Экологический механизм действия глюкозы на активность углеводородокисляющих микроорганизмов в почве

Актуальность темы

Нефть и нефтепродукты относятся к приоритетным загрязнителям биосферы. Аварийные разливы нефти превращают почвы в техногенные пустыни. Вследствие того, что масштабы нефтяных загрязнений огромны (Пиковский, 1993; Яблоков, 1995; Shukla, 1990), а процесс самоочищения нефтезагрязненных почв затягивается на 10−25 лет (Оборин и др., 1988; Пиковский, 1993) исключительную важность приобретает проблема совершенствования биотехнологии рекультивации почв. При этом, несмотря на имеющиеся достижения в этом направлении (Мурзаков и др., 1992; Воронин, Старовойтов, 1994; Емцев и др., 2000; Atlas, Bartha, 1992; Chen, 1992), проблема восстановления нефтезагрязненных почв по-прежнему далека от своего окончательного решения. Поэтому совершенствование способов очистки поврежденных почв остается важной биотехнологической задачей, решение которой невозможно без познания особенностей микробной утилизации углеводородов нефти в почве. В ряде обзоров М. А. Глазовской (1988), Р. Атласа и Р. Барта (1992) и некоторых других обобщены материалы по исследованию влияния различных экологических факторов на этот процесс. Однако многие вопросы остаются неизученными.

Одной из основных особенностей почвы как среды обитания микроорганизмов является то, что в ней одновременно протекают самые разнообразные процессы, которые в той или иной степени взаимосвязаны между собой. Доминирующим в почве является процесс микробной утилизации углеводов, составляющих большую часть растительного опада. Имеющиеся в литературе отрывочные и противоречивые сведения не позволяют оценить значение взаимосвязи процессов утилизации углеводов и углеводородов (Гусев и др., 1980, Исмаилов, 1983). Однако известно, что в процессе разложения углеводов в почву попадает много промежуточных соединений, часть из которых физиологически активна и составляет пул микробных метаболитов (Звягинцев, 1987). Познание механизмов взаимосвязи позволит более осмысленно применять эмпирически подобранные отдельные биотехнологические операции и совершенствовать процесс рекультивации нефтезагрязненных почв.

В связи с этим целью настоящего исследования было установление механизма взаимосвязи процессов микробной утилизации углеводов и углеводородов в почве.

Поставленная в работе цель достигалась путем последовательного решения следующих задач:

1. Подбор условий для исследования активности углеводородокис-ляющих микроорганизмов.

2. Сравнение влияние глюкозы на активность углеводородокисляю-щих микроорганизмов in situ и in vitro.

3. Выявление особенностей влияния масляной кислоты на активность углеводородокисляющих микроорганизмов.

Научная новизна исследования состоит в том, что впервые экспериментально показано опосредованное воздействие глюкозы на активность углеводородокисляющих микроорганизмов в почве. В результате масляно-кислого брожения этот углевод трансформируется в масляную кислоту, которая при концентрации 1 мг/мл и более снижает метаболическую активность углеводородокисляющих родококков и переводит их в состояние покоя.

Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что вскрытый механизм взаимосвязи процессов разложения углеводов и углеводородов в почве может быть полезен при оптимизации биотехнологической очистки нефтезагрязненных почв. Комплекс рекультивацион-ных мероприятий должен включать в себя интенсификацию процессов минерализации углеводов в почве и исключать условия, благоприятные для их брожения. 7.

Автор выражает искреннюю благодарность к.б.н. J1.B. Лысак за помощью при идентификации почвенных бактерий, к.б.н. И. С. Куличевской за помощь в освоении инструментальных методов определения активности микроорганизмов, к.б.н. B.C. Соиной за помощь в освоении электронно-микроскопических методов исследования микроорганизмов.

Работа выполнена при финансовой поддержке ГНТП России «Новейшие методы биоинженерии», основное направление «Биотехнология защиты окружающей среды» и Российского фонда фундаментальных исследований.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

1. Обзор литературы.

Нефть и нефтепродукты в эпоху научно-технической революции оказывают непрерывно возрастающее влияние на биосферу нашей планеты (Квасников, Клюшникова, 1981). В условиях повышенного антропогенного воздействия состояние почвенных микроорганизмов является важным показателем, регистрирующим ухудшение свойств почв, что позволяет использовать их в качестве индикаторов на ранних стадиях диагностики степени загрязнения биогеоценозов (Гузев, Левин, 2001).

3. Результаты исследования.

3.1. Исследование микробиологических свойств почв.

В настоящем разделе представлены материалы по изучению влияния нефти и нефтепродуктов на сапротрофный бактериальный комплекс образцов чернозема, серозема и дерново-подзолистой почвы.

3.1.1. Изучение почвенных бактериальных колоний, инициированных нефтью и нефтепродуктами.

Общее число бактериальных колоний на поверхности почв, загрязненных сырой нефтью, бензином, дизельным топливом и моторным маслом, представлено в табл. 3.1. Поллютанты испытывали в концентрации 10%. Именно в этой дозе, согласно предшествующим исследованиям (Ха-лимов, 1996), нефтепродукты губительно действовали на типичную почвенную сапротрофную микробиоту и стимулировали развитие лишь рези.