CC BY
43
УДК 57.02;57.03;
Ф. Б. Джамолов, С. В. Фридланд ВЛИЯНИЕ ЭТИЛЕНДИАМИНОВОЙ СОЛИ БИС(ГИДРОКСИМЕТИЛ)ФОСФИНОВОЙ КИСЛОТЫ НА ПРОЦЕСС ПРИРОСТА ВОДОРОСЛИ CHLORELLA VULGARIS
Ключевые слова: Chlorella vulgaris, биологически активные вещества, стимуляция роста.
Исследована возможность применения этилендиаминовой соли бис(гидроксиметил)фосфиновой кислоты (Этафос-ф) в сверхнизких концентрациях в качестве интенсификатора прироста биомассы микроводорослей вида Chlorella vulgaris. Найдено, что при концентрации Этафоса-Ф 10-11 г/дм3, прирост биомассы водорослей составил больше на 24 % на 3-е сутки по сравнению с контрольным опытом; при концентрации Этафоса-Ф 10'13 г/дм3, прирост биомассы Chlorella vulgaris составил 22 % на 7-е сутки культивирования.
Keywords: Chlorella vulgaris, biologically active agents, stimulation
Investigated the possibility of using etilendiaminova salt of bis(gidroksimetil)fosdinovo acid (Etats-f) in very low concentration as intensifier of biomass of microalgae of the species Chlorella vulgaris. It is found that when the concentration of Atafona-f 10-11 g/dm3, the increase in algae biomass was 24 % at 3 days compared with the control experiment; when the concentration of Atafona-f 10-13 g/dm3, the growth of Chlorella vulgaris biomass was 22% on the 7th day
Введение
С ростом народонаселения встает вопрос по обеспечению, его, не только энергетическими и материальными ресурсами, питанием, а так же очисткой образующихся сточных вод (СВ). Все это ставит задачу по интенсификации роста биологических объектов способных решить проблему.
Интенсификация роста биообъектов - это быстро развивающаяся область, связывающая многие направления разных наук.
Одним из биообъектов, способных решить задачу по обеспечению питания и очистке сточных вод является хлорелла.
Большое внимание исследователей в настоящее время уделяется влиянию химических факторов на биоценозы и, как следствие, на протекающие биологические процессы. Потребность в биологически активных веществах на современном этапе тесно связана с решением широкого круга проблем интенсификации производства и экологическим оздоровлением окружающей среды. В настоящее время промышленностью производится широкий ассортимент биологически-активных веществ медицинского, пищевого, сельскохозяйственного назначения. Влияние химических факторов на составляющие компоненты биоценозов - одна из задач экологической науки. Прикладная сторона этого направления связана с возможностью использования стимулирующего эффекта в биотехнологии: процессах биоочистки сточных вод, наращения биомассы биоценозов и т.д. [1, 2].
Относительно недавно стало известно, что некоторые соли бис(гидроксиметил)фосфиновой (БГОМФ) кислоты активизируют биологические процессы [1, 3]. Доказано стимулирующее действие ^^-дифенилгуанидиниевой и меламиновой солей данной кислоты на микроорганизмы активного ила (АИ) [3, 4, 11].
В ранее проведенных работах показано влияние производных БГОМФ кислоты на биоценоз активного ила (АИ), а также на представителей водной среды, в
частности, Daphnia Magna Straus и микроводоросли [12].
Интересной для изучения возможности использования в качестве биостимулятора АИ являются также и производные гидроксиэтилидендифосфоновой (ГОЭДФ) кислоты, поскольку сама кислота находит применение в сельском хозяйстве в качестве регулятора роста зерновых и бобовыхсельскохозяйственных культур, а некоторые её производные могут быть использованы для активации и интенсификации биологических и микробиологических процессов [5, 6]. К тому же, стимулирующее действие на биоценоз АИ в процессе очистки СВ выявлено и для некоторых фосфонатов [7]. Известно, что многие природные и синтетические биологически активные вещества проявляют биоэффекты в области низких (10-10 - 10-4
3 20 11 3
моль/дм) и сверхнизких (10"2° - 10-11 моль/дм3) концентраций [8-10]. Так, меламиновая соль БГОМФ кислоты является регулятором роста растений, действующим в концентрациях 10-7 - 10-8 г/дм3 [10].
Хлорелла (Chlorella vulgaris), используемая в настоящих исследованиях - зеленая микроводоросль сферической формы диаметром от 3 до 15 мкм. Хлоропласты в ней содержат хлорофилл А и Б. Хлорелла находит широкое применение в народном хозяйстве, например, при её помощи можно очищать сточные воды, проводить биоремедиацию водоемов, получать материал для производства биотоплива третьего поколения и др.
В связи с вышесказанным представляет интерес выяснить влияние солей БГОМФ кислоты на рост водоросли Chlorella vulgaris.
Материалы и методы исследования
Исследования влияния этилендиаминовой соли БГОМФ кислоты (Этафос-ф) проводились путем введения последней в различных концентрациях в колбу, в модельные эмульсии, состоящие из: 30 % суспензии хлореллы, 20 % водный раствор питательной среды, 50 % воды.
Эксперименты проводились в следующей последовательности: в плоскодонные колбы емкостью
1 дм3, осторожно приливались суспензия хлореллы, затем добавлялся раствор питательной среды, далее до требуемого объема (1 дм3) доливалась водопроводная вода, прошедшая механическую очистку. Содержимое 1-го сосуда использовалось в качестве контрольной среды. В остальные колбы добавлялись растворы, содержащие Этафос-ф в концентрациях, которые при разбавлении давали концентрации от 10-6 до 10-15 г/дм3, соответственно. С помощью компрессорной установки и аэраторов в колбы подавался атмосферный воздух для перемешивания и протекания процесса фотосинтеза. Освещение содержимого сосудов осуществлялось с помощью 2 фитоламп.
Влияние каждой концентрации Этафоса-Ф исследовалось в течение одной недели, подсчет клеток хлореллы в еленице объема осуществлялось каждые 24 часа под микроскопом при увеличении 400 крат с использованием камеры Горяева.
Результаты и их обсуждение
В экспериментах использовали штамм Chlorella vulgaris, обладающий планктонными свойствами, который мог быстро приспосабливаться к изменениям параметров окружающей среды. Такими свойствами обладал штамм, выделенный из Нурекского водохранилища.
Как показали проведенные эксперименты, содержание препарата Этафос-ф в концентрациях 10-6 - 10-9 г/дм3 в растворах, содержащих суспензии Chlorella vulgaris, мало влияет на содержание клеток микроводоросли, оказывая даже некоторый ингибирующий эффект. Также ингибирующий эффект оказывает на прирост биомассы хлореллы и концентрация исследуемого препарата 10-10 (рис. 1), в то время как содержание Этафоса-ф в дозировке 10-11 способствует некоторому повышению содержания клеток микроводорослей в экспериментальной жидкости.
120
s
о —
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
дни эксперимента
♦ контроль —■— ЮМОэтафос г/л А 10Л-11этафосг/л
Рис. 1 - Зависимость изменения количества клеток хлореллы при использовании Этафоса-ф в концентрациях 10-10 г/дм3 и 10-11 г/дм3
В результате анализа экспериментальных данных, отраженных на рисунке 1, выявлено, что стимулирующее воздействие соли в концентрации
10-11 г/л оказывает только в начальном цикле эксперимента. Исследуемый препарат (Этафос-ф) в концентрации 10-11 г/л показывает в по окончании экспериментов лучше результат по сравнению с контролем по количеству клеток микроводоросли в единице объема жидкости.
Несколько иная картина наблюдается при наличии в экспериментальных суспензиях Этафоса-Ф в концентрациях 10-12 и 10-13 г/дм3 (рис.2). Как следует из приведенных графических зависимостей, содержание исследуемого препарата в концентрации 10-12 г/дм3 способствует некоторому стимулированию роста хлореллы, при этом, наибольший прирост количества клеток наблюдается на 4-й день культивирования. В оставшиеся дни проведения эксперимента названная тенденция резко изменяется и наблюдается уменьшение количества клеток микроводорослей.
120
0 -
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
дни эксперимента
♦ контроль )( 10л-12этафосг/л Ж 10л-13этафос г/л
Рис. 2 - Зависимость изменения количества клеток хлореллы при использовании Этафоса-ф с концентрацией 10-12 г/дм3 и 10-13 г/дм3
В случае использования в экспериментах препарата Этафос-ф в концентрации 10-13 г/дм3 графические зависимости содержания клеток хлореллы от времени культивирования имеют обратную тенденцию - с 4-го дня начинается преобладание клеток в экспериментальном образце в сравнении с эталоном.
В результате анализа данных, представленных на рисунках 1 и 2, выявлено, что растворы с неклассическим действием, которое характеризуется отсутствием зависимости действия по мере изменения концентрации от 10-4г/дм3 и ниже. На 1 рисунке опытные образцы с солями в концентрации 10-10г/дм3 и 10-11г/дм3 ведут себя синхронно, а опыты с концентрациями 10-12 г/л и 10-13 г/л ведут себя асинхронно.
Главным же результатом экспериментов, представленных на рисунках 1 и 2, стало то, что во всех образцах отмечается влияние препарата Этафос-ф на прирост культуры Chlorella vulgaris на протяжении всего времени проведения экспериментов. По отраженным результатам, становится ясно, что наблюдается неклассическое влияние солей на прирост хлореллы.
Заключение
В результате экспериментов показана возможность и целесообразность интенсификации прироста Chlorella vulgaris этилендиаминовой солью бис(гидроксиметил)фосфиновой кислоты. Концентрации растворов 10-11 г/дм3 и 10-13 г/дм3 интенсифицируют прирост клеток хлореллы на питательной среде. Влияние реагента в сверхнизких концентрациях начинает проявляться на 2 сутки.
Литература
1. Р. К. Закиров, Ф.Ю. Ахмадуллина, Д.Е. Смирнов, А.А. Лапин, Бутлеровские сообщения, 19, 2, 33-41 (2010).
2. M. Curzio, H. Esterbauer, G. Poli, F. Biasi, G. Cecchini, C. Di Mauro, N. Cappello, M.U. Dianzani, International Journal of Tissue Reactions, 9, 4, 295-306 (1987).
3. Патент РФ 2009125242/049 (2010).
4. М.Е. Пантюкова, С.В. Мазлова, Т.П. Павлова, М.В. Шулаев, СВ. Фридланд, Безопасность жизнедеятельности, 3, 31-34 (2011).
5. Патент РФ 94000320/14 (1997).
6. М.И. Кабачник, Н.М. Дятлова, Т.Я. Медведь, Хим. Промышленность, 4, 14-18 (1975).
7. М.Е. Пантюкова, Дис. канд. хим. наук, КНИТУ, Казань, 2011. 121 с.
8. Е.Б. Бурлакова, А.А. Конрадов, Е.Л. Мальцева, Химическая физика, 22, 2, 390-424 (2003).
9. Е.Б. Бурлакова, Вестник Российской Академии наук, 64, 5, 425-431 (1994).
10. Патент РФ 99115552/04 (2000).
11. Патент РФ 2158735
12. Г.В. Маврин, Н.Н. Смирнова, А.А. Инюшева, О.С. Рощина, Т.П. Павлова, С.В. Фридланд, Р.Г. Мелконян, Экология промышленного производства, 86, 2, 39-43 (2014).
© Ф. Б. Джамолов - аспирант кафедры Инженерной экологии КНИТУ, kendidon@mail.ru; С. В. Фридланд - д.х.н., профессор той же кафедры, fridland@kstu.ru.
© F. B. Djamolov - graduate student of the department of environmental engineering KNRTU, kendidon@mail.ru, S. V. Fridland -PhD, professor of the department of environmental engineering KNRTU, fridland@kstu.ru.
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 01.03.17. по 10.04.17.
