Восточно-сибирский государственный технологический университет (г.Улан-Удэ)

Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Проблемы и перспективы современной науки" с материалами Четвертой Международной Телеконференции "Фундаментальные науки и практика" - Том 3 - №1. - Томск - 2011.

 
Введение
Глобальный вопрос современного общества это реабилитация почв, загрязненных химическими удобрениями и пестицидами, и применение новых методик улучшения плодородия почв. На данный момент для решения этих задач широко используются микробиологические методы производства удобрений.
Для повышения урожая сельскохозяйственных культур и получения экологически чистой продукции все большее значение приобретают биопрепараты на основе агрономически полезных групп микроорганизмов. В настоящее время основной частью микробиологов признано, что большинство микроорганизмов в естественных и искусственно созданных окружающих средах существует в виде структурированных, прикрепленных к поверхности сообществ - биопленок [1].
 Постановка задачи
Нами предлагается разработка альтернативного биоудобрения, обладающего более широким спектром свойств, на основе биопленки силикатных бактерий.
Основные свойства биопленки силикатных бактерий:
- устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды;
- высокая активность биоудобрения;
- проявление симбиотических взаимодействий с почвенными микроорганизмами.
Разрабатываемый препарат включает в себя дополнительные питательные вещества необходимые для растений, полученные в результате культивирования силикатных бактерий на питательной среде, где источником кремния служит овес. В результате чего биоудобрение представляет собой комплекс питательных добавок и биопленки силикатных бактерий.
Методика исследования
Для выделения силикатных бактерий готовится почвенная болтушка из различных почвенных образцов, включая биогумус, песок, мох.
Для выделения чистых культур силикатных бактерий использовалась элективная среда Г. А. Зака. Изучение морфологических и физиологических свойств бактерий изучались общепринятыми методиками.
Обсуждение и приложение результатов
Для выделения силикатных бактерий почвенные образцы высевались на плотные селективные среды, т.к. силикатные бактерии характеризуются определенными морфологическими характеристиками: появляются выпуклые, прозрачные, слизистые колонии. Этот своеобразный внешний вид позволяет легко отличать их от колоний других бактерий. Колонии быстро распространяются по поверхности среды [1].
Для сравнительного анализа микроорганизмов необходимо изучит морфологические свойства выделенных колоний и микроорганизмов
Результаты микроскопирования показали, что выделенные культуры на среде Зака представляют собой грамположительные спорообразующие палочковидные бактерии с капсулой, что характерно для силикатных бактерий. Клетки образцов образуют скопления. Образцы отличаются по числу клеток, образующих цепочки, длине самих клеток. Это указывает на аборигенность.
Особенностью силикатных бактерий является способность образовывать большую капсулу, хорошо заметную при микроскопировании. Для определения природы капсулы, к капле суспензии клеток на предметном стекле добавляют каплю раствора Люголя или биуретова реактива. Если капсула полисахаридной природы, то прореагирует с раствором Люголя и окрасится в синий цвет. Если белковой природы, то прореагирует с биуретовым реактивом и окрасится в лиловый цвет [1]. Все отобранные культуры силикатных бактерий имеют капсулы полисахаридной природы.
Ключевым моментом, без которого невозможно образование биопленки, является процесс адгезии микроорганизмов к доступной для дальнейшей колонизации поверхности. Адгезия микроорганизмов зависит от вида микроорганизмов, физических свойств поверхности, экологических факторов и т.д.
Биопленка формируется в несколько этапов: первый (стадия прикрепления); второй («стадия стыковки»);  третий (рост, формирование биопленки); четвертый (выход клеток из биопленки).
 
Одним из важнейших этапов образования биопленки является «стыковка» клеток друг с другом, или образование агломератов (скоплений клеток) [2, 3]. Необходимо выбрать культуры, обладающие наибольшей способностью образовывать агломераты. Для этого осуществляется микроскопирование имеющихся 6 образцов культур: №1 - культура силикатных бактерий, полученная из почвы, обработанной калифорнийскими червями; №2 - культура силикатных бактерий, полученная из биогумуса; №3 - культура силикатных бактерий, полученная из почвы песчаной; №4 - культура силикатных бактерий, полученная из песка речного; №5 - культура силикатных бактерий, полученная из почвы песчаной (оз. Байкал); №6 - культура силикатных бактерий, полученная из мха.
Биопленка представляет собой дисперсную систему, которая по интенсивности молекулярного взаимодействия фаз относится к лиофобным системам. В лиофобных системах взаимодействие между молекулами различных фаз слабо, а межфазное поверхностное натяжение велико, вследствие чего система проявляет тенденцию к самопроизвольному укрупнению частиц дисперсной фазы [2].
На рисунке 1 показаны выбранные образцы силикатных бактерий.

Образцы под номерами 3 и 6 обладают наибольшей способностью образовывать укрупненные частицы, что немало важно для образования биопленки.

Выводы
Результаты исследования показали возможность использования силикатных бактерий для создания биопленки.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
- наиболее богаты силикатными бактериями образцы под номерами 1 (почва, обработанная калифорнийскими червями), 3 (почва песчаная), 5 (почва песчаная (оз. Байкал)), 6 (мох);
- образцы силикатных бактерий 3 и 6, обдают наибольшей способностью образовывать скопления клеток.

Список литературы
1. Инешина Е. Г., Гомбоева С. В. Почвенные микроорганизмы: прокариоты, выделение, учет и идентификация. Улан-Удэ, Издательство ВСГТУ, 2007.
2.  Carpentier, В., and O. Cerf. 1993. Biofilms and their consequences, with particular reference to hygiene in the food industry. J. Appl. Bacteriol.75:  р. 499-511.
3. An, Y. H., R. B. Dickinson, and R. J. Doyle. 2000. Mechanisms of bacterial adhesion and pathogenesis of implant and tissue infections, p. 1-27. In Y. H. An and R. J. Friedman [ed.], Handbook of bacterial adhesion: principles, ethods, and applications. Humana Press, Totowa, N.J.