2 Состав питательных сред (30 баллов).

Источниками углерода в питательной среде для гетеротрофных микроорганизмов могут быть углеводы (моносахариды, полисахариды), спирты, кислоты, углеводороды и др. Концентрация этих веществ в среде может изменяться от десятых долей процента до 20%- Абсолютное содержание источника углерода для получения определенного количества нужного метаболита или биомассы рассчитывают, используя экспериментально определенные экономические коэффициенты выхода.

Источниками азота в питательной среде могут быть белки, пептиды, аминокислоты, соли аммония или аммиака, нитраты, а также атмосферный азот. Количество азотсодержащих веществ для образования биомассы можно вычислить, если известно содержание азота в данной биомассе и вероятный урожай ее.

Обычно принимают, что 5% азота остается в питательной среде неиспользованным.

В качестве источника фосфора обычно используют фосфаты. Кроме того, к питательной среде добавляют соли К, Mg, Fe и различные органические вещества.

Потребность микроорганизмов в соответствующих веществах выясняют, культивируя их на синтетических средах, которые состоят из компонентов чистых веществ. Изменяя количество одного из компонентов среды и сохраняя остальные на оптимальном уровне, можно установить, какие вещества и в каких концентрациях необходимы для культивирования соответствующего микроорганизма. В лабораториях аэробные микроорганизмы культивируют в пробирках или колбах, которые помещают в специальные качалки.

Готовя синтетические среды, необходимо обеспечить полноценный комплекс минеральных веществ. Кроме калия, фосфора, магния и других элементов, которые добавляют в питательную среду в сравнительно больших количествах, иногда для нормального развития культуры необходимо незначительное количество некоторых элементов. Так, несколько микрограммов кобальта, марганца и меди на 100 г питательной среды изменяют образование витаминов группы В в биомассе дрожжей. Чтобы выяснить воздействие этих микроэлементов на рост культуры микроорганизмов и биосинтез различных веществ, опыты необходимо проводить в среде, приготовленной на бидистиллированной воде из перекристаллизованных солей, при использовании посуды из особого стекла или особой пластмассы.

В лабораториях часто применяют природные питательные среды. Для культивирования некоторых микроорганизмов используют мясной отвар в виде мясо-пептонного бульона или мясо-пептонного агара, солодовое сусло, молоко и т. п.

Большинство гетеротрофных микроорганизмов хорошо развивается на среде с дрожжевым экстрактом или автолизатом, которые добавляют к синтетической среде.

Для выращивания дрожжей, бактерий и плесневых грибов широко используют солодовое или пивное сусло, которые содержат 8—12% сахара, главным образом в виде мальтозы, декстрины, азотсодержащие, минеральные вещества, витамины и другие необходимые компоненты. Природные питательные среды готовят также из экстрактов молока, картофеля, бобов или овощей, из плодовых или ягодных соков и т. д.

В промышленности для культивирования микроорганизмов обычно применяют полусинтетические или природные субстраты.

Источником углерода часто бывает меласса, источником биологически активных веществ — кукурузный, дрожжевой экстракты и др. Дозировки этих природных продуктов в среду необходимо регулировать в соответствии с оптимальными границами концентраций наиболее важных активных веществ для данной культуры.

Если на клетки микроорганизмов воздействуют слишком высокие концентрации веществ в растворе, может произойти плазмолиз— часть воды выйдет из клеток и протоплазма отойдет от клеточной стенки. Это явление можно наблюдать в микроскоп если, например, поместить дрожжевые клетки в каплю 2—5%-ного раствора NaCl. Большинство бактерий легко переносят 0,5—3%-ную концентрацию солей, а галофильные микроорганизмы выдерживают даже 29%-ную концентрацию. Следует отметить, что по осмотической активности 20%-ный раствор соли эквивалентен 60%-ному раствору сахара, т. е. поваренная соль осмотически в 3 раза активней.

Большое значение в жизни микроорганизмов имеет кислород. Для аэробных микроорганизмов он жизненно необходим, а для анаэробных является ядом.

Промежуточное положение занимают факультативно анаэробные микроорганизмы, например спиртовые дрожжи, которые нормально растут в среде без особого воздушного аэрирования.