Выделение и изучение сульфатредуцирующих бактерий из экосистем, подверженных влиянию металлургических предприятий

• Автор: Франк, Юлия Александровна
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СУЛЪФАТРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

1.1. Общая характеристика сульфатредуцирующих бактерий

1.1.1 .Особенности физиологии сульфатредуцирующих бактерий

1.1.2. Филогения сульфатредуцирующих бактерий

1.1.3. Экология и распространение сульфатредуцирующих бактерий

1.2. Влияние ионов металлов на сульфатредуцирующие бактерии

1.2.1. Токсичность металлов для бактериальных клеток

1.2.2. Устойчивость СРБ к ионам двухвалентной меди и ее генетические детерминанты

1.2.3. Устойчивость СРБ к ионам других тяжелых металлов

1.2.4. Жизнедеятельность СРБ в загрязненных экосистемах

1.3. Возможности применения сульфатредуцирующих бактерий в биотехнологиях очистки вод
1.3.1. Механизмы обезвреживания тяжелых металлов сульфатредуцирующими и другими бактериями
1.3.2. Использование СРБ для обезвреживания кислых шахтных дренажных вод
1.3.3. Осаждение тяжелых металлов в промышленных стоках сульфатредуцирующими бактериями
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Чистые культуры СРБ
2.1.2. Осадки, использованные для выделения чистых культур
2.2. Культивирование сульфатредуцирующих бактерий и ростовые
эксперименты
2.2.1. Приготовление среды Видделя и добавок
2.2.2. Приготовление растворов металлов
2.2.3. Подготовка посуды для посева
2.2.4. Посев сульфатредуцирующих бактерий
2.2.5. Измерение среды
2.2.6. Определение круга используемых доноров и акцепторов электрона для сульфатредукции
2.2.7. Определение численности СРБ
2.2.8. Определение кинетических параметров роста чистых культур СРБ
2.3. Аналитические методы
2.3.1. Определение сероводорода по Пахмайеру
2.3.2. Определение белка по методу Лоури
2.3.3. Определение ацетата методом газовой хроматографии
2.4. Молекулярные методы
2.4.1. Выделение хромосомной ДНК бактерий
2.4.2. Электрофорез в агарозном геле
2.4.3. Полимеразная цепная реакция
2.4.4. Градиентный денатурирующий гельэлектрофорез
2.4.5. Флуоресцентная гибридизация i i I
2.5. Микроскопирование и микрофотосъемка
2.6. Программное обеспечение и статистическая обработка
3. СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ В ЭКОСИСТЕМАХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЛИЯНИЮ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
3.1. Численность и филогенетическое положение культивируемых СРБ в осадках влажных местообитаний Норильской промышленной зоны
3.2. Численность и разнообразие культивируемых СРБ в осадках влажных местообитаний промышленной зоны на Кольском полуострове
3.3. Выделение чистых культур СРБ из осадков влажных местообитаний Норильской промышленной зоны, их фенотипическая и филогенетическая характеристика
3.4. Выделение чистых культур СРБ из осадков влажных местообитаний промышленной зоны на Кольском полуострове, их фенотипическая и филогенетическая характеристика
3.5. Фенотипическая и филогенетическая характеристика чистых культур СРБ, выделенных из сточных вод Челябинского металлургического комбината
3.6. Обсуждение полученных результатов
4. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧИСТЫХ КУЛЬТУР СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ
4.1. Определение оптимальных органических субстратов доноров углерода и электронов для роста ВеиЦо1Ьгю . А4
4.2. Влияние ионов меди II и других металлов на рост чистых
культур СРБ
4.3. Влияние температуры на рост и образование сероводорода Оези1откгоЫит 5. ВЬ
4.4. Использование нерастворимых природных фосфатов в качестве субстратов для роста чистых культур СРБ
4.5. Обсуждение полученных результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Итоги и перспективы Томск, , Экология Южной Сибири год Абакан, , Экологоэкономические проблемы природопользования Томск, , конференциях молодых ученых Экология Южной Сибири и сопредельных территорий Абакан, , Наука и образование Томск, школе конференции III Сибирская школа молодого ученого Томск, X, XI, XIII международных конференциях Студент и научнотехнический прогресс Новосибирск, , , международной конференции по Арктической Микробиологии Ii i ii Рованиеми, , на международной конференции по энвайронментальной, индустриальной и прикладной биотехнологии ii Бадахос, , на Российскофранцузском форуме Актуальные проблемы экологии и природопользования Сибири в глобальном контексте Томск, и на Международном Симпозиуме по Экологической микробиологии IП Вена, . По материалам диссертации опубликовано печатных работ. Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к. О.В. Карначук и сотрудникам кафедры физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета за неоценимую помощь при проведении исследований и написании диссертации. Также признательность к. Г.Л. Генцлеру и д. Е.В. Евдокимову за помощь в обсуждении диссертации и коллегам, оказавшим содействие при выполнении исследований в особенности Д. А. Ивасенко. Автор также выражает благодарность за помощь при проведении исследований в Институте инженерии окружающей среды и Биотехнологии при Технологическом университете г. Тампере Финляндия старшему исследователю Анне Каксонен , исследователям Пайви Киннунен ivi i, Пертту Коксинену i, а также доценту Уве Мюнстеру и директору института, профессору Яаакко Пухакке . Работа частично выполнена при финансовой поддержке фонда ИНТАС гранты iii ii i i i , i i i vi I и ii i xixi i i ii I . Молекулярногенетические исследования структуры сообществ и состава накопительных культур сульфатредуцирующих бактерий осуществлялись при поддержке фонда Правительства Финляндии I и объединенного исследовательского проекта Европейской комиссии i i i i ii . Изучение некоторых аспектов устойчивости сульфатредуцирующих бактерий к меди финансировалось Федеральным агентством по образованию России Грант А2. СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЯХ ОЧИСТКИ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 1. Соединения серы широко распространены в земной коре , . Сера является необходимым элементом для живых существ. Зеленые растения, дрожжи и другие организмы, за исключением животных, могут редуцировать сульфат, используя его как источник серы для построения белков и кофакторов. Этот процесс обозначают как ассимиляторную сульфатредукцию. Сульфатредуцирующие бактерии СРБ осуществляют диссимиляторную сульфатредукцию. При этом сульфатион действует как внешний конечный акцептор электронов для диссимиляции органического вещества. Диссимиляторную сульфатредукцию также определяют как сульфатное дыхание. Небольшое количество восстановленной серы ассимилируется микроорганизмами, но, в основном, она высвобождается в окружающую среду в виде иона сульфида, обычно гидролизованного до сероводорода , . Диссимиляторная сульфатредукция древний тип метаболизма, и его возникновение, возможно, предшествовало дивергенции трех доменов жизни . Среди сульфатредукторов есть одноклеточные и нитчатые формы, передвигающиеся с помощью жгутиков или скольжением и неподвижные i, , . По морфологическим и физиологическим признакам бактерии, объединенные в эту группу разнообразны. Берджи за год, на сегодняшний день известно более сульфатредуцирующих родов. Сульфатредуцирующие бактерии получают энергию в процессе сульфатного дыхания при переносе электронов в электронтранспортной цепи i, . Принимая электрон, химически инертный ион 2 восстанавливается до 2, являющегося наиболее восстановленным соединением серы. Поскольку такое восстановление сульфата обладает формальным сходством с дыханием, при котором акцептором водорода служит кислород, принято говорить о сульфатном дыхании, или о диссимиляционной сульфатредукции. В этом процессе происходит перенос электронов с участием цитохрома С. Энергия запасается благодаря фосфорелированию в электронтранспортной цепи i, . Перенос электронов с субстрата на сульфат происходит через ряд промежуточных продуктов. Дальнейшее восстановление сульфита до сульфида связано с участием различных диссимиляторных бисульфитредуктаз .