Введение к работе
Актуальность темы. Нефть является одним из самых распространённых загрязнителей окружающей среды. Её разливы вызывают гибель организмов, изменение свойств экосистем и их деградацию. Проблема нефтяного загрязнения приобрела глобальные масштабы в конце XX века. Это связано с тем, что нефть стала самым используемым источником энергии. Потери при современных объёмах добычи нефти исчисляются десятками миллионов тонн в год (Миркин Б.М., Наумова Л.Г., 2001). Процесс самовосстановления биоценозов в регионах, которые подверглись нефтяному загрязнению, занимает весьма продолжительное время и протекает порой в течение 10-25 лет. (Давыдова С.Л., Тагасов В.И, 2004; Киреева Н.А., 2007).
Из многочисленных методов, которые позволяют уменьшить концентрацию нефти в окружающей среде, наиболее перспективными считаются биологические методы, основанные на естественных процессах разложения нефти в природе, участие в которых принимают углеводородокисляющие микроорганизмы: бактерии, микроскопические грибы и дрожжи (Киреева Н.А., 1994; Коронелли Т.В., 1996; Арене В.Ж. и др., 1999).
Одним из основных направлений биологической очистки от нефтяного
загрязнения является стимуляция аборигенной микрофлоры на месте
загрязнения (Бельков В.В., 1995). В этом случае большое значение имеют
факторы окружающей среды, оказывающие влияния на
углеводородокисляющую активность: температура, условия аэрации,
обеспеченность элементами питания и кислотность среды (Vidali М., 2001;
Миронов О.Г., 2002; Войно Л.И., 2006). Наряду с оптимизацией процессов
роста и развития углеводородокисляющих микроорганизмов, применяется
внесение активных углеводородокисляющих микроорганизмов в среду, чаще
всего в виде промышленных биопрепаратов. В настоящее время существует
большой рынок коммерческих препаратов, но, несмотря на это, продолжается
поиск новых штаммов-нефтедеструкторов, обладающих высокой
окислительной способностью по отношению к широкому спектру углеводородов нефти. Кроме того, некоторые из углеводородокисляющих микроорганизмов относятся к условно-патогенным видам, поэтому необходимо соблюдение условий безопасности при получении и применении биопрепаратов (Соловьев В.И. и др., 2001). Поэтому пополнение микробной коллекции свежевыделенных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), изучение условий их культивирования и получение биомассы для последующего применения в процессах ликвидации разливов нефти является актуальным.
Целью диссертационной работы являлось изучение особенностей роста и размножения углеводородокисляющих микроорганизмов в условиях глубинного аппаратного культивирования в синтетических средах на основе нефти.
Основные задачи исследования.
1. Идентифицировать штаммы углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенные из нефтезагрязнённой почвы.
I: 3
-
Экспериментально определить основные параметры роста выделенных штаммов микроорганизмов, а также влияние физико-химических факторов и состава питательной среды на развитие бактериальной популяции.
-
Определить углеводородокисляющую активность отобранных штаммов и остаточную фитотоксичность почвы в процессах биоремедиации нефтезагряз-нённых объектов.
-
Сконструировать установку для культивирования микроорганизмов, обеспечивающую биологическую и экологическую безопасность процессов их выращивания.
Научная новизна. Впервые:
идентифицированы выделенные из нефтезагрязнённой почвы два активных штамма-нефтедеструктора, относящиеся к родам Pseudomonas и Bacillus и обладающие различной углеводородокисляющей способностью и детоксицирующим действием в тестах на фитотоксичность;
определены закономерности и основные параметры роста выделенных бактерий Pseudomonas sp. ТУЮ и Bacillus sp. ТУ22, установлено влияние состава питательной среды и физико-химических факторов на развитие микробной популяций в условиях глубинного аппаратного культивирования;
показано, что метод молярности этаноловых капель может быть успешно применён для оценки углеводородокисляющей способности штаммов в загрязнённых нефтью природных объектов;
сконструирована установка, обеспечивающая биологическую и экологическую безопасность процессов глубинного выращивания микроорганизмов.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии получения биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов на основе штаммов Pseudomonas sp. ТУЮ и Bacillus sp. ТУ22. Данные о благоприятном влиянии мелассы, солей молибдена, перфторированных соединений углерода в питательной среде могут быть использованы в биотехнологии для эффективного получения биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов. Для оценки углеводородокисляющей активности микроорганизмов и определения концентрации нефти в почве пригоден использованный в работе метод молярности этаноловых капель. По материалам диссертационной работы опубликованы методические указания «Изучение скорости потребления кислорода при глубинном культивировании микроорганизмов» (в соавторстве с В.М. Самыгиным, И.В. Владимцевой и Т.В. Хохловой), которые используются студентами химико-технологического факультета и факультета технологий пищевых производств Волгоградского государственного технического университета на лабораторных занятиях по курсу «Основы биотехнологии». Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций по микробиологии и биотехнологии и написании дипломных работ в Волгоградском государственном техническом университете. Разработанная с участием автора установка для культивирования микроорганизмов нашла отражение в методических указаниях МУ 1.3.2411-08 «Биологическая
безопасность при глубинном аппаратном культивировании микроорганизмов I-II групп патогенности», утверждённых Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 28.07.2008 г.
Положения, выносимые на защиту.
-
Идентифицированные как Pseudomonas sp.TYlQ и Bacillus sp.TYll штаммы микроорганизмов потребляют в качестве источника углерода углеводороды нефти и могут быть использованы для очистки природных объектов, загрязнённых нефтью и её продуктами.
-
Использование метода молярности этаноловых капель и теста на фитотоксичность является эффективным средством для оценки углеводородокисляющей и детоксицирующей способностью бактерий в загрязнённых нефтью объектах окружающей среды.
-
Штаммы Pseudomonas sp. ТУЮ и Bacillus sp. ТУ 22 обладают различной активностью в процессах биоремедиации. На их рост и размножение оказывают влияние состав питательной среды и физико-химические факторы, которые обеспечивают различную скорость развития бактериальных популяций в условиях глубинного культивирования.
-
Сконструированная лабораторная установка создаёт возможности проведения процессов глубинного культивирования в условиях биологической и экологической безопасности.
Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены: на 11-ой Пущинской школе-конференции молодых учёных «Биология- наука XXI века» (Пущино, 2007); XII и XIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2007, 2008); 45-й и 46-й научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2008, 2009); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2008); Международной научной конференции «Проблемы биоэкологии и пути их решения» (II Ржавитинские чтения) (Саранск, 2008); 4-ой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2009); XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009); Tenth International In Situ and On-Site Bioremediation Symposium (Балтимор, США, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 2 статьи в периодических изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК РФ и рекомендованных для публикации основных научных результатов диссертации на соискание искомой ученой степени.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, 4 глав собственных экспериментальных исследований, а также заключения, выводов и списка
использованной литературы, включающего 214 наименований, из них 51 иностранных. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, проиллюстрирована 26 рисунками и 11 таблицами.
