CC BY
2368
Вестник защиты растений, ,3, 2007
УДК 631.51:002.637
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ ДЛЯ БИОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИМИ
СОЕДИНЕНИЯМИ
Г.А. Жариков*, В.В. Капранов*, Н.И. Киселева*, О.А. Крайнова*, В.П. Дядищева*, А.И. Марченко*, А.А. Леонтьевский**, Т.В. Шушкова**, И.Т. Ермакова**
*НИЦ токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства, Серпухов Московской области **Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина РАН,
Пущино Московской области
В отделе экологической биотехнологии НИЦ ТБП с 1996 г. при финансовой поддержке МНТЦ проводятся исследования по разработке технологий биоремедиации почв, загрязненных полихлорированными бифенилами (проекты № 228, 2093 и 3067), полициклическими ароматическими углеводородами (проект № 1429), отравляющим веществом - ипритом (проект № 2488). По государственному заказу ФМБА РФ проводятся исследования по разработке биотехнологии микробной очистки почв, загрязненных ракетным топливом - гептилом. Разработанные биотехнологии прошли полевые испытания, а некоторые - расширенные демонстрационные испытания.
Полученные нами штаммы микроорганизмов-деструкторов токсикантов депонированы на международном отделении Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (г. Москва). На них получены российские и американские патенты, оформлены международные патентные заявки РСТ.
В течение 15 лет в НИЦ ТБП проводятся исследования по переработке органических отходов сельского хозяйства и промышленности методом вермикомпо-стирования в биологически активное, экологически чистое удобрение - биогумус. Получена адаптированная к российским климатическим условиям промышленная линия дождевых червей "Оболенский гибрид". Она позволяет перерабатывать различные по своему составу отходы. Разработанные нами технологии вермикомпостирования внедрены на ряде
российских предприятий.
Разработана технология получения комбинированного биоудобрения, улучшающего агрохимические показатели почвы, а также обладающего фунгицид-ными и ростостимулирующими свойствами для растений. Биоудобрение получено на основе биогумуса, в котором в качестве биофунгицидов применяют штамм бактерий Bacillus subtilis или культуру микофильного гриба
Trichoderma viride. Комбинированное биоудобрение предназначено для выращивания сельскохозяйственных растений, особенно в условиях защищенного грунта. Разработанное биоудобрение экологически безопасно, надежно защищает сельскохозяйственные растения от фито-патогенов, вызывающих корневые гнили растений, ускоряет рост и развитие растений, повышает урожайность овощных культур и выход стандартной продукции. Внедрение биотехнологии комплексной защиты растений и удобрения почв позволяет исключить или существенно сократить применение минеральных удобрений и химических пестицидов. На способ получения биоудобрения получен патент России № 2125549. Технология прошла опытно-промышленные испытания и готова для внедрения (продаже лицензии).
По проекту МНТЦ № 1892.2 совместно с ИБФМ РАН проводятся исследования по разработке экологически безопасной технологии очистки почв, загрязненных фосфорорганическими соединениями, с помощью микроорганизмов-деструкторов.
Широкое применение пестицидов и
Вестник защиты растений, ,3, 2007 гербицидов в сельскохозяйственной практике привело к значительному загрязнению окружающей среды и выращиваемой сельхозпродукции. Решение вопросов, связанных с ликвидацией накопленных запасов непригодных пестицидов и рекультивацией почв, загрязненных токсичными фосфорорганиче-скими соединениями, не терпит отлагательств. В настоящее время наиболее проблемной "точкой" является разложение фосфорорганических соединений (ФОС) с трудно гидролизуемой прямой С-Р связью. Эта связь устойчива к фотолизу, химическому гидролизу, тепловому разрушению и встречается в широком ряду фосфорорганических соединений (глифосат или раундап, метилфосфоновая кислота и ее аналоги, фосфонолипиды, отравляющие вещества зарин и зоман).
Наиболее перспективными, на наш взгляд, являются биотехнологии с использованием специальных микроорганизмов-деструкторов. Эти биотехнологии экономичны и экологически безопасны.
В течение 2003-2004 гг. проведен отбор почвенных проб на территории Московской, Ленинградской, Саратовской, Волгоградской и Самарской областей, Краснодарского края. Пробы отбирали возле складов ядохимикатов, на сельскохозяйственных полях, в течение длительного времени обрабатываемых гли-фосатом и пестицидами, в окрестностях полигонов, где проводилась ликвидация химического оружия.
Из отобранных проб различными методами выделяли микроорганизмы-деструкторы органофосфонатов. Музей микроорганизмов-деструкторов ФОС
включает в себя 39 природных штаммов. На втором этапе селекции в лабораторных условиях изучена эффективность деструкции глифосата в почве выделенными нами штаммами.
Проведена токсикологическая оценка перспективных 10 штаммов-деструкторов ФОС. Оценку безопасности штаммов проводили на лабораторных линиях беспородных белых мышей, крыс в соответствии с международными требованиями.
Отобранные 7 штаммов непатогенны для теплокровных животных и могут быть отнесены к 4-му классу опасности. Эксперименты на проростках растений показали, что все исследованные нами микроорганизмы не обладают фитоток-сичностью. То есть эти штаммы пригодны для использования в процессах био-ремедиации без ограничений.
Отработаны методики биотестирования почв, загрязненных ФОС, на интегральную токсичность. Методика биотестирования показала высокую эффективность при оценке интегральной токсичности почвы и воды, загрязненной гли-фосатом. Наиболее чувствительным тест-объектом являются дафнии.
Проведены полевые испытания по биоразложению глифосата с помощью микроорганизмов-деструкторов. Показано, что выделенные нами штаммы способны в различной степени разлагать глифосат в загрязненной почве. Внесение в почву микроорганизмов привело к разложению глифосата в течение месяца на 67-76%.
Проведена идентификация и характеристика ферментного комплекса С-Р лиазы, установление его компонентного состава и локализации. Изучены физиологические и биохимические особенности разложения алкилфосфонатов на примере грамотрицательной бактерии Escherichia coli и у выделенных нами микроорганизмов-деструкторов ФОС. Установлено, что белки С-Р лиазного комплекса локализованы во всех органеллах клетки. Полученная "in vitro" С-Р-лиазная активность не превышала 2% от клеточной активности, однако это первая удачная и достоверная попытка получения С-Р-лиазной активности после разрушения микробных клеток.
В настоящее время проводятся исследования по разработке технологии "in situ" биоремедиации почв, загрязненных фосфорорганическими соединениями, отработке основных режимов и стадий процесса.
Работа выполнялась при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (ISTC), проект № 1892.2.
