El bieta Bogus awska - W s Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Stosowanej, Wydzia Nauk o ywno ci i Rybactwa, Zachodniopomorski Uniwersytet

Transkrypt

1 Elbieta Bogusawska - Ws Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Stosowanej, Wydzia Nauk o ywnoci i Rybactwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

2 Zarzdzanie rodowiskiem jako forma spoecznej odpowiedzialnoci biznesu za rodowisko zapewnienia moliwoci monitorowania parametrów zwizanych ze rodowiskiem hodowli w cigu caego cyklu ycia ryb, maksymalizacji wydajnoci produkcji i zmniejszaniu wystpowania zakae Zasada czystej produkcji skuteczna kontrola i unieszkodliwianie odpadów pochodzcych z systemu

3 pasza nie skonsumowana 1,4% biomasa 47,8% dyfuzja przez skór i skrzela 49,8% ekstrementy 1,0% powrót azotu do hodowli 52,2%

4 Mineralizacja zanieczyszcze przez mikroorganizmy Urzdzenia techniczne wykorzystywane w procesach oczyszczania Komory osadu czynnego Komory fermentacyjne Zoa biologiczne

5 Zoe biologiczne urzdzenia techniczne wykorzystujce naturalne zjawisko rozwoju mikroorganizmów na danym podou (wypenieniu) podczas rozkadu zwizków organicznych [Kania Surowiec 2013]

6 a biologiczne Zasada dziaania integracja mikrobiologicznych procesów prowadzcych do eliminacji produktów przemiany materii wydalanych przez ryby i pochodzcych z nie skonsumowanej paszy Przyrost biomasy w biofiltrze odzwierciedlenie porednich reakcji zachodzcych na poziomie mikroorganizmów Synteza komórek Mineralizacja zwizków Liczba komórek = przyrost biomasy X = asr = a(so-se) Ilo substancji pokarmowych a - wspóczynnik syntezy biomasy Sr usunity adunek zanieczyszcze, So adunek dopywowy, Se adunek odpywowy [Wandrasz J., Biegaska J. 2003]

7 Nitryfikacja I faza bakterii AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria) Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus I etap NH ,5O 2 + 2e - monooksygenaza amonowa (AMO) NH 2 OH + H + hydroksyloamina II etap NH 2 OH + H 2 O oksydoreduktaza hydroksylaminy (HAO) NO H + + 4e - Nitryfikacja II faza bakterie NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria) Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira czy Nitrospina NO ,5 O 2 oksydoreduktazy azotynowej NO 3- + e - Jednostopniowy proces zachodzi przy wspóudziale w wyniku czego NH O 2 NO H + + H 2 O + energia

8 Biofilm, bona biologiczna (ang. biological membrane) zoona wielokomórkowa struktura mikroorganizmów otoczona warstw substancji organicznych i nieorganicznych, produkowanych przez te drobnoustroje, wykazujca adhezj zarówno do powierzchni biologicznych jak i abiotycznych

9

10

11 Komponent % udziau Woda Mikroorganizmy Polisacharydy Proteiny -(extracellularne i obecne z lizy) DNA i RNA > (heterogeniczne) 1-2 < 1-2 < 1-2

12 Adhezja Rónicowanie morfologiczne Lekooporno Wytwarzanie zewntrzkomórko wego matrix Quorum sensing Adherencja do substratu Cdr1, Mdr1 Rozwój biofilmu Ace2 Dojrzewanie biofilmu Bcr1, Tec1, Als3, Hwp1 Als2 Efg1, Tec1, Suv3, Nup85, Mds3, Kem3 Zmiana w kompozycji steroli Adh1 Mkc1 Chk1 Opuszczanie biofilmu Ywp1

13 Siedem sekretów dobrego ycia w biofilmie 1. EPS rodowisko ycia mikroorganizmów w biofilmie Wysokoczsteczkowy polimer polisacharydy biaka kw.nukleinowe enzymy

14 2. Gradient tlenowy 1. Wyznacza heterogeniczno wzrostu bakterii 3. Mikrokonsorcja 1. Moliwy mechanizm syntroficznego oddziaywania midzy mikroorganizmami 4. Oporno na czynniki selektywne 1. Powolny wzrost 2. QS wyznacza fizjologiczn funkcje biofilmu 5. Gradient nutrientów 6. Horyzontalny transfer genów 7. Rozproszenie zalene od komunikacji (QS)

15 Selekcja doboru miejsca kolonizacji Gradient tlenowy Przechowywanie energii (EPS) Mikrokonsorcja mechanizm syntroficznego oddziaywania Spoeczno biofilmu Komunikacja midzykomórkowa (QS) Transfer informacji genetycznych Emigracja populacji przy okrelonych zasobach pokarmowych

16 Biofilm nitryfikacyjny - relacje Zasiedlanie proces intensyfikacji zasiedlania, przyrost biomasy biofilmu Fragmentacja wytworzonego biofilmu Szybko nitryfikacji zwizek pomidzy szybkoci reakcji enzymatycznej i steniem substratu V = (V m S) / (K m + S) V - oznacza prdko reakcji; V m - maksymaln szybko reakcji (g/dzie); S - jest stenie substratu (g/m 3 ); Km staa poowy wysycenia (g/m 3 ). [Lewandowski Z.,Beyenal H.2007]

17 Bacteroidetes 10% Alphaproteobacteria 15% Gammaproteobacteria 75%

18 Amonifikacja Proces Utlenianie amoniaku Mikroorganizm Woda sodka Nitrosomonas oligotropha Woda morska Nitrosomonas sp Nitrosomonas cryotolerans Nitrosomonas europea Nitrosomonas mobilis Utlenianie azotynów Nitrospira spp Nitrospira marina Nitrospira moscoviensis Nitrospira marina Nitrospira moscoviensis Denitryfikacja Autotroficzna Thiomicrosporia denitrificans Thiothrix disciformisa Rhodobacter litoralisa Hydrogenophaga sp. Heterotroficzna Pseudomonas sp. Comamonas sp. Pseudomonas fluorescens Pseudomonas stutzeri Pseudomonas sp. Paracoccus denitrificans Dysymilacja Various Proteobacteria i Firmicutes Anaerobowa oksydacja amoniaku Planctomycetes spp. Brocadia sp. Redukcja siarczanów Desulfovibrio sp., Dethiosulfovibrio sp., Fusibacter sp., Bacteroides sp. Utlenianie siarczanów Metanogeneza Thiomicrospira sp. Methanogenic Archaea

19

20 Analiza podstawowych parametrów hodowli Nitrospira marina i Shewanella japonica Hodowle: 1. S.japonica i N.marina 2. N.marina

21 Czynniki determinujce relacje pomidzy spoecznociami bakteryjnymi w zou biologicznym ilo tlenu dostpnego (OD) dla bakterii przeprowadzajcych proces utleniania amoniaku utrzymanie w stosunku do TAN (OD/TAN) na poziomie > 2,5, zachowania aktywnoci fizjologicznej bakterii nitryfikacjnych Zachowanie odpowiedniego poziomu C/N wzrost wartoci C/N powoduje obnienie poziom nitryfikacji konkurencja pomidzy bakteriami nitryfikacyjnymi a bakteriami heterotroficznymi Wykorzystanie tlenu niezbdnego dla nitryfikatorów C/N = 0,5, spadek wydajnoci o 30% C/N = 1,0 spadek o 50%

22

23 Dzikuje za uwag