Исследовательская работа по теме “выращивание культуры гнилостных бактерий и сенной палочки”

Микробиологическая «модель»

В различных отраслях биологии имеются свои «модельные» организмы, которые становятся главным объектом изучения и опытов. Например, в генетике таким организмом стала плодовая мушка дрозофила, в микробиологии простейших – инфузория-туфелька, а в бактериологии — Бациллюс субтилис.

Благодаря данной бактерии досконально изучен процесс споробразования и механизм работы двигательного мотора жгутиковых бактерий. Молекулярные биологи в числе первых расшифровали геном этой бациллы.

Сегодня Бациллюс субтилис выращивают в условиях невесомости и изучают ее влияние на геном популяции. В космической биологии ее облучают космическим ультрафиолетом и исследуют ее способности к выживанию в условиях, близких к таковым на Марсе.

Препараты, в составе которых есть сенная палочка, и их преимущества

Сенная палочка имеет много штаммов (штамм – культура генетически однородных микроорганизмов, полученных в лабораторных условиях). При этом каждый штамм обладает особыми свойствами, которые ученые используют для разработки микробиологических препаратов в виде порошка, суспензии, пасты или таблеток. Перечислим наиболее известные из них. 

Важный “плюс” биофунгицидов на основе сенной палочки заключается в том, что это не опасная “химия”, следовательно, обработка ими не представляет особой угрозы для здоровья человека. Среди прочих достоинств отметим следующие:

• высокие фунгицидные свойства, подавляющие жизнедеятельность возбудителей грибковых и бактериальных заболеваний (особенно на ранних стадиях, а также при проведении профилактических мероприятий);
• стимуляция роста, благодаря чему сокращается время прорастания семян и появления всходов;
• обеззараживание семян и луковиц от патогенов и условных патогенов;
• возможность обрабатывать культуры в целях их защиты на протяжении всего периода вегетации, в то время как пестициды и другая “химия” имеют строгие ограничения по срокам использования;
• увеличение урожайности садово-огородных культур на 20-30%;
• возможность снизить себестоимость сельскохозяйственной продукции за счет исключения применения дорогостоящих химических препаратов;
• отсутствие срока ожидания: плоды можно срывать и употреблять в пищу сразу после обработки.

При всех достоинствах стоит отметить и существенный недостаток бактерии сенной палочки. В отличие от химических фунгицидов, она имеет непродолжительный срок действия и быстро теряет свои свойства на воздухе. Поэтому применять растворы на ее основе нужно несколько раз за сезон.

Выращивание бацилл

Для эффективного выращивания бактерии Bacillus subtilis могут требоваться среды нескольких видов:

• жидкая среда, а именно мясопептонный бульон;
• плотная среда – мясопептонный агар;
• простые питательные среды, полученные синтетическим путем;
• среды с содержанием остатков растительного происхождения.

Под понятием мясопептонного агара принято подразумевать универсальную питательную среду, которая может иметь как плотную, так и полужидкую текстуру. В составе данной среды присутствуют такие компоненты, как мясная вода, поваренная соль, а также размельченный и тщательно промытый агар. Для его стерилизации в автоклаве необходима температура не менее 120 ºC, а процесс этот должен длиться приблизительно двадцать-тридцать минут. После завершения стерилизации готовая среда будет остывать естественным путем, приобретая более плотную текстуру.

Максимально благоприятное развитие Сенной палочки гарантируется при уровне температуры воздуха от +5 до +45 ºC.

2. Биологическая характеристика штамма В. subtills Ч-13 и его гигиенический норматив в воздухе рабочей зоны

Штамм Bacillus subtilis Ч-13 является основным действующим началом биофунгицида Бисолбисан и агрохимиката Экстрасол. Инокуляция бактериями Bacillus subtilis Ч-13 различных сельскохозяйственных культур (картофеля, яровой и озимой пшеницы, ячменя, подсолнечника, капусты, моркови, свеклы) в полевых условиях способствует увеличению урожая от 12 до 40 %.

Bacillus subtilis Ч-13 проявляет конкурентно способные и антагонистические свойства по отношению к широкому спектру фитопатогенных бактерий и грибов. Штамм выделен из корней растений пшеницы, из почвы (южный чернозем Республики Молдовы) и депонирован в ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН.

Штамм Bacillus subtilis Ч-13 характеризуется следующими культурально-морфологическими и биохимическими свойствами: грамположительные аэробные спорообразующие палочки. На МПА, сусло-агаре и картофельном агаре культура растет обильно.

На МПА образует сухие колонии кремового цвета, пастообразной консистенции с неровными изрезанными краями. Максимальный диаметр колоний 20 – 40 мм. Оптимальная температура роста 37 °C, при t45 °C и менее 15 °C рост замедлен. Оптимальное значение pH среды 6,8, рост происходит также при pH от 4,5 до 8,0.

В мазках 18-часовой культуры обнаруживаются прямые палочковидные клетки размером 1,0´2,0 мкм, расположенные одиночно, реже цепочкой. Споры в клетке расположены центрально.

Штамм Bacillus subtilis Ч-13 гидролизует казеин, желатин, крахмал, лакмусовое молоко, лакмус при этом обесцвечивается. Штамм обладает сильной каталазной активностью и не обладает липазной активностью. Штамм способен расти при 40 °C, 7 % NaCl и 0,001 % лизоцима. В качестве единственного источника углерода штамм использует с образованием кислоты глюкозу, арабинозу, ксилозу, мальтозу, маннит, фруктозу, галактозу, сорбит, крахмал и декстрин; с образованием щелочи – дульцит, рамнозу; гидролизует крахмал, желатину, не гидролизует мочевину; утилизирует цитрат; пропионат не использует. Использует минеральные формы азота – соли аммония и нитраты, аминокислоты и белки. Индол и ацетоин не образует. Штамм непатогенен.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны – 50000 кл/м3.

Взаимоотношения с другими организмами

Сенная палочка подавляет развитие патогенных и условно-болезнетворных микробов: сальмонелл, стрептококков, стафилококков и других. Типичный пример – выработанный многими поколениями хищных животных рефлекс периодического употребления в пищу определенных сортов растений. Это не только обогащает их организм витаминами, но и способствует попаданию в него спор сенной палочки, которая уничтожает патогенную флору и повышает иммунитет животных.

Некоторые микробы, например, молочнокислая лактобактерия плантарум (Lactobacillus plantarum), угнетают развитие сенной палочки. Сенная бацилла служит пищей для простейших. Так, начало одной из пищевых цепочек выглядит следующим образом: сенная бацилла – инфузория-туфелька – моллюск – рыба и т.д. вплоть до человека.

Методы «охоты» у простейших отличаются. Например, у амебы (Amoeba) постоянно образуются и исчезают выросты внутренней среды клеток (ложноножки или псевдоплодия). Ими она окружает жертву и втягивает ее внутрь клетки. А, например, инфузория-туфелька для поглощения пищи имеет клеточный рот (цитостом). На фото он виден как углубление на теле. С помощью растущих рядом с ним и объединенных в сложные структуры ресничек в рот загоняется вода вместе с содержащимися с ней бактериями. Инфузория находит скопления бактерий по химическим веществам, которые они выделяют.

Сенная палочка: основная информация о пестициде

Описание: Используемый главным образом как лиственные брызги{аэрозоль}, чтобы управлять широким диапазоном экономически важных грибковых и бактериальных болезней.

Год официальной регистрации: 1994

Выпуск пестицидов на рынок (директива 91/414/ЕЭС), статус:

Разрешен к применению (V) или известен (#) в следующих Европейских странах:

Также зарегистрирован в: США

Основные сведения:

Выпуск:

Протокол № количественного микробиологического анализа штамма В. subtilis Ч-13 в воздухе рабочей зоны

1. Дата проведения анализа ______________________________________________

2. Рабочее место (профессия работающего) _________________________________

3. Место отбора пробы (название и адрес организации, производство, технологическая стадия, точка отбора пробы) _________________________________

3. Вид пробоотборника __________________________________________________

4. Дата последней метрологической поверки оборудования для отбора проб __________________________________________________________________________

5. Питательная среда, время инкубации _____________________________________

6. Количественная и качественная характеристика выросших колоний (количество типичных колоний, морфологические признаки, окраска по Граму) _______________

_______________________________________________________________________

7. Результаты идентификации микроорганизмов с указанием метода ___________

8. Результаты расчета концентрации штамма _______________________________

9. Соотношение полученных результатов с уровнем ПДК_р.з.___________________

10. Отбор пробы произведен (Ф., И., О., должность, дата, подпись) _____________

11. Идентификация штамма и расчет концентрации произведены (Ф., И., О., должность, дата, подпись) ___________________________________________________

Значение и применение

Огромное значение имеет Bacillus subtilis в различных отраслях промышленности. Сенная палочка представляет медицинский, хозяйственный и научный интерес. Она является  сельскохозяйственным и защитным инструментом.

• Ферменты, синтезируемые ею, используют при производстве моющих средств, которые удаляют жир и белки в процессе обработки шкур.
• Сенная палочка обладает антагонистическими свойствами против фитопатогенов, что широко применяется в биологической защите растений.
• Бактерии являются основным действующим веществом некоторых медикаментов, имеющих антимикробную направленность, а также пробиотиков и иммуномодуляторов. С помощью различных штаммов сенной палочки были получены лекарства для лечения инфекций, вызванных энтеробактериями, а также кишечного дисбиоза, гнойных осложнений у детей и лиц, которым запрещен прием антибиотиков. Наиболее популярные препараты – «Споробактерин», «Бактиспорин», «Биоспорин».
• Защита растений от бактериальных и паразитарных болезней осуществляется с помощью препаратов на основе палочки, абсолютно безвредных для человека – «Алирин-Б», «Гамаир», «Фитоспорин». Не зря дачники прозвали бациллу «палочкой-выручалочкой». Этот природный антибиотик защищает урожай от гнили. Ферменты, синтезируемые микробом, расщепляют продукты гниения, а аминокислоты и витамины, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерии, идут на пользу растениям. В сравнении с ядохимикатами безопасная сенная палочка имеет явные преимущества.
• Сенная палочка представляет особый интерес с точки зрения экологической безопасности. В настоящее время ведутся работы, оценивающие состояние окружающей среды экотопа, в котором распространен этот уникальный микроорганизм. Его применение – основной метод борьбы с отходами в рамках «зеленой» экономики.
• Отдельные штаммы Bacillus subtilis применяют в кулинарии. Их используют для ферментации овса и бобов. Сброженные соевые бобы – основа национальных блюд в Японии.
• С помощью микробов проводят сложные молекулярно-генетические исследования, целью которых является изучение влияния космического ультрафиолета и других экстремальных факторов на живой организм.

Представители рода Bacillus имеют ряд характерных особенностей и отличаются от других бактерий основными морфолого-физиологическими признаками – палочковидной формой, способностью к спорообразованию, потребностью в свободном кислороде. Это свободноживущие, одноклеточные, нефотосинтезирующие аэробы.

Сенная палочка — безвредный для человека микроорганизм, который широко применяется в различных отраслях медицины, промышленности, хозяйства. Благодаря высокой активности продуцируемых ферментов она регулирует и стимулирует работу ЖКТ. Бактерия оказывает противовирусное, антиаллергенное, противоонкогенное и дезинтоксикационное действие. Она не теряет своих свойств при хранении и позволяет использовать в процессе производства более экономичные технологии. Палочка  обладает устойчивостью к некоторым антибиотикам, ферментам, широкому температурному диапазону. Bacillus subtilis является экологически безопасным организмом. Современные ученые-микробиологи вырастили множество штаммов этой бациллы с вполне определенными качествами.

Сенная палочка: экотоксичность

Краткая характеристика

Как хорошо видно на фото, сенная палочка имеет прямую вытянутую форму с тупыми закругленными концами, обычно бесцветна. Диаметр бактерии в среднем составляет 0,6 мкм (0,0006 мм), длина колеблется от 3 до 8 мкм (0,003-0,008 мм). При таких размерах ее можно рассмотреть и сделать фото, используя современный школьный микроскоп. Бациллы подвижны благодаря имеющимся жгутикам. Они растут по всей поверхности клетки, что можно увидеть на фото.

Эти бактерии, преимущественно являясь аэробами, для своей жизнедеятельности нуждаются в молекулярном кислороде. Хотя некоторые штаммы способны переключаться на бескислородное дыхание (факультативные анаэробы).

Бактерия традиционно относится к почвенным микроорганизмам. Из почвы она попадает на листья растений, фрукты и овощи. Но при этом встречается и в воздушной пыли, и в воде. Является частью нормальной микрофлоры кишечника животных и человека. Хорошо развивается при температуре +5°…+45°С, оптимальный диапазон составляет 25-30°С.

По имеющимся фото можно убедиться, что колонии бактерий имеют следующий вид:

• на поверхности жидкостей – тонкая пленка с беловатым оттенком;
• на плотных средах – бархатистое покрытие с мелкими морщинками и волнистыми краями; может быть бесцветным, сероватым или розовым.

Описание

Сенная палочка является грамположительными бактериями, палочковидный и каталаз -положительным. Первоначально он был назван Vibrio Сенная от Christian Готфрид Эренберг и переименован Сенная палочка по Фердинанда Кона в 1872 г. (Сенная будучи латыни «хорошо»). B. SUBTILIS клетки , как правило , в форме стержня, и около 4-10 мкм (мкм) в длину и 0,25-1,0 мкм в диаметре, с объемом ячейки около 4,6 Fl на стационарной фазе. Как и с другими членами рода Bacillus , он может образовать эндоспоровый , чтобы выжить в экстремальных условиях окружающей среды температуры и высушивания.
B. Сенная является факультативной анаэробной и рассматривался как облигатные аэробы до 1998. B. Сенная не сильно жгутиковых , что дает ему возможность быстро перемещаться в жидкости.
Б. зиЫШз оказался весьма поддается генетической манипуляция , и получил широкое распространение в качестве модельного организма для лабораторных исследований, особенно споруляции , который представляет собой упрощенный пример клеточной дифференцировки . С точки зрения популярности в качестве лабораторного модельного организма, В. зиЫШз часто рассматривается как грамположительных эквивалент кишечной палочки , в широко изученных грамотрицательных бактерий.

Биологическая роль

Сенная палочка играет важную роль в жизнедеятельности животных и человека. Она выполняет целый ряд функций:

1. Пищеварительная — бактерия, попадая в живой организм вместе с растительной пищей, продуцирует в кишечнике ферменты, которые расщепляют пищевые ингредиенты: протеазы ферментируют белки, амилазы – полисахариды.
2. Антагонистическая – подавление роста болезнетворных микробов в кишке и профилактика острых кишечных инфекций. Споры сенной палочки в толстом кишечнике превращаются в активные формы, которые вырабатывают органические кислоты. Они изменяют рН среды, тем самым, подавляя рост патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
3. Защитная – сенная палочка защищает растения от плесневых грибков и других вредных микроорганизмов.
4. Сенная палочка является низшим звеном длинной пищевой цепочки, включающей простейших, рыб, человека.
5. Бактерия насыщает живой организм сахарами и незаменимыми аминокислотами, которые образуются в ходе целого ряда химических реакций, протекающих под воздействием ферментов сенной палочки.
6. Витаминообразующая — участие бактерии вместе с другими представителями микрофлоры кишечника в синтезе витаминов группы В.
7. Омолаживающая – сенные бациллы выделяют оксид азота, который поступает в клетки и ускоряет обмен веществ в тканях.
8. Иммуномодулирующая – укрепление иммунитета и повышение неспецифической резистентности организма человека.
9. Противомикробная — бактерии подавляют размножение и вызывают гибель возбудителей гнойной инфекции.
10. Bacillus subtilis оказывает позитивное влияние на течение раневого процесса: она изменяет рН среды в кислую сторону, подавляет размножение патогенных микробов, расщепляет гной и продукты распада, очищает и обеззараживает рану, в результате чего она быстрее заживает.

цикл развития сенной палочки

B.subtilis продуцирует ряд биологически активных веществ, эффективно уничтожающих бактериальные, вирусные и грибковые клетки. Причем устойчивость к данным противомикробным средствам возникает крайне редко. Они обладают избирательным действием, вызывая гибель условных и безусловных патогенов. Антимикробные вещества являются нейтральными по отношению к аутохтонной полезной микрофлоре. Бактерии стимулируют иммунитет путем активации клеток макрофагального звена, выброса цитокинов в кровь, секреции витаминов и аминокислот. Лимфоциты, активизируясь, вырабатывают IgG и IgA. В кишечнике ускоряется рост и размножение «полезных» микроорганизмов – лактобактерий и бифидобактерий. Протеолитические ферменты, синтезируемые прямо в кишке, улучшают процессы пищеварения и всасывания образовавшихся питательных веществ.

Все эти механизмы действия сенной палочки в организме человека делают обоснованным ее применение для:

• Лечения кишечных инфекций и дисбактериоза,
• Профилактики респираторных инфекций,
• Коррекции пищеварительных расстройств различного генеза.

B.subtilis не вызывает побочных эффектов, являясь довольно эффективным и практически безопасным микроорганизмом.

Не смотря на такое многообразие положительных свойств сенной палочки, существуют и негативные моменты для человека, из-за которых некоторые ученые относят бактерию к группе условно-патогенных.

1. Бактерия при инфицировании роговицы и склеры приводит к развитию тяжелого воспаления.
2. Сенная палочка вызывает порчу некоторых пищевых продуктов и отравление у людей, употребивших их.
3. Bacillus subtilis — причина аллергических реакций, протекающих по типу крапивницы.
4. Бацилла, расщепляя компоненты пищи, усугубляет течение кишечного гельминтоза. Паразиты получают достаточное количество питательных веществ и активизируют процессы своей жизнедеятельности.

Сенная палочка не вызывает смертельно опасных заболеваний у человека. Она относится к транзиторной микрофлоре кишечника. Спустя месяц после поступления в организм, она самостоятельно выводится. Авторитетные американские ученые отнесли Bacillus subtilis в категорию безопасных организмов. Но не смотря на это, нельзя допускать появления бациллы в рыбных, мясных и растительных консервах. Если в них оказались жизнеспособные споры, значит при благоприятной температуре начнут размножаться микроорганизмы. Этот процесс можно заметить визуально — по наличию серого налета, неприятного запаха и консистенции продукта. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо соблюдать все технологии и нормативы приготовления консервов.

Сенная палочка. Размножение

Как и другие бактерии, размножается простым делением клетки (продольным). Новые организмы, образовавшиеся в результате такого деления пополам, частенько остаются соединенными меж собою нитью. Такие соединения легко различимы на фотоснимках.

Bacillus subtilis относят к спорообразующим микроорганизмам. Это позволяет выжить в случае наступления неблагоприятных условий для жизнедеятельности. Спорообразование бацилл начинается так: содержимое клетки приобретает структуру зернистости. Какое-то из зерен, чаще в центральной части, начинает расти, покрываться твердой оболочкой. Вместе с тем происходит разрушение оболочки исходной клетки. Процесс в финале завершается вытягиванием во внешнюю среду характерной споры. Любая из клеток после деления сохраняет свою способность в образовании спор, большинство из которых имеют округлые или же овальные формы. Они довольно устойчивы к внешним факторам и повышению температуры – к примеру, выдерживают нагрев свыше 100 градусов по Цельсию. Характерно, что бактерия, развившаяся из споры, неподвижна, а способности к перемещению появляются только у последующих поколений микроорганизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В процессе компостирования отходов вначале происходит разрушение легко усваиваемых соединений — сахаров, полисахаридов, затем белков и гемицеллюлоз. Разложение сопровождается синтезом комплекса гуминовых соединений. В результате масса органического вещества уменьшается, компост обогащается азотом, гумусом, возрастает его зольность. Меняется структура органических соединений в вермикомпостах: они размельчаются, из них в результате деятельности дождевых червей, образуются зернистые агрегаты.
2. В начале процесса компостирования рН субстрата был близок к нейтральному и составлял 6,5-7,2 ед. рН. В процессе компостирования реакция среды становилась щелочной за счет выделения аммиака при распаде белков. Характерный для аммиака запах присутствовал в компостах в течение 14 сут. На этапе остывания величина рН падала, но оставалось щелочной. Конечное значение рН компоста во всех лотках было слабощелочное.
3. Продолжительность протекания процессов компостирования на этапах разогревания, стабилизации и остывания в компостах с добавлением культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 была на 9 сут. короче, чем в вермикомпосте без добавления бакмассы бацилл и на 60 сут. короче, чем в контрольном компосте (без добавления бацилл и дождевых червей), и составила в среднем 27 сут.
4. При изучении физико-химических показателей компостируемых материалов через 1,5; 2; 3,5 и 4,5 месяцев с начала постановки опыта в вермикомпосте с добавлением культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 содержание золы и гуминовых веществ было выше, чем в других опытных и контрольном компостах во все дни исследований.
5. Исследуемые физико-химические показатели компостируемых материалов с добавлением бацилл достигали нормативных значений через 3,5 месяца с начала процесса компостирования, и через 4,5 месяца оставались практически на одном уровне, в то время, как в вермикомпосте без добавления культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 и в контрольном компосте через 4,5 месяца процессы гумификации продолжались.
6. Компостируемые материалы с добавлением бацилл являются благоприятной средой обитания для дождевых червей. Прирост числа дождевых червей в компостируемом материале с внесенным в него бакмассы бацилл из расчета 1 кг на 1 тонну компоста, был на 150% выше, чем в компостируемом материале без бацилл.
7. Содержание гумуса в вермикомпосте с использованием культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 на 5,7% выше, чем в вермикомпосте без бацилл.
8. Процент гуминовых веществ в компостах возрастает при увеличении количества внесенной в них бакмассы бацилл.
9. Микробиологический состав вермикомпоста, полученного на основе культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 и дождевых червей, соответствует микробиологическому составу плодородных почв с естественным содержанием гумуса. В вермикомпосте, полученном с помощью бацилл и дождевых червей, концентрация актиномицетов была в 2 раза выше, чем в вермикомпосте, полученном только при участии дождевых червей. Преобладание в микробном составе компостов актиномицетов характерно для гумифицированных почв.
10. Применение бакмассы культур штаммов Bacillus subtilis ВКПМ 10172 и Bacillus licheniformis ВКПМ 10135 из расчета 1 кг на тонну компостируемого материала с использованием дождевых червей сокращает сроки компостирования не менее чем на 1,5 месяца.

Список источников

• probakterii.ru
• uhonos.ru
• probiotic-plus.ru
• www.ogorod.ru
• autogear.ru
• rupest.ru
• ru.qwe.wiki
• docplan.ru
• News4Auto.ru