CC BY
22ПОГЛОЩЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КУЛЬТУРАМИ ДРОЖЖЕЙ
Гаранин Р.А.
Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского, кандидат биологических наук,
доцент Института естествознания Лыков И.Н.
Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского, доктор биологических наук, профессор Института естествознания
ABSORPTION OF COPPER IONS FROM AQUEOUS SOLUTIONS BY YEAST CROPS
Garanin R.
Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Institute of Natural Science
Lykov I.
Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky, Doctor of Biological Sciences, Professor of the Institute of Natural Science
Аннотация
Показана возможность сорбции ионов меди клетками дрожжей Saccharomyces cerevisiae, иммобилизованных на альгинате кальция. Биосорбент в виде сфер диаметром от 2-5 мм способен эффективно поглощать из водных растворов ионы меди в концентрации 0,1 моль/л. Применение активированного угля или кизельгура ускоряет процесс сорбции ионов меди в два раза и увеличивает полноту сорбции. Изучено влияние экспозиции на полноту сорбции ионов меди.
Abstract
The possibility of sorption of copper ions by cells of the yeast Saccharomyces cerevisiae immobilized on calcium alginate has been shown. The biosorbent in the form of spheres with a diameter of 2-5 mm is capable of effectively absorbing copper ions from aqueous solutions at a concentration of 0.1 mol/l. The use of activated carbon or diatomaceous earth accelerates the sorption of copper ions twice and increases the completeness of sorption. The effect of exposure on the completeness of sorption of copper ions was studied.
Ключевые слова: дрожжи, иммобилизация, альгинат кальция, пороформирующие добавки, ионы меди, биосорбция.
Keywords: yeast, immobilization, calcium alginate, pore-forming additives, copper ions, biosorption.
Введение
Необходимость сорбции ионов тяжелых металлов продиктована продолжающимся загрязнением окружающей среды. Несмотря на природоохранные мероприятия, по-прежнему наблюдаются сбросы сточных вод, содержащих тяжелые металлы. При этом ионы тяжелых металлов мигрируют из сточных вод в природные поверхностные воды, а затем в ирригационную систему и почвы возделываемых сельскохозяйственных территорий. Корневая система растений, в том числе и плодово-ягодных культур способна активно поглощает из почвенных растворов ионы тяжелых металлов [1]. В странах Европы и в России использование соединений меди в качестве фунгицидов длится уже более сотни лет, что привело к накоплению ионов меди, как в растениях, так и в самих почвах [2, 3, 4]. Это способствует загрязнению плодово-ягодной продукции, концентратов соков используемых для получения пищевых продуктов, в том числе и различных напитков.
Для извлечения ионов тяжелых металлов из водных объектов в последнее время активно внедряются биотехнологические методы. Они широко используются для получения качественно новых препаратов для медицинских целей [5, 6], новых полимерных материалов (биопленки), новых типов
сорбентов на основе полимеров растительного и животного происхождения [7]. Некоторые из них способны эффективно сорбировать ионы тяжелых металлов. Кроме того, существует возможность их утилизировать, затворяя в жидкие бетонные смеси) [8].
В качестве сорбентов тяжелых металлов могут быть использованы микроорганизмы. Они активно взаимодействуют с ионами тяжелых металлов функциональными лигандообразующими группами клеточной стенки, а также за счет метаболических процессов внутриклеточной биоаккумуляции, компартментализации металлов и внеклеточного осаждения с продуктами метаболизма клеток
[9].
Клеточная стенка микроорганизмов и ее структурные единицы выполняют основную роль в сорбции ионов металлов из водных сред [10]. Диффузия ионов металлов из субстрата к активным центрам бактериальной клетки осуществляется в основном пассивными транспортными механизмами [11, 12, 13]. Кроме того, функциональные группы клеточной стенки дрожжей (полисахариды, глюкан, ман-нан, хитин, белки) определяют отрицательный заряд клеточной стенки, способствующий сорбции ионов тяжелых металлов [14, 15, 16].
Материалы и методы. Объектами исследования были модельные водные среды с концентрацией ионов меди 0,1 моль/л, биосорбенты на основе иммобилизованных дрожжей Saccharomyces cerevisiae и биосорбенты на основе иммобилизованных дрожжей с пороформирующими добавками. Определение содержания ионов меди в водных растворах осуществляли потенциометриче-ским методом с использованием медь (II) -селективного электрода и электрода сравнения.
Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием классических методов математической статистики и табличного процессора Microsoft Excel
Результаты и обсуждение. Модельный водный раствор ионов меди с концентрацией 0,1 моль/л. пропускали через колонки, заполненные тремя видами сфер с иммобилизованными живыми дрожжами Saccharomyces cerevisiae (табл. 1).
Таблица 1.
Виды сфер с иммобилизованными живыми дрожжами Saccharomyces cerevisiae
Разновидности биосорбентов Содержание альгината кальция (г) Содержание дрожжей (г)
1 0,2 -
2 0,1 2,0
3 0,2 2,0
Скорость прохождения раствора через колонки с сорбентами составляла 100 мл/10 минут. По истечении времени в фильтратах измеряли содержание ионов меди.
Установлено, что после фильтрации модельного раствора через альгинат кальция (первый вид сфер) содержание ионов меди изменяется не значи-
тельно (рис. 1). Существенное снижение концентрации ионов меди наблюдается после обработки раствора иммобилизованными дрожжами второго вида сфер, содержащих 0,1 г альгината кальция. Но наибольшую сорбционную способность проявляет третий вид сфер с дрожжами, иммобилизованными на альгинате кальция.
0,1
s 0,08 S
£ 0,06
s
и
и
0,04
0,02
0
Контроль (Cu2+) Альгинат кальция Дрожжи + 0,1 г Дрожжи + 0,2 г
0,2 г альгината альгината
т
1
—ï—
Рис: 1. Изменение концентрации ионов меди в растворе после обработки сорбентами с различным
содержанием альгината кальция.
В сферах, содержащих 0,1 г альгината кальция, наблюдается процесс деформации с последующим слеживанием и уплотнением конгломератов. Это снижает пропускную способность сорбента и эффективность фильтрации модельного раствора. По этой причине возникла необходимость ввести в им-
мобилизующий материал пороформирующее вещество. В качестве пороформирующих веществ были выбраны активированный уголь, целлюлоза микрокристаллическая и инфузорная земля (кизельгур). На их основе созданы 4 образца сфер (табл. 2).
Таблица 2
Виды сфер с иммобилизованными живыми дрожжами и пороформирующими веществами
Разновидности биосорбентов Содержание дрожжей (г) Содержание альгината кальция (г) Пороформирующее вещество (г)
1 2,0 0,2 Активированный уголь, 0,025
2 2,0 0,2 Инфузорная земля, 0,025
3 2,0 0,2 Микрокристаллическая целлюлоза, 0,025
Исследования показали, что образцы биосорбентов с пороформирующими веществами оказывают различное влияние на эффективность сорбции ионов меди (рис. 2).
0,12
0,1
0,08
S
I
£ 0,06 s
и и
0,04
0,02
Т
т Т r-hn Г~П
—î—1 1
Контроль (Cu2+) Активированный уголь
Кизельгур
Целлюлоза
Без
порообразующего
Рис. 2. Изменение концентрации ионов меди в растворе после обработки сорбентами с добавками и без
Установлено, что образцы биосорбентов, содержащие в своем составе активированный уголь и кизельгур, ускоряют сорбцию ионов меди из модельной среды. При этом активированный уголь является наиболее доступным, возобновляемым и дешевым материалом.
Выводы
1. Использование сфер с иммобилизованными дрожжами, содержащих 0,2 г альгината кальция, является эффективным методом очистки модельных сред от ионов меди.
2. Пороформирующие вещества (активированный уголь и кизельгур) в комплексе с иммобилизованными дрожжами в 2 раза повышают эффективность процесса сорбции ионов меди.
Заключение
1. Полученные в ходе исследований данные дают основания полагать, что используемый нами биосорбент на основе альгината кальция и дрожжей с пороформирующими веществами можно эффективно использовать для очистки различных водных растворов от ионов меди до предельно допустимых величин.
Список литературы
1. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Экологическая токсикология. Калуга: «СерНа», 2013. - 256 с.
2. Kovacic G. R., Lesnik M., Vrsic S. (2013) An overview of the copper situation and usage in viticulture // Bulgarian Journal of Agricultural Science. V. 19. No 1. Р. 50-59.
3. Kurnik V., Gabersek V., Unuk T., Tojnko S., Vogrin A., Vajs S., Lesnik M. Influence of alternative copper fungicide formulations on copper content in apple fruits // Der Erwerbs-Obstbau. 2012. V. 54. No 4. P. 161-170.
4. Rusjan D., Strlic M., Pucko D., Korosec-Koruza Z. Copper accumulation regarding the soil characteristics in sub-mediterranean vineyards of Slovenia // Ge-oderma. 2007. V. 41. P. 111-118. DOI 10.1016/j.ge-oderma.2007.05.007
5. Duelen R., Corvelyn M., Tortorella I., Leonardi L., Chai Y.C., Sampaolesi M. Medicinal Biotechnology for Disease Modeling, Clinical Therapy, and DrugDis-covery and Development. In book: Introduction to Biotech Entrepreneurship: From Idea to Business (pp.89-
0
128) DOI:10.1007/978-3-030-22141-6_5
6. Mallela Kr. Pharmaceutical biotechnology -concepts and applications. Hum Genomics. 2010. V. 4(3). Р. 218-219.
7. Janczura M., Lulinski P., Sobiech M. Imprinting Technology for Effective Sorbent Fabrication: Current State-of-Art and Future Prospects. Materials. 2021. V. 14. Р. 1850. https://doi.org/10.3390/ma14081850
8. Гаранин Р. А. Метод биосорбции тяжелых металлов из промышленных сточных вод с использованием пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2011. 16 с.
9. Javanbakht V., Alavi S.A., Zilouei H. Mechanisms of heavy metal removal using microorganismsas biosorbent. Water Science & Technology. 2014. V. 69(9). Р. 1775-1787. DOI:10.2166/wst.2013.718
10. Alotaibi B.Sh., Khan M., Shamim S. Unraveling the Underlying Heavy Metal Detoxification Mechanisms of Bacillus Species. Microorganisms. 2021. V. 9(8). Р. 16-28; https://doi.org/10.3390/microorgan-isms9081628
11. Shumate S. E., Strandberg G. W. Accumulation of metal by microbial cells. Comprehensive Bio-technol. 1985. V. 4. P. 235-247.
12. Volesky B., May-Phillips H.A. Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1995. V. 42. P. 797—806.
13. Abate Ayele, Setegn Haile, Digafe Alemu, M. Kamaraj. Comparative Utilization of Dead and Live Fungal Biomass for the Removal of Heavy Metal: A Concise Review. The Scientific World Journal. 2021. https://doi.org/10.1155/2021/5588111
14. Новинюк Л. В., Кулев Д. Х., Велинзон П. З. Выделение хитин и хитозанглюкановых биополимеров из мицелиальных отходов производства лимонной кислоты. Пищевая промышленность. 2016. № 11. С. 30-31.
15. Kahraman H. Heavy Metals and Bacteria; Example of P. aeruginosa. Biomed JSci & Tech Res. 2020. V. 29. Issue 3. Р. 22444-22446.
16. Wanga L., Chuaa H., Zhoub Q., Wongc P.K., Sina S.N. Role of cell surface components on Cu+2 adsorption by Pseudomonas putida 5-x isolated from electroplating effluent. Water Research. 2003. V. 37(3). Р. 561-568.
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВИ РЫБ СЕМЕЙСТВА КАРПОВЫЕ
(CYPRINIDAE)
Газизова А.И.
Казахский агротехнический университет имени Сакена Сейфуллина, кафедра биологических наук,
доктор биологических наук, профессор Мурзабекова Л.М.
Казахский агротехнический университет имени Сакена Сейфуллина, кафедра биологических наук,
кандидат ветеринарных наук, старший преподаватель
INVESTIGATION OF BIOCHEMICAL PROPERTIES OF BLOOD OF FISH OF THE CYPRINIDAE
FAMILY
Gazizova A.
Kazakh agrotechnical University named after S. Seifullin, department of biological sciences doctor of biological Sciences, Professor Ph.D., Murzabekova L.
Kazakh agrotechnical University named after S. Seifullin, department of biological sciences candidate of
veterinary sciences, senior lecturer
Аннотация
В статье данны общая характеристика рыб семейства карповые и оптимальные условия их сществования в природе. Приводятся данные морфометрии рыб, методы исследования некоторых гематологических показателей крови и их изменение в соответствии с периодами года (лето, осень). В статье описана функция кожи и чешуи рыб с целью определения возраста.
Abstract
The article presents the general characteristics of the fish of the Cyprinidае family and the optimal conditions for their existence in nature. The data of morphometry of fish, methods of investigation of some hematological parameters of blood and their change in accordance with the periods of the year (summer, autumn) are given. The article describes the function of the skin and scales of fish in order to determine the age.
Ключевые слова: позвоночные, рыба, семейство карповые, карп, карась, кожа, чешуя, кровь, лмфоциты, эритроциты, гемоглобин.
Keywords: vertebrates, fish, fish of the Cyprinidае family, carp, crucian carp, skin, scales, blood, lymphocytes, erythrocytes, hemoglobin.
