Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в результате антропогенной деятельности происходит глобальное загрязнение окружающей среды токсичными веществами. Нефть и нефтепродукты признаны основными загрязнителями окружающей среды (Blum et al., 2008). Особую нагрузку при этом испытывает почва, что проявляется в ухудшении её морфологических и физико-химических свойств, угнетении самоочищающей способности и негативных изменениях развития и функциональной активности организмов почвенного биоценоза (Пиковский и др., 2003; Stroud et al., 2007). Аварийные и хронические разливы нефти приводят к быстрой потере продуктивности земель или полной деградации ландшафтов.
Ограниченность земельных ресурсов ставит неотложную задачу возврата в хозяйственное использование всех нарушенных и деградированных почв (Бурмистрова и др., 2003).
Поскольку на современном уровне развития нефтяной промышленности не представляется возможным полностью исключить её негативное воздействие на окружающую среду, возникает необходимость разработки методов и технологий восстановления почв, загрязнённых нефтяными углеводородами (Сулейманов и др., 2005). Экологически перспективными являются микробиологические способы очистки от нефтезагрязнений, основанные на стимулировании роста и активности природных микроорганизмов (биостимуляция) или внесении в почву селекционированных микроорганизмов-деструкторов (биоаугментация) (Нечаева, 2009; Киреева и др., 2009; Mishra et al., 2001; Wilkinson et al., 2002; Ouyang et al., 2005). Одними из активных нефтедеструкторов являются бактерии рода Acinetobacter. Они используются в качестве монокультуры или в составе биопрепаратов. Однако существующие на сегодняшний день биопрепараты либо не отличаются высокой эффективностью, либо сложны и дорогостоящи в производстве. Кроме того, часто в состав таких препаратов включаются представители Acinetobacter с неясным таксономическим положением.
В Воронежской области нет широкомасштабных разливов нефтепродуктов в связи с отсутствием крупных нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, но проблема загрязнения нефтепродуктами стоит не менее остро на территориях, прилегающих к крупным автострадам, заправочным станциям, автомастерским. В настоящее время эти загрязненные территории не подвергаются обработке биопрепаратами.
В связи с вышесказанным остро стоит вопрос разработки экологически безопасных и экономически обоснованных мероприятий, направленных на интенсификацию процессов биоразложения углеводородов, очистки и восстановления плодородия земель, в частности, разработка и применение консорциума на основе штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, эффективных в условиях местного региона.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является установление
таксономического статуса штаммов рода Acinetobacter sp. B-5064, B-2838, B-3780 и на их основе разработка и применение нового консорциума бактерий-нефтедеструкторов для очистки от нефтезагрязнений в условиях местного региона.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. На основе полифазного анализа определить таксономическое положение
штаммов рода Acinetobacter sp. B-5064, B-2838, B-3780.
Изучить способность штаммов Acinetobacter sp. B-5064, B-2838 и B-3780 к деструкции отдельных углеводородов нефти и нефтепродуктов на примере лабораторного, вегетационного и микрополевого опытов.
Выделить биоПАВ штаммов Acinetobacter sp. B-5064, B-2838, B-3780 и изучить их поверхностно-активные свойства.
Проверить возможность технологического использования ПАВ-биопродуктов для очистки технологических емкостей от нефтепродуктов, эмульгирования нефти и десорбции нефти с песка.
5. Обосновать возможность использования консорциума микроорганизмов -
нефтедеструкторов рода Acinetobacter в составе биопрепарата для биоремедиации
почв.
Положения, выносимые на защиту:
1. Полифазный анализ коллекционных штаммов (ВКПМ ФГУП
ГосНИИГенетика) рода Acinetobacter с неясным таксономическим положением,
позволяет отнести их к видам Acinetobacter calcoaceticus (штамм В-3780) и
Acinetobacter radioresistens (штаммы В-2838 и В-5064).
2. Штаммы A. calcoaceticus В-3780, A. radioresistens В-2838 и В-5064 обладают
высокой углеводородокисляющей активностью и способны к образованию
биосурфактанта.
Штаммы нового консорциума отличаются избирательностью в отношении биодеградации нефти и нефтепродуктов: основная роль Acinetobacter radioresistens -ферментативное окисление нефтепродуктов (штамм В-5064 эффективно окисляет нефть, штамм В-2838 - бензин), A. calcoaceticus В-3780 - продуцирует эффективный биосурфактант.
Консорциум из штаммов Acinetobacter calcoaceticus В-3780, Acinetobacter radioresistens В-2838 и В-5064 эффективно осуществляет деструкцию нефти и нефтепродуктов и может использоваться для процессов биоремедиации почв.
Научная новизна и значимость работы. На основе полифазного анализа,
включающего морфологические, культуральные, физиолого-биохимические и
филогенетические характеристики, был установлен видовой статус бактерий
Acinetobacter sp. В-5064, В-2838 и В-3780, полученных из Всероссийской коллекции
промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИГенетика: штамм В-3780
принадлежит к виду Acinetobacter calcoaceticus, а штаммы В-2838 и В-5064 относятся к виду Acinetobacter radioresistens.
Показана высокая углевод ородокисляющая активность Acinetobacter radioresistens В-5064, В-2838 и Acinetobacter calcoaceticus В-3780 в лабораторном, вегетационном и микрополевом почвенном эксперименте. Деструкция нефти в почве составила 48 % за 40 дней.
Выявлена способность исследуемых штаммов Acinetobacter к образованию биосурфактанта. Поверхностно-активные свойства биоПАВ штамма A. calcoaceticus В-3780 значительно отличаются от аналогичных свойств ПАВ Acinetobacter radioresistens В-5064, В-2838. ПАВ A. calcoaceticus В-3780 обладает высокой поверхностной активностью, которая в 14-15 раз превышает таковые для двух других штаммов на границе раздела «вода - воздух», и в 7-40 раз на границе раздела «вода -петролейный эфир», что свидетельствует о большей гидрофобности сурфактанта штамма В-3780.
Обоснована возможность использования консорциума данных штаммов в составе биопрепарата: основная роль Acinetobacter radioresistens - ферментативное окисление нефтепродуктов (штамм В-5064 эффективно окисляет нефть, штамм В-2838 - бензин), A. calcoaceticus В-3780 продуцирует эффективный биосурфактант.
Показано, что ПАВ-биопродукты штаммов Acinetobacter можно применять для очистки технологических емкостей от нефтепродуктов, эмульгирования нефти. Биопродукт Acinetobacter calcoaceticus В-3780 перспективен для десорбции нефти с песка, что можно использовать для биоремедиации песчаных площадок при нефтеразливах.
Практическая значимость. Разработан новый консорциум бактерий-нефтедеструкторов рода Acinetobacter, включающий A. calcoaceticus В-3780, А. radioresistens В-2838, В-5064 для биоремедиации почв. Новый консорциум, пройдя серию полевых и лабораторных испытаний, зарекомендовал себя как эффективный деструктор нефтепродуктов. Результаты работы могут быть использованы при разработке комплексных технологий по восстановлению нефтезагрязненных почв, для очистки технологических емкостей от нефтепродуктов и для биоремедиации песчаных площадок при нефтеразливах.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на конференциях:
Международная экологическая студенческая конференция «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2011).
Международная молодежная школа - конференция «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2011).
3. VIII научно-практическая экологическая конференция (Воронеж, 2012).
Публикации. Материалы диссертации содержатся в 8 печатных работах: 5
экспериментальных статьях и 3 тезисах. 4 статьи, опубликованные по теме диссертации, состоят в списке журналов, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов исследования и их
