CC BY
18
существует потребность в развитии безопасных для окружающей среды и человека эффективных методов синтеза различных наночастиц с применением микробных биотехнологий.
Мы исследовали условия образования наночастиц серебра культурой Streptomyces sp. BDU-C25, выделенной из почвы Сальянского района Азербайджана. Для исследования формирования наночастиц серебра была взята культуральная жидкость актиномицета. Для этого культуру актиномицета выращивали аэробно на жидкой минеральной среде Гаузе. После инкубации биомассу отделяли от супернатанта фильтрованием через фильтровальную бумагу. Далее к 50 мл супернатанта добавляли 50 мл 1 мМ AgNO3 и помещали в термостат при температуре 28-300С в условиях темноты. Контролю служил супернатант без нитрата серебра.
После инокуляции супернатанта наблюдалось изменение цвета раствора с желтого до коричневого. Спек-трофотометрический анализ раствора показал, что пик
наблюдался при 430 нм, что указывает на присутствие AgNPs. Исследования при помощи сканирующего электронного микроскопа показали, что наночастицы имеют сферическую форму, образовывают агрегаты и размер их был примерно 40-50 нм. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) наночастиц серебра, образованных культурой актиномицета Streptomyces sp. BDU-C25 указывал на наличие чистых металлических наночастиц серебра. В наших исследованиях мы исследовали образования наночастич серебра (AgNPs) в зависимости от времени инкубации. Время инкубации составляло 4, 7, 14 и 21 суток. Образование наночастиц серебра наблюдалась во всех вариантах. Но наибольший пик образования AgNPs был на 14 день инкубации.
Таким образом, показана способность культуры Streptomyces sp. BDU-C25 синтезировать наночастицы серебра.
ФИТОРЕМЕДИАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ВИДА ACLUROPUS LITTORALIS (GOUAN)PARL. (ПРИБРЕЖНИЦА) В НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
АПШЕРОНСКОГО П-ВА
Гасымова А. C.
Д.ф.б., научный сотрудник, ИнститутаMикробиологии НАНА, Баку
Новрузалиева Г.П.
Аспирант, Институт Mикробиологии НАНА, Баку
АННОТАЦИЯ
В представленной работе изучался фитотоксичность сырой нефти в отношении семян прибрежницы. Результаты исследований показали, что прорастаемость зерен прибрежницы в сильной степени зависит от степени загрязнения серо-бурой почвы. Проведенные исследования показали, что растение прибрежнецы, рекомендуемая для проведения этапа фиторемедиации, обладает высокой устойчивостью к сырой нефти и нефтепродуктам, и положительно влияет на скорость очищения почвы.
ABSTRACT
In the present study we investigated the phytotoxicity of crude oil in relation to seed aeluropus. Research results have shown that germination of grains aeluropus strongly depends on the degree of contamination of the gray-brown soil. Studies have shown that the plant aeluropus recommended for stage phytoremediation, is highly resistant to crude oil and petroleum products, and has a positive effect on the rate ofpurification of soil.
Ключевые слова: нефтезагрязненные почвы, деградация, микрофлора ризосферы, фиторемедиации почвы.
Keywords: oil-contaminated soil, degradation, microflora rhizosphere, soil phytoremediation.
Ранее в работе Robson D.B. et al. с соавт. [9,c 185199] было показано, что растения, имеющие крупные семена, при прорастании в нефтезагрязненной почве менее чувствительны к нефтяному загрязнению почвы, чем растения, обладающие мелкими семенами. Так, если у видов растений с массой семян 1,0-9,9 мг нефтяное загрязнение приводило к снижению биомассы растений на 25%, то у растений с массой менее 0,1 мг -на 95%.
Нами исследована фитотоксичность сырой нефти в отношении семян прибрежницы.
Объекты и методы.
В качестве объекта исследовали семена прибреж-ницы. Нами были проведены лабораторные эксперименты. Семена прибрежницы были высеяны в серо-бурую почву с различной степенью загрязнения углеводородами -от 0,2% до 9%. В качестве загрязнителя использовали сырую нефть месторождения Бинагады. Высев производили в чашки Петри в трех повторностях. В каждую чашку высевали по 30 семян. В качестве контроля семена высевали в чистую почву, отобранную в районе Бинагади. Чашки
ставили в термостат при 280С. В чашках поддерживали влажность путем искусственного полива. Через 10 дней проводили подсчет проросших семян.
Результаты исследований
Масса 1000 зерновок прибрежницы составляет всего 0.18г., таким образом, масса одного семени весит всего 0,18мг. Семена такого веса должны быть более чувствительны к нефтяному загрязнению почвы. Резльтаты исследований показали, что прорастаемость зерен при-брежницы в сильной степени зависит от степени загрязнения серо-бурой почвы (табл. 1). В среднем 50% прорастае-мости семян имело место при степени загрязнения почв сырой нефтью, не превышающей 1,0%. Повышение содержания в почве сырой нефти угнетает прорастание семян, наиболее сильно при загрязненности 4% и более. Это дает основание говорить о высокой степени чувствительности зерен прибрежницы к нефтяному загрязнению в отличие от вегетативных органов, которые выдерживают загрязнение почв до 10%.
Таблица 1
Степень прорастаемости зерен прибрежницы в серо-бурой почве при различной степени загрязненности __сырой нефтью__
Степень загрязнения,% Число проросших семян прибрежницы Процент проросших семян
Чистая почва (контроль) 30 100
0,2 28 93
0,5 25 83
1,0 15 50
2,0 10 30
4,0 6 20
6,0 4 33
8,0 3 30
10,0 2 15
Этот вид можно отнести к семейству тех рудераль-ных растений, которые начинают заселять серо-бурую почву после снижения в ней остаточного содержания нефтяных загрязнений. Именно вид прибрежницы способен захватывать почву после определенного этапа естественного процесса самоочищения. Они обладают большой энергией размножения, весьма неприхотливы, столь невелики их требования к организации биоценоза. Их изолированный рост на нефтезагрязненной почве показывает, что им не нужны сложные связи друг с другом и с прочими организмами-соседями, включающие и конкуренцию, и сотрудничество, и взаимозависимость. После достижения в почве определенной концентрации нефтяных углеводородов, не оказывающих негативное воздействие на рост и развитие этого вида, они могут заселять и произрастать на нефтезагрязненной почве. Возможно, этот вид можно отнести к г-стратегам («оппортунистические» популяции), которые активно заселяют нефтезагрязненные почвы, т.е. в сукцессионном ряду связаны с первичными стадиями, которые могут быть в дальнейшем вытеснены из климаксных сообществ более конкурентноспособными К-стратегами. Именно при содержании в серо-бурой почве 10% и менее нефтяных углеводородов они наиболее конкурентноспособны по сравнению с другими видами растений, обладают самой высокой скоростью роста - могут размножаться как вегетативно, так и многочисленными семенами - и способны покрывать нефтезагрязнен-ные участки, и, по сути, закладывают начальную основу сукцессии фитоценозов на этих почвах. Именно толерантность этого вида к определенной степени загрязнения серо-бурых почв нефтяными углеводородами и определяет мозаичный характер растительного покрова в районах Бина, Бинагади и Балаханы. Это единичные растения-пионеры для серо-бурых почв, загрязненных нефтяными углеводородами. Принимая во внимание экстремальные условия среды - щелочная реакция почв, слабый окислительно-восстановительный потенциал, засоленность, низкая влажность, загрязненность и др., роль вида прибреж-ницы как пионера-заселителя велика, хотя на первом этапе и образуются пятнистый характер растительного покрова, в первую очередь определяющееся степенью загрязнения серо-бурой почвы.
Таким образом, проведенные исследования показали, что растение прибрежнецы, рекомендуемая для проведения этапа фиторемедиации, обладает высокой устойчивостью к сырой нефти и нефтепродуктам, и положительно влияет на скорость очищения почвы. При-брежница более устойчива к нефти по сравнению с таким фитомелиорантом как подсолнечник НеИапШш апшш L., переносящему загрязнение почвы в дозе 7% [10,299-304]. В то же время нефтепродукты в концентрациях более 810% оказывают токсичное действие на растения, что не
позволяет проводить этап фиторемедиации при остаточном содержании в слое почвы 0-10 см более 80-100 г/кг.
Растения для фиторемедационных технологий должны удовлетворять некоторым требованиям: толерантность к токсикантам и возможным температурным изменениям, галофильность, т.е. толерантность к повышенным концентрациям соли, засухе, наличие ферментов, обеспечивающих деградацию токсикантов и др. [1,с199]. В технологическом отношении исключительно важный орган - корни. Они выделяют экссудаты и впитывают в себя токсичные соединения, благодаря ферментам экссудатов (в ризосфере) и внутриклеточным ферментам корневой системы в них осуществляются первые этапы трансформации токсичных соединений почвы. Поэтому тип корней (стержневой, мочковатый), их разветвленность и охватываемый ими объем почвы - важнейшие факторы для успешной реализации фиторемедиционных технологий. В составе корневых экссудатов наряду с прочими присутствует сапонин, увеличивающий биодоступность углеводородов для микроорганизмов, и оксидоредуктазы, участвующие в разложении углеводородов [5, 189-191]. В этом отношении прибрежница обладает корневищем с длинными, ветвящимися подземными побегами, залегающими в почве на глубине до 20 см. Длина их достигает 23 м, толщина 8-10 мм. Они также способны накапливать большую биомассу, тем самым увеличивая возможность утилизации поллютантов путем фитоэкстракции. Обладая мочковатым ветвящимся типом корней, они охватывают большой объем почвы, таким образом, прибрежница характеризуется высоким фиторемедиационным потенциалом - способностью к ризодеградации, высокой усточиво-стью вегетативных органов к содержанию углеводородов и способностью участвовать в процессах самоочищения почв от углеводородов, галофильностью, адаптированно-стью к почвенно- климатическим условиям региона- все эти качества выделяют это растение как одни из наиболее эффективными для использования в технологии биореме-диации нефтезагрязненных почв как непосредственно, так на этапе фиторемедиации.
Полученные данные представляют собой не только научную, но и практическую значимость, так как дает основание использовать прибрежницу при разработке технологий фиторемедиации серо-бурых почв, а именно: после очистки почв от основной части нефтяных загрязнений и при достижении средней степени загрязнения до 10% и ниже, на этих почвах можно искусственно заселять этот вид. Активность микроорганизмов, функционирующих в ризосфере и ризоплане прибрежницы способствуют значительному ускорению процесса самоочищения серо-бурых почв от углеводородов. Таким образом, природная толерантность к определенной концентрации
углеводородов в почве и активное функционирование раз- зоне разопланы и ризосфере прибрежницы создают актив-личных физиологических групп микроорганизмов, вклю- ную единую биосистему-растение+ микроорганизмы, чающих также и нефтеокисляющих микроорганизмов в осуществляющую процессы самоочищения серо-бурой
почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (рис.1).
Рис.1. Единая взаимообусловленная и взаимозависимая биосистема Ас1шорш Шога^ ^оиап) Раг1.+микроорганизмы ризопланы и ризосферы, осуществляющая процессы самоочищения серо-бурой нефтезагрязненной почвы
Кроме того, в свете сведений о способности самих растений в той или степени осуществлять метаболизм углеводородов нефти [6,с 222], теоретический и практический интерес представляет выявить способность прибреж-ницы и представителей других растительных ассоциаций, характерных для нефтезагрязненных серо-бурых почв, осуществлять непосредственно процесс детоксикации углеводородов и количественные аспекты такого процесса.
Известно, что нефтезагрязненные почвы заселяют, прежде всего, виды растений, способные к вегетативному размножению, при котором образуются уже вполне развитые растения, малочувствительные к нефти в почве [3, с 24]. Это доказывает и то, что большинство видов растений, которые указываются как наиболее толерантные к нефтяному загрязнению, а также как пионерные растения нефтезагрязненных почв [2, с243-247; 7, с159-167; 8, с 7081] способны к быстрому вегетативному размножению. Растения, высаженные рассадой и корневищами, обнаруживают большую устойчивость к нефтяному загрязнению почвы. Снижение общей биомассы данных растений при загрязнении по сравнению с биомассой растений, посаженных в чистую почву, на порядок меньше, чем у растений, посеянных семенами [4,с 239-254]. Таким образом, данным способом посадки удается получить большую биомассу растений на нефтезагрязненной почве, чем при высеве растений семенами. Результаты проведенных нами работ показывают, что вегетативное размножение при-брежницы в нефтезагрязненной серо-бурой почве наиболее оптимально, чем размножение семенами: семена при-брежницы были по сравнению с вегетативными органами более чувствительны к концентрации нефти в почве более чем 1%.
Хорошее развитие фитоценоза прибрежницы на нефтезагрязненных серо-бурых почвах Апшеронского п-ва дает основание сделать заключение, что использование этого вида - нефтетолерантного галофитного растения, устойчивого к засоленным почвам данного региона, может быть перспективно на фитомелиоративном этапе для биовосстановления почв, загрязненных углеводородами, в
особенности старых, битуминизированных (рис.1). Наиболее оптимальный путь заселения-вегетативный. При снижении степени загрязнения до 1% и менее, большую роль будет играть размножение семенами. Основной задачей данного этапа является окончательная рекультивация загрязненных нефтью почв путем интенсификации почвенно-биологических процессов, способствующих ко-метаболическому разложению наиболее труднодоступных углеводородов нефти.
Таким образом, проведение биологического этапа рекультивации методами биотехнологии с последующим засевом участков прибрежницы, устойчивыми к загрязнению почвы НП, позволило снизить содержание НП при загрязнении 2-5% до уровня экологически допустимой концентрации 0,1-0,2%. Без проведения восстановительных мероприятий процессы самоочищения были замедлены, содержание НП превышало значение экологически допустимой концентрации в 3-4,5 раза, а почва отличалась высокой степенью фитотоксичности.
Таким образом, в результате проведенных исследований нами установлено, что разработанные модифицированные биопрепараты на основе модифицированного активного ила проявляют высокую эффективность при очистке загрязненной нефтью серо-бурой почвы, оказывают стимулирующее действие на численность и активность почвенных микроорганизмов, рост и развитие высших растений и является экологически безопасным для окружающей среды, что свидетельствуют о перспективности его промышленного использования для биоремедиа-ции нефтязагрязненных экосистем в Апшеронском полуострове.
Список литературы
1. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунашвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005.-199с.
2. Максименко О.Е. и др. Динамика восстановления растительности антропогенно нарушенного сфагнового болота на территории нефтепромысла в Среднем Приобъе. Экология, 1997, №4.-с.243-247.
3. Назаров А. В. Микробно-растительное взаимодействие при нефтеном загрязнении дерново-подзолистых почв южной тайги Предуралья: ав-тор.дисс.. ..канд.биол.наук.Пермь, 2000.-с.24с.
4. Назаров А.В. Исследование некоторых механизмов влияния микробно-растительных систем на самоочищение нефтезагрязненной почвы //Антропогенная динамика природной среды: Материалы Меж-дунар. Научно-практической конференции. Пермь, 2006.-с.239-254.
5. Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Экологически безопасный метод ускорения трансформации нефти в почвах // Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований. Том IV: Экологическая безопасность, инновации и устойчивое развитие. Образование для устойчивого развития; под ред. проф. Латыповой В.З. и доц. Яковлевой О.Г. - Казань: Изд-во «Отечество», 2009. - с. 189-191.
6. Угрехелидзе Д.Ш. Метаболизм экзогенных алканов и ароматических углеводородов в растениях. Тбилиси: Мецниероба, 1976.- 222 с.
7. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефте-загрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почв почвенных экосистем. М., Наука, 1988.-с.159-167.
8. Щуйцев Ю.К. Деградация и восстановление растительных сообществ тайги в сфере влияния нефтедобычи // М.:Наука, 1982.- с.70-81.
9. Robson D.B. et al. Hydrocarbon tolerance correlates withseed mass and relative growth rate. Bioremediation J. 2004,v.8,N3-4.-p.185-199.
10. Yang C.-M., Chang Ing-Feng, Lin S.-J., Chou C.-H. Effects of three allelopathic phenolics on chlorophyll accumulation of rice (Oryza sativa) seedlings: Inhibition of supply-orientation // Bot. Bull. Acad. Sin. 2002. -V. 43.- P.299-304.
ТЕРМОГРАДИЕНТ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РЕСУРС ОПТИМИЗАЦИИ РОСТА
И ЭНЕРГЕТИКИ РЫБ В АКВАКУЛЬТУРЕ
Зданович Владимир Владимирович
Кандидат биологических наук, доцент кафедры ихтиологии, МГУ им. М.В.Ломоносова, г. Москва
АННОТАЦИЯ
Показано, что в условиях термоградиентного поля за счет терморегуляционного поведения рыбы создают такой переменный терморежим, который в наибольшей степени соответствует физиологическим потребностях организма. В термоградиентном поле суточный прирост массы тела, скорость роста, эффективность конвертирования пищи и энергетические показатели у рыб лучше, чем при постоянных температурах. Применение термоградиентных полей может быть одним из путей совершенствования биотехнологии выращивания рыб в аквакультуре. ABSTRACT
It has been shown, that in conditions of termogradient field due to thermoregulating behaviour of the fish pose such a variable termal regimes, which is most relevant to the physiological needs of the organism. In the termogradientfield daily gains of body weight, growth rate, food conversion efficiency and energy indicators in fish better than at constant temperatures. The use of termogradient fields can be one of the ways to improve biotechnology cultivation offish in aquaculture.
Ключевые слова: рыбы, термоградиент, скорость роста, рацион, эффективность конвертирования пищи, суточный прирост, биоэнергетика
Keywords: fish, thermal gradient, growth rate, food conversion efficiency, daily growth rate, bioenergetic
В классической литературе понятие оптимума того или иного экологического фактора, в том числе и температуры, представляется как некоторая точка на шкале экологической валентности, в наибольшей степени соответствующая потребностям организма и обеспечивающая наиболее благоприятные условия для его жизни. При этом адаптивные механизмы отключены и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы, что обеспечивает максимальную продуктивность организма. В случае отклонения значения экологического фактора от оптимального начинают работать адаптивные механизмы, на функционирование которых тратится энергия. Чем значительнее отклонения фактора от оптимального, тем большими оказываются затраты энергии на адаптивные механизмы [8, 9 ].
Такая точка зрения лежит и в основе биотехнологии выращивания различных пойкилотермных гидробионтов, в частности рыб. В качестве оптимальных температурных условий в аквакультуре используются постоянные терморежимы, которые по своему значению близки к температурному оптимуму роста.
Однако естественная среда не статична. В природных условиях рыбы и другие пойкилотермные гидробио-нты постоянно испытывают колебания экологических факторов вследствие их сезонной и суточной флуктуации. Более того, водоемы всегда градиентны по ряду экологических факторов, прежде всего - по температуре. Перемещаясь в температурно стратифицированном как по горизонтали, так и по вертикали водоеме, рыбы постоянно испытывают те или иные перепады температуры. Таким образом, большинство пойкилотермных гидробионтов обитают в условиях непостоянства температур и для них нормой существования является температурная астатич-ность окружающей среды [ 4, 11 ].
В гетеротермальных условиях для рыб и других зо-огидробионтов характерно термопреферендное (терморегуляционное) поведение, выражающееся в самопроизвольном перемещении и выборе определенного температурного диапазона, наиболее благоприятного для роста, эффективности конвертирования пищи, физиологического состояния организмов, то есть диапазона их эко-лого-физиологического оптимума. Следует отметить, что в пределах выбранного температурного диапазона рыбы
