Активность азотфиксирующего сообщества гранулированного аэробного активного ила и отдельных его компонентов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

С целью определения концентрации и формы накопления азота проводилось культивирование на жидкой среде Эшби [4] исходной ассоциативной культуры и отдельных изолятов в течение 30 суток. Накопления азота в форме NO2- и NO3- не выявлено. Динамика накопления аммонийного азота оценивалась по стандартной методике с реактивом Несслера (рис. 1.).

УДК 579.69

Л. С. Соколова*, А. Е. Кузнецов, С. В. Калёнов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]

АКТИВНОСТЬ АЗОТФИКСИРУЮЩЕГО СООБЩЕСТВА ГРАНУЛИРОВАННОГО АЭРОБНОГО АКТИВНОГО ИЛА И ОТДЕЛЬНЫХ ЕГО КОМПОНЕНТОВ

Изучено азотфиксирующее сообщество, выделенное из гранул адаптированного к стрессу аэробного активного ила и отдельные азотфиксирующие компоненты, среди которых Bacillus amyloliquefaciens обладает наибольшей азотфиксирующей способностью. Накопление азота в форме ионов аммония отслежено в динамике, приведены данные по составу биомассы микроорганизмов. Сообщество и отдельные азотфиксирующие культуры протестированы на обедненной азотом почве с модельным растением.

Ключевые слова: азотфиксаторы, азотфиксирующее сообщество, Agrobacterium tumefaciens, Bacillus amyloliquefaciens.

Среди основных недостатков, определяющих качество аэробной биологической очистки в различных вариантах ее исполнения, является ее высокая чувствительность к содержанию в стоках биогенных элементов, таких как азот и фосфор.

Многие промышленные сточные воды богаты углеродом, но имеют низкое содержание азота. В сбалансированных по питательным веществам сточных водах, отношение C / N / P должно быть примерно 100/14/2 или ХПК / N / P = 100/6/2. Биологическая очистка сточных вод при дефиците азота (N / ХПК <0,05) приводит к низкой эффективности удаления ХПК. Эта проблема обычно преодолевается путем добавления азота (мочевина, соли аммония), который является дорогостоящим и может привести к остаточному азоту в сточных водах.

В качестве альтернативы добавлению азота, в биологической очистке азот-дефицитных сточных вод, может быть использован подход, основанный на использовании азотфиксирующих микроорганизмов. Такой подход позволяет снизить затраты по сравнению с внешним добавлением азота, уменьшить содержание азота в стоках, а также, дает возможность использования шлама в качестве удобрения. [1]

Биохимия ^-фиксации и характеристики видов азотфиксаторов изучены достаточно хорошо, однако, существует мало исследований по использованию азотфиксирующих бактерий в очистке сточных вод и их функционированию в сообществе активного ила.

В ходе предварительных исследований из гранул устойчивого аэробного активного ила удалось выделить культуру азотфиксаторов,

представляющую собой консорциум из трех культур, одна из которых не является азотфиксатором [2, 3]. Задачей данной работы являлось изучение накопления азота сообществом и отдельными культурами Agrobacterium tumefaciens и Bacillus amyloliquefaciens, а также определение возможности использования биомассы для фертилизации почв.

Рис. 1. Накопление аммонийного азота в культуральной жидкости

На момент завершения опыта (30 суток культивирования) концентрация ионов аммония составила:

A. Ште/аыет - 81,9 мг/л;

B. amyloliquefaciens - 124,3 мг/л; Азотфиксирующий ассоциат - 86,9 мг/л.

Исследование содержания общего азота в биомассе проводилось по методу Къельдаля; результаты приведены в таблице 1.

Возможность функционирования выделенных азотфиксаторов в прикорневой зоне растений протестирована при высадке огурцов на обедненную почву с внесением отдельных азотфиксаторов и азотфиксирующего ассоциата на фоне контроля без добавления биомассы.

Таблица 1. Фиксация азота отельными культурами

Культура Agrobac terium tumefaci ens Bacillus amyloli quefacie ns Азотфик сирующ ий ассоциат

Содержание общего азота в биомассе, % 10,0 7,7 4,4

Содержание сырого протеина, % 62,4 48,1 27,7

Концентрация ЫИ4+ в КЖ, мг/л 82,0 124,4 86,9

№Ж4+, мг/л 63,7 96,7 67,6

Конц. биомассы, г/л 2,1 1,8 6,3

N в биомассе, мг/л 213,4 139,1 279,9

2 N мг/л 277,1 235,8 347,5

Образования клубеньков не выявлено. Наблюдалось ускорение роста побегов в 1,4 раза, а также увеличение площади листа. Наибольшая толщина стебля обнаружена у образцов, выращенных на почве с добавлением исключительно культуры Agrobacterium tumefaciens. Исследование накопления азота в почве не проводилось в рамках данной работы.

Из полученных данных следует, что высокая азотфиксирующая способность, а также устойчивость к стрессовым факторам [3] выделенных культур может способствовать решению проблемы фертилизации бедных азотом почв при условии подтверждения непатогенности.

*Все значения приведены с учетом азота, вносимого с инокулятом.

г.?«.

б.

I

I

— о —

-э-

— 9

— 10

¥

3.

I

Рис. 2. Фотографии корней и побегов огурца, выращенного на обеденной почве с внесением бактериальной биомассы. 1 -образец выращенный с чистой культурой Agrobacterium tumefaciens; 2 - образец выращенный с азотфиксирующим ассоциатом; 3 - образец выращенный на обеденной почве без внесения бактериальной биомассы (контроль)

студентка 1 курса магистратуры кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. , к.т.н., доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия,

Соколова Людмила Сергеевна,

Менделеева, Россия, Москва. Кузнецов Александр Евгеньевич

Москва.

Калёнов Сергей Владимирович, к.т.н., доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Kargi F., Ozmihgi S. Improved biological treatment of nitrogen-deficient wastewater by incorporation of N2-fixing bacteria //Biotechnology letters. - 2002. - Vol. 24. - №. 15. - Р. 1281-1284.

2. Khokhlachev N.S., Kalenov S.V., Tyupa D.V. The role of stress agents as operating factors in formation and functioning of granular aerobic activated sludge at model domestic wastewater treatment // Bioprocess and biosystems engineering. - 2014. - Т. 37. - №. 9. - С. 1771-1779. "

3. Алексеева Л. С., Тюпа Д. В., Калёнов С. В., Панфилов В.И. Выделение и идентификация компонентов азотфиксирующего сообщества гранулированного аэробного активного ила, адаптированного к стрессу // Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. XXVIII. - №4. - C. 121 - 124.

4. Нетрусов А. И., Егорова М. А., Захарчук Л. М. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Издательский центр «Академия». - 2005. - 600 с.

Sokolova Liudmila Sergeevna*, Kuznetsov Alexander Yevgenievich, Kalenov Sergei Vladimirovich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]

THE ACTIVITY OF NITROGEN-FIXING COMMUNITY OF GRANULAR AEROBIC ACTIVATED SLUDGE AND ITS INDIVIDUAL COMPONENTS

Abstract . Nitrogen-fixing community of isolated from the granules the aerobic activated sludge adapted to stress and individual nitrogen-fixing components was studied. Bacillus amyloliquefaciens has the highest nitrogen-fixing ability. The accumulation of nitrogen in the form of ammonium ions tracked over time, presents data on the composition of the microbial biomass. Community and individual nitrogen-fixing cultures tested for nitrogen-depleted soil with a model plant.

Key words: nitrogen fixers, nitrogen-fixing community, Agrobacterium tumefaciens, Bacillus amyloliquefaciens.

и