книги из ГПНТБ / Логинова Л.Г. Физиология экспериментально полученных термофильных дрожжей

Таблица 11

Брожение термофильного варианта Т2 на солодовом сусле и мелассе

89

Сохранение свойств термофильности в условиях последующего культивирования при обычной температуре

Экспериментальная термофильная культура дрожжей

(вариант Тз) поддерживалась на высококонцентрированном солодовом сусле при температуре 39—40° в течение длительного времени — 13 лет.

Представляло несомненный интерес выяснить, как изменят­ ся свойства этой формы, если ее начать культивировать при пониженной температуре — 28—30°. С этой целью вариант

Т3 поддерживался при 28—30°: в одном случае — два месяца, в другом — один год. По истечении указанного срока была про­ верена активность при температуре 30 и 40°. В качестве кон­ троля использовалась мезофильная исходная раса, способная развиваться при 40 и при 30° (контроль 1 и 2), а также тер­

мофильная форма, поддерживаемая при 30° (контроль 3).

Опыты проводились на солодовом сусле с содержанием

13,25% сахара. Дрожжи размножались при 30 и 40° в течение

двух суток.

90

Ниже приведены средние цифровые данные опытов (табл. 12, рис. 6).

Как мы видим, исходная раса при температуре брожения 40° дает выход продуктов брожения примерно одинаковый с опытными термофильными дрожжами, длительно культиви­

руемыми при 30°. Однако заметная разница обнаруживается в количестве клеток, образовавшихся в результате двухсуточ­ ного брожения: в то время как клеток исходной расы в 1 мл

Рис. 6. Энергия брожения и размножения термофильных дрожжей после длительного культивирования при обычнойтемпературе

а— мезофильные дрожжи (культивирование при температуре 28—30’);

б— термофильные дрожжи после культивирования в течение 2 меся­ цев при температуре 30°; в — термофильные дрожжи после культивиро­ вания в течение одного года при температуре 30°; г — термофильные дрожжи (культивирование при температуре 40°). 1 — количество выделившейся СО2, г/100 мл; 2 — число клеток дрожжей, млн/мл

культуральной среды найдено 27 млн., при сбраживании тер­ мофильной формой, которая предварительно развивалась в 'течение года при 30°, клеток обнаружено 39 млн. Заметно боль­

шее число клеток — 50 мл. в 1 млн. — было найдено у термо­ фильной формы, которая предварительно культивировалась в течение двух месяцев при 30°. Таким образом, большей ус­

тойчивостью к повышенной температуре, как выяснилось, об­ ладают дрожжи, более короткий срок поддерживаемые при температуре 28—30°. Развитие экспериментальных культур

дрожжей при 30° происходило примерно с той же интенсивно­

91

стью как п исходной, мезофильной формы. Однако несколько

слабее потребляет сахар термофильная форма (контроль 2), которая при 30° предварительно не культивировалась.

Из приведенного, далеко не полного материала по характе­ ристике основных особенностей экспериментально полученной термофильной формы дрожжей мы видим, каким существенным изменениям подвергался у них обмен веществ в результате дли­

тельной адаптации к температурным условиям.

Исследованные свойства термофильных дрожжей носят наследственный характер; так, развиваясь в течение 13 лет при

как она способна энергично развиваться в довольно широком диапазоне температуры — от 40 до 28°.

Активность термофильных культур (вариантов Т2 и Т3) при развитии на солодовом сусле с различным содержанием сахара

Установив общпе закономерности роста и развития термо­ фильных дрожжей при различных температурах культивиро­ вания, важно было выяснить, в какой степени может изменить­ ся интенсивность размножения исходной (мезофильной) и

термофильной культуры, если значительно изменить концен­ трацию сахара в среде.

Испытывались оба термофильных варианта дрожжей: ва­ риант Тг, длительно культивировавшийся на солодовом сусле 7° Бал., и вариант Т3, длительно культивировавшийся на более концентрированном солодовом сусле (15—16° Бал.).

Активность той и другой культуры этих дрожжей была про­ верена в опытах брожения на высококонцентрированном соло­ довом сусле с содержанием сахара 14,75—13,95% при темпе­ ратуре 39—40°.

Цифровые данные опытов представлены в табл. 13. Наиболее энергично сбраживала высококонцентрированное

солодовое сусло термофильная культура дрожжей — вариант Т3. Она постоянно поддерживалась на солодовом сусле при­ мерно с тем же содержанием сахара (около 15%). При этом образовалось спирта на 7,6% больше.

Заметные различия были обнаружены и в количестве кле­ ток к концу двухсуточного брожения. Так, в 1 мл среды у ва­ рианта Тг накопилось клеток в среднем 49,20 млн., у варианта Т3 — 65,80 млн. в 1 мл среды.

92

Таблица 13

Дальнейшая адаптация термофильных дрожжей к повышенной температуре

Нас интересовал вопрос — возможно ли экспериментально

полученный термофильный вариант дрожжей приучить к еще более высокой температуре. Такого рода сведениями литера­ тура располагала, и нам были известны некоторые указания по этому поводу положительного характера.

Довольно прочно установленным следовало считать и тот

93

40°, мы продолжили начатые исследования и пересевали дрож­ жи, адаптированные к 40°, через каждые 24 часа, очень медленно поднимая температуру (с интервалом в 0,5°). Через семь меся­ цев нам удалось наблюдать развитие опытного штамма при

44°. Однако в процессе ведения пассажей пришлось отказать­ ся от среды с низким содержанием сахара (7° Бал.) и вести пересевы на солодовом сусле 16° Бал.: высокое содержание сахара оказывало более благоприятное действие па культуру в новых,менее благоприятных

температуре 39—40° (контроль 1), а также мезофильная исход­ ная форма — Sacch. cerevisiae XII раса, развивающаяся при

28—30° (контроль 2).

Ниже приведены цифровые данные анализа культуральной жидкости после двухсуточного брожения (табл. 14, рис. 7). Термофильные дрожжи,, адаптированные к температуре 44°, развивались при более низкой температуре (40°) значительно интенсивнее, чем исходные термофильные дрожжи, для которых

94

Таблица 14

Сравнительная характеристика брожения двух термофильных рас дрожжей на солодовом сусле 15—16° Бал. после длительного культивирования их при температуре 40 и 44°

эта температура была привычной. Так, при брожении экс­ периментальной термофильной формы в среднем образовалось 5,15 г спирта в 100 мл среды, в то время как исходная термофиль­ ная культура при этой же температуре (40°) образовала лишь 3,98 г спирта в 100 мл среды.

Аналогичные результаты получены и по скорости размноже­

ния клеток. Опытная культура размножалась интенсивней и по сравнению с исходной термофильной расой урожай дрож­ жей примерно в полтора раза выше.

Следующие опыты проведены на солодовом сусле меньшей концентрации, с пониженным содержанием сахара. Условия брожения были те же.

95

Таблица 15

Сравнительная характеристика брожения двух термофильных рас дрожжей* на солодовом сусле 7°Бал. после длительного культивирования их при температуре 40 и 44°

* Оба термофильных варианта дрожжей предварительно длительное время куль­ тивировались на солодовом сусле 15—16° Бал., один —при температуре 40°, другой— при температуре 44°.

Как видно из табл. 15, заметных различий в физиологиче­

ской активности у двух испытуемых рас дрожжей не наблюда­ лось. Объясняется это, по-видимому, тем, что термофильные дрожжи были приучены развиваться на высококонцентриро­ ванном солодовом сусле, и среда с низким содержанием сахара оказалась для них менее благоприятной.

Весьма вероятно также, что при резких изменениях темпера­ туры, когда дрожжи, развивающиеся при 44°, были помещены в

более пониженную температуру —40°, мы столкнулись с явле­ нием так называемого синхронного деления. Ускорение же темпа деления клеток сопровождается повышением активности куль­ туры.

За последнее время в литературе указаны самые разные приемы, пользуясь которыми, удается вызвать синхронное деле­ ние у микроорганизмов. Наиболее часто описываются случаи, когда синхронное деление у микроорганизмов вызывается кратковременными, но резкими изменениями температуры.

96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Серией проведенных опытов была доказана возможность экспериментального получения термофильных вариантов дрож­ жей путем приучения мезофильной культуры Sacch. cerevisiae

XII расы к постепенно повышаемой температуре. Применяя кратковременное температурное воздействие,

представляется возможным довольно легко и за сравнительно короткий срок вызвать фенотипические изменения у дрожжей. Они не связаны с отбором предсуществующих термофильных клеток в популяции.

Впроцессе длительного постепенного приучения дрожжей

кпостепенно повышаемой температуре происходят изменение свойств культуры, а также селекция терморезистентных вари­

антов. Устойчивые к высокой температуре формы были получены

врезультате приспособительной изменчивости организма к'

новым условиям существования. Исследованиями, проведенными

вразных направлениях, было доказано, что они не возникли случайно и ранее не предсуществовали в популяции.

При действии на дрожжи постепенно повышаемой темпера­ туры клетки становятся более лабильными и довольно быстро приспосабливаются к сложному комплексу новых условий, воз­ никающих в среде под влиянием температурного фактора.

При этом дрожжи претерпевают глубокие физиологические из­ менения, в результате чего существенно изменяется у них об­ мен веществ и весь тип их развития.

При культивировании исходной расы дрожжей при посте­ пенно повышаемой температуре процесс размножения угне­ тается в большей степени, чем их бродильная функция. Воздей­ ствие на исходную культуру резко повышаемой температурой приводит к массовому отмиранию клеток.

Успешное проведение процесса адаптации возможно при

соблюдении следующих условий:

1)должна быть взята культура, выделенная из одной

клетки;

2)культура поддерживается на полноценной питательной

среде; 3) культивирование проводится в жидкой среде;

4) необходимо пользоваться большим количеством посевно­ го материала, при этом культура должна быть молодого воз­ раста.

Впроцессе адаптации дрожжей мы сталкиваемся не только

сдействием температуры как фактора, изменяющего жизне­ деятельность клеток, но наряду с этим происходит ускорение ферментных реакций, которое подчинено в известной степени правилу Вант-Гоффа.

В результате длительного культивирования дрожжей Sacch. cerevisiae ХП расы при постепенно повышаемой температуре нами была селекционирована раса дрожжей, энергично разви­ вающаяся при 40°.

Новая форма термофильных дрожжей отличалась от исход­ ной рядом морфологических и физиологических особенностей. Эти свойства стойко сохраняются на протяжении 13 лет при

поддержании культуры в солодовом сусле.

Основным отличительным свойством термофильного варианта дрожжей является значительно большая устойчивость к воздей­

ствию температуры по сравнению с исходной мезофильной расой.

При этом наблюдается ускорение основных физиологических процессов, протекающих в клетках.

Таким образом, основное свойство, присущее всем термофи­

лам, распространяется и на экспериментально полученную форму дрожжей.

При получении устойчивой к повышенной температуре куль­ туры с высокой физиологической активностью и для закрепле­ ния этих свойств необходимо вести пересевы адаптируемой расы при температуре 40° длительное время (в течение нескольких лет).

По классификации термофильных микроорганизмов, пред­ ложенной Имшенецким, экспериментально полученная форма дрожжей относится к группе термотолерантных микроорганиз­

мов ввиду способности ее развиваться как в зоне высоких тем­

ператур (40°), так и при оптимальной температуре жизнедея­ тельности дрожжей (28°).

При длительном — в течение одного года — культивиро­ вании адаптированной расы дрожжей в условиях пониженной

температуры она в слабой степени утрачивает свойства термо-

фильности. Следовательно, эта приобретенная способность термофильной формы носит наследственный характер.

Возможна дальнейшая адаптация термофильных дрожжей (длительно культивируемых при 40°) к более высокой темпера­

ливал спирт в среде значительно более активно, чем исходная термофильная форма, для которой эта температура была при­ вычной.

Вариант дрожжей, способный развиваться при 44°, не уда­ лось адаптировать к более высокой температуре — 45—46°.

После ряда пассажей в новых температурных условиях куль­ тура погибла. Таким образом, для культуры дрожжей Sacch. cerevisiae XII расы температура 44° является предельной.

98