Обработка информации биосенсорных систем на основе бактерий-нефтедеструкторов

• Автор: Лагунова, Наталия Леонидовна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 226 с. : ил.

Введение.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технологии защиты и очистки окружающей среды от загрязнения нефтыо и нефтепродуктами.

1.1. Нефть и нефтепродукты как наиболее распространенные и опасные загрязнители

1.2. Методы рекультивации окружающей среды от нефти и нефтепродуктов.

1.2.1. Механические методы.

1.2.2. Термические методы

1.2.3. Физикохимические методы. Применение сорбентов

Сорбенты

1.2.4. Микробиологические методы. Биоремедиация

Биостимуляция внесение удобрении, биостимуляторов, биоэмульгаторов.

Фитобиоремедиация.
Биоаугментация
Биопрепараты
2. Общие закономерности биодеградации углеводородов нефти.
2.1. Основные пути биодеградации нефтекомпонентов
2.1.1. Биодеградация алканов.
2.1.2. Биодеградацш полиароматических углеводородов
2.2. Катаболические плазмиды биодеградации. Плазмиды биодеградации нафталина.
3. Методы контроля загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами
3.1. Стандартные физикохимические методы
3.2. Биоаналитические методы.
3.2.1. Биосенсорные технологии.
3.2.2. Электрохимические микробные биосенсоры для определения нефтекомпонентов
Заключение.
Глава П. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Бактериальные штаммы.
2. Питательные среды и условия культивирования
3. Реактивы.
4. Формирование рецепторного элемента. Иммобилизация биоматсриала
4.1. Иммобилизация микробных клеток включением в агаровый гель
4.2. Иммобилизация адсорбцией па стекловолоконном фильтре
4.3. Иммобилизация включением в полиакриламидный гель
4.4. Иммобилизация включением в криогель ПВС.
4.5. Иммобилизация с помогцыо бензохинона и ДЭАЭдекстрапа.
5. Биосенсорные измерения
6. Спекгрофотометрическое определение удельных активностей ключевых ферментов биодеградации нафталина
6. 1. Получение бесклеточиого экстракта.
6.2. Определение удельной активности оксигеназ
7. Статистическая обработка результатов
Глава III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Разработка лабораторной модели биосенсора кюветного типа на основе микроорганизмовнефтедеструкторов
1.1. Определение основных аналитических характеристик лабораторной модели биосеисорной установки для детекции нафталина.
1.1.1. Операционная стабильность биосенсора.
1.1.2. Долговременная стабильность биосенсора.
1.1.3. Длительность единичного анализа время отклика и время регенерации.
1.1.4. Определение параметров градуировочной зависимости биосенсора
1.1.5. Чувствительность и придел обнаружения
1.2. Градуировочные зависимости биосенсоров на основные субстратынефтекомпоненты, уравнения их аппроксимаций
1.3. Измеряемые параметры откликов микробных сенсоров, их биологический смысл.
1.4. Влияние иммобилизации на окислительные характеристики бактерийдеструкторов.
1.4.1. Выбор способа иммобилизации
1.4.2. Влияние способов иммобилизации на операционную и долговременную стабильность микробных сенсоров
1.4.3. Сравнение профилей субстратной специфичности иммобгшизованных адсорбцией и в агар бактерий
1.4.4. Статистический анализ применимости способа иммобилизации бактериал ьных клеток в агар.
1.5. Рабочие параметры функционирования лабораторной модели биосенсора
Заключение.
2. Роль плазмид деградации нафталина эндогенный фактор в изменении окислительных характеристик бактериальных хозяев
2.1. Скрининг ростовых и культуральных характеристик микроорганизмов.
2.2. Сравнительный анализ профилей субстратной специфичности штаммов с помощью биосенсорных технологий.
2.3. Определение удельных активностей ключевых ферментов биодеградации нафталина спектрофотометрическим методом
Заключение.
3. Биосснсорнын анализ влияния экзогенных факторов на окислительную активность бактерийнефтедеструкторов.
3.1. Специфика воздействия фактора природы доступного субстрата
3.1.1. Классификация субстратов по их воздействию па выходной сигнал биосенсора
3.1.2. Особенности окисления алкапов нормального строения с длиной цепиСбСб
3.1.3. Индукция окисления нафталина у бесплазмидных штаммов
3.2. Динамика реакций бактериальной микропопуляции в отношении доступных субстратов. Постановка длительного контролируемого экологического эксперимента
3.2.1. Стабильность поддержания плазмид биодеградации нафталина
в селективных условиях
3.2.2. Динамика изменения окислительной активности бактериального сообщества при смене селективных субстратов.
3.3. Влияние экзогенных факторов абиотической природы на окислительные характеристики природных шгаммовнефтедеструкторов
3.3.1. Сравнительная характеристика биохимического поведения бактерий родов и .
3.3.2. Уровень эндогенного дыхания псевдомонад и родококков, их отношение к периодам голода и отсутствия влаги
3.3.3. Влияние повышенной осмолярности среды на окислительные характеристики нефтедеструкторов
3.3.4. оптгшум и диапазон ферментных систем псевдомонад и родококков, их адаптивные изменения.
3.3.5. Изменение окислительных характеристик нефтедеструкторов
под действием низких положительных температур
Заключение
4. Составление, отбор и изучение ассоциаций нефтедеструкторов .
4.1. Профили субстратной специфичности искусственно составленных микробных ассоциаций, регистрация кооперативного эффекта
4.2. Анализ влияния экстремального фактора на взаимодействие штаммов в ассоциации
Заключение.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Для водных поверхностей используют секционные боновые заграждения, предотвращающие миграцию нефти по акватории, применение бонов, по утверждению фирмы Эластек, возможно во всех водоемах, в том числе с быстрым течением, на высокой волне и при сильном ветре . Преимуществом этого метода является то, что его применение не требует длительного времени для установки блокирующих систем и комплексного исследования загрязненной территории. Однако система блокирования это всего лишь механическое сдерживание загрязняющих веществ, не приводящее к очистке загрязненной территории. Механическое разделение и отжим использование пресса, ситового, сетчатого, магнитного, гравитационного или циклонного разделения позволяет значительно снизить концентрацию нефти и НП в загрязненном грунте за счт отделения подвижной фракции . Данный способ часто используют для регенерации сорбентов. Методика позволяет значительно уменьшить объем загрязненной почвы, но недостаточно хорошо работает в случае гомогенного распределения загрязняющих веществ в грунте. Кроме того, при использовании данной технологии нельзя достичь полного очищения почвы. Метод консервации загрязнения осуществляется 3 способами асфальтированием, землеванисм засыпка загрязненного участка слоем грунта в см и использованием полимерного покрытия. Землевание сводит процесс естественного испарения и окисления нефти к нулю, при этом метод требует значительных земельных работ и неприменим в районах с близким залеганием уровня грунтовых вод. Использование полимерного покрытия для консервации загрязнения в большинстве случаев неоправданно с экономической точки зрения, но этот метод эффективен в зонах с умеренным и холодным климатом, т. НП . Вывоз и захоронение единственный механический метод, применяемый вне загрязненного участка, он заключается в выемке загрязненного грунта и последующем его захоронении на специально отведнных полигонах. Недостатком этого подхода является значительный объем земельных работ и невозможность применения на зыбких грунтах. Кроме того, он не обеспечивает очищения почвы и приводит к необратимому уничтожению верхнего, плодородного горизонта почвы . Термические методы применяются в основном x i рис. С и умеренно высокие до 0С температуры, что предполагает значительные энергетические затраты. По данным Р. Бишоффа , термическая обработка 1т грунта обходится в 0 ДМ, поэтому она малоэффективна для больших объемов загрязненной почвы. Сжигание нефти и НИ в потоке кислорода позволяет получать из прокаленных органических отходов сырье для производства строительных материалов, но сама технология требует предварительной обработки грунта по удалению избытка влажности и тяжелых металлов, а также присутствия специальных катализаторов для доокисления отходящих газов . Стоимость термической десорбции значительно ниже, но вероятен риск образования токсичных побочных продуктов и неполного удаления смол и асфальтенов. Рис. Термоэкстракция предполагает нахождение удаляемых НП под вакуумом, поэтому попадание загрязняющих веществ в окружающую среду снижается, но, как и при сжигании, возможно накопление токсичных ПДУ, кроме того, остается проблема утилизации отходящих экстрактов. Выжигание нефти и МП i i наиболее простой и, в тоже время, варварский способ рекультивации. Среди продуктов сгорания, остающихся на месэс или рассеивающихся в окружающей среде, образуется много токсичных и канцерогенных веществ, кроме того, этот метод не только не обеспечивает полного уничтожения загрязнения, а напротив, ведт к возникновению техногенных пустынь . К сожалению, выжигание нефти до сих пор широко применяется на нефтепромыслах Западной Сибири. Метод ленточных микровзрывов является одним из немногих, применяемых на заболоченных почвах и других неустойчивых грунтах, хотя изза высокой стоимости данный метод можно применять только там, где использование других методов невозможно. Он заключается в разрыхлении плотной нефтяной корки с помощью микровзрывов и приводит к равномерному распределению тяжлых УВН в мощном слое торфа, тогда как остатки лгких фракций выгорают . В результате значительно улучшаются условия для микробиологической утилизации загрязнения и снижается концентрация токсичных веществ в корнеобитаемом слое.