Введение к работе
Актуальность проблемы. Россия является одной из ведущих стран мира по объему заготавливаемой древесины. При существующих способах переработки древесного сырья в целом по России полезно используется около половины, а в сибирском регионе - лишь третья часть биомассы дерева. Большая часть отходов скапливается на территориях предприятий, представляя определенную пожарную опасность, а вымываемые атмосферными осадками кислые агенты мигрируют в почву, а далее - в грунтовые воды, создавая угрозу обширного загрязнения прилегающей к предприятиям территории. Необходимость утилизации отходов лесоперерабатывающей промышленности является одной из важнейших экологических проблем.
Утилизация отходов окорки древесины базируется в основном на применении химических и термических способов переработки. Альтернативным вариантом как с экономической, так и экологической точки зрения является их биотехнологическая переработка. Немаловажной задачей на сегодняшний день является разработка биологических методов по ограничению развития организмов, наносящих значительный ущерб в сельском и лесном хозяйствах. По распространенности заболеваний возделываемых культур в Средней Сибири и причиняемому ущербу первое место принадлежит грибным заболеваниям, инфекционное начало которых сохраняется в почве и на растительных остатках. Доминирующее положение в успешном регулировании численности популяций фитопатогенов и получении противогрибных препаратов занимают виды Trichoderma, обладающие высокой антагонистической и гиперпаразитической активностью. На основе различных штаммов этих грибов в нашей стране и за рубежом созданы биопрепараты - триходермины, применяемые для борьбы с широким спектром фитопатогенов растений.
Проблема ресурсов доступного и дешевого сырья для промышленной биотехнологии остается весьма актуальной, поэтому перспективным является использование различных отходов лигноцеллюлозной природы в качестве субстрата при получении биопрепарата на основе гриба рода Trichoderma.
Особенность гриба разлагать наряду с целлюлозой лигниновые вещества ставит его в ряд агентов, способных трансформировать растительное сырье древесного происхождения, и позволяет в перспективе использовать эту способность для создания технологии переработки древесных отходов и получения биопрепаратов защитного действия. Управление данным процессом, его использование в промышленных масштабах возможно только при установлении механизмов воздействия микромицетов на растительный комплекс, а также влияния свойств субстрата и технологических параметров на качество биопрепарата.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - установить влияние микробиологического воздействия на состав и свойства коры древесины хвойных и лиственных пород на примере гриба рода Trichoderma; разработать условия культивирования и предложить технологическую схему получения биопрепарата типа Триходермин с использованием в качестве субстрата коры лиственницы и березы.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
установить влияние способа подготовки коры, а также продолжительности культивирования гриба рода Trichoderma на интенсивность спорообразования и изменение химического состава субстрата;
изучить воздействие гриба рода Trichoderma на целлюлозу и лигнин, входящих в состав лиственничной и березовой коры;
осуществить подбор комбинированных субстратов с целью интенсификации процесса биоконверсии;
разработать технологическую схему получения биопрепарата на лиственничной и березовой коре и дать экономическую оценку эффективности их производства.
Научная новизна. С использованием методов химического, элементного и рентгенографического анализов, УФ- и ИК-спектроскопии получены сведения о биотрансформации целлюлозы и лигнина в составе коры лиственницы и березы под действием гриба рода Trichoderma. Впервые получены и сопоставлены количественные характеристики лигнинов коры лиственницы и березы, рассчитаны эмпирические формулы мономерного фенилпропаноидного звена диоксанлигнинов до и после биодеструкции. Установлены факты интенсификации процесса биоконверсии. Получены новые формы биопрепаратов на основе коры лиственницы и березы. Сложившиеся в результате исследований представления о процессах деструкции грибом рода Trichoderma лигнина и целлюлозы, входящих в состав коры древесных пород вносят существенный вклад в научные основы технологии конверсии лигноуглеводных материалов.
Практическая значимость работы. Предложены комбинированные растительные субстраты для твердофазной ферментации с целью получения биопрепаратов типа Триходермин. Разработана технологическая схема получения биопрепарата на основе штамма «МГ-97/6» с использованием в качестве субстрата коры лиственницы, березы и торфоцеолитовой смеси. Наработана опытная партия биопрепарата типа Триходермин с использованием комбинированного субстрата, апробированная в полевых испытаниях при высадке картофеля в Красноярском крае. Показано положительное влияние биопрепарата на увеличение урожайности картофеля.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: всероссийских - «Современные проблемы математики и естествознания» (Нижний Новгород, 2004); «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2004 - 2006); «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2005, 2007); «Новые экологобезопасные технологии для устойчивого развития регионов Сибири» (Улан-Удэ, 2005); «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2006).
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» по теме: «Разработка теоретических основ биоконверсии растительного сырья и получение средств защиты растений» № ГР 0199000861 (2004 - 2009 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 140 страницах, содержит 14 рисунков и 18 таблиц. Список литературы включает 224 источника, из них 34 работы зарубежных авторов.
