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

ФИЗИОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПОЛУЧЕННЫХ ТЕРМОФИЛЬНЫХ ДРОЖЖЕЙ

Морфологические и культуральные свойства

Термофильный вариант Т2, как и вариант Т3, способные

развиваться при 39—40°, заметно отличаются величиной и фор­ мой клеток от исходной мезофильной культуры Sacch. cere­ visiae XII расы, культивируемой при 28—30°. Размеры их кле­

ток меньше и они более округлой формы. На рнс. 8, а, б представ­

лены микрофотографии мезофильных и термофильных дрожжей, на рис. 9, а, б — рисунки клеток тех же культур дрожжей. Меньшие размеры клеток у адаптированных вариантов со­ храняются и при развитии их в обычных температурных усло­ виях (28—30°). Так, средний размер клеток исходной культуры дрожжей — Sacch. cerevisiae XII расы — 9,3—8,56 X 8,36—

— 7,74 р., адаптированного варианта при температуре его размно­ жения 28—30°—7,4—7,0 хб,68—6,32 ц.

Как мы уже отмечали, небольшая величина клеток харак­ терна для большинства термофильных микроорганизмов. Мел­ кими размерами клеток отличались, например, термотолерант­ ные формы Sacch. minor и Sacch. cerevisiae, выделенные К. А.

Кировой из ржаного хлеба (см. сообщение об этом на стр. 13).

ные в отношении морфологических особенностей термотолерант­ ных рас дрожжей имеются, как мы указывали в обзоре литера­ туры, также у М. К. Райцевой (1951).

Различия нами наблюдались и в размере гигантских коло­ ний (рис. 10, а, б, в). Для термофильных вариантов дрожжей

Sacch. cerevisiae XII расы при развитии в условиях повышенной

температуры характерна небольшая величина колоний. Так, если размер обычных колоний мезофильной формы (исходного штамма Sacch. cerevisiae XII расы) при температуре 28—30° достигает 2,0—2,3 см, то термофильные варианты при 40° дают колонии, не превышающие 1,3—1,5 см. При темпера­ туре 40° колонии исходного штамма бывают такой же вели­

чины.

При температуре обычной (28—30°) колонии термофильных форм по размерам несколько меньше колоний исходного штамма

(1,6—1,8 см).

По литературным данным, термофильные мутанты дрожжей,

развивающиеся при повышенной температуре, обладают мень­ шей величиной колоний ( Sussman, 1953). Они вместе с тем от­ личаются от исходных форм и ослабленной цитохромоксидазной ферментной системой.

7* 99

Рис. 8. Внешний вид клеток мезофильных и термофильных дрожжей.

Возраст культуры — двое суток. Микрофото, увел, около 600

а— мезофильные дрожжи (температура культивирования 28—30°);

б— термофильные дрожжи (температура культивирования 40°)

100

Рис. 9. Клетки мезофильных (л) и термофильных (б) культур дрожжей. Увел, около 1000

Пояснения см. на рис. 8

ЬА

О

По внешнему виду колонии изучаемых нами термофильных

дрожжей, выросших при 40°, отличались от исходных мезофиль­ ных форм, рост которых происходил при 30°.

Рис. 10. Гигантские колонии дрож­

жей Saccharomyces cerevisiae XII расы на солодовом сусло-агаре. Возраст колонии — 10 суток

а — мезофильные дрожжи (температура культивирования 28—30°); б — термофиль­

ные дрожжи (температура культивирова­ ния 28—30°); в — термофильные дрожжи

(температура культивирования 39—40°)

Увеличено примерно в 2 раза

Колонии адаптированной формы более компактны и с бо­ лее мелкой радиальной складчатостью. Также резко выражен­ ной радиальной складчатостью обладают колонии исходной расы, рост которых происходил при 40°.

Заметно сильнее выражена складчатость — радиальная и круговая — у колоний термофильной расы, выросших при обычной температуре (30°). Колонии экспериментальной культуры характеризуются слегка приподнятым центром, с углублением в середине. Колонии исходной формы при 40°

102

имеют более темный желтоватый оттенок, что свидетельствует

об угнетении их клеток.

Врезультате длительного культивирования на полноценной

вотношении питания среде (солодовом сусле) и частых пере­

севов как у исходной культуры Sacch. cerevisiae XII расы, так и у термофильной формы в значительной степени снизилась

способность к спорообразованию.

Нами были произведены посевы в молодом возрасте исход­ ной культуры и термофильных вариантов на гипсовые блоки, как требуется по методике получения спор. Блоки помещались при температуре 30 и 40°. В этих условиях процесс спорооб­

разования почти не наступал. Возможно, что при использова­ нии других сред для выявления спор и при оптимальной темпе­ ратуре спорообразования удастся выяснить, как сказалась адаптация к повышенной температуре на спорообразовании

дрожжей.

Наблюдаемые нами изменения в морфологии клеток и внеш­ нем виде колоний у термофильных вариантов дрожжей являют­ ся, по-видимому, в основных чертах общими для многих термо­ фильных дрожжей, развивающихся при высоких температурах.

Эти признаки в совокупности со многими другими особенно­ стями термофилов возникли в результате влияния той экологи­ ческой среды, которая создалась под воздействием высокой температуры.

Особенности строения клеточного протопласта

Из цитологических особенностей термофильных дрожжей следует указать на размеры и структуру клеточного ядра. Так, у клеток термофильных дрожжей обнаружены более крупные ядра, часто полиморфные.

У мезофильных дрожжей ядра меньше по своим размерам и более округлой формы (рис. 11, а, б).

Клетки 24-часовой культуры экспериментально получен­ ных термофильных вариантов дрожжей имеют более гомоген­ ную протоплазму. Вакуоли с менее резко выраженными очер­

таниями, чем у исходной расы, наблюдались у сравнительно

небольшого числа клеток.

В вакуолях, при окрашивании живых клеток термофильных дрожжей нейтральной красной, бывают видны броунпрующие зерна метахроматина. Для наблюдений за метахроматином

бралась двухсуточная культура с высококонцентрированного солодового сусла. Клетки отделялись от среды центрифугиро­ ванием. Для промывания они несколько раз суспендировались в стерильной водопроводной воде, которая отделялась также центрифугированием.

103

дую) и прогревалась в течение 5 мин. при температуре 60, 70

и80°. Затем дрожжи высевались на сусло-агар (чашки Петри);

ивыращивались в течение двух суток при температуре 40°.

Результаты опытов представлены в табл. 16.

Полученные данные весьма убедительно показывают, что'

клетки термофильных дрожжей значительно более термоустой­ чивы при кратковременном воздействии супраоптимальной температурой. Большой процент их выживает, как это было, показано, при высеве на чашки Петри с сусло-агаром. Для кле­ ток мезофильной культуры такая температура является губи­ тельной..

Значение концентрации водородных ионов

Границы величины pH нормальной жизнедеятельности ми­ кроорганизмов различны и строго определенны для отдельных

групп.

Под влиянием высокой температуры реакция среды может меняться. Следовательно, термофильные микроорганизмы, раз­ виваясь в измененных условиях среды, должны приспосо­ биться к этим новым условиям жизни, в том числе и к реакции среды.

Действительно, многие факты, описанные в литературе,

указывают на приспособленность термофильных микроорганиз­ мов к нормальной жизнедеятельности в значительно более

широких границах величины pH среды. Такие наблюдения были сделаны в исследованиях А. А. Имшенецкого, Л. И. Солнцевой и Л. А. Кузюриной (1942) в отношении расы Вас. thermoamylolyticus, Проскуряковым и Дмитриевской (1949) в отношении

105-

анаэробной маслянокислой бактерии Clostridium Pastorianum, Хартманом, Уэллерсоном и Тетро (Hartman, Wellerson a. Tet­ rault, 1955) в отношении Вас. stearothermophilus.

Коффлер (1957) изучил степень коагуляции протеинов у мезофильной расы Proteus vulgaris и термофильной — Вас. stearothermophilus при кратковременном воздействии темпера­ турой 60° (в течение 8 мин.) в условиях различной реакции среды

(в пределах значений рН = 5—9). Протеины мезофильной расы,

как было показано, намного более чувствительны к реакции

фильных вариантов дрожжей в зоне более низких значений pH среды. Одновременно интересовал и другой вопрос: возможно ли экспериментально полученные термофильные культуры дрож­ жей приспособить развиваться на солодовом сусле повышен­ ной кислотности. Решение этих двух вопросов представляло и практический интерес. Так, например, в спиртовой промышлен­ ности предварительное размножение дрожжей проводится на

Брожение термофтльных дрожжей (варианта Тз)

на солодовом] сусле после длительного культивирования на той же среде с более низким значением pH

Для получения ацидофильной культуры были использованы термофильные дрожжи (вариант Т3), которые постоянно под­ держивались на солодовом сусле с повышенным содержанием сахара.

Для этих целей на протяжении трех месяцев вариант Т3

перевивался на солодовое сусло (16° Бал.), подкисленное сер­

1937) на то, что Sacch. cerevisiae XII раса более устойчива к повышенной кислотности среды по сравнению с другими ра­ сами, применяемыми в спиртовой промышленности. Однако при брожении на среде сильно подкисленной (с величиной pH — 3,3), по наблюдениям А. А. Кирова и С. С. Лещинской, эта культура дает пониженные выходы спирта.

Мы, путем многократных пересевов на солодовое сусло, величина pH которого равнялась 3,5, селекционировали штамм Sacch. cerevisiae XII расы, способный энергично развиваться при таком, более низком значении pH среды. В дальнейшем необ­ ходимо было проверить активность этой культуры при темпе­ ратуре брожения 39—40° как на обычном, неподкисленном солодовом сусле (при значении pH = 5,3—5,15), так и на

106

Таблица 17

Влияние предварительного культивирования термофильного варианта Т3

107

подкисленном слабоконцентрированной серной кислотой до величины pH = 3,5—3,7.

В качестве контроля были взяты наша обычная культура дрожжей Sacch. cerevisiae XII раса, поддерживаемая на солодо­ вом сусле 16° Бал. при температуре 28—30° (контроль 1), и термофильный вариант Т3, культивируемый на таком же высоко концентрированном СОЛОДОВОМ:

сусле при температуре 39— 40° (контроль 2). Брожение проводилось на солодовом

сусле 16° Бал. в течение

72час.

В табл. 17 и на рис. 12. (средние цифровые данные)

приведены результаты по этой серии опытов.

Как мы видим, с термо-' фильным вариантом, который длительно культивировался

накоплено его мезофильной культурой дрожжей на том же солодовом сусле даже нор­ мальной кислотности (при температуре брожения 28—30°).

Мезофильные дрожжи накопили к концу брожения несколь­ ко больше клеток дрожжей, хотя во всех вариантах опытов су­ щественной разницы в количестве клеток к концу брожения не наблюдалось.

Таким образом, термофильный вариант Т3 после предвари­ тельного культивирования на среде с более низким значением pH обладал повышенной бродильной способностью как на обыч­ ном, так и на подкисленном солодовом сусле.

108