Аннотация
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 7
1.1 Общая характеристика СРБ 7
1.2 Экология и распространение СРБ 9
1.3 Загрязнение экосистем отходами горнодобывающих предприятий 12
1.4 Методы очистки сточных вод при помощи СРБ 13
1.5 Филогения СРБ 15
1.6 Бактерии рода Desulfotomaculum 19
1.6.1 Описание вида Desulfotomaculum nigrificans 20
1.7 Бактерии рода Desulfofundulus 21
1.7.1 Описание вида Desulfofundulus thermobenzoicus 23
2. Материалы и методы исследования 25
2.1 Материал и объект исследования 25
2.2 Методы культивирования 26
2.2.1 Приготовление питательной среды и добавок к ней 26
2.2.2 Получение накопительных и чистых культур 33
2.2.3 Микроскопия 34
3 Результаты и обсуждения 35
3.1 Получение накопительной культуры 35
3.2 Выделение чистой культуры 35
3.3 Физиологические характеристики штаммов 36
3.3.1 Определение температурных диапазонов и оптимумов штаммов ... 36
3.3.2 Установление границ роста культур при различных значениях pH . 37
3.3.3 Изучение способности к утилизации доноров и акцепторов электронов 38
3.3.4 Рост штаммов на средах с разным содержанием NaCl 41
ВЫВОДЫ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 44
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является значимой экологической проблемой. В процессе деятельности горнодобывающей промышленности образуется кислый шахтный дренаж (КШД) - высокоминерализованная кислая вода, результат воздействия кислорода и воды на сульфидные породы в ходе промышленной и горнодобывающей отрасли. Кислый шахтный дренаж содержит большое количество тяжелых металлов, таких как железо (Fe), марганец (Mn), медь (Cu) и цинк (Zn), никель (Ni), кадмий (Cd) и некоторых других, с относительно низким уровнем pH. Его сброс представляет серьёзную угрозу для окружающей среды и здоровья людей в районах, прилегающих к местам добычи полезных ископаемых. Поэтому перед сбросом производственных сточных вод в окружающую среду необходимо проведение мероприятий по предварительной очистке материала (Kefeni et al., 2017; Bagheri et al., 2024). Биоремедиация - процесс очистки окружающей среды от поллютантов с использованием живых организмов, в первую очередь бактерий (Perera et al, 2023). Проведенные ранее исследования показали, что сульфатредуцирующие бактерии могут применяться в технологиях биоремедиации за счет образования реакционного сероводорода, который в ходе взаимодействия с тяжелыми металлами переводит их в нерастворимые соединения (Vogel et al., 2018; Zhang et al. 2018; Ningning et al., 2024).
Представители СРБ являются одними из древнейших микроорганизмов на Земле и играют ключевую роль в глобальных биогеохимических циклах серы и углерода, образуя сероводород и осуществляя конечные стадии минерализации органического углерода. Широко распространены в анаэробных средах, естественного происхождения, таких как донные отложения озёр и подземные экосистемы, а также, средах, сформировавшихся под влиянием антропогенного воздействия, в основном это хвостохранилищах (комплекс специальных сооружений, предназначенный для хранения
отвальных отходов, именуемых хвостами).
Микробная сульфатредукция может использоваться для реализации механизма естественного самоочищения экосистем: начиная от мелких озер, заканчивая биореакторами для осаждения металлов из кислых отходов производства (Пименов и др., 2015; Perera et al., 2023). Сульфатредуцирующие микроорганизмы используются для осаждения тяжёлых металлов в загрязнённых почвах (Vogel et al., 2018).
Биоремедиация с использованием СРБ приводит к значительному уменьшению концентрации тяжелых металлов, таких как железо (Fe), марганец (Mn) и медь (Cu), свинец (Pb) и кадмий(Сб) (Ningning et al., 2024). В настоящее время биоремедиация признана экономически эффективным, быстрым и экологически безопасным методом удаления загрязняющих веществ (Bagheri et al., 2024).
Большинство исследований физиологии СРБ направлены на изучение их способностей к осаждению тяжелых металлов, однако существует еще одна проблема, с которой можно бороться при помощи сульфатвосстанавливающих микроорганизмов - загрязнение сульфатами. Сульфаты считаются вторичным загрязнителем с предельно допустимой концентрацией (ПДК) 250 мг/л в грунтовых водах. Однако, при концентрации 600 мг/л и выше вызывают диарею, рвоту, обезвоживание, негативно влияют на уровень сульфгемоглобина и метгемоглобина, а также ряд других нежелательных последствий для здоровья людей и животных (Sharma, Kumar 2020). Кроме того, высокая концентрация сульфатов негативно влияет на вкус и запах питьевой воды. Во всем мире концентрация сульфатов в почве и грунтовых водах повышена в результате деятельности человека или естественных процессов, особенно в странах с высокоразвитой индустриальной экономикой, производящих сульфаты в качестве побочных продуктов производства или в результате выработки электроэнергии (Krichevsky et al., 2022). Сульфатредуцирующие бактерии в ходе своей жизнедеятельности превращают сульфат в сульфид в связи с этим используются на этапах биологического метода очистки от сульфатов (Satapathy et al., 2017).
В связи с вышеизложенным, целью данной работы явилось выделение и изучение физиологических свойств бактерий из проб, взятых на территории сброса отходов горнодобывающих предприятий.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Получить накопительные культуры сульфатредуцирующих бактерий из отобранных проб;
2. Выделить чистые культуры из накопительных;
3. Исследовать температурные диапазоны и оптимумы изолятов;
4. Определить круг доноров и акцепторов электронов, используемых штаммами;
5. Установить максимально допустимые концентрации NaCl в среде, при которых возможен рост культур;
6. Изучить способность штаммов к росту при различных значениях pH;
Работа проведена в лаборатории биохимии и молекулярной биологии при кафедре Физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Национального Исследовательского Томского государственного университета (НИТГУ).
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, доктору биологических наук Ольге Викторовне Карначук за научное руководство; старшему преподавателю кафедры Инне Андреевне Пановой за консультации и помощь в постановке экспериментов, поддержку.
