📄Работа №195632
Тема: ВЫДЕЛЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ БИОПРЕПАРАТОВ
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Биология
Объем:
61 листов
Год:
2021
Просмотров:
51
4800
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 7
1.1 Физико-химические методы 8
1.1.1 Химическое окисление 8
1.1.2 Экстракция растворителем 8
1.1.3 Электрокинетический метод 8
1.1.4 Вакуумная экстракция 10
1.1.5 Флотационные методы 11
1.1.6 Ультразвуковое исследование 11
1.1.7 Интегрированная технология физико-химической рекультивации 12
1.2 Термические технологии 15
1.2.1. Сжигание 15
1.2.2 Термодесорбция 15
1.3 Технологии биоремедиации и комплексные технологии 19
1.3.1 Технологии биологической рекультивации 19
1.3.2 Интегрированная технология физико-биологической рекультивации 20
1.3.3 Технология комплексной химико-биологической рекультивации 23
1.3.4 Достижения в области комплексных технологий рекультивации 25
2 МИКРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ 28
2.1 Распространение углеводородокисляющих микроорганизмов в природе 28
2.2 Механизмы деградации углеводородов микроорганизмами 31
2.2.1 Транспорт углеводородов в клетки микроорганизмов 32
2.2.2 Биохимические пути окисление различных компонентов нефти 34
2.2.3 Разложение алканов (парафинов) микроорганизмами 35
2.2.4 Разложение ароматических углеводородов (аренов) микроорганизмами 36
3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 38
3.1 Характеристика объекта исследования 38
3.2 Количественный учет отдельных групп микроорганизмов в донных отложениях 42
3.3 Получение накопительных культур и выделение чистых культур углеводородокисляющих
бактерий 43
3.4 Методы культивирования микроорганизмов-нефтедеструкторов 45
3.5 Определение интенсивности деструкции нефти штаммами и консорциумом УОМ в лабораторном
эксперименте 47
3.6 Микроскопический анализ 48
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 50
4.1 Определение общей численности различных групп микроорганизмов в донных отложениях р.
Малый Войвож 50
4.1.1 Санитарно-показательные микроорганизмы 50
4.1.2 Углеводородокисляющие микроорганизмы 52
4.2 Получение накопительных культур углеводородокисляющих микроорганизмов и выделение
чистых культур 53
4.3 Оценка нефтеокисляющей активности индивидуальных штаммов и консорциума
микроорганизмов-деструкторов углеводородов 57
4.3.1 Устойчивость углеводородокисляющих микроорганизмов к сырой нефти 58
4.4 Определение интенсивности деструкции нефти штаммами и консорциумом
углеводородокисляющих микроорганизмов в лабораторном эксперименте 59
4.5 Разработка компонентов технологии применения консорциума углеводородокисляющих бактерий
для очистки водотоков на примере р. Малый Войвож 62
ВЫВОДЫ 66
ЛИТЕРАТУРА 68
ВВЕДЕНИЕ 5
1 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 7
1.1 Физико-химические методы 8
1.1.1 Химическое окисление 8
1.1.2 Экстракция растворителем 8
1.1.3 Электрокинетический метод 8
1.1.4 Вакуумная экстракция 10
1.1.5 Флотационные методы 11
1.1.6 Ультразвуковое исследование 11
1.1.7 Интегрированная технология физико-химической рекультивации 12
1.2 Термические технологии 15
1.2.1. Сжигание 15
1.2.2 Термодесорбция 15
1.3 Технологии биоремедиации и комплексные технологии 19
1.3.1 Технологии биологической рекультивации 19
1.3.2 Интегрированная технология физико-биологической рекультивации 20
1.3.3 Технология комплексной химико-биологической рекультивации 23
1.3.4 Достижения в области комплексных технологий рекультивации 25
2 МИКРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ 28
2.1 Распространение углеводородокисляющих микроорганизмов в природе 28
2.2 Механизмы деградации углеводородов микроорганизмами 31
2.2.1 Транспорт углеводородов в клетки микроорганизмов 32
2.2.2 Биохимические пути окисление различных компонентов нефти 34
2.2.3 Разложение алканов (парафинов) микроорганизмами 35
2.2.4 Разложение ароматических углеводородов (аренов) микроорганизмами 36
3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 38
3.1 Характеристика объекта исследования 38
3.2 Количественный учет отдельных групп микроорганизмов в донных отложениях 42
3.3 Получение накопительных культур и выделение чистых культур углеводородокисляющих
бактерий 43
3.4 Методы культивирования микроорганизмов-нефтедеструкторов 45
3.5 Определение интенсивности деструкции нефти штаммами и консорциумом УОМ в лабораторном
эксперименте 47
3.6 Микроскопический анализ 48
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 50
4.1 Определение общей численности различных групп микроорганизмов в донных отложениях р.
Малый Войвож 50
4.1.1 Санитарно-показательные микроорганизмы 50
4.1.2 Углеводородокисляющие микроорганизмы 52
4.2 Получение накопительных культур углеводородокисляющих микроорганизмов и выделение
чистых культур 53
4.3 Оценка нефтеокисляющей активности индивидуальных штаммов и консорциума
микроорганизмов-деструкторов углеводородов 57
4.3.1 Устойчивость углеводородокисляющих микроорганизмов к сырой нефти 58
4.4 Определение интенсивности деструкции нефти штаммами и консорциумом
углеводородокисляющих микроорганизмов в лабораторном эксперименте 59
4.5 Разработка компонентов технологии применения консорциума углеводородокисляющих бактерий
для очистки водотоков на примере р. Малый Войвож 62
ВЫВОДЫ 66
ЛИТЕРАТУРА 68
📖 Аннотация
В данной магистерской диссертации проведено выделение и изучение углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) из загрязненных донных отложений с целью разработки основ биопрепарата для очистки водных экосистем. Актуальность исследования обусловлена масштабным загрязнением окружающей среды нефтепродуктами, представляющим серьезную экологическую угрозу, что требует разработки эффективных и экологически безопасных методов биоремедиации. В результате работы из донных отложений ручья Малый Войвож (Республика Коми), характеризующихся высоким содержанием нефтепродуктов, были выделены шесть штаммов УОМ, включая четыре психротолерантных и два мезофильных. Определены их предельные толерантные концентрации к сырой нефти, достигающие 60% (об./об.). Ключевым выводом является доказательство более высокой эффективности созданного микробного консорциума по сравнению с индивидуальными штаммами и аборигенной микрофлорой: в модельном эксперименте за 14 суток консорциум снизил концентрацию нефтепродуктов на 46%. Научная значимость работы заключается в расширении знаний о разнообразии и физиолого-биохимических свойствах аборигенных УОМ, адаптированных к низким температурам и высокому уровню загрязнения. Практическая ценность состоит в получении перспективных штаммов-деструкторов и обосновании подхода к формированию консорциумов для создания биопрепаратов, предназначенных для очистки конкретных загрязненных объектов в северных регионах. Обзор литературы, включающий работы Алтуниной Л.К. с соавт. по деструкции нефти актиномицетами, исследования Ананько Г.Г. и др. об устойчивости УОМ к низким температурам, а также труды Андреевой И.С. по психротолерантным штаммам-нефтедеструкторам, подтверждает перспек
📖 Введение
Прогрессирующий рост урбанизации и развитие таких отраслей промышленного производства, как нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая, приводят к загрязнениям природных вод нефтью и ее производными. В результате нарушается естественный круговорот веществ, подрывается экологическое равновесие, наносится огромный ущерб водным и наземным экосистемам.
В соответствии с Государственным докладом «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации» (2020), одним из основных загрязнителей природных экосистем являются нефть и нефтепродукты, которые входят в число соединений, опасных для окружающей среды и здоровья человека.
Наиболее перспективными являются биологические способы очистки, основанные на использовании живых организмов, и, в первую очередь, угле- водородокисляющих микроорганизмов разнообразных таксономических групп. Как показано многочисленными исследованиями, именно биодеградация является первичным механизмом удаления углеводородных соединений. Предпочтение отдается микробным ассоциациям, либо специализированным, адаптированным к определенному составу химических загрязнений, культурам гетеротрофных микроорганизмов.
Несмотря на хорошую изученность вопроса, проблема создания высокоэффективных и совместимых между собой ассоциаций углеводородокисляю- щих микроорганизмов на базе аборигенных видов, иммобилизованных на сорбентах-носителях, с широким спектром устойчивости их к изменяющимся условиям среды, была и остается очень острым вопросом современного состояния почв и водных ресурсов, загрязненных нефтью и ее персистентными соединениями.
Цель работы - выделение и изучение углеводородокисляющих микроорганизмов для применения в составе биопрепаратов для очистки почв и водной среды от нефти и нефтепродуктов в условиях бореального климата.
Задачи:
1) Охарактеризовать экосистему ручья Малый Войвож, использованного в качестве основного источника для выделения углеводородокисляющих микроорганизмов, в том числе определить общую численность основных групп микроорганизмов;
2) Получить накопительные культуры углеводородокисляющих микроорганизмов. Выделить чистые культуры углеводородокисляющих микроорганизмов из донных отложений ручья;
3) Оценить нефтеокисляющую активность индивидуальных штаммов и консорциума микроорганизмов-деструкторов углеводородов.
4) Разработать способ применения микроорганизмов для биоремедиации в ходе работ по очистке ручья от нефти и нефтепродуктов.
Результаты работы частично опубликованы в печати: Франк Ю.А., Тыщенко Н.В., Ивасенко Д.А., Косов А.В., Рыбкин Д.С., Лукьянова Е.А., Гера- симчук А.Л. Новые штаммы микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти. Материалы международного форума «Биотехнология: состояние и перспективы развития» 28-30 октября 2020 г. Москва: ООО «ЭКСПО-БИОХИМ- ТЕХНОЛОГИИ», 2020, Вып. 18. C. 311-313.
Автор выражает благодарность Д.А. Ивасенко за возможность проведения исследований на базе ООО «Дарвин» и практические советы, д-ру биол. наук Д.С. Воробьеву за предоставленный материал для исследования, организацию полномасштабных работ по очистке ручья с применением консорциума. Также автор благодарит сотрудников ОАО «ТомскНИПИнефть» Поздееву А. и Березовского И. за сотрудничество по проведению лабораторных испытаний эффективности консорциума.
1 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
В настоящее время существует большое количество методов и способов очистки загрязненных вод, которые можно разделить на следующие.
Механическая очистка основана на процеживании, фильтровании, отстаивании и инерционном разделении различных примесей и отходов. Такой способ очистки стоков позволяет отделять нерастворимые примеси и взвешенные частицы, находящиеся в воде. Механические методы очистки являются самыми дешёвыми, однако их применение не всегда эффективно.
Традиционные технологии детоксикации и рекультивации нефтезагрязненных почв не всегда эффективны и потому использование их сегодня не целесообразно. Наиболее дешевым и достаточно эффективными признаны биологические методы (биоремедиация) очистки нефтесодержащих объектов.
В последние годы развивается новый подход к биоремедиации, использующий объединенный метаболический потенциал микроорганизмов и растений, - фиторемедиация. В силу своего взаимовыгодного сосуществования растительно-микробные ассоциации (симбиозы) имеют большие преимущества при выживании в неблагоприятных условиях окружающей среды. Ускорить процессы деградации нефтезагрязнений в почве можно не только путем посева специально подобранных растений, но и созданием условий их потенциального роста и повышения метаболической активности их ризосферного микробиоценоза. Это достигается агротехнической обработкой почвы, внесением удобрений биологических или синтетических ПАВ и др. Известно, что микробные сообщества корневой зоны растений занимают особое место в системе управления факторами естественного плодородия почв.
В соответствии с Государственным докладом «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации» (2020), одним из основных загрязнителей природных экосистем являются нефть и нефтепродукты, которые входят в число соединений, опасных для окружающей среды и здоровья человека.
Наиболее перспективными являются биологические способы очистки, основанные на использовании живых организмов, и, в первую очередь, угле- водородокисляющих микроорганизмов разнообразных таксономических групп. Как показано многочисленными исследованиями, именно биодеградация является первичным механизмом удаления углеводородных соединений. Предпочтение отдается микробным ассоциациям, либо специализированным, адаптированным к определенному составу химических загрязнений, культурам гетеротрофных микроорганизмов.
Несмотря на хорошую изученность вопроса, проблема создания высокоэффективных и совместимых между собой ассоциаций углеводородокисляю- щих микроорганизмов на базе аборигенных видов, иммобилизованных на сорбентах-носителях, с широким спектром устойчивости их к изменяющимся условиям среды, была и остается очень острым вопросом современного состояния почв и водных ресурсов, загрязненных нефтью и ее персистентными соединениями.
Цель работы - выделение и изучение углеводородокисляющих микроорганизмов для применения в составе биопрепаратов для очистки почв и водной среды от нефти и нефтепродуктов в условиях бореального климата.
Задачи:
1) Охарактеризовать экосистему ручья Малый Войвож, использованного в качестве основного источника для выделения углеводородокисляющих микроорганизмов, в том числе определить общую численность основных групп микроорганизмов;
2) Получить накопительные культуры углеводородокисляющих микроорганизмов. Выделить чистые культуры углеводородокисляющих микроорганизмов из донных отложений ручья;
3) Оценить нефтеокисляющую активность индивидуальных штаммов и консорциума микроорганизмов-деструкторов углеводородов.
4) Разработать способ применения микроорганизмов для биоремедиации в ходе работ по очистке ручья от нефти и нефтепродуктов.
Результаты работы частично опубликованы в печати: Франк Ю.А., Тыщенко Н.В., Ивасенко Д.А., Косов А.В., Рыбкин Д.С., Лукьянова Е.А., Гера- симчук А.Л. Новые штаммы микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти. Материалы международного форума «Биотехнология: состояние и перспективы развития» 28-30 октября 2020 г. Москва: ООО «ЭКСПО-БИОХИМ- ТЕХНОЛОГИИ», 2020, Вып. 18. C. 311-313.
Автор выражает благодарность Д.А. Ивасенко за возможность проведения исследований на базе ООО «Дарвин» и практические советы, д-ру биол. наук Д.С. Воробьеву за предоставленный материал для исследования, организацию полномасштабных работ по очистке ручья с применением консорциума. Также автор благодарит сотрудников ОАО «ТомскНИПИнефть» Поздееву А. и Березовского И. за сотрудничество по проведению лабораторных испытаний эффективности консорциума.
1 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
В настоящее время существует большое количество методов и способов очистки загрязненных вод, которые можно разделить на следующие.
Механическая очистка основана на процеживании, фильтровании, отстаивании и инерционном разделении различных примесей и отходов. Такой способ очистки стоков позволяет отделять нерастворимые примеси и взвешенные частицы, находящиеся в воде. Механические методы очистки являются самыми дешёвыми, однако их применение не всегда эффективно.
Традиционные технологии детоксикации и рекультивации нефтезагрязненных почв не всегда эффективны и потому использование их сегодня не целесообразно. Наиболее дешевым и достаточно эффективными признаны биологические методы (биоремедиация) очистки нефтесодержащих объектов.
В последние годы развивается новый подход к биоремедиации, использующий объединенный метаболический потенциал микроорганизмов и растений, - фиторемедиация. В силу своего взаимовыгодного сосуществования растительно-микробные ассоциации (симбиозы) имеют большие преимущества при выживании в неблагоприятных условиях окружающей среды. Ускорить процессы деградации нефтезагрязнений в почве можно не только путем посева специально подобранных растений, но и созданием условий их потенциального роста и повышения метаболической активности их ризосферного микробиоценоза. Это достигается агротехнической обработкой почвы, внесением удобрений биологических или синтетических ПАВ и др. Известно, что микробные сообщества корневой зоны растений занимают особое место в системе управления факторами естественного плодородия почв.
✅ Заключение
1) Ручей Малый Войвож в республике Коми загрязнен нефтепродуктами и хозяйственно-бытовыми стоками. Средняя концентрация нефтепродуктов по исследованным пробам минеральных донных отложений 15 412 мг/кг, БПК5 достигает 15.7 мгО2/дм3.
2) Общее микробное число в донных отложениях не превышало 4.5 х 106 кл/г. Во всех исследованных пробах обнаружены колиформные бактерии и энтеробактерии в количестве более 10 кл/г. Численность мезофильных и психротолерантных УОМ в донных отложениях была сопоставимой (до 4.5 х 105 кл/г).
3) Из донных отложений р. Малый Войвож получены накопительные культуры при 28 и 4 °С на селективной среде с сырой нефтью. В чистые культуры выделены 6 штаммов, из них: 4 психротолерантных и 2 мезофильных, штаммы представлены палочковидными неспорообразующими клетками.
4) Определены предельные концентрации сырой нефти, позволяющие рост УОМ в составе промышленного консорциума. Штамм 2Н, выделенный ранее из р. Малый Войвож, растёт при максимальной концентрации нефти до 35 % (v/v), другие штаммы УОМ толерантны к нефти в концентрациях от 4.7 до 60 % (v/v).
5) В модельном эксперименте продемонстрировано, что консорциум более эффективно окисляет нефть по сравнению с индивидуальными штаммами и аборигенной микрофлорой. За 14 суток концентрация нефтепродуктов под действием консорциума снизилась на 46 %, а под действием чистых культур максимум до 34 % при деструкции 13 % в контрольных условиях. Повторная обработка проб существенно не повлияла на дальнейшее снижение концентрации нефтепродуктов.
6) Показано, что клетки УОМ могут быть применены для очистки водотоков в иммобилизованном виде. Оптимальным с точки зрения урожая клеток и технологичности оказалась адсорбция клеток на вспененном полистироле, причем рост консорциума был более выраженным, чем рост индивидуальных штаммов (6,5 х 106 и 1.0-4.5 х 106 кл/мл, соответственно).
2) Общее микробное число в донных отложениях не превышало 4.5 х 106 кл/г. Во всех исследованных пробах обнаружены колиформные бактерии и энтеробактерии в количестве более 10 кл/г. Численность мезофильных и психротолерантных УОМ в донных отложениях была сопоставимой (до 4.5 х 105 кл/г).
3) Из донных отложений р. Малый Войвож получены накопительные культуры при 28 и 4 °С на селективной среде с сырой нефтью. В чистые культуры выделены 6 штаммов, из них: 4 психротолерантных и 2 мезофильных, штаммы представлены палочковидными неспорообразующими клетками.
4) Определены предельные концентрации сырой нефти, позволяющие рост УОМ в составе промышленного консорциума. Штамм 2Н, выделенный ранее из р. Малый Войвож, растёт при максимальной концентрации нефти до 35 % (v/v), другие штаммы УОМ толерантны к нефти в концентрациях от 4.7 до 60 % (v/v).
5) В модельном эксперименте продемонстрировано, что консорциум более эффективно окисляет нефть по сравнению с индивидуальными штаммами и аборигенной микрофлорой. За 14 суток концентрация нефтепродуктов под действием консорциума снизилась на 46 %, а под действием чистых культур максимум до 34 % при деструкции 13 % в контрольных условиях. Повторная обработка проб существенно не повлияла на дальнейшее снижение концентрации нефтепродуктов.
6) Показано, что клетки УОМ могут быть применены для очистки водотоков в иммобилизованном виде. Оптимальным с точки зрения урожая клеток и технологичности оказалась адсорбция клеток на вспененном полистироле, причем рост консорциума был более выраженным, чем рост индивидуальных штаммов (6,5 х 106 и 1.0-4.5 х 106 кл/мл, соответственно).
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.