Введение к работе
Актуальность темы. В современной промышленности и сельском юзяйстве широко используются разнообразные органические :оединения, в том числе ксенобиотики, многие из которых токсичны, санцерогенны, мутагены, что представляет угрозу для живых организмов і может приводить к сдвигу экологического равновесия в биосфере.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются игассом повсеместно распространенных устойчивых поллютантов, юдержащихся в сточных водах и газовых выбросах коксо-, газо- и гефтехимических производств. Нафталин, фенантрен, антрацен, кризен [вляются компонентами тяжелых фракций нефти и попадают в ікружающую среду в результате аварийных разливов нефтепродуктов, фи сгорании различных видов топлива при неполном доступе :ислорода, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. В юследнее время серьезную проблему представляет загрязнение почв и одных систем в индустриально развитых районах мира, поскольку іногие ПАУ относятся к классу канцерогенов и мутагенов (Sutherland et 1., 1995).
Хотя некоторое уменьшение концентрации ПАУ в почве возможно за чет абиотических процессов, основную роль в деградации этих оединений играют микробные популяции. Уникальная способность іикроорганизмов к деградации ПАУ как природного, так и нтропогенного происхождения становится предметом особого внимания сследователей, прежде всего, с точки зрения использования [икроорганизмов - деструкторов для очистки окружающей среды от все олее возрастающего загрязнения антропогенного происхождения.
Известно, что ряд микроорганизмов способен использовать ПАУ как сточники углерода и энергии или трансформировать их (Kiyohara et al., 994; Foght et al., 1996 ). Накоплен значительный экспериментальный атериал, показывающий, что процесс биодеградации ПАУ бактериями асто контролируются плазмидами, большинство из которых обнаружено представителей рода Pseudomonas (Воронин, 1987).
В последнее время возрос интерес к использованию штаммов -гструкторов для очистки окружающей среды от загрязнений in situ. лтродукция микроорганизмов в окружающую среду предполагает роведение предварительных лабораторных исследований штаммов-:структоров. В последнее время исследователи все чаще используют одельные системы, приближенные к естественным условиям, в том ясле и почвенные микрокосмы (Manilal and Alexander, 1991). При оделировании природных процессов в лабораторных условиях эзникает необходимость разработки новых модельных систем, методов жтроля за процессами жизнедеятельности микроорганизмов и градации ксенобиотиков, быстрых методов количественного тределения ксенобиотиков в почве и водных растворах.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работ являлось изучение процесса деградации нафталина и фенантреї различными штаммами родов Pseudomonas и Burkholderia в модельнь почвенных системах. В соответствии с целью работы были определен следующие конкретные задачи:
1. Выделение и характеристика новых штаммов-деструкторов нафталиі
и фенантрена.
2. Разработка модельной почвенной системы для изучения процесі
деградации нафталина и фенантрена. Отработка и модификация методе
количественного определения нафталина и фенантрена в почве.
-
Изучение процесса деградации нафталина и фенантрена аборигенньш и интродуцированными микроорганизмами в модельных почвеннь системах.
-
Оценка эффективности процесса деградации нафталина и фенантреї различными штаммами в модельных почвенных системах использованием математического моделирования.
Научная новизна. В ходе настоящей работы предложен подход д. предварительной оценки эффективности процесса деградации нафталга и фенантрена бактериями рода Pseudomonas в модельных почвеннь системах, позволяющий сравнить и выбрать наиболее активные штамм] деструкторы перед использованием в системах биоремедиации. Изучег кинетические параметры процесса деградации нафталина и фенантреї эндогенными и интродуцированными микроорганизмами в модельні почвенных системах. Проведено сравнение эффективности процес биодеградации нафталина и фенантрена различными штаммами ро, Pseudomonas. Для количественной оценки процесса биодеградащ нафталина и фенантрена разработана математическая модех описывающая рост бактерий и потребление ими субстратов (ПАУ, і производных и органические вещества почвы) в модельных почвенш системах. Предложена экспресс-методика для определения нафталш фенантрена и флуорена в почвенных образцах. Показано, что наибол эффективным штаммом-деструктором нафталина в модельной почвени системе является BS3701, а фенантрена - BS3702. Изучаемые штамл BS3701, BS3702 способны утилизировать в почве с высокой скорості как нафталин так и фенантрен, что представляет несомненный интерес точки зрения возможности использования данных штаммов-деструктор в системах очистки окружающей среды от загрязнения ПАУ.
Научно-практическая значимость работы. Предложенный подх для оценки эффективности процесса биодеградации нафталина фенантрена может быть использован для выбора наиболее активні штаммов-деструкторов ПАУ, перспективных для использования биотехнологии защиты окружающей среды. Математическая модєі описывающая рост бактерий и потребление ими субстратов (нафталі
енантрен, их производные и органические вещества почвы) в одельных почвенных системах позволяет оценить эффективность эоцесса деградации не только нафталина и фенашрена, но и ПАУ с )лее высоким молекулярным весом. Разработанная в процессе работы хпресс-методика для определения нафталина, фенантрена, флуорена в )чве может быть использована для мониторинга за остаточными ігрязнениями почв. Созданная коллекция микроорганизмов эедставляет интерес для изучения различных аспектов деградации ПАУ других органических соединений. Наличие плазмид биодеградации в ;следуемых штаммах-деструкторах нафталина и фенантрена создает >едпосылки для дальнейших исследований, направленных на выяснение іщих закономерностей структурно-функциональной организации нетических систем биодеградации ПАУ.
Практическое использование результатов.
Штаммы, полученные в ходе работы, модельные почвенные системы экспресс-методика определения нафталина и фенантрена в почвенных іразцах используются в ходе работы по гранту "Биотехнология защиты ружающей среды".
Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора ггературы, описания материалов и методов исследования, сперимснтальной части, обсуждения результатов, выводов и списка ггературы. Работа содержит 120 страниц машинописного текста, лючая 31 рисунок и 10 таблиц. Библиография включает 177 тературных источников, из них 22 на русском языке.