Скрининг активных нефтедеструкторов из различных зон городских почв (на примере г. Баку)

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Баку – столица Республики Азербайджан, крупный промышленный центр, занимающий весь Апшеронский п-ов и примыкающие участки морских и наземных нефтепромыслов и включающий острова Бакинского и Апшеронского архипелагов.

На Апшеронском полуострове эксплуатируются >150 месторождений полезных ископаемых, вблизи расположения которых сильно нарушены природная структура почв, условия развития растительности и животного мира. Например, на Апшеронском п-ве площадь техногенно загрязненных земель составляет: битуминизированных – 7475, замазученных – 5525, загрязненных кислотно-щелочными отходами – 750, свалок – 800, песков, пропитанных нефтью, – 650, песков, загрязненных отработанным маслом, – 375 га, площадь водоемов, загрязненных отходами нефти, – >1325 га [1].

Самоочищающую способность природных ландшафтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, определяет, в первую очередь, ассимиляционный потенциал почв [2–4], от которого зависит потенциал их восстановления в случае загрязнения [5]. Хотя в процессе ассимилирования углеводородов участвуют не только микроорганизмы, однако по сравнению с растениями и животными в этом процессе несомненно ведущая роль принадлежит почвенным микроорганизмам [6, 7], т. к. высокая активность их обменных процессов и способность быстро адаптироваться к новым условиям существования позволяет им использовать самые разнообразные органические вещества в качестве источника углерода. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами вносит дополнительный источник углерода в экосистему, что является стимулом для развития углеводородокисляющих бактерий, поэтому в загрязненных экосистемах численность этой группы бактерий бывает всегда больше по сравнению с чистыми. Эта группа микроорганизмов способна потреблять различные углеводороды в качестве субстрата для своего роста как непосредственно, так и в процессе соокисления, способствуя углублению процесса самоочищения почвы. Принимая во внимание значимость углеводородокисляющих микроорганизмов в самоочищении почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами (НП), цель работы заключалась в выделении углеводородокисляющих микроорганизмов из почв и определение их активности по отношению к загрязнению нефтяными углеводородами почв г. Баку.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования – серо-бурые почвы (согласно классификации WRB – Gypsisols) из различных функциональных зон г. Баку. Образцы почв отбирали методом конверта в различных зонах г. Баку: на территориях нефтепромыслов (Баил, Сураханы, Балаханы, Бинагади, Лок-Батан, Биби-Эйбат), в транспортной зоне (просп. Метбуат, Тбилиси, Азадлыг, ул. 28 Мая, просп. Нефтяников, Бабека, Г. Алиева, Н. Нариманова, Зыхское шоссе) и в рекреационной зоне (Ботанический сад, Приморский и Ясамальский парки) [8].

Углеводородокисляющие бактерии выделяли высевом на твердую минеральную среду Раймонда с внесением н-гексадекана в качестве источника углерода и энергии [9].

Определение способности штаммов потреблять различные углеводороды (сырую нефть, парафиновые и ароматические углеводороды) и нефтепродукты (керосин, бензин) проводили в модельных экспериментах в колбах на качалках с 50 мл жидкой минеральной среды Раймонда. В колбы вносили соответствующие углеводороды и НП в количестве 2 мл/100 мл среды. Колбы располагали на круговых качалках и культивировали бактерии в течение 72 ч. Через определенные промежутки времени из колб отбирали пробы для определения роста микроорганизмов. По показателю оптической плотности среды (оптическую плотность определяли на нефелометре) судили о степени использования углеводородов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе исследования было выделено 187 культуры микроорганизмов: из нефтезагрязненных почв – 86, из придорожных почв автомагистралей с интенсивным движением автотранспорта – 57, из чистых почв парков и скверов – 44, из которых путем первичного скрининга по интенсивности роста на среде Раймонда отобрали 27 активных штаммов: из нефтезагрязненных почв –15, из придорожных почв – 7, из чистых почв – 5 (табл. 1).

 

Таблица 1. Культуры углеводородокисляющих бактерий, выделенные из почв различных районов г. Баку

Почвы	Количество штаммов, растущих на н-С16
Нефтезагрязненные (районы нефтепромыслов Баил, Сураханы, Балаханы, Бинагади, Лок-Батан, Биби-Эйбат)	86
Придорожные около автомагистралей (просп. Метбуат, Тбилиси, Азадлыг, ул. 28 Мая, просп. Нефтяников, Бабека, Г. Алиева, Н. Нариманова, Зыхское шоссе)	57
Чистые (Центральный ботанический сад, Приморский парк, парки Деде Коркуд, им. Низами, им. Г. Алиева, им. Шахрияра, парк около озера, Ясамальская долина)	44
Всего	187

 

Далее из 27-ми штаммов микроорганизмов отобрали наиболее активные штаммы: из нефтезагрязненных почв – 8, из придорожных – 5, из чистых – 2. Выделенные в результате непрерывного скрининга микроорганизмы относились к родам Rhodococcus, Pseudomonas, Bacillus, Mycobacterium, Actinomyces, Arthrobacter, Micrococcus.

У вceх штаммов исследована способность к потреблению сырой нефти, парафиновых и ароматических углеводородов, а также нефтепродуктов – бeнзина и керосина.

На рис. 1 показана интенсивность потребления н-гексадекана штаммами микроорганизмов, выделенных из почв различных зон (нефтезагрязненных, транспортных, парковых) в качестве источников углерода и энергии.

 

Рис. 1. Потребление н-гексадекана микроорганизмами, выделенными из почв различных зон г. Баку. Штаммы 1, 2, 3 выделены соответственно из парковой, транспортной и промышленной зон г. Баку.

 

Показано, что наиболее активными были штаммы микроорганизмов, выделенные из почв промышленной и транспортной зон г. Баку, по сравнению с почвами рекреационной зоны.

Установлено, что все выделенные 15 культур углеводородразлагающих микроорганизмов были способны расти на смеси н-парафинов С₁₂–С₁₈, потребление же остальных определялось природой субстрата: например, разложение ароматических фракций углеводородов наблюдали реже (42% штаммов), чем разложение парафинов и нефтепродуктов (40–100% штаммов).

На рис. 2 показана способность одного из активных штаммов – Pseudomonas sp.11 на жидкой среде Раймонда при непрерывном культивировании потреблять парафиновые углеводороды, сырую нефть и нефтепродукты.

 

Рис. 2. Потребление штаммом Pseudomonas sp.11 сырой нефти, парафиновых углеводородов и нефтепродуктов.

 

Показано, что выделенный штамм потреб- лял все исследованные источники углеводородов. Наилучший рост был на смеси н-пaрaфинов С₁₀– С₁₈, наиболее слабый – на сырой нефти. Известно, что в составе сырой нефти имеются парафиновые, циклопарафиновые и аромaтические углеводороды. Все эти углеводороды рaзличной химичecкой структуры присутствуют и в нефтепродуктах в тех или иных количествах. В этой связи представляло интерес изучение закономерности разложения данным штаммом индивидуaльных углевoдорoдов различнoй химической cтруктуры.

Биодеградация парафинов и ароматических углеводородов различной структуры и длины цепи штаммом Pseudomonas sp.11 представлены на рис. 3а.

 

Рис. 3. Потребление штаммом Pseudomonas sp.11: (а) – н-парафинов различной длины цепи, (б) – моно- и бициклических ароматических углеводородов.

 

Показано, что все испытанные н-парафиновые углеводороды потреблялись штаммом Pseudomonas sp.11 в качестве иcточников углерoда и энeргии. Интенсивность потребления однозначно коррелировала с длиной углеводородной цепи: с удлинением цепи интенсивность потребления парафиновых углеводородов микроорганизмами нефтезагрязненных почв повышалась вплоть до н-гексадекана, который деградировал наиболее интенсивно по сравнению с другими исследованными парафинами. Октадекан утилизировали несколько слабее н-гексадекана, однако лучше, чем углеводороды С₈–С₁₀.

Показано (рис. 3б), что все испытанные индивидуальные ароматические углеводороды потреблялись активной культурой, за исключением о-ксилола, т. е. интенсивность использования углеводородов зависела от структуры ароматического субстрата. Однозамещенные бензольного ядра – бензол и толуол использовались слабее, чем двухзамещенные бензола – мета- и пара-ксилолы, мезитилен, этилбензол.

Наличие в почвах таких групп микроорганизмов, способных разлагать углеводороды нефти, объясняется тем, что в г. Баку почвенный покров непрерывно загрязняется углеводородами и нефтепродуктами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате скрининга микроорганизмов-деструкторов нефтепродуктов было отобрано 15 наиболее активных штаммов из 187 культур, 8 из которых были выделены из нефтезагрязненных почв, 5 – из придорожных почв и 2 – из чистых почв.

У вceх штаммов исследовали способность к потреблению сырой нефти, парафиновых и ароматических углеводородов, а также нефтепродуктов – бeнзина и керосина. Показано, что все выделенные микроорганизмы были способны расти на смеси н-парафинов С₁₂–С₁₈, потребление же остальных определялось природой субстрата: например, разложение ароматических фракций углеводородов наблюдали реже (42% штаммов), чем разложение парафинов и нефтепродуктов (40–100% штаммов), при этом наиболее активными были штаммы микроорганизмов, выделенные из почв промышленной и транспортной зон г. Баку, по сравнению с почвами рекреационной зоны. Исследованные углеводороды по степени разлагаемости ранжировали в ряду: смесь пaрaфинов > нефтепродукты > ароматические углеводороды > сырая нефть.

Таким образом, полученные данные свидетельствовали, что в составе микробиоценоза изученных городских почв г. Баку имеются микроорганизмы различных физиологических групп, способные использовать нефтяные углеводороды, а также о том, что в почвах города происходят процессы самоочищения почв, однако их интенсивность недостаточно высока, т. к. в условиях сухих субтропиков г. Баку формируются наихудшие гидротермические условия для процессов микробиологической минерализации компонентов нефти.

С научной и практической точек зрения вопрос о вероятности управления данными процессами с целью повышения устойчивости городских почв Баку и усиления степени актуальной самоочищающей способности почв от нефти и нефтепродуктов, загрязняющих почвенный покров города, сохраняет свою актуальность. Выделенные активные штаммы можно считать перспективными для создания биопрепаратов для увеличения устойчивости почв к загрязнителям и активизации процессов самоочищения уже загрязненных почв, в том числе и Апшеронского полуострова.

Об авторах

С. И. Наджафова

Институт микробиологии министерства науки и образования Азербайджанa

Автор, ответственный за переписку.
Email: nadjafovas@yahoo.com
Азербайджан, AZ 1004 Баку, ул. M. Мушвига, 103

Н. М. Исмайлов

Институт микробиологии министерства науки и образования Азербайджанa

Email: nadjafovas@yahoo.com
Азербайджан, AZ 1004 Баку, ул. M. Мушвига, 103

Список литературы

Дополнительные файлы