НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ПРОТОЧНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩИХ ПРОСТЕЙШИХ
Из литературы известно, что биомасса водородных бактерий Hydrogenomonas autropha 2. в непрерывной культуре достигает 15 г сух, в-ва/л [Пономарев и др., 1974) при удельной скорости роста 0,2 ч. В связи с тем, что темп деления инфузорий ниже, чем бактерий, при увеличении скорости протока инфузории вымываются [Browning, Lockingen, 1953 ), их продуктивность снижается.
В наших опытах при непрерывном выращивании Paramecium caudatum ее продуктивность составила (0,6 г сух, в-ва/ (.л. сут), или в 25 раз ниже, чем при непрерывном выращивании водородных бактерий.
Для поддержания оптимальных условий среды в плотной культуре парамеций с целью получения высокой продуктивности применен непропорционально-проточный метод [Конова, Лисовский, 1976). Он характеризуется тем, что клетки, или организмы, и культуральная среда в Выводимой суспензии находятся в ином соотношении, чем в реакторе. Этот эффект достигается за счет увеличения площади для оседания парамеций (пластины).
Для определения плотности культуры в установке ее перемешивали стеклянной трубочкой, через которую проходил воздух. У розкай из этой части слива или контрольного слива суммировали сполученным в непрерывно сливаемой части суспензии:
у XV-XV,+...+xmУ
(13) Р
где у — продуктивность, тыс. экз./ (см3 - сут); X, X., ... ..., xn — плотность культуры в отдельном сливе, тыс. экз./см3; VI, V., ..., V, — объем отдельного слива, см3.
Коэффициент непропорциональности определяем по уравнению
К. Хri
K - v ,
в
а
где x — плотность культуры в реакторе, тыс. экз./см*; 1 — суточный объем слива, см“.
В случае, когда не проводится контрольных сливов,
к —
(15)
где x, — плотность культуры в непрерывно сливаемой части суспензии, тыс. экз./см.
Для оценки состояния популяции использовали показатели плотности, продуктивности и ц. Последнюю величину определяли по формуле для непрерывного процесса с введением коэффициента непропорциональности
в =
К.
(165)
Исследование влияния разной скорости протока на рост непропорционально-проточной культуры парамеций. Paramecium caudatum содержали в установке с двумя эрлифтами (рис. 12) на среде Лозина-Лозинского при температуре 25°С. Кормом служили дрожки и бактерии.
Исследованы скорости протока 0,5; 5 и 10 об./сут. Опыты продолжались 24 сут.
В опыте 1 при скорости протока 0,5 об./сут плотность культуры составила 5,5 тыс. экз./см, а продуктивность - 1,62 тыс. экз./см* при коэффициенте непропорциональности 2,0. с увеличением скорости протока до 5 об./сут (опыт 2) плотность достигла 50 тыс. экз./см3, а продуктивность – около 20 тыс. экз./см* при коэффициенте непропорциональности 13,1, Дальнейшее повышение скорости протока до 10 об./сут привело к снижению плотности до 44 тыс. экз./см3 и продуктивности до 17,2 тыс. экз./см. при коэффициенте непропорциональности 25,5.
Скорость протока от 5 до 10 об./сут при коэффициенте непропорциональности от 10 до 25 оптимальна для Pararrecium caudatum при 25°С (см. рис. 13). Дальнейшее увеличение скорости протока, вероятно, приведет к снижению ІІлот IIости и продуктивности популяции при всевозрастающей р.
Интенсивное непропорционально-проточное культивирование парамеций. Микробиологическая промышленность, используя метод непрерывного выращивания, обеспечивает целые отрасли на родного хозяйства продукцией. Бесперебойно рыбное хозяйство снабжается кормовыми дрожжами, хлебопекарная промышленность -- дрожжами и т. д.
Важную роль играют микроорганизмы, в том числе простейшие (Curds, 1975), в очистке сточных вод. Однако методов, способствующих получению высокой плотности и продуктивности непрерывно растущей культуры простейших в отличие от микробных, мало и они главным образом лабораторные.
Совершенствуя метод II технику непропорционально-проточного выращивания простейших с целью получения плотной культуры и больших количеств биомассы, нами разработан аппарат с эрлифтами объемом 10 л (см. Гл, 2). Расход воздуха — 1,5—2 п• мин/л культуры. Установка испытана в лаборатории и в условиях рыбоводного хозяйства. В рыбхозе в качестве среды взята скважинная вода, которую 2 раза в сутки заливали в бак с питающей суспензией. Кормом служили прессованные дрожки. Дрожки ресуспендировали в среде и заливали в бак со скважинной водой, где они перемешивались с помощью воздуха. Через час после приготовления суспензия непрерывно подавалась в реактор с простейшими со скоростью боб./сут при 20°С. В последние 12 сут опыта плотность культуры удерживалась около 34 тыс. экз./см, а ежесуточная продуктивность около 17 тыс. экз./см2, или около 20 г сыр. в-ва/ (л• сут) (рис. 14) при коэффициенте непропорциональности 12. Удель ная скорость роста 0,0208 ч. Замечено, что культура с более низкой плотностью (около 20 тыс. экз./см2) способна обеспечить такую не продуктивность при возрастающей п.
Таким образом, увеличенный в 50 раз реактор по сравнению с лабораторным, способен обеспечить такую же продуктивность — около 20 т/ (л• сут), или общую ежесуточную продукцию 200 г сырой биомассы. По нашим расчетам, этой биомассой в сутки можно накормить 200 тыс. личинок карпа весом 1 мг, а для 1 млн. таких же личинок потребуется реактор объемом 50 л.
При выращивании простейших в личиночном цехе рыбхоза создается опасность заражения плесневыми грибами вследствие сырости, а также при использовании различных партий пресовaнных дрожжей, иногда несвеяких. В связи с этим успешное культивирование простейших в больших масштабах мы связываем с созданием двухзвенной трофической цепи микробы — простейшие. Оба звена должны работать в непрерывном режиме, в специально оборудованных помещениях.
Наши опыты [Конова, Лисовский, 1976 ] показали, что с увеЛичением плотности проточной культуры и снижается в 5— 10 раз по сравнению с индивидуальной, однако ежес уточная продуктивность первой при оптимальных условиях в 2—3 тыс. раз превышает продуктивность последней.
Для установления возможности увеличения Днепропорционально-проточной культуры нами проведены опыты с P. caudatum при низкой плотности. Известно, что удельная скорость роста в индивидуальной культуре Р. caudatum составляет 0,087 ч-, пересев в свежую среду скором осуществляется один раз в сутки, отсутствует аэрация.
Применив метод непропорционально-проточного выращивания P. caudatum с плотностью 0,4-0,5 тыс. экз./см при оптимальной скорости протока 10 об./сут и коэффициент е непропорциональности, сникенном до 2,8, нами Кокова, 1974] получена р= 0,1442 ч- (среднее время генерациir 4,78 ч), что в 2—3 раза превысило литературные данные для индивидуальной культуры.
Обобщенная зависимость вот плотности популяции при скорости протока 5— 10 об./сут и коэффициенте непропорциональности от 2,8 до 26 показана на рис. 15. С увеличением плотности и может снимкаться в 10 — 15 раз,
Непропорционально-проточное культивирование различных инфузорий. Данный метод, разработанный для P. caudatum, обеспечил непрерывный рост и высокую продуктивность, а такне позволил в непропорционально-проточной культуре с низкой плотностью получить удельную скорость роста 0,1442 ч. время генерации 4,78 ч, что в 2,5 раза превысило ранее известные и в индивидуальном режиме.
Метод непропорционально-проточного выращивания применен к другим видам парамеций, которых содержали в реакторе с двумя эрлифтами, с пластинами внутри при скорости протокa среды (среда озина-Лозинского) 10 об./сут. Кормом служили дрожжи и бактерии, концентрация дрожжей в питающей суспензии — 80 млн. кл./см“, соотношение дрожжей и бактерий 10 : 1. Температура 26°С, рН 6,5—6,8. В опытах использованы P. caudatum, p. multimicronucleatum и P. aurelia (см. рис. 2 и 16).
Удельная скорость роста культуры в контроле достигла 0,0172 ч-, в опытах она была несколько ниже (табл. 1). Уменьшeниe и P. multimicronucleatum по сравнению с P. caudatum, вероятно, генетически обусловлено, а в культуре Р. aurelia мы связываем с неоптимальными по температуре и концентрации корма условиями выращивания.
Непропорционально-проточный метод применен нами (Кокова, Пак, 1974] к другому роду класса Ciliata к Blepharisma.
В опытах использована Blepharisта undulans. Культуру блефаризм содержали на смешанном корме (дрожжи бактерии), а также на прессованных дрожжах. Скорость протока среды — 5 об./сут. При этом плотность В. undularis при кормлений смешанным кормом составила 19 тыс. экз./см2, а прессованными дрожжами около 13 тыс. экз./см3 (рис.17). Продуктивность — около 4 тыс. экз./см2, или 0,3 г сух. в-ва/ (л-сут), что в 5—6 раз ниже, чем Paramecium caudatum.
Таким образом, метод непропорционально-проточного выращивания пригоден для различных видов инфузорий, однако для получения интенсивной культуры инфузорий различных видов необходимо учитывать оптимальные для каждого вида условия.
Предлагаемый метод культивирования свободноживущих простейших может быть использован с целью изучения простейших, а также при создании искусственных экологических систем.
Не менее интересны в научном плане простейшие, обитающие в различных органах животных-хозяев. Так, жгутиконосцы, живущие в кишечнике термитов, снабжают их продуктами метаболизма целлюлозы, и связи простейших с хозяино настолько тесны, что дефаунация приводит к гибели термитов (Yamin е. а., 1979].
ІІ оразительно, что жвачные животные, Iіитающиеся главным образом грубыми кормами с большим количеством клетчатки, не имеют фермента целлюлазы, который, как известно изшенецкий, 1953), способствует утилизации клетчатки тем организмам, которые его не имеют. Этот фермент отсутствует учеловека. В связи с этим при создании замкнутых экологических систем, включающих человека, а также высшие растения как автотрофное звено, необходимо звено, способное утилизировать клетчатку отходов автотрофного звена. Для этих целей, вероятно, могут быть использованы простейшие из рубца.
