Помощь студентам в учебе
Фитобиоремедиация почв, загрязненных нефтепродуктами
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор литературы 7
1.1 Проблема загрязнения окружающей среды углеводородами нефти 7
1.1.1 Химический состав нефти и нефтепродуктов 7
1.1.2 Механизмы отрицательного действия углеводородов нефти на
окружающую среду 8
1.1.3 Влияние нефтяных загрязнений на растения 9
1.1.4 Влияние нефтяных загрязнений на микрофлору почвы 12
1.2 Методы очистки окружающей среды от загрязнения углеводородами
нефти 14
1.2.1 Фиторемедиация нефтезагрязненных почв 15
1.2.2 Биоремедиация нефтезагрязненных почв с помощью микроорганизмов 18
1.2.3 Биодеструкция углеводородов плазмидосодержашими штаммами 26
1.2.4 Влияние микроорганизмов на процессы фиторемедиации окружающей
среды от органических загрязнителей 28
2 Объекты и методы исследования 31
2.1 Объекты исследования 31
2.2 Методы выделения микроорганизмов 31
2.3 Методы идентификации микроорганизмов 32
2.4 Методы исследования влияния углеводородокисляющих бактерий на
ризосферную микрофлору эспарцета песчаного 33
2.5 Методы исследования ризосферной микрофлоры 34
2.6 Выделение плазмидной ДНК из клеток бактерий 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
1 Обзор литературы 7
1.1 Проблема загрязнения окружающей среды углеводородами нефти 7
1.1.1 Химический состав нефти и нефтепродуктов 7
1.1.2 Механизмы отрицательного действия углеводородов нефти на
окружающую среду 8
1.1.3 Влияние нефтяных загрязнений на растения 9
1.1.4 Влияние нефтяных загрязнений на микрофлору почвы 12
1.2 Методы очистки окружающей среды от загрязнения углеводородами
нефти 14
1.2.1 Фиторемедиация нефтезагрязненных почв 15
1.2.2 Биоремедиация нефтезагрязненных почв с помощью микроорганизмов 18
1.2.3 Биодеструкция углеводородов плазмидосодержашими штаммами 26
1.2.4 Влияние микроорганизмов на процессы фиторемедиации окружающей
среды от органических загрязнителей 28
2 Объекты и методы исследования 31
2.1 Объекты исследования 31
2.2 Методы выделения микроорганизмов 31
2.3 Методы идентификации микроорганизмов 32
2.4 Методы исследования влияния углеводородокисляющих бактерий на
ризосферную микрофлору эспарцета песчаного 33
2.5 Методы исследования ризосферной микрофлоры 34
2.6 Выделение плазмидной ДНК из клеток бактерий 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
В настоящее время при очистке разлива нефти на почве и береговых линиях требуются трудоемкие методы, имеющие много недостатков. Например, использование высокого давления при промывке для вытеснения нефти может уничтожить микробные популяции, в то время как химические сорбенты и диспергаторы могут оказывать негативное действие на окружающую среду. Кроме того, эти методы требуют много времени и способны лишь до некоторой степени удалять нефтяные загрязнения, оставляя за собой большое количество углеводородов, адсорбированных в почве. Таким образом, эти обычные действия первого реагирования не могут обеспечить эффективную очистку разливов нефти в течение короткого периода времени. Поэтому существует настоятельная необходимость в исследовании других экологически чистых методов для удаления нефтяных загрязнений в почве. На сегодняшний день существует целый ряд технологий, доступных для восстановления загрязненной нефтью почвы, одной из которых является биоремедиация,
Одним из решений важной экологической проблемы утилизации нефтяных загрязнений является применение биологических объектов, способных использовать в качестве субстрата углеводороды [1]. Углеводороды в почве разлагаются в результате деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, способных окислить углеводороды до углекислого газа и воды или превращать их в соединения, утилизируемые другими микроорганизмами. Практически все углеводороды, входящие в состав нефти, могут быть объектом микробиологического воздействия
Углеводородокисляющие микроорганизмы (УВОМ) широко распространены в природных экосистемах, встречаются, главным образом, среди аэробных форм [2, 3]. От других гетеротрофных микроорганизмов они отличаются наличием комплекса ферментов, окисляющих углеводороды и способностью к поглощению гидрофобного субстрата [4, 5, 6].
Немаловажную роль в процессах трансформации нефти и нефтепродуктов играют плазмиды, которые увеличивают метаболическую активность микроорганизмов и ускоряют процессы трансформации нефти. Доказано, что присутствие плазмид ускоряет и расширяет способности штаммов утилизировать углеводороды, поэтому необходимо проводить исследования сообщества почвенных микроорганизмов для выявления плазмидосодержащих штаммов.
Создание биологических препаратов, которые в короткие сроки оказывают влияние на нефтяные загрязнения почв, остается одной из ключевых проблем современности. В настоящее время нефть является одним из основных загрязнителей окружающей среды, поэтому важно знать все способы её утилизации, не оказывающие негативного влияния на биосферу.
В связи с этим цель настоящей работы - оценить возможность использования некоторых штаммов углеводородокисляющих бактерий, выделенных из почв г. Красноярска и северных районов Красноярского края, для повышения эффективности фиторемедиации почв, загрязненных нефтепродуктами.
Были поставлены следующие задачи:
1. Выделить из образцов почв г. Красноярска и Туруханского района Красноярского края доминирующие почвенные бактерии, устойчивые к нефтезагрязнению, и провести их идентификацию.
2. Выявить наличие плазмид в отобранных штаммах бактерий.
3. Оценить влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на ризосферную микрофлору эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria).
4. Оценить влияние углеводородокисляющих бактерий на ризосферную микрофлору эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria) при выращивании на нефтезагрязненных почвах в лабораторных условиях и в натурном эксперименте.
5. Оценить биоремедиационый потенциал эспарцета песчаного в сочетании с некоторыми видами выделенных штаммов УВОМ.
Одним из решений важной экологической проблемы утилизации нефтяных загрязнений является применение биологических объектов, способных использовать в качестве субстрата углеводороды [1]. Углеводороды в почве разлагаются в результате деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, способных окислить углеводороды до углекислого газа и воды или превращать их в соединения, утилизируемые другими микроорганизмами. Практически все углеводороды, входящие в состав нефти, могут быть объектом микробиологического воздействия
Углеводородокисляющие микроорганизмы (УВОМ) широко распространены в природных экосистемах, встречаются, главным образом, среди аэробных форм [2, 3]. От других гетеротрофных микроорганизмов они отличаются наличием комплекса ферментов, окисляющих углеводороды и способностью к поглощению гидрофобного субстрата [4, 5, 6].
Немаловажную роль в процессах трансформации нефти и нефтепродуктов играют плазмиды, которые увеличивают метаболическую активность микроорганизмов и ускоряют процессы трансформации нефти. Доказано, что присутствие плазмид ускоряет и расширяет способности штаммов утилизировать углеводороды, поэтому необходимо проводить исследования сообщества почвенных микроорганизмов для выявления плазмидосодержащих штаммов.
Создание биологических препаратов, которые в короткие сроки оказывают влияние на нефтяные загрязнения почв, остается одной из ключевых проблем современности. В настоящее время нефть является одним из основных загрязнителей окружающей среды, поэтому важно знать все способы её утилизации, не оказывающие негативного влияния на биосферу.
В связи с этим цель настоящей работы - оценить возможность использования некоторых штаммов углеводородокисляющих бактерий, выделенных из почв г. Красноярска и северных районов Красноярского края, для повышения эффективности фиторемедиации почв, загрязненных нефтепродуктами.
Были поставлены следующие задачи:
1. Выделить из образцов почв г. Красноярска и Туруханского района Красноярского края доминирующие почвенные бактерии, устойчивые к нефтезагрязнению, и провести их идентификацию.
2. Выявить наличие плазмид в отобранных штаммах бактерий.
3. Оценить влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на ризосферную микрофлору эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria).
4. Оценить влияние углеводородокисляющих бактерий на ризосферную микрофлору эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria) при выращивании на нефтезагрязненных почвах в лабораторных условиях и в натурном эксперименте.
5. Оценить биоремедиационый потенциал эспарцета песчаного в сочетании с некоторыми видами выделенных штаммов УВОМ.
В ходе проделанной работы были следующие выводы:
1. Из почвы в Академгородке г. Красноярска были выделены и идентифицированы семь штаммов бактерий, устойчивых к загрязнению нефтепродуктами, пять из которых способны использовать нефть в качестве единственного источника углерода.
2. Из почв Туруханского района выделены шесть штаммов, устойчивых к загрязнению нефтепродуктами.
3. В результате скрининга была обнаружена плазмидная ДНК у штамма, выращенного на минеральной среде с добавлением нефти, размер которой составил более 50000 н.о.
4. В модельном эксперименте в лабораторных условиях внесение нефти стимулировало микробиологические процессы в ризосфере эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria): численность аммонифицирующих бактерий увеличивалась в 4 раза и азотфиксирующих - в 3,5 раза. Добавление бактериальной суспензии УВОМ ускоряло процессы деструкции нефти в ризосфере эспарцета, что проявлялось в увеличении коэффициентов минерализации в 37,6 и 10,2 раза в почво-грунте и песке, соответственно. При этом содержание нефти в почво-грунте и песке снизилось в 3,3 и 6,3 миллионов раз по сравнению с исходным количеством внесенной нефти.
5. В природных условиях также было отмечено стимулирование процессов минерализации нефти в ризосфере растения фиторемедианта при добавлении суспензии УВОМ: коэффициент минерализации увеличился в
27,6 раза по сравнению с контрольным участком.
6. Для утилизации нефтяных загрязнений рекомендуется использование эспарцета песчаного с четырьмя штаммами бактерий, которые не подавляли рост ризосферной микрофлоры.
7. Штамм Arthrobacter pascensподавлял рост ризосферной микрофлоры эспарцета песчаного в 3-16 раз по сравнению с контролем, поэтому не рекомендован к использованию для фиторемедиации с данным видом растений.
1. Из почвы в Академгородке г. Красноярска были выделены и идентифицированы семь штаммов бактерий, устойчивых к загрязнению нефтепродуктами, пять из которых способны использовать нефть в качестве единственного источника углерода.
2. Из почв Туруханского района выделены шесть штаммов, устойчивых к загрязнению нефтепродуктами.
3. В результате скрининга была обнаружена плазмидная ДНК у штамма, выращенного на минеральной среде с добавлением нефти, размер которой составил более 50000 н.о.
4. В модельном эксперименте в лабораторных условиях внесение нефти стимулировало микробиологические процессы в ризосфере эспарцета песчаного (Onobrychis arenaria): численность аммонифицирующих бактерий увеличивалась в 4 раза и азотфиксирующих - в 3,5 раза. Добавление бактериальной суспензии УВОМ ускоряло процессы деструкции нефти в ризосфере эспарцета, что проявлялось в увеличении коэффициентов минерализации в 37,6 и 10,2 раза в почво-грунте и песке, соответственно. При этом содержание нефти в почво-грунте и песке снизилось в 3,3 и 6,3 миллионов раз по сравнению с исходным количеством внесенной нефти.
5. В природных условиях также было отмечено стимулирование процессов минерализации нефти в ризосфере растения фиторемедианта при добавлении суспензии УВОМ: коэффициент минерализации увеличился в
27,6 раза по сравнению с контрольным участком.
6. Для утилизации нефтяных загрязнений рекомендуется использование эспарцета песчаного с четырьмя штаммами бактерий, которые не подавляли рост ризосферной микрофлоры.
7. Штамм Arthrobacter pascensподавлял рост ризосферной микрофлоры эспарцета песчаного в 3-16 раз по сравнению с контролем, поэтому не рекомендован к использованию для фиторемедиации с данным видом растений.