Включение техногенных продуктов в биологический круговорот углерода Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ВКЛЮЧЕНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИМ КРУГОВОРОТ

УГЛЕРОДА

Калюжин В.А., Калюжина А.В., Закиров Р.Н.

К.биол.наук, ст.н.с., НИИ биологии и биофизики при Томском государственном университете, Томск

биологический круговорот. Причем, эти процессы протекают за счет активности аборигенной микрофлоры, что исключает интродукцию посторонних видов и обеспечивает экологическую чистоту разработанных способов. В данной работе, в частности, рассматривается трансформация веществ входящих в перечень продуктов химического синтеза.

Схема работы была следующая. На первом этапе из окружающей среды выделялись патогенно безопасные микроорганизмы, активные в отношении конкретного вещества или смеси веществ. На втором этапе проводилась очистка грунта от загрязнителей при помощи селектированных микробов. В процессе очистки грунт насыщался микроорганизмами, так как создавались условия для их размножения. Затем в среду вводились дождевые черви вида Fisenia foetida, которые питались микрофлорой, насыщающий грунт. Продолжительность опытов была 21 сутки. Содержание микроорганизмов в грунте было непостоянно, и в пересчете на сухую биомассу составляла 3-10 г на 1 кг грунта. В опытах использовалось два вида контроля. В первом контроле содержалась почва без добавок. Во втором контроле к почве была добавлена овсяная мука в количестве 10 г на 1 кг почвы. Овсяная мука, как было установлено в предварительных опытах, оказалась оптимальным кормом для дождевых червей. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

_Рост дождевых червей на грунте, насыщенном микрофлорой, после утилизации веществ - загрязнителей.

Развитие различных видов производств приводит к образованию возрастающего количества техногенных отходов. Очевидно, что возникает необходимость в ликвидации веществ - загрязнителей окружающей среды, в роли которых выступают отходы органической природы. Одним из вариантов решения экологических проблем может быть включение этих продуктов в биологический круговорот углерода. В основном, эти проблемы уже решены биосферой, так как большинство техногенных веществ, включая самые токсичные для человека: цианиды, формальдегид, фенол и другие, являются биогенными продуктами и вырабатываются различными представителями флоры и фауны и включены в биологический круговорот веществ (1).

Нами был разработан способ биологической утилизации неограниченного перечня органических веществ и их смесей различной природы (2). Разработан также способ трансформации веществ - загрязнителей в полезные биотехнологические продукты (3), то есть, благодаря перечисленным разработкам, удается достичь управляемости спонтанных природных процессов по показателям скорости, направления и выхода целевого продукта. Решение этих задач позволяет регулировать вопросы очистки окружающей среды от веществ - загрязнителей, за счет включения токсинов, с их нейтрализацией, в управляемый

Утилизируемые вещества Кратность увеличения биомассы червей Кратность увеличения численности особей червей

1. Нефть смесь: Тюменская Казахстанская Бакинская 1.8 1.9

2. М крезол 5 1.6

3. Формальдегид 1.8 1.2

4. Нафталин 1.7 1.6

5. Ацетон 1.9 1

6. Этилацетат 2.1 1

7. Контроль без добавок 1.1 1.2

8. Контроль с добавкой овсяной муки 2.3 2.1

Из табличных данных следует, что имея на входе техногенные вещества, можно их превращать в биомассу дождевых червей. Очевидно, что дождевые черви, в свою очередь, являются универсальным источником пищи для неограниченного числа видов животных различного уровня организации: рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие. То есть, удалось включить продукты химического синтеза в биологический круговорот углерода. Аналогичные результаты получены в опытах с хлебопекарными дрожжами, входящими в пищевой рацион человека, на простейших, на дрозофилах.

В процессе выполнения работ были решены следующие фундаментальные задачи:

1. Разработана технология, позволяющая очищать воду с различным уровнем засолённости, все виды грунтов от любых органических загрязнений, как в

виде отдельных соединений, так и в виде смесей произвольного состава.

2. Изменен статус веществ. Вещества - отходы и загрязнители приобрели статус сырья для биотехнологической переработки. То есть, удалось значительно расширить сырьевую базу для биотехнологических производств.

3. Вещества, ранее считавшиеся недоступными для микробиологической деструкции, в частности, пластмассы, по разработанным нами технологиям, подвергаются биологической деструкции с управляемым выходом биомассы.

Перечисленные разработки используются нами в течение 28 лет. Очищено более трех миллионов тонн грунта и свыше 10 гектаров водоемов. Работы проводились в различных географических широтах: от Северного полярного круга до субтропиков, включая зоны пустынь,

степей, тайги и в других климатических областях. В частности, работы проводились на Томском полигоне токсичных отходов. Перечень веществ, подвергнутых биологической деструкции приведен в таблице 2. В исходном

состоянии перечисленные вещества имели класс опасности 1-4. После биологической деструкции продукты биодеградации имели класс опасности равный 5.

Перечень веществ, содержащихся в загрязненных грунтах

Таблица 2.

Наименование органического вещества,

выступающего в роли загрязнителя

Концентрация загрязняющего вещества в начале опыта (в граммах на 1 кг грунта)

Область применения органических веществ и возможные источники загрязнения, за счет технологических утечек веществ

1 группа Нефтяная смесь:

1) томская нефть

2) тюменская нефть

3) казахстанская нефть

4) нефть республики КОМИ

5) азербайджанская нефть

6) вьетнамская нефть

2 группа Нефтепродукты:

7) отработанное смазочное масло (автол)

8) топливный мазут

9) синтетическая олифа

100 г на 1 кг грунта

100г

100г 200г

Продукты переработки нефти используются как моторное топливо, топливо реактивных двигателей, тепловых установок (тепловых

электростанций, котельных, пароходов) и других энергетических источников. Нефтехимическое производство, дорожное строительство, технические и бытовые растворители и другое. Источники загрязнений:

нефтепромыслы, трассы нефтепроводов, НПЗ, нефтехимические предприятия, транспорт (все виды), нефтебазы, бензозаправочные станции, строительство, сельское хозяйство, тепловые энергетические станции и другое._

III группа

Соединения карбоциклического и гетероциклического рядов

10) фенол

11) М, О, П, - ксилол_

10г/1 кг грунта 10 г

Используются для синтеза красителей, лекарственных веществ, полимерных материалов, взрывчатых веществ, средств защиты растений и других продуктах органического синтеза._

12) М- крезол

10г

Источники загрязнителей: коксовые

13)ДДТ

14)толуол

15)нафталин

16)пирозалон

100г 20г 50г 50г

заводы, фармацевтические предприятия, производство красок, полимеров, средств сельхоз - химии и другое._

IV группа

Водорастворимые технологические полимеры и присадки к буровым растворам

17) габройл

18) карбометилцеллюлоза

19)сайпан

20)суперфлок

21)Реорак

22) Polipac

23) дефобур

24) Spersene CF

25) Praestol

26) Flo-VIS

27) Polipac-R

28) Duo-Vis

29) Praestol

30) Ecopac-SL

31) polypac

32) Acitan P-803

33) polimer-XB

34) Катцел-3

35) Flocyel LVD

36) Superfloc

37) CLEAR Dril-500

100 г на 1 кг грунта в виде смеси с одинаковым долевым соотношением

Используются в виде технологических загустителей, клеев, строительных материалов, присадок к буровым растворам.

Источники загрязнений: строительство. разведка и добыча полезных ископаемых, металлургия, нефтепереработка, обогащение угля и другое.

Использовалось два подхода очистки грунта:

1. С выходом максимального количества микроорганизмов - деструкторов.

2. С использованием микроорганизмов азотфиксато-ров широкого спектра действия.

В первом случае грунт, насыщенный микроорганизмами служит субстратом для выращивания товарной массы дождевых червей. Во втором случае улучшается биопродуктивность грунта, за счет насыщения почвы биогенным азотом.

На базе разработанных технологий создано инновационное предприятие ООО «Био-Ретокс».

Если Вас заинтересуют наши разработки, то мы готовы к сотрудничеству на условиях оптимальных для обоих участников.

Литература.

1. Каррер П. Курс органической химии. 1962. Л.: 1215с.

2. Калюжин В.А. Патент .№2315670 «Способ биологической очистки грунта и воды от органических соединений алифатического, карбоциклического и гетероциклического рядов и их смесей произвольного состава» от 27 января 2008г.

3. Калюжин В.А. Патент №2405636 «Способ получения биомассы микроорганизмов при биологической утилизации органических соединений в очищаемой среде» от 10 декабря 2010г.

4. Сайт ООО «Био-Ретокс» www.bio-retox.com

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ И СИМБИОЦЕНОЗОВ ПОВЕРХНОСТИ ЭПИТЕЛИЯ КАМЕР ЖЕЛУДКА ДАГЕСТАНСКИХ ДИКИХ КОЗЛОВ

Хацаева Раиса Мусаевна

Докт. биол. наук, доцент, с.н.с., лаборатории морфологических адаптации млекопитающих ИПЭЭ РАН, г. Москва

Методами морфометрии и сканирующей электронной микроскопии, а также количественного и качественного анализа выявлены особенности морфологии и сим-биоценозов камер желудка дагестанских диких козлов: безоарового [Сарга aegagrus Егх1еЬеп, 1777] и тура [Сарга еуНп&1сог^ В1уШ, 1841], обусловленные спецификой их питания. Абсолютные и относительные показатели размеров и массы камер, площади поверхности слизистой оболочки, размеров, формы и количества макроструктур слизистой оболочки, рельефа поверхности эпителия камер, состава, количества и морфологии популяций симбионтов в преджелудках существенно различаются, что связано с типом питания, особенностями симбиценозов и стратегии пищеварения.

В адаптации жвачных животных к экологическим условиям обитания важнейшее место принадлежит сложному многокамерному желудку, на который ложится основная функциональная нагрузка при желудочно-кишечном типе пищеварения. Особенности морфологии, функции и специфика эндосимбиоза камер желудка являются определяющими в пищевых адаптациях и возможности избирательного питания жвачных животных.

Большинство исследований в этом направлении посвящено домашним животным [1,2, с. 76; 2, с. 1265]. Мало работ по изучению пищевых адаптаций на видовом уровне [2, с. 1265]. Совсем отсутствуют работы по комплексному исследованию пищевых адаптаций близких видов копытных, обитающих на одной территории.

В связи с этим, выяснение морфологических особенностей камер желудка близких видов копытных из одного ареала с применением комплекса макро- и микроморфологических методов с учетом специфики эндосимбиоза является актуальным и позволяет вскрыть пути адаптации животных к определенным экологическим условиям. Это представляет как теоретический, так и практический интерес для разработки основ рационального природопользования и сохранения биоразнообразия.

Исходя из этого, целью настоящих исследований явилось выявление морфологических особенностей камер желудка и специфики эндосимбиоза в связи с пищевой специализацией безоарового козла и дагестанского тура.

Выбор объектов обусловлен их принадлежностью к одному роду, обитанием на одной территории и обладанием различной пищевой специализацией в пределах зоны их симпатрии.

Материалом для настоящих исследований послужили камеры сложного желудочного комплекса двух взрослых половозрелых самцов безоарового козла и дагестанского тура, добытых в одно время. Были применены методы макро- и микроморфометрии и электронной микроскопии [2, с. 1265].

Для исследований макроморфологии желудка и его камер применялись методы морфометрии. Желудки фиксировали в 4% нейтральном формалине, взвешивали целиком и отдельно все камеры без содержимого, после чего делали их линейные промеры, описывали строение слизистой оболочки, характер расположения и форму ее структур. Для изучения макроструктуры рельефа слизистых оболочек камер желудка были взяты образцы из разных отделов рубца, сетки, книжки и сычуга. На образцах, при помощи окулярмикрометра и бинокулярной лупы, считали количество, размеры макроморфологических структур рубца, сетки, книжки и сычуга, а также размеры и плотность сосочков на 1квадратном сантиметре в камерах преджелудка.

Для определения площади слизистых оболочек камер желудка, стенки камер разрезались на отдельные участки, фиксировались на миллиметровой бумаге вплотную друг к другу. Границы суммарной площади очерчивались и измерялись. При измерении учитывались все складчатые образования слизистой оболочки. Цифровой материал обрабатывали индивидуально для каждого животного с вычислением средних показателей и применением основных элементов вариационной статистики.

Для исследований микроморфологии поверхности слизистой оболочки и эндосимбионтов камер желудка на сканирующем электронном микроскопе марки JEM - 100 CX («JEOL»).

Кроме того, для сравнительного анализа, были проведены измерения длины и массы тонкого и толстого отделов кишечника и вычислены коэффициенты их отношения к желудкам исследуемых животных.