Для відбору особоустойчівих штамів бактерій підвищені концентрації важких металів проводили досліди з виявлення ступеня акумуляції солі свинцю мікроорганізмами в рідкому середовищі. Основну увагу ми приділяли двома виділених штамів H-5-8 Bacillus megatherium і H-5-2 Bacillus cereus як накопичувачів високих концентрацій і трансформаторів солі важких металів, з метою використання їх в подальшому для біоремедіації навколишнього середовища від забруднень.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Омургазіева Чолпон Монолдоровна, Бейшекеева Гульмира Джумабаевна, Кененбаева Гулайим Мекшовна


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2016
    Журнал: Проблеми сучасної науки і освіти

    Наукова стаття на тему 'Аккумулятивная активність асоціації штамів бактерій h-5-8 Bacillus megatherium і h-5-2 Bacillus cereus солі свинцю'

    Текст наукової роботи на тему «Аккумулятивная активність асоціації штамів бактерій h-5-8 Bacillus megatherium і h-5-2 Bacillus cereus солі свинцю»

    ?Фізико-математичні науки

    Accumulative active association bacterial strains H-5-8 bacillus megatherium and H-5-2 bacillus cereus lead salts

    Omurgazieva Ch.1, Beishekeeva G.2, Kenenbaeva G.3 Аккумулятивная активність асоціації штамів бактерій H-5-8 bacillus megatherium і H-5-2 bacillus cereus солі свинцю Омургазіева Ч. М.1, Бейшекеева Г. Ж.2, Кененбаева Г. М.3

    'Омургазіева Чолпон Монолдоровна / Omurgazieva Cholpon - кандидат біологічних наук, доцент, кафедра ботаніки та фізіології рослин, факультет біології;

    2Бейшекеева Гульмира Джумабаевна / Beishekeeva Gulmira - кандидат фізико-математичних наук,

    доцент,

    кафедра фізики, факультет фізики і електроніки;

    3Кененбаева Гулайим Мекшовна / Kenenbaeva Gulayym - кандидат фізико-математичних наук, доцент, кафедра прикладної математики та інформатики, Киргизький національний університет ім. Ж. Баласагина, м Бішкек, Киргизька Республіка

    Анотація: для відбору особоустойчівих штамів бактерій до підвищених концентрацій важких металів проводили досліди з виявлення ступеня акумуляції солі свинцю мікроорганізмами в рідкому середовищі. Основну увагу ми приділяли двома виділених штамів H-5-8 Bacillus megatherium і H-5-2 Bacillus cereus як накопичувачів високих концентрацій і трансформаторів солі важких металів, з метою використання їх в подальшому для біоремедіації навколишнього середовища від забруднень.

    Abstract: for the selection of bacterial strains osoboustoychivyh to elevated concentrations of heavy metals were carried out experiments to determine the extent of accumulation of micro-organisms lead salt in a liquid medium. We focus on two isolated strains H-5-8 Bacillus megatherium and H-5-2 Bacillus cereus as the storage of high concentrations of salts and heavy metals transformers, in order to use them in the future for the bioremediation of the environment from pollution.

    Ключові слова: штами бактерій, важкі метали, високі концентрації свинцю, аккумулятивная активність.

    Keywords: strains of bacteria, heavy metals, high levels of lead, accumulative activity.

    Забруднення навколишнього середовища важкими металами та радіонуклідами - одна з найважливіших екологічних проблем кінця XX - початку XXI століть. Як відомо, багато важкі метали становлять небезпеку для живих організмів завдяки своїй токсичності і мутагенності, очищення навколишнього середовища від цих сполук в даний час стає все більш актуальною.

    Одним з найбільш перспективних способів визнаний Біоремедіація - комплекс методів очищення грунтів, вод і атмосфери з використанням метаболічного потенціалу біологічних об'єктів, в тому числі ґрунтових мікроорганізмів. Мікробна деградація важких металів, радіонуклідів та вуглеводнів становить основу сучасної технології біоремедіації забруднених об'єктів навколишнього середовища. Переваги біоремедіації як економічно вигідною, екологічно безпечної і естетично привабливою біотехнології відновлення забруднених територій показані багатьма дослідниками [1-13]. При цьому доцільно виявлення ендемічних форм мікроорганізмів для кожної техногенної провінції. Реалізація такого методу очищення вимагає виділення специфічних штамів мікроорганізмів, а також визначення їх редукционной активності в процесах біодеградації важких металів різного класу небезпеки.

    З цією метою нами проводяться дослідження здатності грунтових мікроорганізмів до біоакумуляції і біодеградації важких металів (in vitro, лабораторне випробування).

    Метою цього дослідження було виявлення акумулюючої активності відібраних стійких штамів бактерій до підвищених концентрацій солі свинцю, використання їх в подальшому для біоремедіації навколишнього середовища від забруднень.

    Матеріали і методи дослідження

    Посівний матеріал - штам Bacillus megatherium Н5-8, Bacillus cereus Н5-2 культивували на мясопептонном агарі (МПА). Отриманий посівний матеріал в асептичних умовах вносили в

    кількості 106; 107 кл / мл, що дає початкову оптичну щільність OD = 0,1 (ФЕК-56 м, 540 нм, кювета 1 см) в колби зі стерильною рідким живильним середовищем.

    Як рідкі поживних середовищ ми використовували грунтові витяжки без додавання агару, з метою максимально наблизити до природних умов.

    Досліди ставили в качалочних колбах ємністю 250 мл (обсяг середовища 50 мл), до якої вносилися концентровані розчини Pb (CH3COO) 2 * 3H2O (перевищують ГДК Pb в 10, 25, 50 разів) в дозах 1; 2,5; 5 мг / л при температурі 28-30 ° С, струшували на гойдалці при 200-220 об. / Хв., PH живильного середовища доводили до 7,5. В якості контролю на всі варіанти була використана культуральна рідина без внесення металів.

    Через кожні 6, 12, 24, 48 годин акумулятивну активність штамів до змісту в живильній грунтової середовищі солі свинцю контролювали зі зміни біомаси культури. З виміром оптичної щільності через ФЕК-КФ-2 (ОП540 нм, товщина кювети 1см), а також висловлювали характером росту і розвитку колоній і чисельністю колонієутворюючих одиниць (КУО), шляхом висіву з двох останніх розведень (10-5, 10-6) в чашки Петрі з живильним агаром і ставили в термостат при 27 -280С. Через 2-3 доби підраховували кількість колоній. Підрахунок колоній, що виросли проводили за двома разведениям. Дослід проведено в 3-кратною повторності. Отримані результати обробляли статистично (Б. М. Обладунків, 1979).

    Результати та обговорення

    Мікроорганізми стійкі до високих концентрацій важких металів, були виділені із зразків грунтів відібраних на територіях гірничорудних промислових комбінат і уранових радіоактивних хвостосховищах Північного Киргизстану. Виділені в нашій лабораторії штами бактерії були відселектований по здатності до зростання при високих концентраціях металів ртуті, свинцю і кадмію перевищують ГДК в 1 -25 разів.

    Для відбору особоустойчівих штамів бактерій до підвищених концентрацій важких металів проводили досліди з виявлення ступеня акумуляції солі свинцю мікроорганізмами в рідкому середовищі. Основну увагу ми приділяли двома виділених штамів H-5-8 Bacillus megatherium і H-5-2 Bacillus cereus як накопичувачів високих концентрацій і трансформаторів солі важких металів.

    За інтенсивністю росту і накопичення біомаси ми судили про включення іонів металу в певні метаболічні процеси бактерій. Здатність клітин мікроорганізму максимально поглинати молекули металу з навколишнього середовища і трансформувати їх в інші нешкідливі з'єднання, зумовлює використання таких бактерій для очищення від забруднення.

    У всіх варіантах досліду відсоток використання і трансформації солі свинцю асоціаціями був вище, ніж індивідуальними штамами. За літературними даними також можна побачити, що асоціації до 4-х навіть 5-6-х штамів приводили до зростання деструктивної активності.

    При моделюванні складу мікробної асоціації необхідно враховувати її стійкість, оскільки інтродукція в забруднену середу нестійкого спільноти призводить до різкого падіння титру окремих її складових, в зв'язку, з чим ефективність застосування даної асоціації знижується.

    Як видно з табл. 1, при дозі свинцю, перевищує в 10 разів ГДК (1 мг / л), спостерігалася стимуляція зростання і висока концентрація біомас культур до 60-114% до контрольного варіанту через 12-48 ч. Зростання. При концентрації 2,5 мг / л кількість клітин (6 год) значно нижче, ніж при концентрації 5 мг / л, але вище ніж в середовищі контрольного варіанту.

    У процесі росту асоціацій культур також вимірювали D середовища, однак при концентрації свинцю 1 мг / л значення D (540) і 2,5 мг / л концентрації до 12 год достовірно не відрізнялися, але більш за високої концентрації свинцю (5 мг / л) показник ОП збільшується , навіть більшою мірою, ніж в контролі (рис. 1.). Найбільша швидкість зміни росту клітин спостерігалася в 12 ч культивування при концентраціях 1 і 2.5 мг / л, крім 5 мг / л свинцю. Це свідчить про нерівність метаболічного потенціалу культивованих клітин, відповідальних за акумуляцію металу, при всіх концентраціях протягом цього терміну культивування. Отже, можна припустити, що кількість метаболічно активних клітин бактерій в середовищі культивування не однаково для всіх варіантів досліду.

    Розглядаючи співвідношення штамів-деструкторів бактерій в парі Bacillus megatherium + Bacillus cereus, можна відзначити, що в 2-х асоціаціях при дозі 1 і 2,5 мг / л свинцю, на 6 ч. До 12 год. Культивування відносна кількість клітин штаму Н5- 2 зменшувалася.

    Таблиця 1. Динаміка чисельності штамів (Н-5-8 + Н-5-2) в процесі акумуляції солі свинцю в рідкому середовищі

    Асоціація Конц. свинцю Кількість (кл / мл) і співвідношення мікроорганізмів в асоціації,%

    культивування (годинник)

    6 12 24 48

    B. megaterium + B. cereus (H-5-8 + H-5-2) співвідношення 1 мг / л 89х 105 65,1 / 34,8 176х105 100/0 173х 105 48,3 / 53,6 175х 105 51 , 2 / 47,6

    B. megaterium + B. cereus (H-5-8 + H-5-2) співвідношення 2,5 мг / л 59х 105 47,5 / 52,5 108х 105 98,7 / 1,2 119х 105 28,5 / 71,4 116х 105 22,8 / 77,1

    B. megaterium + B. cereus (H-5-8 + H-5-2) співвідношення 5 мг / л 61х 105 3,3 / 74,5 118х 105 2,5 / 79,3 198х 105 41,8 / 49 , 07 89х 105 42 / 53,1

    B. megaterium + B. cereus (H-5-8 + H-5-2) співвідношення контроль 12,3х104 72,9 / 18,9 38х 105 61,4 / 38,5 27 х 105 28,3 / 71 86 , 6х10476,9 / 23

    Починаючи з 24-годинного періоду чисельність штамів Н5-2 при зростаючих концентраціях 1; 2,5; 5 мг / л свинцю збільшується і становить відповідно 53,6; 71,4; 49,07%. Найбільш різкі зміни чисельності штамів спостерігалися при високій концентрації свинцю (5 мг / л) протягом всього терміну культивування. Так, з 6 год до 12 год культивування зростання штаму Н5-2 домінує. Чисельність штамів Н5-8 Bacillus megatherium в асоціаціях було найменшій кількості, саме в присутності високому концентрації свинцю в поживному середовищі перші 6 і 12 ч. Контакту. Ймовірно, це пов'язано з більш інтенсивним поглинанням солі свинцю кліткою штаму Н5-2, ніж клітини штаму Н5-8 (табл. 1).

    Таким чином, використовувані штами H5-8 Bacillus megatherium + H5-2 Bacillus cereus можуть збільшувати свою біомасу при досить високих концентраціях свинцю до 5 мг / л у середовищі, однак оптимальними є концентрації до 1,5 мг / л, де питома швидкість росту і біомаси культур мають максимальні значення.

    0,9

    6 12 24 48

    час, годинник

    Мал. 1. Ступінь акумулятивних здібностей високих концентрацій свинцю культурами Bacillus megatherium, Bacillus cereus (H5-8 + H5-2). Позначення: Концентрація солі свинцю 1 - 1 мг / л; 2 - 2,5 мг / л;

    3 - 5 мг / л; 4 - контроль (без внесення металу)

    Одним з факторів, що впливають на ефективність утилізації свинцю, є pH середовища культивування. При дозі 2,5 мг / л (25 рази вище ГДК) свинцю закислення середовища в процесі контактування не спостерігали (табл. 2). Для біомаси асоціації штамів H5-8 Bacillus megatherium + H5-2 Bacillus cereus оптимальне для трансформації значення pH лежить в області 6,78-7,33, вона дорівнює 1 мг / л Pb і при зниженні pH спостерігається поступове

    зниження адаптаційної здатності, при рН 3-4 і далі помічається помітне падіння концентрації біомаси, характерне для всіх штамів.

    Таблиця 2. Вплив рН на акумуляцію свинцю асоціаціями культур Bacillus megatherium, Bacillus cereus (H-5-8 + H-5-2)

    Концентрація солі свинцю мг / л Показники pH середовища через 6, 12, 24 і 48 ч. Зростання

    6 ч. 12 ч. 24 ч. 48 ч.

    0 (контроль) 7,01 6,78 7,28 6,72

    1 7,21 6,78 7,21 7,33

    2,5 7,23 6,87 7,04 7,40

    5 6,77 6,82 7,24 6,72

    Висновки: Таким чином, максимальна швидкість акумуляції досліджених металів

    біомасою асоціаціями штамів спостерігається експоненційної і ранньої стаціонарної

    фазах росту клітин.

    література

    1. Методи загальної мікробіології. Т. 1 / За ред. Герхарда Ф. М .: Мир, 1983. 536 с.

    2. Методи грунтової мікробіології і біохімії / Под ред. Д. Г.Звягінцева. М., 1980. 224 с.

    3. Сенцова О. Ю., Максимов В. Н. Дія важких металів на мікроорганізми // Успіхи мікробіології. М., 1985. Вип. 20. С. 227-252.

    4. Ерліх Х. Життя мікроорганізмів в присутності важких металів, миш'яку і сурми // Життя мікробів в екстремальних умовах / Под ред. Д. Кашнер. М .: Світ, 1981. С. 440-469.

    5. Христофорова Н. К. Биоиндикация і моніторинг забруднення морських вод важкими металами. Л .: Наука, 1984. 192 с.

    6. Ховричев М. Н., Семенова А. М., Работнова І. Л. Дія іонів цинку на Candida utilis // Мікробіологія, 1980. Вип. 1. Т. 49. С. 59-63.

    7. Ховричев М. Н., Федорова Т. А., Работнова І. Л. Про вплив іонів міді на зростання Candida utilis в безперервній культурі // Мікробіологія, 1974. Вип. 1. Т. 43. С. 99-102.

    8. Gunther T., Dornberger U. and Fritsche W. (1996) Effects of ryegrass on biodegradation of hydrocarbons in soil. Chemosphere. № 33. P. 203-215.

    9. Trindade P. V. O., Sobral L. G., Rizzo A. C. L., Leite S. G. F., Soriano A. U. Bioremediation of a weathered and recently oil-contaminated soils from Brazil: a comparison study // Chemosphere, 2005. Vol. 58. P. 515-522.

    10. Kechavarzi C. Root establishment of perennial ryegrass (L. perenne) in diesel contaminated surface soil layers / Pettersson, K. Leeds-Harrison P., Ritchie L., Ledin S. // Environ. Pollut., 2007. V. 145. № 1. P. 68-74.

    11. Gerhardt P. Manual of methods for general bacteriology / P. Gerhardt et.al. Washington, D.C .: American Society for Microbiology, 1981.

    12. Gerhardt I., Liu Q., Lamas-Linares A. et al., 2011. Full-field implementation of a perfect eavesdropper on a quantum cryptography system. Nat. Commun. 2: 349 p.

    13. WangR., Li L. L., Cao Z. H., Zhao Q., LiM., ZhangL. Y., Hao Y. J., 2012. Molecular cloning and functional characterization of a novel apple MdCIPK6L gene reveals its involvement in multiple abiotic stress tolerance in transgenic plants. Plant Mol. Biol. 79 (1-2). P. 123-135.

    14. Karthikeyan V. J. Endothelial damage / dysfunction and hypertension in pregnancy / V. J. Karthikeyan, G. Y. Lip // Front Biosci (Elite Ed), 2011. Vol. 3. P. 1100-1108.


    Ключові слова: штами бактерій / STRAINS OF BACTERIA / ВАЖКІ МЕТАЛИ / HEAVY METALS / ВИСОКІ КОНЦЕНТРАЦІЇ СВИНЦЮ / HIGH LEVELS OF LEAD / акумулятивний АКТИВНІСТЬ / ACCUMULATIVE ACTIVITY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити