Введение к работе
Актуальность проблемы. Острой экологической проблемой в современных условиях является сложность и многокомпонентность состава образующихся промышленных и бытовых сточных вод и отходов. Среди основных приоритетных загрязнителей окружающей среды можно выделить (Eurosoil 2008,….2008): 1) нефтяные углеводороды, добыча которых во всем мире неуклонно растет; 2) поверхностно-активные вещества, которые в силу своих специфичных свойств, все больше находят применение в различных отраслях народного хозяйства (при добыче и обогащении полезных ископаемых, производстве цемента и моющих средств, текстильной, бумажной, кожевенной, фармацевтической, парфюмерной, пищевой промышленности), в т.ч. нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей. Обе эти группы поллютантов представляют серьезную проблему при очистке сточных вод и промышленных отходов.
Перспективными направлениями экологической биотехнологии являются как совершенствование технологий очистки производственных сточных вод и твердых отходов, так и разработка биоремедиационных мероприятий по восстановлению загрязненных объектов, основанных на применении микробных технологий с использованием потенциала гетеротрофных микроорганизмов, которые обладают разнообразием ферментативных систем и лабильностью метаболизма, обуславливая их высокий биодеградационный потенциал (Вельков, 1995, 2001). Известно, что высокую активность по отношению к загрязняющим веществам проявляют выделенные из техногенных сред и адаптированные комплексы микроорганизмов за счет приобретенных резистентных свойств и способные индуцировать изменения в антропогенных биоценозах, интенсифицируя процессы самоочищения (Дзержинская, 1993; Сопрунова и др., 1997; Янкевич, 2000).
Исследования, посвященные скринингу микроорганизмов, способных деструктировать и нефтяные углеводороды, и ПАВ, немногочисленны (Плешакова, 1998; Турковская, 2000).
В связи с этим, поиск новых штаммов бактерий, выделяемых из техногенных мест обитания и обладающих повышенной устойчивостью к широкому кругу загрязняющих веществ, способностью к деструкции наиболее опасных и сложных органических соединений является одним из перспективных направлений совершенствования технологий очистки промышленных отходов и восстановления природных экосистем.
Целью диссертационного исследования являлось выделение из техногенных субстратов гетеротрофных микроорганизмов и изучение возможности их использования в экологической биотехнологии для разработки биопрепаратов и в практике биоремедиации от нефтяных углеводородов и ПАВ.
Задачи исследования.
1. Выделить из техногенных субстратов изоляты гетеротрофных микроорганизмов и определить спектр их деструкционной активности.
2. Выделить чистые бактериальные культуры и изучить их культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства, провести их идентификацию.
3. Оценить эффективность использования исследуемых бактериальных штаммов для деструкции углеводородов нефти и ПАВ.
Научная новизна. Выделены и изучены изоляты бактерий, способные образовывать эмульгирующий агент, деструктировать углеводороды сырой нефти и ПАВ (анионные и катионные).
Выделены и идентифицированы штаммы бактерий (Sphingobacterium canadense, Stenotrophomonas maltophilia, Staphylococcus warneri, Bacillus amyloliquefaciens, Bac. cereus, Bac. licheniformis, Bac. safensis, Bac. tequilensis, Bac. vallismortis), образующие на средах с органическими источниками углерода и азота слизистые колонии, и развивающиеся в диапазоне температур 20-45 оС и содержании NaCl 0,0-5,0 %.
Среди исследованных микроорганизмов штамм Stenotrophomonas maltophilia способен развиваться в широком диапазоне температур (4-45 оС) и концентрации NaCl (0,0-10,0%).
Установлено, что все исследуемые бактериальные штаммы способны деструктировать углеводороды сырой нефти и ПАВ (анионные и катионные). Среди неспорообразующих бактерий наиболее устойчивым и активным является Sphingobacterium canadense, спорообразующих - Bac. licheniformis и Bac. cereus.
Впервые показано, что бактерии Sphingobacterium canadense способны образовывать эмульгирующий агент, деструктировать углеводороды сырой нефти, анионные и катионные ПАВ.
Положения, выносимые на защиту.
-
Выделенные из техногенных нефтезагрязненных субстратов бактериальные изоляты обладают способностью к слизеобразованию, липолитической и деструкционной активностями по отношению к нефтяным углеводородам, анионным и катионным ПАВ.
-
Выделены и идентифицированы бактериальные штаммы, для которых установлены оптимальный диапазон температур и концентрации хлорида натрия.
-
Бактериальные штаммы, выделенные из нефтезагрязненных техногенных сред, способны деструктировать углеводороды сырой нефти и ПАВ.
Практическая значимость. Предложены новые штаммы Sphingobacterium canadense, Stenotrophomonas maltophilia, Staphylococcus warneri, Bacillus amyloliquefaciens, Bac. cereus, Bac. licheniformis, Bac. safensis, Bac. tequilensis, Bac. vallismortis, которые могут быть использованы в качестве деструкторов нефтяных углеводородов и ПАВ в интервале температур 20-45 оС и концентрации хлорида натрия 0,0-5,0%.
Штамм Sphingobacterium canadense, образующий эмульгирующий агент, может быть использован для получения биосурфактантов.
Штамм Stenotrophomonas maltophilia, развивающийся в широком диапазоне температур (4-45 оС) и концентрации NaCl (0,0-10,0%), может использоваться для разработки приемов биоремедиации экосистем, формирующихся в условиях повышенных температур и солености.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Тема диссертации связана с тематикой госбюджетных исследований кафедры «Прикладная биология и микробиология» ФГБОУ ВПО «АГТУ»: «Особенности функционирования сообществ микроорганизмов экосистем аридной зоны» (№ гос. регистрации 01201051041) и плановой темой НИР научно-исследовательской лаборатории микробиологического мониторинга ФГБОУ ВПО «АГТУ»: «Скрининг микроорганизмов с полезными свойствами для использования в экологической и сельскохозяйственной биотехнологии» (№ гос. регистрации 01201051559).
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всероссийских и Международных конференциях: 1-й научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (Астрахань, 2010), 55-й научно-практической конференции ППС АГТУ (Астрахань, 2011)», Всероссийской конференции с международным участием «ЭКОБИОТЕХ-2011» (Уфа, 2011), 56-й Всероссийской конференции ППС АГТУ (Астрахань, 2012), 57-й Международной научной конференции ППС АГТУ, (Астрахань, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК, рекомендованных для соискателей ученой степени.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, включает 15 рисунков и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения; обзора литературы; описания объектов и методов исследований; результатов экспериментальных исследований, представленных в 2 главах; заключения, выводов; библиографического списка, включающего 246 источников, в том числе 85 зарубежных авторов; 4-х приложений.
Похожие диссертации на Гетеротрофные бактерии техногенных субстратов как основа биопрепаратов-деструкторов нефтяных углеводородов и поверхностно-активных веществ
