Читать интересную книгу Ксилотрофные базидиомицеты в чистой культуре - Галина Ильина

В питании базидиальных грибов главную роль играют соединения, содержащие углерод, так как служат двум основным функциям в метаболизме этих организмов: снабжают собственно углеродом, необходимым для синтеза веществ живых клеток и участвуют в процессах окисления, где являются единственным источником энергии (Курсанов, 1940; Шиврина, 1965). Благодаря различной химической природе, благодаря неодинаковой степени окисленности, разные источники углерода сами по себе также оказывают существенное влияние на развитие микроорганизмов и, следовательно, на образование ими метаболитов.

Наилучшим образом роль различных источников углерода в качестве компонентов питательной среды освещена в применении к продуцентам антибиотиков. При этом многими исследователями выявлено, что тот или иной источник углерода способен обеспечить нормальный рост микроорганизма, но подавляет синтез антибиотика, другие – наоборот. Например, при развитии Penicillium chrysogenum (продуцента пенициллина) лактоза используется организмом медленнее, чем глюкоза, и это сказывается на выходе антибиотика. Если в среде в качестве источника углерода присутствует только глюкоза, то все обменные процессы, осуществляемые грибом, ускоряются. В этих условиях максимум образования пенициллина происходит приблизительно через 50 ч развития культуры, вследствие чего уровень биосинтеза антибиотика остается низким. В присутствии же лактозы максимум образования антибиотика происходит через 150 – 160 ч и это способствует повышению выхода пенициллина. Поэтому на практике для получения пенициллина обычно используют одновременно и глюкозу и лактозу, что обеспечивает хорошее развитие гриба и высокий уровень биосинтеза пенициллина.

К сожалению, таких данных, отражающих результаты исследований по значению различных источников азота для культур ксилотрофных базидиомицетов относительно немного. Без сомнения, высшие базидиомицеты, представляющие собой различные экологические группы, в природе сталкиваются с большим разнообразием углеводов, чаще всего с полимерными формами простых сахаров. В монографии А.С. Бухало (1988) сделан обзор зарубежных и отечественных исследований по вопросу предпочтений высшими базидиомицетами различных источников углерода при искусственном культивировании. Все источники свидетельствуют, что высшие базидиомицеты в культуре предпочитают сахара другим источникам углерода. Существует мнение, что глюкоза является универсальным источником углерода для всех высших базидиомицетов, хотя она и не всегда обеспечивает максимальный рост мицелия. Для большинства этих грибов таким же хорошим источником углерода, как глюкоза, служит фруктоза (Шиврина и др., 1969; Berry, 1975). Многие дереворазрушающие грибы из пентоз хорошо используют ксилозу, в то время как арабиноза утилизируется ими очень слабо (Fries, 1955; Worgan, 1968; Berry, 1975). Для многих базидиомицетов из спиртов пригодны маннит и глицерин (Шиврина и др., 1969; Бухало и др., 1972; Маслова, 1973; Berry, 1975; Gupta, Pathak, 1982). Всеми высшими базидиомицетами из дисахаридов потребляются мальтоза и целлобиоза. Сахароза не является универсальным источником углерода для этих грибов, а лактоза используется наименьшим количеством исследованных штаммов (Шиврина и др., 1969; Маслова, 1973; Johri, Brodie, 1972; Berry, 1975). Наилучшим источником углерода для ряда видов является крахмал (Fries, 1955; Worgan, 1968; Маслова, 1973; Sakamoto et al., 1978a, b). Для видов родов Tricholoma, Agaricus хорошим источником углерода служат пектиновые вещества, хуже усваиваются декстрины (Treschov, 1944; Fries, 1955; Worgan, 1968; Oyama et al., 1974).

Безусловную ценность представляют работы под руководством А.С. Бухало, посвященные изучению роли источника углерода при искусственном культивировании ксилотрофных базидиомицетов (1988). В качестве единственного источника углерода на синтетической среде были испытаны моносахариды – ксилоза, глюкоза, галактоза; дисахариды – сахароза, мальтоза, лактоза; трисахарид – рафиноза; полисахариды – крахмал, сахароза; спирт – маннит. Контролем служила питательная среда с глюкозой. Кроме того, в качестве источника углеродного питания были испытаны целлюлоза, лигнин и неуглеводные источники – мягкий парафин и этанол. Интенсивность роста исследованных видов, культивированных на питательных средах с разными источниками углерода, значительно отличалась. Так, Panus tigrinus, Flammulina velutipes и Kuehneromyces mutabilis лучше усваивали ксилозу по сравнению с глюкозой, однако большинство видов хуже росли на питательной среде с ксилозой. Глюкоза оказалась наилучшим источником углерода для Armillaria mellea и Pholiota adiposa. Большее количество биомассы на среде с галактозой, чем на среде с глюкозой, образовывали Schizophyllum commune, Panus tigrinus, Coprinus comatus, Agaricus silvaticus и другие виды. Из испытанных дисахаридов лучше использовалась мальтоза. Более активно, чем на других источниках углерода, на ней росли Schizophyllum commune, Panus tigrinus, Pholiota aurivella. Лактоза и рафиноза усваивались хуже, чем другие источники углерода. Многие испытанные виды – Kuehneromyces mutabilis, Panus tigrinus и другие глюкозе предпочитали крахмал (Бухало, 1988). Данные, полученные при культивировании Crinipellis schevczenkovii, свидетельствуют, что из 13 исследованных источников углерода (глюкоза, арабиноза, ксилоза, манноза, фруктоза, лактоза, мальтоза, сахароза, маннит, сорбит, крахмал, целлюлоза) лучшими для роста гриба и синтеза им полисахаридов являются глюкоза и крахмал (Бабицкая и др., 2005).

Усвоение высшими базидиомицетами углеводородов в литературе освещено неполно. Т. Сугимори с соавторами (Sugimori et al., 1971) приводят данные об использовании высшими базидиомицетами, в том числе Pteurotus ostreatus, Flammuiina velutipes, Lentinus edodes и Schizophyllum commune, неуглеводных источников углерода: алифатических спиртов, алканов, органических кислот трикарбонового цикла. На мягком парафине в качестве источника углерода растут Coriolus zonatus, Schizophyllum commune, Armillarieila mellea, Hirneola auricula-judae, Pholiota aurivella, Pleurotus ostreatus (Bilai et al., 1968; Билай, Коваль, 1980; Бухало, 1988; Антоненко, 2009).

Древоразрушающие базидиомицеты в природе принимают участие в разложении целлюлозы и хорошо используют этот высокомолекулярный углевод при искусственном культивировании. Многие виды активно растут на среде с фильтровальной бумагой в качестве единственного источника углерода. К ним относятся лигнотрофние виды из родов Panus, Pieurotus, Flammulina, Pholiota и Schizophyllum (Бухало, 1988). Автор цитируемой монографии свидетельствует, что наиболее высокой активностью целлюлозолитических ферментов характеризуются виды, приуроченные в природе к целлюлозосодержащим субстратам: Panus tigrinus, Pleurotus ostreatus, Flammulina velutipes, Crinipellis schevczenkovi и Armillarieila mellea.

Лигнин используется грибами белой гнили в природе. Однако в культуре для усвоения грибами он должен находиться в доступной форме, и грибы, как правило, должны быть к нему адаптированы (Шиврина и др., 1969; Berry, 1975). Проблема такой адаптации, а также получения соответствующих форм лигнина мало освещена в литературе.

Особенности содержания тех или иных функциональных групп в различных видах лигнина довольно подробно освещены в целом ряде специальных монографий (Грушников, Елкин, 1973; Закис, 1987). В качестве примера, иллюстрирующего разнообразие функциональных групп в препарате, который принято считать наиболее близким к природному лигнину еловой древесины, следует привести гипотетическую структурную формулу фрагмента макромолекулы лигнина Бьёркмана, предложенную Фрейденбергом (1969) (рис. 2).

Рисунок 2 – Гипотетическая структурная формула фрагмента макромолекулы лигнина хвойной древесины (по Freudenberg, 1968)

Схема эта, конечно же, не претендует на абсолютно точное отображение истинного строения макромолекулы лигнина, но наиболее удовлетворительно согласуется с аналитическими данными и позволяет объяснить многие реакции лигнина и его трофическую значимость для грибов белой гнили. Согласно формуле Фрейденберга, в природном (in situ) лигнине присутствуют следующие функциональные группы: метоксильные, фенольные гидроксильные, первичные и вторичные алифатические гидроксильные, кетонные и альдегидные (Азаров и др.,1999; Айзенштат, Боголицин, 2009). В других видах и препаратах лигнина количество групп будет иным. В зависимости от способа выделения и обработки препарата, особенно при химическом модифицировании, в нем могут появляться и другие, не свойственные природному лигнину группы.

Вопрос о том, является ли лигнин источником энергии для грибов, способен ли лигнин хотя бы отчасти обеспечивать энергетические и ростовые потребности этих организмов, является дискуссионным. По мнению Т.К. Кирка, лигнин не следует рассматривать как источник энергии, а его деструкция древоразрушающими грибами белой гнили является лишь частью вторичного метаболизма (Kirk, 1981). Существуют подобные обзоры, посвященные процессам биодеградации лигнина (Решетникова, 1997; Головлева, Леонтьевский, 1998; Eriksson et al., 1990; Hattaka, Vares, 1994). На основе существующих данных, выделяют следующие группы реакций, приводящих к деструкции макромолекулы лигнина: