Влияние Чекмагушевского молочного завода на загрязнение вод реки Чебекей
- Влияние антропогенного фактора на загрязнение реки Ляля
- Киотский протокол - как механизм регулирования глобальных экологических проблем на международном уровне
- Лицензирование природопользования, деятельности в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности
- Мировые тенденции развития ядерной технологии
- Негативные изменения состояния водного бассейна крупного города под влиянием деятельности человека
- Общественная экологическая экспертиза и экологический контроль