БИОДЕГРАДАЦИЯ НЕФТИ КОНСОРЦИУМОМ ШТАММОВ-НЕФТЕДЕСТРУКТОРОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Резюме. Цель. Оценить эффективность консорциума углеводородокисляющих бактерий в различных модельных системах. Методы. Для проведения экспериментов использовали два типа модельных систем: с жидкой минеральной средой и с нестерильной почвой. Для определения численности микроорганизмов применяли стандартную методику серийных разведений с высевом до отдельных колоний. Индивидуальные штаммы в консорциуме различали с помощью селективных сред с антибиотиками. Деградацию нефти оценивали методом ИК-спектрометрии. Результаты. Консорциум способен к эффективной деструкции нефти в жидкой среде при 4°С и при 24°С, причём относительно контроля убыль нефти несколько выше при низкой температуре. При 50°С консорциум оказался неактивен. В модельных почвенных системах стимуляция аборигенных микроорганизмов путем внесения минеральных удобрений не приводила к значительным изменениям численности микроорганизмов-нефтедестукторов, однако степень деградации нефти увеличилась. При совместном внесении микробного консорциума и удобрения в почвенную систему наблюдалась наибольшая численность, как гетеротрофных бактерий, так и углеводородокисляющих штаммов. Степень деструкции нефти в этой системе также была наибольшей: 59% через 42 суток при комнатной температуре. Выводы. Разработанный бактериальный консорциум обладает высокой нефтедеградирующей активностью как при низких (4°С), так и при умеренных (18-25°С) температурах. В нестерильных почвенных системах микроорганизмы консорциума не подавляют местную биоту, сохраняя свою численность примерно на постоянном уровне, но при этом вносят основной вклад в деградацию загрязнения.

бактериальный консорциум, биодеградация нефти, экологическая биотехнология, низкие температуры

1. Алехин В.Г., Фахрутдинов А.И., Малышкина Л.А., Ситников А.В., Емцев В.Т., Хотянович А.В. Сравнительная эффективность деструкции нефтепродуктов различными биопрепаратами при разных уровнях загрязнения торфогрунтов // Биологические ресурсы и природопользование. 1999. Вып. 3. С. 96–106.

2. Wang Q., Zhang Sh., Li Y., Klassen W. Potential approaches to improving biodegradation of hydrocarbons for bioremediation of crude oil pollution // Journal of environmental protection. 2011. N 2. P. 47–55. doi: 10.4236/jep.2011.21005

3. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В., Энгельхарт М., Вайссер Т., Чеботаева М.В. Прикладная экобиотехнология. М.: Бионом, 2010. 629 с.

4. Ермоленко З.М., Чугунов В.А., Герасименко В.Н. Влияние некоторых факторов окружающей среды на выживаемость внесенных бактерий, разрушающих нефтяные углеводороды // Биотехнология. 1997. N 5. С. 12–19.

5. Ботоер М. Микробные сообщества в мерзлотных почвах Сибири // Тезисы докладов Второй международной конференции «Освоение Севера и проблемы рекультивации», Сыктывкар, 1997. С. 117–119.

6. Stewart R.S. Distribution of multiple oil tolerant and oil degrading bacteria around a site ofnutural crude oil seepage // Texas Journal of Science. 1997. N 4. P. 49.

7. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Хазиев Ф.Х. Ферменты азотного обмена в нефтезагрязненных почвах // Известия РАН. Сер. Биология. 1997. N 6. С. 203–206.

8. Коронелли Т.В., Комарова Т.И., Ильинская В.В., Кузьмин Ю.И., Кирсанов Н.Б., Яненко А.С. Интродукция бактерий рода Rhodococcus в тундровую почву, загрязненную нефтью // Прикладная биохимия и микробиология. 1997. Т.33, N 2. С. 198–201.

9. Нечаева И.А., Гафаров А.Б., Филонов А.Е., Пунтус И.Ф., Боронин А.М. Составление и отбор ассоциаций микроорганизмов, способных к деградации углеводородов нефти при пониженной температуре // Известия Тульского государственного университета. Серия Химия. 2006. Вып. 6. С. 179–188.

10. Суровцева Е.Г., Ивойлов В.С., Беляев С.С. Деградация ароматической фракции нефти ассоциацией грамположительных и грамотрицательных бактерий // Микробиология. 1997. Т. 66, N 1. С.78–83.

11. Ветрова А.А, Нечаева И.А., Игнатова А.А., Пунтус И.Ф., Аринбасаров М.У., Филонов А.Е., Боронин А.М. Влияние катаболических плазмид на физиологические параметры бактерий рода Pseudomonas и эффективность биодеструкции нефти // Микробиология. 2007. Т. 76, N 3. С. 354– 360.

12. Ветрова А.А., Овчинникова А.А., Пунтус И.Ф., Филонов А.Е., Боронин А.М. Интенсификация биодеградации нефти плазмидосодержащими штаммами Pseudomonas в модельных почвенных системах // Биотехнология. 2009. N 4. C. 82–90.

13. Filonov A., Ovchinnikova A., Vetrova A., Nechaeva I., Petrikov K., Vlasova E., Akhmetov L., Puntus I., Shestopalov A., Zabelin V., Boronin A. OilSpill Bioremediation, Using A Commercial Biopreparation “MicroBak” and A Consortium Of PlasmidBearing Strains “V&O” With Associated Plants. In: Introduction to Enhanced Oil Recovery (EOR) Processes and Bioremediation of Oil-Contaminated Sites. Rijeka, Croatia: InTech, 2012. P. 291–318.

14. Филонов А.Е., Овчинникова А.А., Ветрова А.А., Нечаева И.А., Петриков К.В., Власова Е.П., Росс Д.В., Ахметов Л.И., Пунтус И.Ф., Забелин В.А., Боронин А.М Микроорганизмы и биопрепараты для очистки окружающей среды от нефтяных загрязнений // Материалы международной конференции «Окружающая среда и человек: друзья или враги?», Пущино, 22-24 июня, 2011. С. 189–192.

15. Андреева И.С., Емельянова Е.К., Загребельный С.Н., Олькин С.Е., Резникова И.К., Репин В.Е. Психротолерантные штаммы-нефтедеструкторы для биоремедиации почв и водной среды // Биотехнология. 2006. N 1. С. 43–52.

16. Карпенко Е.В., Вильданова-Марцишин Р.И., Щеглова Н.С., Пирог Т.П., Волошина И.Н. Перспективы использования бактерий рода Rhodococcus и микробных поверхностноактивных веществ для деградации нефтяных загрязнений // Прикладная биохимия и микробиология. 2006. Т. 42, N 2. С. 175–179.

17. Кобзев Е.Н., Петрикевич С.Б., Шкидченко А.Н. Исследование устойчивости ассоциации микроорганизмов-нефтедеструкторов в открытой системе // Прикладная биохимия и микробиология. 2001. Т.37, N 4. С. 413–417.

18. Evans C., Herbert D., Tempest D. The continiuous cultivation of microorganisms. 2. Construction of a Chemostat // Methods in Microbiology. 1970. V. 2, N 4. P. 277–327.

19. Sambrook J., Fernley H., Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual. New York: Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989. 480 p.

20. King E., Ward M., Raney D. Two simple media for demonstration of pyocyanin and fluorescin // J. Lab. Clin. Med. 1954.V. 44, N 2. P. 301–307.

21. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.

22. Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии: Методические указания. Под ред. Кучурова Л.С., Максакова Е.И. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 16 с.

23. Megharaj M., Ramakrishnan B., Venkateswarlu K., Sethunathan N., Naidu R. Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective // Environ Int. 2011. V. 37, N 8. P. 1362–1375. doi: 10.1016/j.envint.2011.06.003

24. Tyagi M., da Fonseca M.M., de Carvalho C.C. Bioaugmentation and biostimulation strategies to improve the effectiveness of bioremediation processes // Biodegradation. 2011. V. 22, N 2. P. 231– 241. doi: 10.1007/s10532-010-9394-4

25. Perelo L.W. In situ and bioremediation of organic pollutants in aquatic sediments // J Hazard Mater. 2010. vol. 177, iss. 1-3. P. 81–89. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.12.090

26. Успабаева A.A. Изучение влияния углеводородов нефти на распространения почвенной микрофлоры // Вестник Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева. 2011. N 2. С. 281–285.

27. Boronin A.M., Kosheleva I.A. Diversity of naphthalene biodegradation systems in soil Bacteria. In: Handbook of hidrocarbon and lipid microbiology. Berlin: Springer, 2009. P. 1155–1165.

28. Yano H., Miyakoshi M., Ohshima K., Tabata M., Nagata Y., Hattori M., Tsuda M. Complete nucleotide sequence of TOL plasmid pDK1 provides evidence for evolutionary history of IncP-7 catabolic plasmids // J Bacteriol. 2010. vol. 192, N 17. P. 4337–4347. doi: 10.1128/JB.00359-10

29. Ikuma K., Gunsch C.K. Functionality of the TOL plasmid under varying environmental conditions following conjugal transfer // Appl Microbiol Biotechnol. 2013. vol. 97, N 1. P. 395–408. doi: 10.1007/s00253012-3949-8

30. Ikuma K., Gunsch C.K. Genetic bioaugmentation as an effective method for in situ bioremediation: functionality of catabolic plasmids following conjugal transfers // Bioengineered. 2012. vol. 3, N. 4. P. 236–241. doi: 10.4161/bioe.20551

31. Li S., Zhao H., Li Y., Niu S., Cai B. Complete nucleotide sequence of plasmid pND6-2 from Pseudomonas putida ND6 and characterization of conjugative genes // Gene. 2013. vol. 512, N 1. P. 148– 156. doi: 10.1016/j.gene.2012.09.065

32. Shintani M., Takahashi Y., Yamane H., Nojiri H. The behavior and significance of degradative plasmids belonging to Inc groups in Pseudomonas within natural environments and microcosms // Microbes Environ. 2010. vol. 25, N 4. P. 253–265.

33. Bathe S., Hausner M. Plasmid-mediated bioaugmentation of wastewater microbial communities in a laboratory-scale bioreactor // Methods Mol Biol. 2010. N 599. P. 185–200. doi: 10.1007/978-1-60761439-5_12

34. Биккинина А.Г, Логинов О.Н., Силищев Н.Н., Бакаева М.Д., Галимзянова Н.Ф., Бойко Т.Ф. Повышение эффективности процесса биоремедиации отработанной отбеливающей земли, загрязненной углеводородами, при совместном использовании комплекса биопрепаратов «Ленойл» и «Азолен» // Биотехнология. 2006. N 5. С. 57–62.