ЭлБиб

виноделие

иноделие

иноградарство

1/2006

Углеводный обмен дрожжей

Saccharomyces oviformis

на кремнийсодержащих средах

Ш.А. АБРАМОВ, О.К. ВЛАСОВА, З.К. БАХМУЛАЕВА

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН

уществовавшее до недавнего вре

мени представление о том, что

кремний не участвует в метаболиз

ме организма и является балластом, со

временные исследователи опровергли.

По их данным, этот элемент положительно

влияет на подвижность почвенных фосфа

тов, повышает зимостойкость, устойчи

вость растений к полеганию и поражению

болезнями, снижает транспирацию, участ

вует в процессах обмена. Его относят к

группе компонентов, необходимых для

нормального роста, развития человека и

животных, и считают обязательным эле

ментом их тканей (

М.П. Колесников,

В.К. Гинс

, 1999;

М. Воронков, Г. Зелчан,

Э. Лукавиц,

1978). Физиологическая по

требность организмов в кремнии, связан

ным химически с фосфолипидами, бел

ком, пектинами, конденсированными по

лифенолами, теперь несомненна. Рассмат

ривая биологическое значение кремния,

следует упомянуть о создании кремние

вых аналогов лекарственных препаратов

путем замены одного или нескольких ато

мов углерода кремнием. Модификация

биологически активных органических сое

динений введением в их молекулы крем

нийсодержащих групп повышает их раст

воримость в липидах, способствует луч

шей проницаемости лекарственных пре

паратов через клеточные мембраны, а в

отдельных случаях даже пролонгирует их

действие и усиливает фармакологический

эффект.

Сведения о влиянии кремния и его сое

динений на рост и развитие микроорганиз

мов единичны, относятся к бифидобакте

риям и диатомовым водорослям. Констати

руется потребность микроорганизмов в

этом элементе, который является обяза

тельной составляющей оболочки и дрож

жевых клеток (

Ж. Риберо Гайон, Е. Пейно,

1970;

Г.И. Новик, Н.И. Астапович, А.А. Са

марцев,

2001;

Г. Шлегель,

1972). Инфор

мация о влиянии кремния на жизнедея

тельность дрожжей и способах его исполь

зования в составе сред для их культивиро

вания не выявлена.

В нашей статье приведены результаты

изучения влияния кремния на углеводный

обмен дрожжей, который является одним

из центральных путей метаболизма, вы

полняя функции не только основного по

ставщика энергии, но и главного источника

углеродсодержащих фрагментов, необхо

димых для синтеза всех других компонен

тов клетки

(в работе принимал участие

Г.Г. Магомедов

). Объектами исследований

служили сусло и виноматериалы из вино

града сорта

Ркацители

. Синтетическая пита

тельная среда включала 190–210 г/дм

са

харозы, 6 г/дм

винной кислоты, 6,4 г/дм

сернокислого аммония, 2 г/дм

фосфорно

кислого калия, 1,4 г/дм

сернокислого

магния, 0,4 г/дм

хлористого кальция,

1 г/дм

хлористого натрия, дистиллиро

ванную воду. Биохимически активный

штамм

Saccharomyces oviformis Махачка

линская 12 Х

взят из коллекции отдела био

технологии института (

Ш.А. Абрамов,

С.Ц. Котенко, О.К. Власова, А.М. Макуев

1984).

Дрожжевую разводку вводили из рас

чета 2 %. Брожение проводили в сосудах с

затворами при 24...25 °С. Процесс конт

ролировали по выделению СО

ежеднев

ным взвешиванием и определением мас

совой концентрации сахаров через 8 сут

жизнедеятельности дрожжей на этих сре

дах и по окончанию брожения. Источни

ком кремния служили предварительно

подготовленный песок бархана Сарыкум и

кварцевое стекло. Песок исследовали на

электронном микроскопе

LEO 1450

с мик

розондовым анализатором

JSYS EDX

(Гер

мания). Массовую концентрацию сахаров,

объемную долю спирта и титруемую кис

лотность определяли общепринятыми ме

тодами.

Результаты и их обсуждение. Дрожжи

рода

Saccharomyces

обладают метабо

лизмом, направленным на спиртовое

брожение. Энергию брожения оценивают

обычно по количеству образовавшегося

этанола и выделившегося диоксида угле

рода.

Ежедневное наблюдение за процессом

брожения синтетической среды, содержа

щей 20,6 г/100 см

сахара и 6,6 г/дм

тит

руемых кислот, уже на третий день после

инокуляции выявило заметные изменения

по массе (опыт 1).

Значительный ежедневный прирост

СО

отмечен с третьего по 6 й день в конт

роле 1 и опытных образцах при содержа

нии 106 и 425 (стекло) мг/дм

кремния, с

третьего по 8 й день — при концентрации

кремния 212, 425 и 850 мг/дм

. Суммар

ное количество углекислого газа, обра

зованного за 8 сут брожения, в опытных

образцах было больше, чем в контроле,

соответственно в 1,14; 1,05; 1,24; 1,38

и 1,88 раза. С увеличением дозы крем

ния (от 106 до 850 мг/дм

), добавленно

го в питательную среду, интенсивность

образования углекислого газа возрас

тала.

Представлялась интересной динамика

диссимиляции сахаридов. Согласно ре

зультатам определения химического со

става сбраживаемых сред на 9 е сутки

жизнедеятельности дрожжей снизилась

сахаристость и в контроле (5,0 г/100 см

и в опытных образцах (5,2–9,3 г/100 см

В опыте содержание остаточного сахара в

это время колебалось в пределах

11,3–15,3 г/100 см

и во всех случаях бы

ло ниже, чем в контроле. При этом объем

ная доля этилового спирта, образованно

го штаммом при диссимиляции углеводов,

была большей. Уровень содержания кис

лот вырос на 1,1 г/дм

во всех образцах и

составил 7,6 г/дм

Интенсивность диссимиляции углево

дов в опыте по сравнению с контролем в

последующие дни существенно изменя

лась с выделением СО

, образованным

штаммом, и коррелировала с результата

ми определения химического состава суб

стратов после окончания брожения. Коли

чество диссимилированного сахара воз

растало по мере увеличения дозы крем

ния. В образце с его максимальной дозой

(850 мг/дм

) оно превысило контроль в

1,47 раза. Следствием этого явилось

большее количество синтезированного

этанола. Содержание кислот в субстра

тах, одинаково возрастающее на 9 е сут

ки брожения и в контроле, и в опыте, в

конце брожения колебалось в пределах

8,0–8,8 г/дм

: максимум отмечен в конт

рольном, минимум в опытном образце с

дозой 850 мг/дм

. По видимому, при рас

щеплении глюкозы в наших опытах участ

вуют реакции цикла трикарбоновых кис

лот, выполняющих катаболическую функ

цию и поставляющих предшественников

для синтеза многих клеточных компонен

тов

(Г. Шлегель, 1972; С.А. Коновалов,

1980). Выявленные нами различия по

уровню содержания кислот в контроле и

опыте позволяют предположить влияние

введенного кремнезема на катаболизм и

синтез компонентов клетки.

Учитывая, что кремнезем интенсифици

рует углеводный обмен, а уровень интен

сификации зависит от концентрации его в

субстрате, в последующих исследованиях

(опыт 2) диапазон вводимых доз расширен

в сторону увеличения: 500, 1000, 1500 и

2000 мг/дм

. Лучшие результаты отмечены в

образце, содержащем 1500 мг/дм

крем

ния: так, на 9 е и 33 и сутки брожения коли

чество сброженного сахара здесь составило

соответственно 10,3 и 11,6 г/100 см

, а при

концентрации кремния 2000 г/дм

— 9,9

и 11,2 г/100 см

На следующем этапе опытов (опыт 3)

при культивировании дрожжей на синте

тической основе кремний добавлен в ви

де природного кремнезема (500, 1000 и

Электронная Научная Сельск Хозяйственная Библ отека