Биодеструкция глифосата почвенными бактериями

• Автор: Шушкова, Татьяна Валентиновна
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Г лава 1. Обзор литературы

1.1. ОРГАНОФОСФОНАТЫ КАК КЛАСС ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1.1. Органофосфонаты - соединения с прямой С-P связью

1.1.2. Природные и синтетические органофосфонаты

1.1.3. Глифосат (N-фосфонометилглицин)

1.2. БИОДЕСТРУКЦИЯ ОРГАНОФОСФОНАТОВ

1.2.1. Микроорганизмы - деструкторы фосфонатов

1.2.2. Получение накопительных культур

1.2.3. Энзимология разложения С-P связи
1.2.4. Физиологические особенности разложения С-P связи
1.2.5. Деструкция глифосата
1.2.6. Физиологические особенности разложения глифосата
1.3. ПОВЕДЕНИЕ ГФ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
1.3.1. Устойчивость ГФ
1.3.2. Инактивация ГФ в окружающей среде
1.3.2.1. Механизм сорбции глифосата
1.3.2.2. Сорбция глинистыми минералами и органическим веществом
1.3.2.3. Влияние фосфата на сорбцию ГФ
1.3.2.4. Биодеструкция ГФ в почве
1.3.3. Подвижность ГФ в почве
1.4. БИОРЕМЕДИАЦИЯ - КАК СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ ПОЛЛЮТАНТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
2.1.1. Среды для культивирования бактерий
2.1.2. Выделение и отбор бактерий-деструкторов
2.1.3. Условия культивирования бактерий
2.1.4. Таксономическое определение штаммов-деструкторов
2.1.5. Изучение выживаемости клеток при длительном хранении
2.2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
2.2.1. Аналитическое определение фосфатов и фосфонатов
2.2.2. Количественное определение ГФ
2.2.3. Определение метаболитов деструкции в культуральной жидкости

2.2.4. Другие аналитические методы
2.3. ЭКСПЕРИМЕНТЫ В МОДЕЛЬНЫХ ПОЧВЕННЫХ СИСТЕМАХ
2.3.1. Характеристика используемых почв
2.3.2. Изучение сорбции ГФ в почвенной суспензии
2.3.3. Построение изотерм сорбции ГФ
2.4. БИОДЕГРАДАЦИЯ ГФ В ПОЧВЕ
2.4.1. Микробная деградация ГФ в почвенной суспензии
2.4.2. Лабораторные эксперименты по отбору штаммов для биоремедиации
2.4.3. Изучение миграции ГФ по вертикальному профилю и его биодеструкции в почвенной колонке
2.4.4. Биоремедиация почвы от загрязнения ГФ в полевых условиях
2.5. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
2.5.1. Биотестирование на дафниях
2.5.2. Изучение токсичности штаммов для теплокровных животных
2.5.3. Определение дегидрогеназной активности в почве
2.5.4. Определение биомассы аборигенной почвенной микрофлоры
2.5.5. Определение фитотоксичности
2.6. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Глава 3. Результаты исследования
3.1. СОЗДАНИЕ МУЗЕЯ МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ ОФ
3.1.1. Выделение, селекция и оценка деструктивной активности бактериальных штаммов
3.1.2. Условия длительного хранения штаммов
3.2. ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ШТАММА О. аЫкгор'х ОРК 3 С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ДЕСТРУКТИВНОЙ АКТИВНОСТИ
3.2.1. Поиск оптимального источника углерода
3.2.2. Влияние источника азота на деструктивную активность штамма О. атИгор'х ОРК 3.
3.2.3. Влияние источника фосфора при подготовке инокулята
3.2.4. Голодание клеток штамма бактерий О. аЫЬгорг ОРК 3 по фосфору
3.2.4.1. Исходная концентрация клеток в инокуляте
3.2.4.2. Продолжительность голодания инокулята
3.2.4.3. Эффективность деструкции ГФ в зависимости от продолжительности голодания инокулята
3.2.4.4. Содержание общего фосфора в клетках О. аШкгор'х СРК 3 в динамике роста культуры
3.2.5. Определение удельной нагрузки субстрата
3.2.6. Влияние на биодеструкцию начальной концентрации ГФ

3.2.7. Влияние значения pH и уровня аэрации на разложение ГФ
3.3. СОРБЦИЯ И БИОДЕСТРУКЦИЯ ГФ В ПОЧВЕННЫХ СУСПЕНЗИЯХ
3.3.1. Построение изотерм сорбции ГФ
3.3.2. Динамика сорбция ГФ в почвенной суспензии
3.3.3. Деградация ГФ штаммом О. апМгор! ОРК 3 в почвенной суспензии
3.4. ИЗУЧЕНИЕ БИОДЕГРАДАЦИИ ГФ В ПОЧВЕ С ПОМОЩЬЮ ШТАММОВ-ДЕСТРУКТОРОВ
3.4.1. Отбор штаммов для биоремедиации в условиях лабораторных почвенных экспериментов
3.4.2. Изучение деструкции глифосата в почве штаммами О. аыЪгорг вРК 3 и АскготоЬаЫег эр. К§
3.4.3. Биодеструкция ГФ и его распределение по вертикальному профилю в лизиметрической колонке
3.5. БИОРЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ГФ, В УСЛОВИЯХ ПОЛЕВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
3.6. ПОДБОР СТАБИЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ АКТИВНОЙ БИОМАССЫ ШТАММОВ-ДЕСТРУКТОРОВ
3.7. ДЕПОНИРОВАНИЕ И ПАТЕНТОВАНИЕ
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Те же закономерности наблюдались при сравнении сорбции ГФ и фосфата отдельными почвенными компонентами. В отличие от почвы, равновесие в суспензиях минералов устанавливалось гораздо быстрее (Gimsing and Borggaard, 2002).
Таким образом, содержание фосфата может играть важную роль при определении десорбции и биодоступности ГФ в почве. Как для ГФ, так и для фосфатов процесс сорбции зависит от времени. На первом этапе сорбция протекает быстро, однако для полного приведения в равновесие систем почва-ГФ или почва-фосфат требуется длительное время, как правило, не менее месяца.
1.3.2.4. Биодеструкция ГФ в почве
Основным фактором, способствующим деградации ГФ в окружающей среде, является его биодеструкция ферментными системами почвенных микроорганизмов. Начальным шагом в процессе биодеструкции гербицида в почве является разрыв C-N связи (Rueppel et al., 1977; Forlani et al., 1999; Araujio et al., 2003). В результате этого в почве может временно накапливаться АМФК. При внесении рабочих доз гербицида в почву (2,5-8 кг/га) максимальная концентрация ГФ в верхнем слое почвы достигала 2-10 мг/кг. Концентрация его основного метаболита АМФК обычно не превышала 10 % от максимально возможной. Для АМФК Т50 составил 958 суток (Сох, 1998). Показано, что АМФК может оказывать фитотоксическое действие па ГМ растения, устойчивые к ГФ (Reddy et al., 2004), а в растениях обнаруживали как остатки АМФК, как и ГФ (Reddy et al., 2008). Промежуточные продукты микробной деградации, когда происходит непосредственное расщепление С-P связи ГФ (саркозин, глицин), в почве обычно не находили.
Деградация ГФ в глинистой почве составляла 9,3 - 14,7 % за 3 месяца. В то время как в песчаной почве, где наблюдалась более высокая сорбция и слабая десорбция гербицида, отмечалась более слабая минерализация - 2 % после 31 дня эксперимента (Sorensen et al., 2006, Strange-Hansen R. et al., 2004). Деградация сорбированного ГФ всегда происходила медленно. Но с течением времени остатки гербицида обладали способностью десорбироваться, что не только увеличивало биодоступность гербицида для микроорганизмов, но и повышало мобильность ГФ в почве (Al-Rahab et al., 2008).
Сорбция, минерализация и подвижность ГФ были изучены также на пяти тинах гравия. Самая высокая степень минерализации ГФ была в грубом гравии (14 % после 4 дней и 32 % после 31 дня эксперимента). Высокой степени деструкции ГФ способствовала относительно небольшая сорбция в гравии (Strange-Hansen R. et al., 2004).