Научная статья на тему 'Ремедиация среды от хлорароматических гербицидов культурой аrthrobacter globiformis'

Ремедиация среды от хлорароматических гербицидов культурой аrthrobacter globiformis Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
180
87
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОРЕМЕДИАЦИЯ / ХЛОРАРОМАТИЧЕСКИЕ ГЕРБИЦИДЫ / ARTHROBACTER GLOBIFORMIS / BIOREMEDIATION / ARTHOBACTER GLOBIFORMIS / CHLORAROMATIC HERBICIDES

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Коробов Владислав Викторович, Журенко Евгения Юрьевна, Маркушева Татьяна Вячеславовна

Из смешанных популяций микроорганизмов почвы, подвергавшейся воздействию факторов производства феноксигербицидов, выделен штамм Arthrobacter globiformis 17S. Он обладает способностью ассимилировать хлорфеноксиуксусные кислоты 2,4-Д и 2,4,5-Т. Степень утилизации гербицидов составляла 41% (2,4-Д) и 67% (2,4,5-Т).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Коробов Владислав Викторович, Журенко Евгения Юрьевна, Маркушева Татьяна Вячеславовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENVIRONMENT REMEDIATION FROM CHLORAROMATIC HERBICIDES USING THE ARTHROBACTER GLOBIFORMIS BACTERIA STRAIN

The Arthrobacter globiformis 17S bacteria strain has been isolated from mixed microorganisms populating the soils subjected to the impact of factors of phenoxy -herbicides production. The above strain is capable of chlorphenocetic acids 2.4-D and 2, 4, 5-T assimilation. The degree of herbicides utilization was 41% (2,4-Д) and 67% (2,4,5-T) accordingly.

Текст научной работы на тему «Ремедиация среды от хлорароматических гербицидов культурой аrthrobacter globiformis»

Ремедиация среды от хлорароматических гербицидов культурой Arthrobacter globiformis*

В.В. Коробов, к.б.н., Е.Ю. Журенко, к.б.н.,

Т.В. Маркушева, к.б.н.,

Институт биологии УНЦ РАН

Известно, что присутствие в окружающей среде хлорированных ароматических производных, обладающих токсичными и канцерогенными свойствами, представляет собой существенную опасность для агроэкосистем [1, 2]. К настоящему времени сформулировано понимание того, что микроорганизмы, способные вовлекать хлор-ароматические соединения в обмен веществ, могут быть применены в качестве действующих элементов эффективных технологий конверсии ксенобиотиков, включая случаи целевой утилизации неиспользованных коммерческих препаратов феноксигербицидов. Поэтому современный этап исследований биологического воздействия на хлорированные фенолы характеризуется выраженным практическим интересом к изучению их деструкторов. Вместе с тем число изученных бактериальных культур ограничено. Данные, раскрывающие особенности биологической конверсии экотоксикантов, чаще всего касаются представителей рода Pseudomonas, несколько меньше известно о представителях родов Bacillus и Rhodococcus.

Цель и методика исследований. Целью данной работы было выделение нового природного штамма-деструктора хлорфеноксиуксусных кислот (2,4-Д и 2,4,5-Т) и определение возможности его применения.

Морфологию и морфометрические характеристики клеток исследовали в режиме контактной съёмки с использованием сканирующего зон-дового микроскопа Solver PRO-M «NT—MDT» (Россия).

Посевной материал бактерий получали выращиванием в разбавленном мясопептонном бульоне (1МПБ:7Н2О) при температуре 30°С. Культуры засевали в количестве 0,01% от объёма в жидкую питательную среду следующего состава, в г/л: NH4Cl - 1; K2HPO4 - 5; MgSO4 ■ 7H2O -0,05; FeSO4 ■ 7H2O - 0,005; CuSO4 ■ 5H2O - 0,001; ZnSO4 - 0,008; pH - 6,8-7,0. В данную среду в качестве источника углерода вносили 2,4-Д или

2,4,5-Т до конечной концентрации 100 мг/л. Инкубацию осуществляли в термостатированных орбитальных встряхивателях УВМТ-12-250 при 115-120 об/мин. Рост контролировали по показателям оптической плотности клеточной

суспензии при длине волны 590 нм на фотоколориметре КФК-2.

Количество 2,4-Д и 2,4,5-Т в культуральной жидкости измеряли согласно руководству по определению микроколичеств хлорфеноксиуксусных кислот с небольшими модификациями [3]. Для анализов отбирали 10 мл культуральной жидкости, которую освобождали от клеток микробов центрифугированием при 5 тыс. об/мин в течение 30 мин. Далее жидкость подкисляли 1н соляной кислотой до рН2. Затем проводили 3-кратную экстракцию гербицидов равными объёмами хлороформа. После отгонки растворителя на вакуумном роторном испарителе экстракты метилировали, переводили в гексан и фракционировали методом тонкослойной хроматографии на пластинах Силуфол ЦУ-254. Образцы сканировали при длине волны 260—280 нм в камере Хромоскана (Тоисе^оеЫ). Содержание 2,4-Д и 2,4,5-Т определяли по калибровочным графикам для чистого стандарта.

Результаты исследований. Из образцов почвенной биоты на селективных средах был выделен штамм-деструктор 2,4-Д и 2,4,5-Т. Клетки штамма имели значительные изменения в форме на протяжении ростового цикла: молодые колонии состояли из длинных палочек (0,2—0,3 мкм) неправильной формы, старые (от трёх суток), содержали кокковидные формы. На сложных питательных средах бактерии проявили полиморф-ность. Окраска клеток по Граму положительная. Штамм обладал метаболизмом окислительного типа, ферментировал глюкозу, лактозу, мальтозу, был способен использовать минеральный азот, глицин и тиамин. При разложении глюкозы образовывал небольшое количество кислоты. Клетки обладали каталазной, казеиназной активностью, осуществляли гидролиз желатины. Оптимальный рост деструктора хлорфеноксикислот наблюдался в пределах от 22 до 37°С, при значениях рН 7—8, в аэробных условиях. По совокупности культурально-морфологических и физио-лого-биохимических признаков штамм был идентифицирован как Arthrobacter globiformis 178 [4].

Проведено исследование утилизации хлор-феноксикислот A. globiformis 178 в условиях их использования в качестве источника углерода и энергии.

На рисунке 1 представлены графики, демонстрирующие динамику изменения показателей количества 2,4-Д и значений оптической плот-

* Работа выполнена при поддержке гранта программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Живая природа: современное состояние и проблемы развития»

0,6 0,5 0,4 -■ 0,3 0,2 - -0,1 0

Время культивирования, сут.

■2,4-Д

100

-- 90 -- 80 70 60 50 40 -- 30 20 -- 10 0

£

0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0* 0

5 10 15

Время культивирования, сут.

OD

-2,4,5-T

100

90

B0

70

60

50

40

30

20

10

0

20

Рис. 1 - Графики зависимости изменений показателей оптической плотности и значений концентрации 2,4-Д от времени инкубации культуры А gloЫformis 17Б

Рис. 2 - Графики зависимости изменения показателей оптической плотности и значений концентрации 2,4,5-Т от времени инкубации культуры А gloЫformis 17Б

OD

ности клеточной суспензии периодической культуры A. globiformis 178.

По рисунку 1 видно, что показатель плотности достигал максимального значения к пятым-шестым суткам (0,52 ОЕ), при этом содержание субстрата снижалось к четвёртым сут. на 30% и впоследствии, к десятым суткам культивирования, на 41% от контроля.

Результаты исследования зависимости значений оптической плотности клеточной суспензии OD590 и динамики изменения концентрации

2.4.5-Т в среде культивирования A. globiformis 178 представлены на рисунке 2. При использовании

2.4.5-Т в качестве источника углерода и энергии оптическая плотность клеточной суспензии достигала максимального значения (0,47 ОЕ) к 15-м суткам культивирования после продолжительной лаг-фазы. Далее, после невыраженной стационарной фазы, наблюдалось снижение значения показателя ОD590. Содержание 2,4,5-Т уменьшалось к 5-м суткам на 63%, остаточное количество субстрата к 20-м суткам составляло 33% от начального уровня.

Таким образом, результаты исследований показали, что штамм A. globiformis 178 способен использовать в качестве источника углерода и энергии молекулы 2,4-Д и 2,4,5-Т.

Следует отметить, что согласно имеющимся публикациям среди представителей рода

Arthrobacter выявлено несколько штаммов-деструкторов 2,4-Д: Arthrobacter sp. [5], Arthrobacter sp. [6], а также установлены этапы метаболизма 2,4-Д Arthrobacter sp. [7]. Однако утилизация 2,4,5-Т для представителей штаммов рода Arthrobacter не была обнаружена.

Выводы и рекомендации. Из образцов смешанных популяций микроорганизмов техногенной экосистемы выделен штамм-деструктор 2,4-Д и 2,4,5-Т. В соответствии с культурально-морфологическими, физиолого-био-химическими критериями систематики штамм отнесён к роду Arthrobacter. Способность штамма Arthrobacter globiformis 17S к ассимиляции 2,4-Д и 2,4,5-Т позволяет рекомендовать его к использованию в области разработки технологий ремедиации среды от феноксигербицидов.

Литература

1. Майер-Боде Г. Гербициды и их остатки / под ред. Н.Н. Мельникова. М., 1972. 560 с.

2. Мельников Н.Н., Белан С.Р. Органические соединения хлора в окружающей среде // Агрохимия. 1998. № 10. C. 83—93.

3. Методы определения микроколичеств пестицидов / под ред. М.А. Клисенко. М., 1984. 256 с.

4. Определитель бактерий Берджи / под ред. Дж. Хоулта [и др.]. М., 1997. 799 с.

5. Tiedje J.M., Alexander M. Enzymatic cleavage of the ether bond of 2.4-D // Agr. Food Chem. 1969. V. 17. P. 1080-1084.

6. Bollag J.-M., Helling C.S., Alexander M. 2,4-D metabolism. Enzymatic hydroxylation of chlorinated phenols // Agr. Food Chem. 1968. V. 16. P. 826-828.

7. Sandman E.R.I.C., Loos M.A. Aromatic metabolism by a 2.4-D degrading Arthrobacter sp. // Can. J. Microbiol. 1988. V. 34. P. 125-130.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.