Взаимодействие микроорганизмов-деструкторов в ризосфере и ризоплане растений в присутствии углеводородов нефти

• Автор: Овчинникова, Анастасия Алексеевна
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 .Углеводороды нефти как распространенные поллютанты *

1.1.1. Нефть •

1.1.2. Полициклические ароматические углеводороды: общая характеристика 13 загрязнителей

1.2. Биохимические пути деградации ПАУ, как устойчивой фракции нефти

1.2.1 .Биохимические пути деградации наф галина микроорганизмами

1.2.2.Биохимические пути деградации фенантрена микроорганизмами

1.3.Методы восстановления почвенных и водных экосистем, загрязненных 20 углеводородами нефти
1.4.Деградация углеводородов нефти
1.4.1 .Абиотическая деградация ПАУ
1.4.2. Микробная деградация углеводородов нефти
1.4.2.1. Микробная деградация ПАУ
1.4.2.2. Микроорганизмы и биодеградация нефти
1.5. Фигоремедиационные технологии
1.5.1. Фитоэкстракция
1.5.2. Ризофильтрация
1.5.3. Ризодеградация
1.5.4. Фитодеградация
1.5.5. Фитоволотализация
1.5.6. Фитогидравлика
1.6. Защитные механизмы растений: экскреция, трансформация и деградация 3 органических токсикантов в растительной клетке
1.7. Роль микроорганизмов в процессе фиторемедиадии загрязненной окружающей 34 среды
1.8. Влияние микроорганизмов на чувствительность растений к загрязнителям
1.9. Популяционные взаимодействия микроорганизмов
1.10. Растительно-микробные взаимодействия
1.11. Хемотаксически активные микроорганизмы-деструкторы
II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Бактериальные штаммы и плазмиды
2.2. Питательные среды, источники углерода и энергии, антибиотики

2. 3. Кинетика роста микроорганизмов
2. 3. 1. Кинетика роста микроорганизмов на нафталине и салицилате
2. 3. 2. Кинетика роста микроорганизмов на фснантрене
2.4. Определение содержания геитизиновой кислоты и 1-гидрокси-2-нафтойной 59 кислоты
2.5. Изучение токсичности 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты на растения
2.6. Определение активностей ферментов
2.7. Определение уровня продукции индолил-3-уксусной кислоты (ИУК) в культуре бактерий
2.8. Определение содержания нафталина в образцах
2.9. Определение содержания фенантрена в образцах
2.10. Определение содержания нефти в образцах
2.11. Гнотобиотическая система для выращивания растений
2.12. Схемы модельных экспериментов
2.12. 1. Схема эксперимен та с нафталином
2.12.2. Схема эксперимента с фенантреном
2.12.3. Схемы модельных экспериментов с нефтью
2.13. Изучение хемотаксической реакции микроорганизмов к углеводородам нефти 55 (нафталин, фенантрен, дизельное топливо)
2.14. Проведение полевого эксперимента
2.15. Отбор проб в полевом эксперименте
2.16. Выделение тотальной ДНК бактерий
2.17. Полимеразная цепная реакция
2.18. Электрофорез в агарозном геле
2.19.Статистическая обработка результатов
III. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Взаимодействие бактерий, стимулирующих рост растений (РОРИ) и штаммов- 69 деструкторов в модельных системах, загрязненных нафталином
3.1.1. Изучение защитного эффекта па растения РОРИ и штаммов-деструкторов 69 ПАУ в модельных системах, загрязненных нафталином
3.1.2. Деградация нафталина при интродукции РОРИ- и штаммов-деструкторов 70 ПАУ в модельные системы
3.1.3. Динамика численности микроорганизмов в модельных системах, 71 загрязненных нафталином

3.1.4. Изучение конкурентоспособности В81393(рМ) и КТ2442(рМ)

3.1.5. Оценка активностей ключевых ферментов биодеградации нафталина

3.1.6. Хемотаксическая реакция штаммов-деструкторов в отношении нафталина
3.2. Взаимодействие штаммов-деструкторов в модельных системах, загрязненных
фенантреном

3.2.1. Изучение защитного эффекта на растения при интродукции штаммов-

деструкторов Pseudomonas putida BS3701 (pBSl 141, pBSl 142) и Burkholderia sp. BS3702(pBSl143)
3.2.2. Биодеградация фепантрена
3.2.3. Оценка накопления фенантрена в тканях растений
3.2.4. Динамика численности микроорганизмов-деструкторов и колонизация корней
3.2.5. Кинетика роста штаммов Pseudomonas putida BS3701(pBSl 141, pBSl 142) и Burkholderia sp. BS3702(pBS 1143) в жидкой минеральной среде с фенантреном
3.2.6. Накопление метаболитов при деградации фенантрена в жидкой минеральной среде штаммами Pseudomonas putida 3701 (pBS 1141, pBSl 142) и Burkholderia sp. BS3702(pBSl 143)
3.2.7. Токсичность 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты для растений
3.2.8. Хемотаксическая реакция микроорганизмов-деструкроторов в отношении фенантрена
3.3. Оценка эффективности деградации нефти в стерильных модельных почвенных системах
3.3.1. Скрининг растений для составления эффективной растительно-микробной ассоциации
3.3.2. Влияние микроорганизмов на рост растений в условиях загрязнения почвы нефтью
3.3.3. Динамика численности интродуцированных штаммов-деструкторов углеводородов нефти
3.3.4. Снижение концентрации нефти микробно-растительными ассоциациями 3.4.Оценка эффективности деградации нефти в нестерильных модельных почвенных системах
3.4.1. Влияние микробной ассоциации «ВиО» на рост ячменя в условиях загрязнения почвы нефтью
3.4.2. Динамика численности микроорганизмов в составе растительно-микробных ассоциаций в ризосфере и ризопланс растений
3.4.3. Убыль нефти при использовании растительно-микробной ассоциации в нестерильных модельных системах
3.5. Изучение эффективности отобранной растительно-микробной ассоциации («ВиО» - газонная трава) в модельных почвенных системах, загрязненных нефтью при температуре 20°С и 4°С
3.5.1. Влияние ассоциации микроорганизмов на рост растений в условиях загрязнения почвы нефтью при температуре 20°С и 4°С
3.5.2. Динамика численности микроорганизмов в ризосфере и ризоплане газонной травы в модельных почвенных системах, загрязненных нефтью при 20°С и 4°С
3.5.3. Деградация нефти растительно-микробной ассоциацией в модельных почвенных системах при температуре 20°С и 4°С
3.5.4. Хемотаксическая реакция микроорганизмов-деструкторов, входящих в состав ассоциации «ВиО» в отношении углеводородов нефти
3.6. Оценка эффективности биоремедиации почвы растительно-микробной ассоциацией «ВиО»-ячмень в условиях реального разлива нефти
3.6.1. Влияние микробной ассоциации «ВиО» и биопрепаратов «Биоойл-СН» и «Биоойл-Югра» на рост ячменя в условиях реального разлива нефти
3.6.2. Численность микроорганизмов-деструкторов в почве и на корнях ячменя в условиях реального разлива нефти
3.6.3. Степень деструкции нефти микробным консорциумом «ВиО» и биопрепаратами «Биоойл-СН» и «Биоойл-Югра», ассоциированными с ячменем в

азотфиксирующих бактерий, содержащие плазмиды биодеградации. Однако их способность к очистке загрязненной почвы в симбиозе с бобовыми растениями изучена мало.
Стимуляция микробной активности в ризосфере Повышенная скорость деструкции ксенобиотиков в ризосфере может быть также обусловлена выделениями растений. Предполагается, что содержащиеся в них легкодоступные вещества (аминокислоты, углеводороды, органические кислоты) повышают разложение органических загрязнителей микроорганизмами за счет их кометаболизма. Кроме того, в корневых выделениях могут содержаться кофакторы ферменюв, необходимых для окисления поллютантов. Однако, присутствие легкоусваиваемых соединений в корневых выделениях может замедлить деструкцию трудноразлагаемых ксенобиотиков из-за эффекта катаболитной репрессии.
Микробная деградация органических поллютантов часто лимитируется недостатком кислорода, воды и питательных элементов в загрязненной среде. При этом вблизи растений данные показатели часто более благоприятны. Постоянный рост корней растений приводит к рыхлению почвы, в связи с чем, улучшается ее водный и воздушный режим. Вода поступает в прикорневую зону и с корневыми выделениями. Некоюрыс растения могут транспортировать кислород через воздухоносную ткань - аэренхиму, из которой он диффундирует в среду с затрудненным газообменом. Обогащение почвы азотом с помощью бобовых растений и клубеньковых азотфиксирующих бактерий, более интенсивные в ризосфере, чем в почве без растений, процессы азотфиксации, мобилизации и минерализации фосфора и других элементов из нерастворимых соединений также могут стимулировать микробную активность и ускорить разложение поллютантов (Назаров A.B., Иларионов С.А., 2005).
Создание более благоприятных условий в ризосфере растений ослабляет негативное влияние токсичных веществ на прикорневую микрофлору. Так, видовой состав, численность микроорганизмов, а также микробиологическая активность в ризосфере растений, выросших на загрязненной хлорорганическими ксенобиотиками почве, была гораздо выше, чем в почве без растений. Аналогичные результаты получены при загрязнении почвы битумом.
Кроме того, растение может усваивать продукты разложения органических поллютантов, усиливая их деградацию как прямо, так и косвенно, снимая ингибирование синтеза микробных ферментов продуктами распада ксенобиотиков.
Влияние микроорганизмов па процесс фитодеградации и фитотрансформации. Достаточно много работ выполнено по изучению деструкции токсичных органических