ИЗУЧЕНИЕ РАЗНООБРАЗИЯ И БИОРЕМЕДИАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ АКТИВНОГО ИЛА

Цуркан Яна Сергеевна

PhD-докторант, КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

Гончарова Алла Владимировна

доцент, канд. биол. наук, КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

Карпенюк Татьяна Анатольевна

профессор, д-р биол. наук, КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

E-mail:

В последние годы урбанизация регионов, интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства приводят к усиленному загрязнению гидросферы нефтепродуктами, неорганичес­кими и органическими соединениями. Все эти поллютанты могут попадать в водоемы, находясь в составе сточных вод промышленных предприятий, а также со стоками сельскохозяйственных производств и в составе атмосферных осадков. Самым эффективным и сравнительно дешёвым способом очистки воды от тяжёлых металлов, нефтепродуктов и других поллютантов является биологический метод [6, 10, 11]. В настоящее время известно более тысячи микроорганизмов, способных перерабатывать углеводороды различных классов, аккумулировать тяжелые металлы. Наиболее продуктивные из них — дрожжи рода Candida [1]; бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium, Brevibacterium, Arthrobacterspp. [5, 9] и грибы родов PenicilliumиCunninghamellaspp., Verticilliumspp. [8]. Использование биохимических возможностей микроорганизмов, отбор наиболее устойчивых, активных культур и создание условий, которые способствуют более полному окислению или нейтрализации токсических органических и неоргани­ческих соединений, позволяют интенсифицировать процесс очистки сточных вод, загрязненных органическими, неорганическими соедине­ниями, нефтью и нефтепродуктами. Нами проведены работы по анализу микробиологической составляющей активного ила очистных сооружений г. Алматы. Создана коллекция штаммов микроорганизмов, выделенных из активного ила. Идентифицированы массовые виды микроорганизмов данного биоценоза. Они представлены бактериями родов Pseudomonas, Micrococcus, Flavobacterium, Bacillus, Actinomycesи дрожжами родов Candida, Kluyveromyces, Metschnikowia, Phaffia [2]. Углеводородокисляющую способность (рост на среде с добавлением в качестве источника углерода дизельного топлива, нефти и других угле­водородов в количестве 1 мл/100 мл среды) продемонстрировали штам­мы бактерий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp.410AT [3].

В модельных экспериментах были оценены ростовые процессы и степень деструкции компонентов дизельного топлива штаммами бакте­рий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp. 410AT(таблицы 1,2).

Таблица 1

Динамика роста и степень деструкции дизельного топлива штаммом бактерий Pseudomonas sp. 409TA

Таблица 2

Динамика роста и степень деструкции дизельного топлива штаммом дрожжей Candidasp. 410AT

Показано, чтотемпы увеличения количества клеток бактерий при их росте на среде с добавлением в качестве источника углерода и энергии дизельного топлива были невелики. В культуре бактерий за первые сутки роста число клеток увеличилось только в три раза, к четвертым суткам культивирования — в 5 раз. Степень деструкции углеводорода достигла 80 %. В культуре клеток дрожжей прирост численности клеток при росте на углеводородном субстрате был более интенсивным, что коррелирует с данными по количеству потребленного субстрата (90—95 %) и подтверждает данные о том, что деструктивный потенциал дрожжевых клеток превосходит таковой у бактерий [4].

Анализ ИК-спектров нефти после роста на ней как источнике углерода культур дрожжей и бактерий показал следующее: в ИК-спект­ре практически не прописывались полосы поглощения метиленовых и метильных групп в диапазоне 2926 и 2853 см^-1, соответствующих асимметричным и симметричным валентным колебаниям группы СН₂, однако возрастало количество и интенсивность полос, принадлежащих кислородсодержащим производным исходных углеводородов. Появлялись пики, соответствующие поглощению ОН-групп карбонилов в димерах карбоновых кислот (2607), кетогрупп в составе карбоновых кислот и соединений типа лактонов (1749), депротонированных карбоксильных групп (1630), первичных, вторичных и третичных ОН-групп (1050, 1100), групп О=С-О-Р сложных эфиров и С-О-С простых эфиров и гидроперекисей (1170). Набор полос поглощения на ИК-спектре свидетельствует о том, что, вероятно, происходит процесс окисления углеводородов по монооксигеназному типу, когда метильная группа окисляется до первичного спирта, а затем происходит его окисление до альдегида и соответствующей жирной кислоты. Однако, полученные данные позволяют предположить, что окисление может идти путем гидропероксидации углеводородов, который включает образование алкилгидроперекисей из свободных радикалов и их восстановление в первичные и вторичные спирты.

В работе также определялась токсичность Cu²⁺ и Zn²⁺ по отношению к штаммам бактерий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp. 410AT. При установлении интервала токсичности Cu²⁺,культуры бактерий и дрожжей демонстрировали высокие темпы роста при концентрации Cu²⁺в среде 1 мг/л. Подавление ростовых процессов у бактерий проявлялось через сутки при концентрации меди 5 мг/л, повышение концентрации этого металла в среде до 20 мг/мл усиливало токсический эффект. Для культуры дрожжей угнетение ростовых процессов происходило через 24 часа при концентрации Cu²⁺ в среде 20 мг/л. Добавление в среду культивирования Zn²⁺ в концентрациях до 300 мг/л не угнетало процессы роста бактериальной культуры. Подавление ростовых процессов происходило только на 4 сутки при концентрации цинка в среде 300 мг/л. Дрожжевая культура хорошо переносила присутствие высоких концентраций цинка в среде (до 300 мг/л), демонстрируя при этом темпы роста, превышающие контрольные значения [7].

В модельных экспериментах данные культуры продемонстри­ровали высокую сорбционную способность по отношению к ионам цинка и меди (таблица 3).

Таблица 3

Поглощение ионов металлов штаммами бактерий Pseudomonas sp. 409TA и дрожжей Candidasp. 410ATчерез сутки культивирования

Так, при добавлении металла в диапазоне концентраций (для Cu²⁺ от 0,1 до 9 г/л, для Zn²⁺ от 0,01 до 0,3 г/л) штаммы бактерий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp. 410ATизвлекали более 93 % металла в течение первых суток культивирования.

Были подобраны условия для интенсификации процессов деградации компонентов нефти и дизельного топлива и сорбции тяжелых металлов штаммами бактерий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp. 410AT. Показано, что повышение биореме­диационной активности культур данных микроорганизмов сопровожда­лось усилением утилизации фосфорорганических соединений. Этот факт может иметь большое значение при очистке сточных вод, загрязненных не только нефтепродуктами и тяжелыми металлами, но и большим количеством соединений фосфора, поскольку избыточное количество фосфора также вредно для экосистем и приводит к эвтрофикации водоемов.

Таким образом, из агрессивной среды очистных сооружений выделены перспективные штаммы бактерий Pseudomonas sp. 409TAи дрожжей Candidasp.410AT, способные расти на дизельном топливе, нефти и других углеводородах. Выделенные штаммы хорошо размножа­лись в присутствии в среде высоких концентраций Cu²⁺ и Zn²⁺ , при этом дрожжи Candidasp. 410ATдемонстрировали по сравнению с бактерия­ми более высокий деструктивный потенциал и гораздо большую устойчивость к высоким концентрациям в среде тяжелых металлов. Данные штаммы можно в дальнейшем использовать для очистки сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами, нефтепродуктами и фосфорорганическими соединениями, а также создавать биопрепараты на их основе.

Список литературы:

1. Барышникова Л.М., Грищенков В.Г. и др. Биодеградация нефтепродуктов штаммами-деструкторами и их ассоциациями в жидкой среде // Прикладная биохимия и микробиология. — 2001. — Т. 37, № 5. — С. 542—548.
2. Карпенюк Т.А., Гончарова А.В. и др. Идентификация организмов биоценоза активного ила очистных сооружений г. Алматы // Вестник КазНУ. Серия биологическая. — 2006. — № 4 (30), — С. 86—90.
3. Карпенюк Т.А., Гончарова А.В. и др. Оценка углеводородокисляющего потенциала микроорганизмов активного ила очистных сооружений г. Алматы // Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы экологии и устойчивое развитие общества». Алматы, 2010, — С. 170—173.
4. Квасников Е.И., Клюшникова Т.М. Микроорганизмы — деструкторы нефти в водных бассейнах // Наукова думка, Киев. —1981. — С. 131.
5. Кожанова Г.А., Гудзенко Т.В. и др. Создание стойких систем микробной биодеградации углеводородов нефти в водной среде с использованием бактерий-деструкторов // Вiсник Одеського нацiонального ун-та. Сер. Бiологiя. — 2001. — Т. 8. — С. 26—30.
6. Павленко Н.И., Бега З.Г., Изжеурова В.В., Гвоздяк П.И. Интенсификация биологической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов // Химия и технология воды. — 1989. — Т. 11, № 6. — С. 541—544.
7. Цуркан Я.С., Бражникова Е.В., Карпенюк Т.А., Гончарова А.В. Изучение резистентности и динамики извлечения из растворов ионов Cu2+ и Zn2+ изолятами бактерий рода Pseudomonas и дрожжей рода Candida, выделенных из активного ила // Вестник КазНУ. Серия биологическая. № 3 (45). — 2010. — С. 220—222.
8. Davies J., Westlake D. Crude oil utilization by fungi Can // J. Microbiol. — 1979. — № 25. — Р. 146—156.
9. Olga P, Petar K, Jelena M, Srdjan R. Screening method for detection of hydrocarbon-oxidizing bacteria in oil-contaminated water and soil specimens. // J Microbiol Methods. 2008, Aug;74(2—3):110—3.
10. Todd R. Sandrin, Raina M. Maier. Impact of Metals on the Biodegradation of Organic Pollutants // Environmental Health Perspectives. — 2003. — V. 111, N. 8. — Р. 78—82.
11. Zukauskaite A., Jakubauskaite V. et. al. Impact of heavy metals on the oil products biodegradation process // Waste Manag Res December. — 2008. — Vol. 26. — N. 6. — Р. 500—507.