АКТИВНОСТЬ БАКТЕРИАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА В ПРОЦЕССАХ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТОРФА ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ И АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Физико-химическая и микробиологическая характеристика торфа 8
Е1 Геологические аспекты образования торфа 8
Е2 Физико-химическая характеристика торфа 10
1.3 Органическое вещество торфа 11
1.4 Микрофлора торфяников 13
2. Материалы и методы 17
2.1 Объекты исследования 17
2.2 Моделирование процессов био деструкции 17
2.2.1 Условия моделирования процессов биодеструкции органических
соединений торфов Арктической зоны РФ 17
2.2.2 Условия моделирования процессов био деструкции органических
соединений торфа юго-востока Западной Сибири 19
2.3 Методы определения численности и оценка таксономического
разнообразия естественной микрофлоры в процессе био деструкции 20
2.3.1 Определение количества клеток высевом на плотные питательные
среды (метод Коха) 20
2.3.2. Учет численности гетеротрофной аммонифицирующей
микрофлоры на мясо-пептонном агаре (МПА) 24
2.3.3. Учет численности микроорганизмов рода Actinomyces на крахмало-
аммиачной среде (КАА) 24
2.3.4 Учет численности грибковой микрофлоры на среде Чапека 25
2.4 Методы определения ферментативной активности в процессе
био деструкции 25
2.4.1 Определение каталазной активности 25
2.5 Метод экстракции органического веществ торфа 26
2.5.1 Жидкостная экстракция органического вещества на Сокслета из
твердой субстанции (торфа) 26
2.5.2 Экстракция органического вещества хлороформом из жидкой среды 28
2.6 Метод ИК-спектрального анализа органического вещества торфа 29
3. Результаты и обсуждение 30
3.1 Определение численность микроорганизмов исследуемых образцах
торфа 31
3.1.1 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на острове Немецкий Кузов 31
3.1.2 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на острове Колгуев 32
3.1.3 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на полуострова Югорский Шар 34
3.1.4 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на болоте Тёмное 35
3.2 Таксономическое разнообразие микроорганизмов торфов в процессе
био деструкции 35
3.3 Каталазная активность торфов в процессе био деструкции 38
3.4 Характеристика ОВ, экстрагированного из торфа 41
3.4.1 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории острова Немецкий кузов, до и после био деструкции 41
3.4.2 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории острова Колгуев, до и после био деструкции 42
3.4.3 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории полуострова Югорский Шар, до и после биодеструкции 42
3.4.4 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории болота Темное, до и после био деструкции 43
3.5 Спектральные коэффициенты 43
ВЫВОДЫ 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 46
Приложение А 51
Приложение Б 52
Приложение В 53
Приложение Г 54
Приложение Д
1. Физико-химическая и микробиологическая характеристика торфа 8
Е1 Геологические аспекты образования торфа 8
Е2 Физико-химическая характеристика торфа 10
1.3 Органическое вещество торфа 11
1.4 Микрофлора торфяников 13
2. Материалы и методы 17
2.1 Объекты исследования 17
2.2 Моделирование процессов био деструкции 17
2.2.1 Условия моделирования процессов биодеструкции органических
соединений торфов Арктической зоны РФ 17
2.2.2 Условия моделирования процессов био деструкции органических
соединений торфа юго-востока Западной Сибири 19
2.3 Методы определения численности и оценка таксономического
разнообразия естественной микрофлоры в процессе био деструкции 20
2.3.1 Определение количества клеток высевом на плотные питательные
среды (метод Коха) 20
2.3.2. Учет численности гетеротрофной аммонифицирующей
микрофлоры на мясо-пептонном агаре (МПА) 24
2.3.3. Учет численности микроорганизмов рода Actinomyces на крахмало-
аммиачной среде (КАА) 24
2.3.4 Учет численности грибковой микрофлоры на среде Чапека 25
2.4 Методы определения ферментативной активности в процессе
био деструкции 25
2.4.1 Определение каталазной активности 25
2.5 Метод экстракции органического веществ торфа 26
2.5.1 Жидкостная экстракция органического вещества на Сокслета из
твердой субстанции (торфа) 26
2.5.2 Экстракция органического вещества хлороформом из жидкой среды 28
2.6 Метод ИК-спектрального анализа органического вещества торфа 29
3. Результаты и обсуждение 30
3.1 Определение численность микроорганизмов исследуемых образцах
торфа 31
3.1.1 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на острове Немецкий Кузов 31
3.1.2 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на острове Колгуев 32
3.1.3 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на полуострова Югорский Шар 34
3.1.4 Динамика численности микрофлоры в процессе био деструкции
торфа, отобранного на болоте Тёмное 35
3.2 Таксономическое разнообразие микроорганизмов торфов в процессе
био деструкции 35
3.3 Каталазная активность торфов в процессе био деструкции 38
3.4 Характеристика ОВ, экстрагированного из торфа 41
3.4.1 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории острова Немецкий кузов, до и после био деструкции 41
3.4.2 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории острова Колгуев, до и после био деструкции 42
3.4.3 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории полуострова Югорский Шар, до и после биодеструкции 42
3.4.4 Сравнительный ИК-спектрометрический анализ органического
вещества торфа, отобранного на территории болота Темное, до и после био деструкции 43
3.5 Спектральные коэффициенты 43
ВЫВОДЫ 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 46
Приложение А 51
Приложение Б 52
Приложение В 53
Приложение Г 54
Приложение Д
Значение и роль торфа в современной и будущей экономике России пока недооценено. Еще в давние времена из торфа могли получать не только смолу, которую активно применяли в сельском хозяйстве и в медицине, биохимии, энергетике, строительстве, пищевой и в косметической промышленности [1]. Сфера применения торфа весьма разнообразна. Например, в земледелии торф применяют для изготовления органических удобрений. С его помощью выращивают рассаду, торф добавляют при посадке деревьев и кустарников. Опыт показал, что именно торф является уникальным и идеальным материалом для создания и ремонта газонов, плотных дерновых открытий, склонов и откосов дорог, его используют для предотвращения водной и ветровой эрозии. Органическая часть верхнего слоя торфа не содержит ни семян, ни болезнетворных бактерий и вредителей. Это очень важно для использования именно торфа в тепличных условиях и парниках. Торф является утеплителем для животных на фермах. Очень высокая влагоемкость и сорбционная его способность, проверенные антисептические свойства и стойкость к микробиологическому разрешению позволяют торфу оставаться надежным эффективным фильтром на длительный срок. Почва с его помощью улучшает свою структуру [1]. Торф издавна применяют и при экологических авариях и техногенных катастрофах. Он впитывает различные масла и другие опасные химические продукты. Как сорбент применяется торф и для очистки воды. Не только эксперты и специалисты знают о том, что именно торф является сейчас ценнейшим химическим сырьем. На практике из торфа получают воск, фенол, метиловый и этиловый спирт, некоторые виды кислот, в частности, уксусную и щавелевую кислоту, удобрения для растений [1].
Изучение фракционно-группового состава органического вещества (ОВ) позволяет получить качественную характеристику торфа как потенциального природного сырьевого источника биологически активных веществ. Химический состав торфа оказывает влияние на его биологические и фармакологические свойства, следовательно, существует возможность прогнозирования разработки высокоэффективных препаратов для применения в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве. Это особенно актуально, так как на сегодняшний день существует проблема поиска и разработки новых лекарственных средств на основе природного сырья, отличающихся низкой токсичностью и ограниченным спектром побочных явлений. Торф в этом отношении - относительно дешёвая и практически неограниченная сырьевая база для производства лекарственных средств [2].
В ряде районов России торф используется для сжигания в виде россыпи, полуфабрикат торфа в виде куска прессуют из торфяной залежи, сам торфяной брикет, полученный таким образом с помощью высоких технологий, заменяет каменный уголь. Например, в уже сегодня получают торфяные гранулы, которые используются как топливо. Причем по калорийности при сжигании эти гранулы не уступают многим маркам угля [1]. Торф является возобновляемым природным ресурсом многоцелевого использования [3,4].
Цель работы: исследовать изменения состава органических соединений в процессе биодеструкции торфа, отобранного в арктической зоне РФ и на юго-востоке Западной Сибири.
Задачи:
1. Исследовать динамику численности микрофлоры в процессе биодеструкции торфа.
2. Изучить таксономический состав микробиоценоза торфа.
3. Определить активность биодеструкции и изменение функциональных групп органического вещества торфа после контакта с естественной микрофлорой.
Выражаю благодарность научным руководителям канд. биол. наук, доценту Сваровской Л.И, Щербаковой А. и канд. биол. наук Франк Ю.А, а также коллективу ИХН, которые любезно предоставили нам некоторые материалы.
Изучение фракционно-группового состава органического вещества (ОВ) позволяет получить качественную характеристику торфа как потенциального природного сырьевого источника биологически активных веществ. Химический состав торфа оказывает влияние на его биологические и фармакологические свойства, следовательно, существует возможность прогнозирования разработки высокоэффективных препаратов для применения в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве. Это особенно актуально, так как на сегодняшний день существует проблема поиска и разработки новых лекарственных средств на основе природного сырья, отличающихся низкой токсичностью и ограниченным спектром побочных явлений. Торф в этом отношении - относительно дешёвая и практически неограниченная сырьевая база для производства лекарственных средств [2].
В ряде районов России торф используется для сжигания в виде россыпи, полуфабрикат торфа в виде куска прессуют из торфяной залежи, сам торфяной брикет, полученный таким образом с помощью высоких технологий, заменяет каменный уголь. Например, в уже сегодня получают торфяные гранулы, которые используются как топливо. Причем по калорийности при сжигании эти гранулы не уступают многим маркам угля [1]. Торф является возобновляемым природным ресурсом многоцелевого использования [3,4].
Цель работы: исследовать изменения состава органических соединений в процессе биодеструкции торфа, отобранного в арктической зоне РФ и на юго-востоке Западной Сибири.
Задачи:
1. Исследовать динамику численности микрофлоры в процессе биодеструкции торфа.
2. Изучить таксономический состав микробиоценоза торфа.
3. Определить активность биодеструкции и изменение функциональных групп органического вещества торфа после контакта с естественной микрофлорой.
Выражаю благодарность научным руководителям канд. биол. наук, доценту Сваровской Л.И, Щербаковой А. и канд. биол. наук Франк Ю.А, а также коллективу ИХН, которые любезно предоставили нам некоторые материалы.
1. Увеличение численности микрофлоры торфов во всех исследуемых образцах происходило неоднозначно с увеличением и падением числа микроорганизмов, что связано с внесением подкормки. Численность микроорганизмов арктической зоны, определяли в интервале 20 - 200 млн кл/мл.
В процессе деструкции микроорганизмов, численность микрофлоры болота Темное изменялась в интервале 30- 150 млн кл/мл.
2. По морфологическим и данным среди культивируемых
представителей аборигенной микрофлоры торфов преобладают представители: №4 (Немецкий кузов): Pseudomonas - 50%, №6н низинный (о. Колгуев): Micrococcus - 70%, №6в (о. Колгуев): Bacillus -50%, №8 (п-ов
Югорский шар): Pseudomonas - 38%, болото Темное: Bacillus - 50%.
3. Аборигенная микрофлора торфа активно окисляет органические вещества. В среднем, % деструкции ОВ торфов арктической зоны составил 59%, торфа Томской области 78 % за 150 суток культивирования.
4. По данным ИК-спектрометрии в процессе био деструкции идет окисление соединений и увеличение количества функциональных групп, либо их замещение, за счет продукции распада и синтезированных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Во всех исследуемых образцах появились фторорганические соединения. В торфах №4 и №6в исчезли нафтены и ароматические соединения, в торфе болота Темное исчезли альдегиды и длинноцепочечные эфиры.
5. Активность каталазы в процессе био деструкции, торфов Арктической зоны, увеличивалась от 0.4 до 5.5 О2/мл за 1 мин. Каталазная активность торфа болота Темное увеличивалась от 0.8 до 2.1
В процессе деструкции микроорганизмов, численность микрофлоры болота Темное изменялась в интервале 30- 150 млн кл/мл.
2. По морфологическим и данным среди культивируемых
представителей аборигенной микрофлоры торфов преобладают представители: №4 (Немецкий кузов): Pseudomonas - 50%, №6н низинный (о. Колгуев): Micrococcus - 70%, №6в (о. Колгуев): Bacillus -50%, №8 (п-ов
Югорский шар): Pseudomonas - 38%, болото Темное: Bacillus - 50%.
3. Аборигенная микрофлора торфа активно окисляет органические вещества. В среднем, % деструкции ОВ торфов арктической зоны составил 59%, торфа Томской области 78 % за 150 суток культивирования.
4. По данным ИК-спектрометрии в процессе био деструкции идет окисление соединений и увеличение количества функциональных групп, либо их замещение, за счет продукции распада и синтезированных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Во всех исследуемых образцах появились фторорганические соединения. В торфах №4 и №6в исчезли нафтены и ароматические соединения, в торфе болота Темное исчезли альдегиды и длинноцепочечные эфиры.
5. Активность каталазы в процессе био деструкции, торфов Арктической зоны, увеличивалась от 0.4 до 5.5 О2/мл за 1 мин. Каталазная активность торфа болота Темное увеличивалась от 0.8 до 2.1
