WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Углеводородокисляющие бактерии и ассимиляционный потенциал морской воды северного каспия

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СОКОЛОВА ВЕРА ВЛАДИМИРОВНА

Углеводородокисляющие бактерии и ассимиляционный потенциал морской воды Северного Каспия

03.02.08. – Экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Астрахань – 2012

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории

микробиологического мониторинга ФГБОУ ВПО «Астраханский

Государственный Технический Университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Дзержинская Ирина Станиславовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Филенко Олег Федорович

доктор биологических наук, профессор

Курочкина Татьяна Федоровна

Ведущая организация: Институт биологии Уфимского Научного

Центра РАН (г. Уфа)

Защита состоится 11 апреля 2012 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета_Д.307.001.05 при Астраханском Государственном Техническом Университете по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского Государственного Технического Университета по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16.

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент Э.И. Мелякина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Ассимиляционный потенциал экосистемы моря - это лимитированная способность нейтрализовать и обезвреживать в определенных пределах вредные выбросы, поступающие в морскую среду в результате хозяйственной деятельности (Гусев, 2002; Экономические проблемы…, 1985). Морская среда может выдерживать определенную степень загрязнения - поглощать их, ассимилировать без ущерба для экологической системы (Экономические проблемы…, 1985). При избытке загрязняющих веществ, естественные процессы самоочищения могут не справляться с нагрузкой, что приводит к нарушению функционирования морских сообществ, вплоть до их гибели (Миронов, 2002). При современном антропогенном воздействии на водоемы особую значимость приобретает процесс самоочищения водоемов от загрязняющих веществ, таких как нефтяные углеводороды.

Нефть и нефтепродукты являются одним из крупномасштабных загрязнителей гидросферы, ежегодное попадание которых в окружающую среду оценивается в десятки миллионов тонн. Однако нефтяные углеводороды являются неотъемлемым природным компонентом морской среды и в процессе эволюции выработался довольно эффективный механизм их деструкции.

Самоочищение морских акваторий, загрязненных нефтяными углеводородами, представляет собой комплексный процесс, протекающий под действием физических, химических и биологических факторов, где трансформация нефти и нефтепродуктов гетеротрофным пикопланктоном является ведущим процессом (Миронов, 1973; Morgan, 1989; Leahy, 1990; Коронелли, 1993; Ильинский, 2000; Немировская, 2000; Куликова, 2008 Ильинский, 1979; Израэль, 1989; Миронов, 2002; Рубцова, 2004). Мощная, разнообразная и подвижная ферментативная система, позволяющая переключаться на потребление с одних на другие источники углерода и энергии, высокая пластичность обменных процессов, быстрая адаптация к изменяющимся условиям делают гетеротрофный пикопланктон, особенно его углеводородокисляющую часть, активными участниками процессов самоочищения водоемов от нефтяных углеводородов (Ильинский, 1979; Миронов, 2002; Куликова, 2004).

Особую опасность представляет нефтяное загрязнение в замкнутых водоемах, например, таких как Каспийское море, где началась промышленная добыча углеводородного сырья. На загрязнение экосистемы Северного Каспия влияет не только разведка, добыча и транспортировка нефти и нефтепродуктов, но и речной сток, выносящий такого рода загрязнения в море.

При нефтяном загрязнении морских акваторий наиболее опасным является перемещение нефтяного пятна к прибрежной зоне. Нефтяные разливы негативно влияют на прибрежное растительное сообщество, вызывая гибель растений. Также в микроценозе антропогенно нарушенных почв повышается общая численность грибов-токсинообразователей, среди которых преобладают грибы патогенные для растений, животных и человека.

В связи с этим, особую актуальность приобретают исследования, посвященные изучению оценки ассимиляционного потенциала воды Северного Каспия от нефтяных углеводородов и роли в этом процессе представителей углеводородокисляющей части гетеротрофного пикопланктона.

Цель исследования. Исследовать углеводородокисляющие бактерии и создаваемый ими ассимиляционный потенциал морской воды.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить численность углеводородокисляющей части гетеротрофного пикопланктона в районе лицензионных участков нефтяных компаний ООО «Лукойл» и ООО «Каспийская нефтяная компания»;

2. Оценить потенциальную окислительную способность микроценоза и ассимиляционный потенциал морской воды по величине микробной деградации;

3. Выделить и изучить углеводородокисляющие бактерии гетеротрофного пикопланктона;

4. Определить токсичность активных нефтедеструкторов по биотестированию суспензий бактериальных штаммов и очищенной от нефти морской воды в микроэкосистемах;



5. Исследовать фунгицидную активность и фитотоксичность нефтедеструкторов;

6. Идентифицировать активный штамм-нефтедеструктор с хозяйственно-полезными свойствами.

Научная новизна работы. Впервые проведена оценка ассимиляционного потенциала и потенциальной окислительной способности морской воды на фоновой территории в районе лицензионных участков нефтяных компаний ООО «Лукойл» и ООО «Каспийская нефтяная компания». Выделен и изучен новый штамм Serratia grimesii, способный к деструкции нефтяных углеводородов, нетоксичный по отношению к гидробионтам, обладающий фунгицидной и фитостимулирующей активностями.

Положения, выносимые на защиту:

1. Присутствие углеводородокисляющих микроорганизмов в пикопланктоне воды Северного Каспия и участие их в процессах самоочищения, которое определяется ассимиляционным потенциалом и потенциальной окислительной способностью морской воды;

2. Выявлен новый микроорганизм с углеводородокисляющими свойствами, который может быть использован для активизации процессов деструкции нефти в морской воде.

Практическая значимость. Расчеты ассимиляционного потенциала по величине микробной деградации нефтяных углеводородов используются ООО «Институт проблем Каспийского моря» для разработки экологически обоснованных норм воздействия ООО «Лукойл» и ООО «Каспийская нефтяная компания» на живую природу. Предложен новый штамм Serratia grimesii, который может быть использован для разработки биопрепарата для ликвидации аварийных разливов нефти в море.

Результаты исследований являлись частью хоздоговорных работ с ООО «Институт проблем Каспийского моря» «Выполнение микробиологических исследований в районе лицензионного участка ООО «Каспийская нефтяная компания» в 2010 г.».

Апробация работы. Результат исследования были представлены на 13-ой международной Пущинской школе-конференции молодых учёных «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2009), Всероссийской школе-семинаре для студентов, аспирантов и молодых ученых «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы» (Белгород, 2009 г), международной научно-практической конференции «Perspektywiczne opracowania sa nauka i tecnhnikami – 2009» (Przemysl, 2009), на всероссийском симпозиуме с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (Москва, 2009), Всероссийской научно- практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования. Биологические науки» (Уфа, 2010), на международной конференции «Первые международные Беккеровские чтения» (Волгоград, 2010), 14-ой Пущинской международной школе-конференции молодых ученых «Биология – наука ХХI века» (Пущино, 2010), Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ- 2010» (Астрахань, 2010), Международной отраслевой научной конференции профессорско-преподавательского состава АГТУ, посвященной 80-летию основания АГТУ (Астрахань, 2010), 1- ой научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (Астрахань, 2010), V –ой международной конференции «Биология: от молекулы до биосферы» (Харьков, 2010), Международной конференции с элементами научной школы «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 2010), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 2010), участие в программе Федерального агентства по делам молодежи «Зворыкинский проект» (Астрахань, 2010), интернет-турнире «Модернизация», проводимый Общероссийской общественной организацией «Деловая Россия» и Интернет-компанией UpSelf (Астрахань, 2010), участие в конкурсе проектов по программе «У.М.Н.И.К.» (Астрахань, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 научная работа, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Материалы диссертации изложены на ____ страницах машинописного текста, иллюстрирована ____ таблицами и ____ рисунками. Список использованной литературы включает ____ источников, из них ____ на иностранных языках.

Автор выражает огромную благодарность и признательность за неоценимую помощь и поддержку научному руководителю доктору биологических наук, профессору Дзержинской И.С., а также доктору биологических наук, профессору Курапову А.А. и кандидату биологических наук Умербаевой Р.И. за помощь в экспедиционных исследованиях, кандидату биологических наук, доценту Куликовой И.Ю. за консультации при проведении лабораторных исследований, а также всем сотрудникам кафедры «Прикладная биология и микробиология» Астраханского Государственного Технического Университета.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования явилась морская вода и гетеротрофный пикопланктон в районе лицензионных участков ООО Лукойл и ООО Каспийская нефтяная компания.

Материалом для написания работы послужили экспедиционные исследования в составе экспедиции ООО «НИИ проблем Каспийского моря» и экспериментальные исследования в лаборатории Микробиологического мониторинга кафедры «Прикладная биология и микробиология» в 2008-2010 года. Пробы морской воды отбирались в 3-х зонах (мелководной, свале глубин и приглубой зоне) на 12 станциях в двух горизонтах - поверхностном и придонном (Родина, 1965; Теппер, 2004; Практикум по микробиологии, 2005). На рисунке 1 представлены исследуемые станции мелководной зоны – 1, 2, 3, 4, свала глубин – 5, 6, 7, 8 и приглубой зоны Северного Каспия – 9, 10, 11, 12. Всего было исследовано 124 пробы.





Рисунок 1 –Схема отбора проб

Гидрохимические анализы воды (определение солености, концентрации нефтепродуктов, рН) проводили согласно общепринятым методам (Константинов, 1986; Другов, 2000). Численность сапротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов определяли методом предельных разведений и проращиванием их на плотных питательных средах: питательном агаре для сапротрофов и среде Миллса с добавлением нефти для углеводородокисляющих (Нетрусов, 2005; Теппрер, 2004; Mills, 1974).

Оценку ассимиляционного потенциала воды (величину бактериальной биодеградации нефтяных углеводородов или «потоки самоочищения») определяли по формуле:

Б= N*K, (1)

где Б – величина бактериальной биодеградации нефтяных углеводородов (мг ув*г-1*сут), N – численность нефтеокисляющих бактерий (кл. *г-1), К – количество углеводородов, окисленных одной бактериальной клеткой, рассчитанное ЗоБеллом (3,76*10-8мг*кл -1*сут) (Рубцова, 2003).

Интенсивность минерализации нефтяных остатков определяли по потенциальной способности воды к их окислению (ПОС) по методике Г.Л. Марголиной (Марголина, 1989). Инкубировали в течение 5 суток, при этом ПОС и изменение количественного состава сапротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов производили в начале постановки эксперимента, через 24, 48, 72 и 120 часов (Марголина, 1989; Практикум по микробиологии, 2005; Теппер, 2004).

Для выделения чистых культур микроорганизмов с углеводородокисляющими свойствами использовали метод накопительных микробных культур (Методы почвенной микробиологии …, 1991; Практикум по микробиологии, 2005). Для этого пробы воды, отобранные из вод исследуемого участка Северного Каспия, вносили в колбы с жидкими минеральными средами М9, МКД, среда Чапека, среда Миллса (Mills et al., 1978; Тумайкина, 2007; Павлова, 2008; Дзержинская, 2008), в которые добавляли нефть, дизельное топливо и керосин как единственный источник углерода и энергии. Культивирование проводили при температуре 25 – 28 °С для мезофильных и при 6 – 8 °С для психроактивных микроорганизмов на качалке при 190 об/мин. в течение 14 суток.

Для выделения микроорганизмов, способных развиваться в присутствии нефти и нефтепродуктов, из каждой накопительной культуры, в которой отмечены признаки готовности, производили глубинный высев методом предельных разведений (102-103) на плотные среды того же состава с вышеуказанными нефтепродуктами. Из выросших колоний выделяли чистые культуры. Для хранения культур использовали те же минеральные среды с нефтью или нефтепродуктами. Чистоту выделенных культур определяли путем рассева на питательный агар и среды с нефтепродуктами и микроскопированием (Егоров, 1995; Практикум по микробиологии, 2005).

Первичный скрининг бактериальных штаммов производили на основе изучения их способности усваивать жидкие нелетучие углеводороды методом лунок по Егорову (Руководство к практическим занятиям, 1983).

Определение культуральных, морфологических и физиолого-биохимических свойств культур проводили по общепринятым методикам (Руководство к практическим занятиям, 1983; Егоров, 1995; Теппер, 2004; Практикум по микробиологии, 2005). Предварительную идентификацию выделенных микроорганизмов проводили по культурально-морфологическим и физиолого-биохимическим признакам, используя «Определитель бактерий Берджи» и др. (Краткий определитель бактерий Берджи, 1980; Скворова, 1981; Скворцова, 1983; Нестеренко, 1985; Рубан, 1986; Смирнов, 1990; Определитель бактерий Берджи, 1997; Логинов, 2005).

При изучении литических свойств бактериальных штаммов отмечали липолитическую, амилолитическую и протеолитическую активности (Егоров, 1995; Практикум по микробиологии, 2005). Эмульгирующую активность выделенных штаммов определяли методом Купера (Cooper, 1987).

Гидрофилизирующую активность определяли двумя методами:

1) визуальное определение гидрофобных свойств определяли по отталкиванию поверхностями, смоченными бактериальными фильтратами, гидрофобных жидкостей (нефть, масляная краска, подсолнечное масло, окрашенное суданом). Стеклянные, керамические, алюминиевые, стальные, пластиковые и медные палочки погружали на несколько секунд в бактериальные фильтраты, затем в гидрофобные жидкости и визуально определяли степень загрязненности поверхностей гидрофобными жидкостями (пат. № Ru 2112033).

2) количественное определение гидрофобности поверхности клеток осуществляли методом разработанным Розенбергом в модификации Серебряковой. (Серебрякова, 2002).

Деструктивную активность штаммов по отношению к сырой нефти и моторному маслу изучали на стерильной морской воде. Стерильную нефть и моторное масло вносили в количестве 1% по отношению к объему стерильной морской воды, суспензии исследуемых штаммов вносили по 2% по объему. Титр клеток составлял 106 - 107 кл/мл. Содержание нефтепродуктов в эксперименте определяли гравиметрическим методом после 15 суток экспозиции, в качестве элюента использовали хлороформ. Убыль углеводородов определяли по отношению к контролю без внесения штаммов, который имитировал убыль нефтяных фракций за счет физико-химических процессов (Другов, 2000, Белоусова, 2002).

Для выявления способности штаммов разлагать парафин использовали агаризованную среду Маккланга с внесением стерильного расплавленного парафина. Для этого суспензию чистых культур бактерий наносили на поверхность среды, инкубировали при 37 °С в течение 14 суток (Теппер, 2004).



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.