CC BY
104БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАММОВ БАКТЕРИЙ, СПОСОБНЫХ АККУМУЛИРОВАТЬ И ТРАНСФОРМИРОВАТЬ ВЫСОКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Омургазиева Ч.М.1, Каулбекова А.А.2
1Омургазиева Чолпон Монолдоровна - кандидат биологических наук, доцент, заведующая
лабораторией, лаборатория экологической микробиологии;
2Каулбекова Айгыз Абдурасуловна - магистр, специальность: биология, Институт биологии Национальная Академия наук Кыргызской Республики, г. Бишкек, Кыргызская Республика
Аннотация: на основе кулътуралъно-морфологических и биохимических свойств идентифицированы два штамма почвенных бактерий, особо устойчивых к повышенным концентрациям металлов. Анализ активности индивидуальных штаммов-деструкторов и их ассоциаций в отношении трансформации соли свинца и ртути в жидкой среде показал, что ассоциации, состоящие из 2 штаммов бактерий, разлагали тяжелые металлы наиболее эффективно.
Ключевые слова: тяжелые металлы, высокие концентрации, биоремедиация, почвенные штаммы микроорганизмов.
Из разработанных 27 типов технологий очистки окружающей среды от ксенобиотиков 6 основываются на методах с применением микроорганизмов [3]. Биоремедиация - один из эффективных методов очистки окружающей среды от техногенных загрязнений.
Разработка и совершенствование технологий биоремедиации, особенно почв, загрязненных тяжелыми металлами [2; 9], нефтью [4; 5; 6; 7; 8] и нефтепродуктами [1; 12], в настоящее время является областью активных фундаментальных и прикладных исследований. Наиболее широкое распространение получили методы биоремедиации, основанные на активации аборигенной почвенной микрофлоры, потенциально способной утилизировать загрязнитель за счет применения ряда агротехнических мероприятий (рыхление почвы, увлажнение, применение удобрений и др.), а также на интродукции в место загрязнения специально отобранных микроорганизмов, активно утилизирующих загрязнитель, что значительно ускоряет процессы восстановления почвы. Процесс самовосстановления загрязненной среды, по мнению большинства исследователей, идет более 10 - 25 лет. Схемы технологий рекультивации корректируются и модифицируются в зависимости от индивидуальных особенностей места загрязнения и свойств поллютантов. Первый подход дает достаточно высокие, стабильные результаты и преимущественно используется при низких уровнях загрязнения (до 5%). При этом целесообразно выявление эндемичных форм микроорганизмов для каждой техногенной провинции. Реализация такого метода очистки требует выделения специфических штаммов микроорганизмов, а также определения их редукционной активности в процессах биодеградации тяжелых металлов различного класса опасности.
В наших исследованиях был проведен отбор культур микроорганизмов, способных аккумулировать и трансформировать высокие концентрации тяжелых металлов, в целях использования их в дальнейшем для разработки технологии биоремедации окружающей среды.
Были использованы штаммы микроорганизмов, выделенные из загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами почв на территориях урановых радиоактивных хвостохранилищах Северного Кыргызстана (пос. Мин-Куш, Каджи-Сай, Орловка и в окрестности г. Кара-Балты).
Выделенные в нашей лаборатории штаммы микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, микромицеты) были адаптированы и отселектированы по способности к росту при высоких концентрациях металлов, ртути до 0,75 мг/л на жидких и 1*10-1% на 100 мл агаризованных средах, свинец - при концентрации до 1,5-2 мг/л; кадмий -при концентрации до 1,5 - 3 мг мг/л.
Ранее [10] нами было показано, что среди отобранных штаммов в комплексе только 2 штамма бактерий рода бацилл: Bacillus megatherium, Bacillus cereus проявляли заметную устойчивость к высокой концентрации ртути и свинца.
В результате полученных данных было показано, что используемые штаммы бактерий (Н-5-8 Bacillus megatherium + H-5-2 Bacillus cereus) могут накапливать достаточно высокие концентрации свинца до 5 мг/л в среде. Однако, оптимальными являются концентрации до 1 мг/л, где удельная скорость роста и биомассы культур имеют максимальные значения, а ртути - до 0,75 мг/л в среде.
Кроме того, предлагаемый штамм Н-5-2 Bacillus cereus обладает не только аккумулятивными свойствами тяжелых металлов, но и обладает высокой антагонистической активностью в отношении фитопатогенных грибов-возбудителей корневых гнилей. Таким образом, биопрепараты на основе ассоциации штаммов Н-5-8 Bacillus megatherium +H-5-2 Bacillus cereus могут быть использованы в целях биоремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв, одновременно для защиты растений загрязненных зон от фитопатогенных микроорганизмов.
Выбранные штаммы [11] хранятся в лабораторной коллекции под номерами Н-5-8 (Bacillus megatherium) и Н-5-2 (Bacillus cereus) и был получен патент (Патент №815 КР) в использовании этих штаммов для очистки почв и водной среды от загрязнений тяжелыми металлами.
Штаммы характеризуются следующими признаками:
Штамм Н-5-8 Bacillus megatherium
Номенклатурные данные:
Семейство Bacillaceae Fischer,1895, 139.род Bacillus Cohn 1872,174,
Вид Bacillus megatherium
Морфолого-культуральные признаки.
Клетки палочковидные, подвижные 3,5-4*1-2,0 мкм с закругленными концами, располагаются поодиночке, парами и короткими цепочками. Центральные споры, 1,52,0*0,8-1,25 мкм. Окраска по Граму положительная. Перитрихи. Старые палочки неправильной формы и часто больше чем 2,5-3,0 в диаметре.
Колонии на желатине: серовато-белый, приподнятые, блестящие, цельные.
Желатина уколом: серовато-белый, поверхностный налет, разжижения от кратерообразного до мешковидного.
Колонии на агаре (МПА): круглые, толстые, от грязно белого до темно кремового цвета, диаметром 8-10 мм, с гладкой поверхностью и ровным краем. Флюоресцирующих пигментов не образуют.
На косом агаре: темно кремового цвета, гладкий, слизистый налет, среда становится коричневой.
Физиолого-биохимические свойства.
Хемоорганотроф, факультативный аэроб. Крахмал и желатину гидролизует. В качестве источника углерода и энергии использует глюкозу, лактозу, инозит, арабинозу. Не использует мальтозу, дульцит, маннит. В источниках азота использует неорганические и органические формы азота (аминокислоты, полипептиды, входящие в состав МПБ).
Индол не образуется.
Оптимальная температура для роста - 25-28 °С. Растет в диапазоне pH 7-9,5. Культура штамма H-5-8 на агаровых косяках хранится в холодильнике при (-2+5°С) с периодическими пересевами 3-4 раза в течение года. При соблюдении этих условий стабильность штамма H5-8 сохраняется в течение 4-5 лет. Штамм H-5-2 Bacillus cereus. Морфолого-культуральные признаки.
Палочки: 0,8-1,0*2,5-4,0 мкм, расположены поодиночке и цепочками, подвижные. Перитрихи. Грамположительные; споры 0,7-1,0*1,1-1,5 мкм, овальные, центральные или парацентральные.
На МПБ происходит быстрое помутнение, затем образуется нежная пленка, кольца, иногда хлопья.
На картофеле толстый мягкий слой беловато-кремовый с легким розовато-кремовым оттенком.
На МПА образует от грязно белого до кремового колонии, диаметром 13-15 мм, с неровными краями, с шероховатой, сухой поверхностью.
На косом агаре образует желтовато-зеленую флюоресценцию. Физиолого-биохимические свойства.
Хемоорганотроф, аэроб, факультативный, каталазо-положительный. Ферментирует глюкозу, сахарозу, глицерин. Крахмал гидролизует. Индол не образуется. Нитраты редуцируются. Оптимальная температура для роста 25-28°С. Растет в диапазоне значений pH 6.8-9. Оптимальная для роста pH 7,0-8,0.
Предлагаемый штамм H-5-2 Bacillus cereus обладает не только аккумулятивными свойствами тяжелых металлов, но и обладает высокой антагонистической активностью в отношении фитопатогенных грибов - возбудителей корневых гнилей, а также сильными токсинообразующих микромицетов, что расширяет спектр их применения.
Антагонистические свойства штамма H-5-2 Bacillus cereus имеет значение при использовании их для защиты растений в загрязненной среде тяжелыми металлами. Помимо антагонистических свойств, они способны продолжать свою жизнедеятельность при исключительно высоких концентрациях металлов как ртуть, свинец. Это наталкивает на мысль о возможности использовать в районах, испытывающих загрязнение тяжелыми металлами, биопрепараты на основе штаммов Bacillus, во-первых, в целях биоремедиации загрязненных почв, во-вторых, для защиты растений от фитопатопатогенных микроорганизмов.
Список литературы
1. Барышникова Л.М., Грищенков В.Г., Аринбасаров М.У. Биодеградация нефтепродуктов штаммами-деструкторами и их ассоциациями в жидкой среде // Прикладная биохимия и микробиология, 2001. Т. 37. № 5. С. 542-548.
2. Бекасова О.Д., Орлеанский В.К., Никандров В.В. Аккумуляция кадмия, титана и алюминия цианабактерий Nostoc muscorum II Микробиология, 1999. Т. 68. С. 851859.
3. Вельков В.В. Биоремедиация: принципы, проблемы, подходы // Биотехнология, 1995. № 3-4. С. 20-27.
4. Давыдова М.Н., Мухитова Ф.К., Ибатуллин Р.Р. Анаэробная трансформация нефти под действием экстрактов клеток Desulfovibrio desulfuricans II Микробиология, 1988. № 2. С. 202-207.
5. Исмаилов Н.М. Микробиология и ферментативная активность нефтезагрязненных почв // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М., 1988. С. 4256.
6. Кобзев Е.Н., Петрикевич С.Б., Шкидченко А.Н. Исследование устойчивости ассоциации микроорганизмов-нефтедеструкторов в открытой системе // Прикладная биохимия и микробиология, 2001. Т. 37. № 4. С. 413-417.
7. Коронелли Т.В., Комарова Т.И., Поршнева О.В. Внеклеточные метаболиты углеводородокисляющих бактерий как субстрат для развития сульфатредукции // Прикладная биохимия и микробиология, 2001. Т. 37. № 5. С. 549-553.
8. Логинов О.Н., Бойко Т.Ф., Костыченко В.П. О биологической очистке технологических отвалов от нефтепродуктов // Почвоведение, 2002. № 4. С. 481486.
9. Паттерсон К. Загрязнение внешней среды свинцом // Гигиена и санитария, 1971. № 11. С. 89-94.
10. Омургазиева Ч.М., Бейшекеева Г.Д., Кененбаева Г.М. Аккумулятивная активность ассоциации штаммов бактерий Н-5-8 Bacillus megatherium и Н-5-2 Bacillus cereus соли свинца // Проблемы современной науки и образования. Вып. 34 (76). РФ. г. Иваново, 2016. С. 6-9.
11. Bergey's Mannual of Determination Bacteriology: 9-Edition. Baltimore: Williarms and Willins, 1994. 784 p.
12. Cha J.S., Cooksey D.A. Copper resistance in Pseudomonas syringae mediated by periplasmic and outer membrane proteins // Proc. Nate. Acad. Sci. USA, 1991. V. 88. P.8915-8919.
