Биоремедиационные свойства фототрофных микроорганизмов из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами

Бакеева, Альбина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биоремедиационные свойства фототрофных микроорганизмов из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами
ВАК РФ 03.02.03, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биоремедиационные свойства фототрофных микроорганизмов из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАКЕЕВА АЛЬБИНА ВЛАДИМИРОВНА

БИОРЕМЕДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФОТОТРОФНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ИЗ ВОДОЕМОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ

03.02.03 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 МАЙ 2011

Санкт-Петербург - 2011

4845871

Работа выполнена в лаборатории микробиологии Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Квитко Константин Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Никитина Валентина Николаевна Санкт-Петербургский государственный университет

доктор биологических наук Янкевич Марина Ивановна Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Ведущее учреждение:

Институт озероведения РАН

Защита состоится « ■//» ¡¿¿ЛЛ' 2011 г. в -/Г' на заседании объединенного совета ДМ212.232.07 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9, СПбГУ, Биолого-почвенный факультет, аудитория -т.

С диссертацией можно ознакомиться в центральной библиотеке Санкт Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан « 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е.И. Шарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Активное развитие атомной промышленности привело к накоплению огромного количества жидких низкоактивных отходов (НАО). На территории России жидкие НАО накапливались в емкостях-накопителях исследовательских организаций, в бассейнах-накопителях, как на ФГУП «Горно-Химический Комбинат» (г. Железногорск, Красноярский край), в водоемах естественного происхождения, как на ФГУП ПО «Маяк» (г. Озерск, Челябинская обл.). К водоемам естественного происхождения относятся оз. Карачай и Теченский каскад водоемов в районе заводов ФГУП ПО «Маяк». Ряд пресных озер этого региона попали под Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), возникший при взрыве емкости для хранения высокоактивных отходов на предприятии в 1957 г.

Попавшие в водоемы радионуклиды находятся в различных физико-химических формах и могут мигрировать в воде водоема, переносятся за его пределы с грунтовыми водами, в результате чего радиоактивному загрязнению могут подвергаться обширные территории. Учитывая, что к настоящему времени основными загрязнителями жидких НАО являются долгоживущие радионуклиды 137Cs (Т,/2 = 30,2 года) и 90Sr (Т1/2 = 28,8 года) (Суслов и др., 2010), обеспечение охраны окружающей среды и радиационной безопасности населения от таких радионуклидов является важной проблемой.

На сегодняшний день методы биоремедиации (биологической очистки) являются наиболее перспективными методами очистки вод от широкого круга загрязняющих веществ (Alexander, 1994; Lop, Tar, 2000; Neu et al., 2002; NABIR, 2003). Пресноводные организмы способны весьма сильно концентрировать большинство химических элементов, находящихся в воде в очень малых концентрациях (Тимофеева-Ресовская, 1960). При этом данные организмы обладают относительно высокой резистентностью к излучателям (Шевченко и др., 1992). Способность фототрофных микроорганизмов сорбировать/аккумулировать радионуклиды и тяжелые металлы отмечалась многими авторами (Giesy, Paine, 1976; Nakajima, Sakaguchi, 1986; Gadd, 1990). Широкое распространение фототрофов в озерах, особенно в теплые периоды года, позволяет рассматривать их биомассу как возможный биосорбент для избирательной сорбции радионуклидов (Parker et al., 1996).

В этом плане особый интерес представляют цианобактерии и микроводоросли, выделенные из биопленок обитателей водоемов жидких НАО ФГУП ПО «Маяк» и озер, расположенных на ВУРСе, которые находились под влиянием длительного радиационного воздействия.

Международном Реестре Микробных Коллекций) (Pinevich et al., 2002), имеющи значение для биоремедиации.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было выделени штаммов фототрофных микроорганизмов (цианобактерий и микроводорослей) и биопленок водоемов, загрязненных жидкими низкоактивными отходами изучение их адаптации к радиации, биосорбции радионуклидов биомассо штаммов, изучение их наиболее важных в экологическом плане свойств перспективой использования в целях биоремедиации.

Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Выделение, очистка, идентификация и введение в коллекцию CAL фототрофных микроорганизмов из радиоактивно загрязненных ценозов.

2. Изучение устойчивости штаммов цианобактерий и микроводорослей гамма- и ультрафиолетовому- облучениям, к сточной жидкости, нитратам повышенной концентрации NaCl; определение диапазона рН и температуры дл культивирования штаммов; изучение токсичности штаммов.

3. Оценка способности клеток к иммобилизации на капроновом носителе восстановлению роста после высыхания.

4. Изучение биосорбции радионуклидов клетками штаммов цианобактерий микроводорослей; изучение влияния физико-химических условий на биосорбцию

5. Исследование десорбции радионуклидов, связанных биомассой штаммо цианобактерий и микроводорослей.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическо исследование фототрофных микроорганизмов из водоемов жидких НАО ФГУ ПО «Маяк» и озер, расположенных на ВУРСе. Экологически перспективны штаммы цианобактерий и микроводорослей, выделенные из вод, загрязненны радиоактивными отходами, сохранены в коллекции музея живых культу микроорганизмов СПбГУ CALU. Изучена устойчивость штаммов цианобактери и микроводорослей к гамма- и ультрафиолетовому- (УФ) облучениям. П показателям радиорезистентности к гамма- и УФ- облучению штаммы выделенные из загрязненных радионуклидами водоемов, сравнены контрольными штаммами коллекции CALU , выделенными из нерадиоактивны мест обитания. Определены оптимальные значения температур и рН для рост штаммов. Показана устойчивость штаммов к различной концентрации нитратов повышенной концентрации NaCl и сточной жидкости. Определена токсичност штаммов по отношению к тест-объекту Daphnia magna. Показана способность иммобилизации клеток выделенных штаммов на капроновых субстратах большой удельной поверхностью и способность штаммов к длительном хранению и последующему восстановлению роста разбавленной основной средо после высыхания - биотехнологически важные свойства при создани биофильтров и сухого препарата соответственно. Впервые выполнень исследования по изучению взаимодействия с радионуклидами фототрофны

микроорганизмов из водоемов жидких НАО ФГУП ПО «Маяк» и озер, расположенных на ВУРСе. Определены штаммы цианобактерий и микроводорослей сорбирующие радионуклиды: 238Pu(IV), 233U(VI), 241Am(III) и 90Sr(II).

Научно-практическая значимость работы. Доказано, что штаммы, выделенные из районов с повышенным радиационным фоном облучения обладают более высоким уровнем устойчивости к гамма- и УФ- облучениям (радиоадаптацией), по сравнению с контрольными. Фототрофные микроорганизмы, выделенные из загрязненных водоемов, могут использоваться как эталон устойчивости фототрофных микроорганизмов к радиации, для мониторинга радиоактивно загрязненных территорий и как индикаторы антропогенного загрязнения окружающей среды радионуклидами: 238Pu(IV), 233U(VI), 24IAm(III) и 90Sr(II). Знание физиологии фототрофных микроорганизмов и влияния физико-химических условий на избирательную биосорбцию позволят оптимизировать процесс доочистки и очистки загрязненных вод. Штаммы микроводорослей и цианобактерий могут использоваться для разработки методов биоремедиации.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на VI Всероссийской школе по морской биологии (Мурманск, 2007); Региональной молодежной научной конференции «Экологическая школа в г. Петергофе» (2007); Международном симпозиуме «7th International Symposium for Subsurface Microbiology» (Shizuoka, Japan, 2008); 6-ой Российской конференции «Радиохимия-2009» (Москва, 2009); Всероссийском симпозиуме с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (Москва, 2009); Московской Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); на молодежной научной конференции, ПИЯФ им. Б,П. Константинова (Гатчина, 2010).

Личный вклад соискателя состоял в проведении микробиологических, радиохимических исследований, обработке экспериментальных результатов. Микробиологические эксперименты выполняли в лаб. микробиологии СПбГУ (зав. лаб., д.б.н., профессор А.В. Пиневич). Радиохимические исследования проводили в лаб. экологических проблем обращения с радиоактивными и токсичными отходами ИФХЭ РАН (зав. лаб., к.х.н. Е.В. Захарова), в ПИЯФ им. Б.П. Константинова (гр. индуцибельных систем клетки, д.б.н. В.Н. Вербенко) и лаб. ИНМИ РАН (зав. лаб., д.б.н., профессор С.С. Беляев).

Публикации. Материалы диссертации представлены в 8 печатных изданиях, включая 3 статьи и 5 тезисах конференции.

обсуждения», «Заключение», «Выводы» и «Список литературы», включающий 93 отечественных и 123 зарубежных наименований.

ШБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристика объектов исследования. В работе исследованы штаммы цианобактерий (одноклеточные Synechocystis sp., нитчатые Leptolyngbya sp. Phormidium sp.) и микроводорослей (Scenedesmus quadricauda), выделенные и вод технологических водоемов ФГУП ПО «Маяк»: В-2 (оз. Кызыл-Таш), В-3, В-4 В-10 — хранилища жидких НАО, водоемов В-9 (оз. Карачай) и В-17 (оз. Старо Болото) - хранилища жидких среднеактивных отходов, оз. Алабуга (используете в качестве контрольного водоема (Смагин, 2008)) и оз. Большие Кирпичики расположенных на территории ВУРСа. Характеристика водоемов дана в табл. 1.

Состав сред, условия культивирования микроорганизмов Культивирование штаммов цианобактерий и микроводорослей проводилось пр температуре 23-25°С и постоянном освещении 2000-2500 люкс на среде 6: (мг/л KN03 - 1000; К2НР04 - 200; MgS04 - 200, СаС12 - 150; NaHC03 - 200 микроэлементы (Громов, Титова, 1991).

Выделение штаммов проводилось методом истощающего мазка (Криг, 1983) путем изоляции клонов. Идентификация морфологически единообразных аксеничных клонов сценедесмус проводилась по (Голлербах и др., 1953) цианобактерий с учетом номенклатурных изменений (Anagnostidis, Komárek 1988; Определитель бактерии Берджи, том 1, стр. 375-426, 1997). В качеств контролей в опытах использовались штаммы цианобактерий и микроводорослей изолированные из радиоактивно незагрязненных мест обитания, сохраняемые коллекции CALU: -13 и -1202 (Sc. obliquus), -435 (Sc. quadricauda), -157 (Chlorell vulgaris), -734 (Synechocystis sp.), -1226 (Leptolyngbya sp.), -899 (Phormidium sp.).

Метод гамма-облучения. Облучение проб по 5 мл суспензии клето густотой 1-2 xl 0б клеток/мл (выровненных по оптической плотности, ОП в полос 480 нм до 0,2 ед.), проводилось у-лучами 60Со с энергией у-квантов 1,3 МэВ н установке «Исследователь» (РХ-у-30, ПИЯФ, г. Гатчина) с мощностью дозы 1 Гр/мин в трех повторах. После облучения и экспозиции в стандартных условия освещения была измерена динамика ОП на 2-е, 9-е, 13-е и 17-е сутки. Кривы динамики ОП в 3-х опытах с 3-мя повторами аппроксимировали линейны трендом и уравнением регрессии у = -ax+b, R2, где а - суточный прирост ОП; b экстраполяционное число на нулевой момент, R2 - коэффициент детерминации отражающий достоверность линии тренда. После построения графико зависимости прироста ОП в сутки от дозы гамма-облучения получившуюс кривую было возможно разбить на отрезки доз. Сравнивая соответствующи суточные приросты штамма для каждого отрезка доз, возможно более наглядн показать различие в росте ОП штаммов при разных дозах гамма-облучения (а>

характеризует устойчивость и а<0 - уменьшение устойчивости штамма к гамма-облучению).

Метод УФ-облучения. Источником УФ излучения служила ртутная лампа низкого давления (Philips Ultraviolet TUV 30W/G30T8, UVC). Суспензия клеток густотой 1-2x106 клеток/мл разводилась в пропорции 1/10 четыре раза в матрице репликатора с 25 лунками объемом по 200 мкл, т.е. по 5 повторов ячеек. Расстояние от УФ лампы до облучаемой матрицы - 10 см. Время облучения составляло 5, 10, 15 и 20 мин. В каждый из интервалов репликатором микрокапли (объемом по 20 мкл) суспензии клеток (т.е. густотой от 2-104 до 20 клеток на каплю) переносились на плотный агар со средой 6. Для предотвращения фотореактивации чашки с посевами облученных клеток сутки хранили в темноте, после чего выставлялись на свет в стандартных условиях. Число колоний учитывали на 7 сутки роста на свету и строили кривые выживаемости ценобий, клеток, фрагментов нитей штаммов, по оси абсцисс откладывая время УФ-облучения (мин), по оси ординат выживаемость, как log N/N0, где N - число колоний от живых ценобиев, клеток, фрагментов нитей после определенной дозы УФ-облучения, N0- число живых клеток в необлученном контроле.

Изучение влияния физико-химических факторов на рост штаммов. Штаммы выращивали в стандартных условиях, при разных модификациях среды 6. Контролем служила суспензия штаммов в минеральной среде 6. Для определения чувствительности штаммов к различной концентрации нитратов в основную жидкую среду 6 добавлялся KN03 до 4, 8, 10, 20, 30 и 50 г/л. Для выявления резистентности к NaCl, использовались модификации среды 6 с концентрацией соли - 0,2, 0,4, 0,8, 1,6 и 3,2%. Для выявления резистентности к кислотности, в среду 6 добавляли буферные смеси, обеспечившие 7 уровней рН среды: от 5 до 11. Выявляя отношения штаммов к температуре, суспензии их клеток культивировали на среде 6, в световых термостатах при температурах: 10, 23, 32 и 60°С. Регистрация роста проводилась путем измерения ОП, подсчетом клеток в камере Горяева и учетом колониеобразующих единиц (КОЕ).

При изучении влияния токсичной сточной жидкости (СЖ) (64-й карт полигона «Красный Бор», Санкт-Петербург) на рост штаммов в жидкую питательную среду 6 добавляли сточную жидкость до 10 и 20% и засевали клетки цианобактерий и микроводорослей. Эффект токсичного воздействия 100% СЖ выявлялся при диффузии ее из цилиндрика диаметром 6мм, помещенного в центр чашки Петри с газоном испытуемых штаммов на плотной среде 6 ( см. рис. 2).

Токсикологические исследования. Токсичность штаммов цианобактерий исследовалась на тест-объекте Daphnia magna Straus (Биологические методы контроля, ФР.1.39.2001.00283, 2001). Критерием острой токсичности служила гибель 50% и более дафний за 96 ч в исследуемой суспензии, при условии, что в контроле гибель не превышала 10%.

Способность клеток к иммобилизации на носителе. Иммобилизация клеток исследуемых штаммов выполнена на капроновой сетке (площадь 25 см2), нити которой сплетены из трех пучков по 20 волокон (3x20), каждое диаметром 0,05 мм. Это на порядки увеличивало поверхность носителя пригодную для обрастания волокон сетки клетками водорослей в процессе культивирования на жидкой среде 6 (см. рис. 5).

Способность клеток к восстановлению роста после высыхания. Штаммы высушивались при температуре 23-25°С. Способность к восстановлению роста после высыхания определялась по образованию сине-зеленых и зеленых нитей и осадков в жидкой среде и микроскопированием.

Определение сорбционной способности штаммов. В работе использовали растворы, содержащие (моль/л): плутоний [238Pu (IV), 5-Ю'10 М], америций [241Am(III), 10"9 М], стронций [90Sr(II), Ю'10 М] и уран [233U(VI), 10"7 М], которые нейтрализовали до величины рН 5-6 с помощью 0,1N растворов НС1 и NaOH. В опыте по влиянию рН на биосорбцию урана использовали уран 233U(VI), 1,5 10"7 М. В тефлоновые флаконы вносили 20 мг сухой биомассы штаммов или суспензию клеток определенной ОП (в полосе 660 нм), в 10 мл физиологического раствора с известным содержанием радионуклида. Контролем служил физиологический раствор (10 мл), содержащий только радионуклид. Эксперимент выполняли при комнатной температуре и постоянном перемешивании на шейкере (250 об/мин, 3 ч). После этого биомассу отделяли центрифугированием (8000 об/мин, 0,25 ч). Активность радионуклидов, оставшихся в жидкой фазе, определяли методом жидкостной сцинтилляционной (ЖС) спектрометрии (сцинтиллятор OptiFase "HiSafe" 3, Fin.) (Nazina et al., 2010). Измерения проводили на ЖС спектрометре СКС-07П-Б11 (Россия), точность измерения составляла 3%. Сорбцию радионуклидов микробной биомассой выражали в процентах по отношению к исходной концентрации радионуклида в растворе.

Исследование десорбции. Эксперименты по биосорбции выполняли, как указано выше. После этого биомассу отделяли центрифугированием (8000 об/мин, 0,25 ч) и определяли остаточную активность раствора. В качестве десорбирующих растворов использовали 0,1 M растворы НС1 и Na2C03 и физиологический раствор, которые добавляли по 10 мл во флакон с биомассой. Пробирки с десорбирующим раствором перемешивали на шейкере (250 об/мин, 3 ч). Биомассу отделяли центрифугированием и рассчитывали степень десорбции.

Определение связывания 90Sr клетками штаммов в долговременном эксперименте. Для определения связывания радиоактивного стронция 90Sr свободными клетками штаммов, биомассу микроводорослей и цианобактерий наращивали до стационарной фазы роста. Затем клетки переносили в свежую питательную среду, разбавляя суспензию в 100 раз, и добавляли 10 мкл раствора радиоактивного стронция азотнокислого (0,2 мкКи/мл). По мере роста из каждой культуры отбирали параллельно две равные по объему (0,2 мл) пробы,

переносили их в пробирки объемом 1,5 мл и осаждали при 10000 об/мин в течение 10 мин. Количество 90Sr в осадке и надосадочной жидкости определяли на счетчике Beckman LS 6500 (США) (LS 6500, 1999). Эффективность связывания

Sr клетками определяли в процентах по отношению радиоактивности, содержащейся в осадке, к суммарной радиоактивности пробы.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 2.1. Характеристика штаммов циаиобактсрий и микроводорослей

Изучаемые штаммы представлены зелеными протококковыми водорослями Scenedesmus quadricauda и цианобактериями: одноклеточными Synechocystis sp., нитчатыми Leptolyngbya sp. и Phormidium sp. В коллекции С ALU сохранено 18 штаммов. Штаммы первоначально выделены из водоемов различной степени загрязненности. В табл. 1 штаммы расположены в группах по уменьшению суммарной бета-излучающей активности воды водоема, измеряемой в килоКюри (кКи), тем самым, дана характеристика условий обитания исходных биопленок. Таблица 1. Характеристика мест происхождения штаммов цианобактерий и микроводорослей, сохраненных в CALU. Дано по (Корсаков, Ерофеева, 1996)

№ штамма Систематическое Место сбора проб и суммарная бета- Основные

САШ положение излучающая активность воды, кКи радионуклиды

1318 Synechocystis sp. оз. Карачай (вод. В-9) (120000) Sr, Cs, Am, Cm, Pu

1312, 1322 Scenedesmus quadricauda оз. Старое Болото (вод. В-17) (1200) Sr, Pu, тритий

1311 Phormidium sp. вод. В-10 (260)

1323 Leptolyngbya sp.

1314 Phormidium sp. вод. В-2 (оз. Кызыл-Таш) (110)

1316 Phormidium sp.

1320 Phormidium sp.

1330 Scenedesmus quadricauda вод. В-3, сапропель (-) Sr, Cs

1315 Leptolyngbya sp.

1327 Phormidium sp. вод. В-3 (20)

1328 Phormidium sp.

1329 Phormidium sp.

1324 Phormidium sp.

1325 Phormidium sp. вод. В-4 (14)

1326 Phormidium sp.

1310 Leptolyngbya sp. оз. Алабуга (0) -

1307 Synechocystis sp. оз. Большие Кирпичики (0) -

2.2. Устойчивость штаммов к гамма-облучению

Выживаемость при остром гамма-облучении (рис. 1) 4-х клеточных ценобий штаммов Бс. quadricauda 1312 и 1330 и клеток цианобактерии ЪупескосузИз ер. 1318, выделенных из водоемов жидких НАО, больше, чем штаммов-контролей из нерадиоактивных мест обитания 5с. quadricauda 435 и цианобактерий Бупескосузйз ер. 734. Судя по углу наклона уравнений регрессии, 5с. quadricauda 1330 (а= -0,0040) наиболее радиоустойчив, чем 5с. quadricauda 1312 (а= -0,0049) и контрольный штамм 435 (а= -0,0061).

Log N/NO Log N/NO

Доза облучения, Гр Доза облучения, Гр

Рис. 1. Выживаемость при остром гамма-облучении 4-х клеточных ценобий штаммов Бс. диас1гкаис1а 1312, 1330, 435 (контр.) и клеток штаммов ЗупесИосувйз ер. 1318,734 (контр.)

Рост в течение длительного времени в среде с повышенным радиационным фоном приводит к появлению у популяции устойчивости к радиационным воздействиям или к радиоадаптации. Штаммы 8упес)юсу$й5 ер. 1318 и Бс. диас1псаис1а 1312, клоны культур из наиболее загрязненных водоемов наиболее устойчивы к действию гамма-облучения.

Для нитчатых штаммов цианобактерий после построения графиков зависимости прироста ОП в сутки от дозы гамма-облучения и разбиения получившихся кривых на отрезки доз, были выделены следующие группы: 1-я штаммы устойчивые к гамма-облучению до 800-900 Гр (расположены в порядке уменьшения гамма устойчивости): Leptolyngbya эр. 1315>Ьер1о1уп§Ьуа ер. 131 §>Р1югт1с1шт Бр. 1 Ъ25>Ркогт\йшт Бр. 1 Ъ21>РИогт1сИит ер. 1316>РЬогт1<Иит 5р. 1314>Ркогпйс1шт зр.1324; 2-я-до 400-600 Гр: Leptolyngbya $>\>ЛЪ2Ъ>Ркогт1сИит ер. 1326>1311>1329>1328; 3-я-до 200 Гр: РИотисНит врЛЗМ. Штаммы Ркогт1с1шт ер. 1314 и 1316 из водоема В-2 (оз. Кызыл-Таш) с уровнем загрязнения 110 кКи, устойчивы к большей дозе гамма-облучения, чем другие штаммы Р1югт1с1шт ер. из водоемов В-3 (20 кКи) и В-4 (14 кКи). В области высоких доз гамма-облучения характерен максимум радиоустойчивости для штаммов Leptolyngbya ер. 1323 и РЬогт'кИит ер. 1311, клонов культур и водоемов с наибольшей техногенной нагрузкой.

2.3. Устойчивость штаммов к УФ-облучешно Штаммы, выделенные из водоемов жидких НАО, обладают большей устойчивостью к действию УФ, чем штаммы-контроли. Общий ряд сравнени устойчивости изучаемых штаммов к УФ-облучснию: 1312> 1330> 1322(5с. циас1гксшс1а)»131 %(8упес!юсухИх эр.)> 1311 (РЪогт'кИит вр.)> 1307(5упес1юсухИх sp.)>lЗlO(Leptolyngbya 8р.)>1323 (ЬерШу^Ьуа вр.)»1325, \Ъ2ЦРЬогпис1шт

яр.)> 1327, 1329 (РИопп'кЛит эр.)> 1326 {РИогт'кИит 8р.)>1320(РЬогт\сИит зр.)>1324 (Р1югт'иИит 8р.)>1315 (Ьер1о1у^Ъуа зр.)> 131 Ь(Ркогт\с1'шт зр.)> 131 ЦРкоптсИит ер.). Для РИогтгсИит ер. показано, что клоны культур, выделенные из наиболее загрязненных водоемов, являются наиболее УФ устойчивыми. Штаммы микроводоросли 5с. диасЬчсаис/а 1312, 1322, выделенные из водоема с загрязнением до 1200 кКи, наиболее устойчивы к действию УФ-облучения. Характерен максимум устойчивости клонов культур, выделенных из наиболее загрязненных водоемов.

2.4. Тестирование устойчивости штаммов к сточной жидкости СЖ полигона «Красный Бор», в состав которой входили АПАВ, свинец, стронций, ртуть, мышьяк и др., не только ингибировала рост изучаемых штаммов, но также и стимулировала их рост. Устойчивость к 10% СЖ имели 5с. циаФкаг^а 1312, 1322, ЗупесИосузИз ер. 1318 - клоны культур из наиболее загрязненных водоемов, а также ЪупесНосуъШ эр. 1307, Leptolyngbya эр. 1310 и Р/ютисИит ер. 1329 (рис. 2) - клоны культур из водоемов с наименьшей техногенной нагрузкой. Все остальные штаммы оказались чувствительными к СЖ.

Рис. 2. Рост нитей на плотной среде штамма РЬоптсИит ер. 1329, устойчивого к 100% СЖ, и отсутствие роста нитей штамма РНогт1сИит ер., не устойчивого к 100% сточной 1 жидкости.

2.5. Устойчивость штаммов к различной концентрации нитратов

Два штамма $упес1юсу$Н$ ер. 1318 и 5с. quadricauda 1330 устойчивы к

концентрации нитратов до 8 г/л в о г/л «N03 жидкой среде, все остальные штаммы (в том числе и контрольные) устойчивы к концентрации нитратов до 10 г/л. На рис. 3 дана динамика ОП штамма 5с. циаЛпсаиЛа 1312. Из графика кривой падения ОП видно, что концентрация нитратов 20 и 30 г/л была ингибирующей. диас/гкаис^а 1312 при различных

сутки

О 5 10 15 20 25

Рис. 3. Динамика ОП клеток 5с. концентрациях КЖ)3 (г/л)

2.6. Рост на средах с различной концентрацией

Штаммы БупесИосуБШ ер. 1318, Бс. циас1гкаис1а 1312, 1322 и Leptolyngbya ер 1323, выделенные из вод с повышенной минерализацией, являются (табл.2 устойчивыми к концентрации №С1 3,2%, что близко к средней солености во мирового океана (3,5%). Таким образом, изучаемые нами штаммы, могут быт использованы для очистки морских вод.

Таблица 2.Характеристика устойчивости штаммов к различной концентраци №С1. Характеристика места сбора биопленок дана по (Корсаков, Ерофеева, 1996)

рн

7,3-8,5 8,2-8,6

8,0-8,3

8,2-8,3

7,9-8,2

7,9-8,3

н.д.* н.д.

2.7. Определения значений рН и температур для культивирования штаммов

Все выделенные штаммы цианобактерий и микроводорослей (в том числе контрольные) росли в интервале рН от 7 до 10. На рис. 4(а) дана динамика ОП Бс quadricauda 1312 при различных значениях рН. При рН 5, 6, 11 наблюдаете падение ОП, при рН 7-10 - увеличение ОП. Штамм относится к алкалифильном типу. Гидрохимические показатели водоемов (табл. 2), из которых выделень биопленки цианобактерий, существенно различаются: рН варьируется от 7,3 д 8,6. Изучаемые штаммы устойчивы к рН первоначального их места роста, а такж могут расти и в более жестких условиях.

Изучаемые штаммы (в том числе и контрольные) росли при температурах 10 23 и 32°С. На рис. 4(6) представлен пример динамики ОП Бс. quadricauda 131 при температурах 10, 23, 32, 60°С. При повышенной температуре 60° наблюдается уменьшение ОП, роста нет; при температурах 10, 23, 32 С

Систематическое положение

Концентрация ЫаС1, %

предельно оптимальная

ингиби рующая

Характеристика места

Место сбора проб и суммарная бета-излучающая активность воды, кКи

сбора проб

минера лизация, г/л

ЗупесИосузШ эр. 1318

3,2

оз. Карачай (В-9) (120000)

10-20

5с. диас1г1саис1а 1312 5с. диасЫсаис\а 1322

3,2 3,2

оз.СтароеБолото(В-17)( 1200)

1,10-1,25

РЬогт'кИит Бр. 1311

Leptolyngbya ер. 1323 РЬогткИит ер. 1314 Р/югт'иЛит Бр. 1316 Ркогт'кИит эр. 1320

0,2

0,4-3,2

вод. В-10 (260)

1,10-1,50

3,2 0,2 0,4 0,8

0,4-3,2 0,8 1,6

В-2 (оз. Кызыл-Таш) (110)

0,45-0,50

5с. диас/псаис/а 1330

Leptolyngbya ер. 1315 РИогтг<Яит ер. 1327 РИогт1с1шт ер. 1328 РЪогтхсПит эр. 1329

3,2

В-3 сапропель

РИотисИит ер. 1324 РЪоттИит ер. 1325 РИогтШшт йр. 1326

0,2 0,2 0,4 0,4

0,4 0,4 0,8 0,8

вод. В-3 (20)

0,60-0,70

1,6 0,4 0,4

3,2 0,8 0,8

вод. В-4 (14)

0,50-0,60

ЬерЫупхЬуаяр. 1310

0,8

3,2

оз. Алабуга (0)

0,60

БупескосузИз зр.1307

3,2

оз. Большие Кирпичики (0)

н.д.

"н.д. - нет данных

увеличение ОП, рост штамма. Это позволяет считать, что штамм относятся к мезофильному типу.

ОП

-*-рН 5 1,2

-»-рН 6 1

рН 7

-*-к-ль(рН 7,6] 0,8

—рН 8 0,6

рН 9 0,4

- рН 10 0,2

—рН 11

сутки

Рис. 4. Динамика ОП Sc. quadricauda 1312 при различных а) значениях рН б) температурах 10, 23, 32, 60°С

2.8. Иммобилизация клеток штаммов на капроновом носителе

Нитчатые штаммы цианобактерий Phormidium sp. и Leptolyngbya sp. иммобилизовались (рис. 5), формируя кожистые или волокнистые биопленки на поверхности волокон сеток. Клетки одноклеточных штаммов Sc. quadricauda и цианобактерий Synechocystis sp., которые образовывали суспензии в жидкой среде культивирования, покрывали всю сетку равномерно, образуя гладкую поверхность.

Рис. 5. Иммобилизация клеток штаммов Phormidium sp. на капроновых сетках, нити которой состоят из 60 волокон диаметром 0,05 мм. Рядом фрагмент единичного волокна с иммобилизованными клетками Stichococcus sp., из диссертации Е.Ф. Сафоновой (2004), увеличение хЗОО

2.9. Токсичность штаммов По отношению к тест-объекту Daphnia magna Straus суспензии клеток цианобактерий и суспензии без клеток цианобактерий показали аналогичные результаты. Одноклеточные цианобактерии Synechocystis sp. были не токсичными - штамм 1307 и токсичными - штамм 1318. Два штамма рода Leptolyngbya sp. 1310 и 1315 проявили токсигенность в отношении тест-объекта, штамм 1323 был не токсичным. Штамм Phormidium sp. 1316 был нетоксичным, 1324, 1325, 1326,

-♦-1318

нэ-1330

1327, 1329 - среднетоксичные (гибель менее 50% дафний) и 1311, 1320, 1328 токсичные. Не токсичные штаммы цианобактерий могут рассматриваться ка наиболее перспективные биосорбенты при очистке загрязненных вод.

2.10. Биосорбция радионуклидов клетками штаммов 2.10.1. Определение кинетики сорбции Дня определения оптимального времени взаимодействия биомассы с % сорбции радионуклидами исследована

биосорбция 233и(У1) штаммами в динамике. Максимум сорбции 233и(У1) наблюдался через 3-4 часа (рис. 6).

Рис. 6. Биосорбция 233и(У1) биомассой БупесИосу^И.^ ер. 1318 и 5с. quadricauda 1330 в зависимости от

продолжительности контакта с время, час радионуклидом

Для 4-х штаммо Leptolyngbya ер. 1310, 1323 Ркогт\сИит ер. 1324, 1327 и 5с. циа(1псаис1а 1312 максимум сорбции 233и(У1 также наблюдался через 3-4 часа. Сухая биомасса штаммов характеризуете быстрой скоростью сорбции - 3-4 часа.

2.10.2. Определение сорбционной способности штаммов Для определения сорбции 238Ри(1У), 233и(У1), 241Ат(Ш) и 908г(И) был использована суспензия (ОП66о 0,02-0,1) сырой биомассы 7-суточных штаммо (табл. 3) и сухая биомасса (табл. 4) штаммов. При сорбции 908г(П) сорбци осуществлялась из воды, взятой с ФГУП ПО «Маяк» (рН 7,62).

0,5

Штамм on660 pH Сорбция, %

238Pu(IV) wSr(II) 241Am(III) 23JU(VI)

Chlorella vulgaris 157 0,04 6,50 22 6 46 11

Merismopedia sp. 0,03 6,27 1 3 12 26

S. qtiadricanda 1330 0,04 6,43 3 8 42 42

Synechocystis sp. 1318 0,04 6,46 10 18 56 45

Leptolyngbya sp. 1310 * 6,35 10 4 25 29

Phormidium sp. 1325 * 6,35 10 12 47 24

* вносили 0,1 мл суспензии сырой биомассы нитчатых штаммов на 10 мл физраствора

Сухая биомасса обладала более высокой сорбционной способностью, п сравнению с использованием суспензии. И сырой, и сухой биомассой штаммо лучше сорбировались 241Ат(Ш) и 233и(У1). 238Ри(1У) не сорбировался на сухо биомассе некоторых штаммов. Сырая и сухая биомасса штамма БупесЬосузНз ер

1318 - клона культуры из наиболее загрязненного оз. Карачай (В-9) отличалась высоким процентом сорбции всех радионуклидов.

2.10.3. Сорбция радионуклидов при различном значении pH Максимум биосорбции 241Am(III) был в слабокислой среде. Для штаммов Sc. quadricauda 1330, Chlorella vulgaris 157 и Synechocystis sp. 1318 уровень сорбции 233U(VI) был выше в слабокислой и нейтральной среде, для Sc. quadricauda 1312, Leptolyngbya sp. 1310 и Phormidium sp. 1324 - в кислой (табл. 4).

Таблица 4. Сорбция (%) радионуклидов сухой биомассой штаммов

Штамм, номер CALU Биосорбция радионуклидов

238Pu(IV) % 9USr(II)% i4lAm(III) 2"U(VI)

pH % pH мкг U/г сухой биомассы %

Chlorella vulgaris 157 89 31 3,02 7 78

6,5 90 6,43 6 85

Scenedesmus quadricauda 1312 0 19 2,95 55 3,07 6 53

6,63 2 33

9,20 40 8,52 5 58

Scenedesmus quadricauda 1330 86 24 3,09 7 76

6,5 86 6,41 6 85

8,61 7 74

Synechocystis sp. 1318 90 27 5,84 8 90

6,5 87 7,09 6 87

8,79 5 50

Leptolyngbya sp. 1323 0 16 2,98 68 3,21 6 51

6,86 2 23

8,70 55 8,53 4 47

Phormidium sp. 1324 0 15 3,17 77 3,09 9 78

6,39 3 46

8,24 42 8,37 2 26

Phormidium sp. 1327 0 14 2,94 91 3,04 4 37

6,27 3 43

7,87 40 8,19 5 50

2.10.4. Определение эффективности связывания 908г биомассой штаммов в долговременном эксперименте

Эффективность связывания "Яг клетками всех исследованных штаммов, как контрольных, так и изолятов водоемов жидких НАО была высока и составляла 90% (рис. 7). Штаммы, изоляты культур из загрязненных водоемов, отличались более медленной скоростью десорбции 908г с их биомассы. Показано, что радиорезистентность не определяет способность клеток к связыванию 908г. Однако, штаммы, устойчивые к высоким дозам радиоактивного облучения, являются более предпочтительными при использовании их в целях биоремедиации, как адаптированные к условиям их среды обитания.

Эффективность связывания и5г,%

100 г

Рис. 7. Эффективность связывания 908г биомассой БупескосузИз ер. 734(контр.), 1318 и &. дыас/гкаи^а 1202 (контр.), 1312, 1322 и 1330

время, час

2.11. Определение десорбции радионуклидов связанных биомассой штаммов

За 4 часа 233и(У1) полностью десорбировался растворами 0,Ш НС1 и 0,1 ШгСОз с биомассы штаммов ЗупесИосухИя ер. 1318 и 5с. циаскчсшкЗа 1330, тогд как раствором 0,9% 1ЧаС1 извлекалось 18 и 13% 233и(У1), соответственно (табл. 5).

Таблица 5. Десорбция 233и(У1) (%) растворами 0,9% 1ЧаС1, 0,Ш НС1 и 0,1: 1Ча2СОз с сухой биомассы штаммов Бупескосухйъ ер. и 5с. диас1псаис1а

Штамм Десорбция %

N301 НС1 №2С03

2 часа 4 часа

Зупес/юсуяНя ер. 1318 20 18 100 100

5с. диас1г1саис1а 1330 12 13 100 100

Больше всего и(У1) десорбировалось с биомассы ОДМ раствором Ка2С03 пр рН 6,0. Для десорбции 241Ат(Ш) предпочтительнее были щелочные услови (табл. 6).

Таблица 6. Десорбция 233и(У1) и Ат(Ш) с сухой биомассы штаммов растворо 0,1М №2С03 при различном значении рН

Штамм Десорбция 2"и(У1), % Десорбция 241Аш(Ш), %

рНЗ рН6 рН 9 рНЗ рН 9

5с. quadricauda 1312 70 100 80 59 100

ЬерХо1упфуа% р. 1310 82 100 94 29 45

ЬерШупфуа %р. 1323 75 100 83 75 61

РИогтгсИчт ер. 1324 76 100 100 37 100

РИогт^сНит ер. 1327 84 100 100 61 100

3. выводы

1. Выделенные из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами, очищенные и идентифицированные фототрофные микроорганизмы представлены зелеными протококковыми водорослями ЗсепеЛеятия диас1гкаис1а (СЫогорку1а) и цианобактериями - одноклеточными БупескосузИз эр., нитчатыми ЬерюЬтфуа эр. и РИогписИит эр. (СуапоЬаМепа).

2. Изученные штаммы обладают большей устойчивостью к гамма- и УФ-облучениям (радиоадаптацией) по сравнению с контрольными. Аналогичная адаптация к повышенной солености и к другим загрязнениям выявлена для штаммов, изолятов водоемов с повышенной минерализацией. Установлено, что штаммы характеризуются широким диапазоном устойчивости к варьированию температур, от 10 до 32°С, рН (7,0-10,0), концентрации нитратов (до 10 г/л). Штаммы ЪупесЪосузИз эр. 1307, Leptolyngbya эр. 1323, РИогт1сИит эр. 1316 не токсичны в тестах на дафниях.

3. Клетки выделенных штаммов иммобилизуются на капроновом носителе и способны к восстановлению роста после длительного хранения и высыхания, что повышает их биоремедиационные характеристики.

4. Сорбция клетками сырой и сухой биомассой штаммов 238Ри(1У) контрастно различны. Для 233и(У1), 24|Ат(Ш) и 908г(П) такие различия не выявлены. Максимум сорбции радионуклидов клетками наблюдается через 3-4 часа. Максимум биосорбции 24|Ат(Ш) наблюдается при рН 3-6, рН сорбции 233и(У1) для каждого штамма различен. Длительное культивирование штаммов со 908г выявило максимум сорбции в интервале от 168-240 часов, после чего у контрольных (не радиоустойчивых) §сепейе$ти$ циас1г1саис1а и $упескосу$1'и эр. наблюдается десорбция связанного радионуклида на 30-50%.

5. Растворы 0,1М 1Ча2С03 и 0,Ш НС1 наиболее эффективно десорбируют 233и(У1) с биомассы БупескосуьШ эр. 1318 и Есепес1е$тт циайпсаийа 1330 (100% десорбция).

6. Фототрофные микроорганизмы (цианобактерии и микроводоросли), выделенные из загрязненных радиоактивными отходами водоемов, могут быть использованы для разработки методов биотехнологической очистки этих водоемов от 238Ри(1У), 233и(У1), 241Аш(Ш) и908г(П).

Список работ в статьях, рекомендованных ВАК

1. А.В. Бакеева, Н.Н. Титова, В.В. Исакова, А.О. Тюкова, К.В. Квитко. Свойства цианобактерий и микроводорослей из загрязненных радионуклидами водоемов ВУРСа // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2011. Вып. 1. С. 72-87.

В других изданиях

2. Бакеева А.В., Титова Н.Н., Волошко Л.Н., Меньших Т.Б., Квитко К.В. Цианобактерии, выделенные из водоемов, загрязненных жидкими

радиоактивными отходами // VI Всероссийская школа по морской биологи «Биоразнообразие сообществ морских и пресноводных экосистем России» Россия, Мурманск, 1-2 ноября 2007 г. С. 26-30.

3. Бакеева А.В., Титова Н.Н., Волошко Л.Н., Меньших Т.Б., Квитко К.В Биоразнообразие цианобактерий, обитателей водоемов Восточно-Уральског радиоактивно следа (ВУРС) // Региональная молодежная научная конференция «Экологическая школа в г. Петергофе - наукограде Российской Федерации проблемы национального сектора Балтийского региона и пути их решения» Россия, Старый Петергоф, 28-29 ноября 2007 г. С. 30-39.

4. A. Bakeeva, N. Titova, L. Voloshko, К. Kvitko. Cyanobacteria of some watei basins on the east Urals radioactive trace (EURT) // Abstract. 7,h Internationa Symposium for Subsurface Microbiology. Shizuoka, Japan, November 16-21, 2008. P 42.

5. Т.Н. Назина, A.B. Бакеева, JI.И. Константинова, T.JI. Бабич, Е.В. Захарова К.В. Квитко Фототрофные микроорганизмы водоемов жидких низкоактивны отходов и взаимодействие их с радионуклидами // Шестая Российска конференция по радиохимии. РАДИОХИМИЯ - 2009. Тезисы докладов. Россия Москва, 12-16 октября 2009 г. С. 339.

6. А.В. Бакеева, Н.Н. Титова, В.В. Исакова, А.О. Тюкова, К.В. Квитко Изучение физиолого-биохимических свойств цианобактерий и микроводоросле из загрязненных радионуклидами водоемов // Современные проблемь физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов. Материаль Всероссийского симпозиума с международным участием. Московски государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет 24-27 декабря 2009 г. С. 20.

7. А.В. Бакеева, И.Н. Суслова, А.В. Суслов, К.В. Квитко. Устойчивост цианобактерий и микроводорослей к у-облучению // Московская Международна научно-практическая конференция «Биотехнология: экология крупных городов» Тезисы докладов. Россия, Москва, 15-17 марта 2010 г. С. 68.

8. А.В. Бакеева, И.Н. Суслова. Биосорбция стронция и радио чувствительность культур фототрофных микроорганизмов из водоемов жидки низкоактивных отходов // Петербургский институт ядерной физики им. Б.П Константинова. Доклад на молодежной научной конференции. Россия, Гатчина 26-27 мая 2010 г.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Бакеева, Альбина Владимировна

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цель и задачи исследования

Научная новизна работы

Научно-практическая значимость работы

Апробация работы

Личный вклад соискателя

Публикации

Объем и структура диссертации

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Биоремедиация — приоритетный способ обезвреживания загрязнителей

2.2. Использование фототрофных микроорганизмов для очистки сточных вод

2.3. Симбиотические взаимоотношения фотосинтезирующих и гетеротрофных микроорганизмов

2.4. Взаимодействие микроорганизмов с радионуклидами

2.5. Биосорбция радионуклидов водорослями

2.6. Биосорбенты на основе биомассы микроорганизмов и их преимущества

2.7. Использование микроорганизмов при мониторинге радиоактивно загрязненных территорий

2.8. Характеристика источника выделения изучаемых культур

2.8.1. События, вызвавшие загрязнение озер, рек и водоемов Челябинской области

2.8.2. Характеристика водоемов

2.9. Степень изученности фототрофных микроорганизмов Теченского каскада водоемов и озер Восточно-Уральского радиоактивного следа

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биоремедиационные свойства фототрофных микроорганизмов из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами"

Попавшие в водоемы радионуклиды находятся в различных физико-химических формах и могут мигрировать в воде водоема, переносятся за его пределы с грунтовыми водами, в результате чего радиоактивному загрязнению могут подвергаться обширные территории. Учитывая, что к настоящему времени основными загрязнителями жидких НАО являются долгоживущие радионуклиды l37Cs (Т1/2 = 30,2 года) и 90Sr (Ti/2 = 28,8 года) (Суслов и др., 2010), обеспечение охраны окружающей среды и радиационной безопасности населения от таких радионуклидов является важной проблемой.

Данная работа является частью систематических исследований и сбора штаммов фототрофных микроорганизмов в коллекции музея живых культур микроорганизмов CALU (Collection of Algae of Leningrad University, № 461 в Международном Реестре Микробных Коллекций) (Pinevich et al., 2002), имеющих значение для биоремедиации.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было выделение штаммов фототрофных микроорганизмов (цианобактерий и микроводорослей) из биопленок водоемов, загрязненных жидкими низкоактивными отходами, изучение их адаптации к радиации, биосорбции радионуклидов биомассой штаммов, изучение их наиболее важных в экологическом плане свойств с перспективой использования в целях биоремедиации.

Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Выделение, очистка, идентификация и введение в коллекцию CALU фототрофных микроорганизмов из радиоактивно загрязненных ценозов.

2. Изучение устойчивости штаммов цианобактерий и микроводорослей к гамма- и ультрафиолетовому- облучениям, к сточной жидкости, нитратам, повышенной концентрации NaCl; определение диапазона рН и температуры для культивирования штаммов; изучение токсичности штаммов.

3. Оценка способности клеток к иммобилизации на капроновом носителе и восстановлению роста после высыхания.

4. Изучение биосорбции радионуклидов клетками штаммов цианобактерий и микроводорослей; изучение влияния физико-химических условий на биосорбцию.

5. Исследование десорбции радионуклидов, связанных биомассой штаммов цианобактерий и микроводорослей.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование фототрофных микроорганизмов из водоемов жидких НАО ФГУП ПО «Маяк» и озер, расположенных на ВУРСе. Экологически перспективные штаммы цианобактерий и микроводорослей, выделенные из вод, загрязненных радиоактивными отходами, сохранены в коллекции музея живых культур микроорганизмов СПбГУ CALU. Изучена устойчивость штаммов цианобактерий и микроводорослей к гамма- и ультрафиолетовому-(УФ) облучениям. По показателям радиорезистентности к гамма- и УФ- облучению штаммы, выделенные из загрязненных радионуклидами водоемов, сравнены с контрольными штаммами коллекции CALU , выделенными из нерадиоактивных мест обитания. Определены оптимальные значения температур и рН для роста штаммов.

Показана устойчивость штаммов к различной концентрации нитратов, повышенной концентрации NaCl и сточной жидкости. Определена токсичность штаммов по отношению к тест-объекту Daphnia magna. Показана способность к иммобилизации клеток выделенных штаммов на капроновых субстратах с большой удельной поверхностью и способность штаммов к длительному хранению и последующему восстановлению роста разбавленной основной средой после высыхания -биотехнологически важные свойства при создании биофильтров и сухого препарата соответственно. Впервые выполнены исследования по изучению взаимодействия с радионуклидами фототрофных микроорганизмов из водоемов жидких НАО ФГУП ПО «Маяк» и озер, расположенных на ВУРСе. Определены штаммы цианобактерий и микроводорослей, сорбирующие радионуклиды:" Pu(IV), 233U(VI),241 Am(III) и Sr(II).

Научно-практическая значимость работы. Доказано, что штаммы, выделенные из районов с повышенным радиационным фоном облучения обладают более высоким уровнем устойчивости к гамма- и УФ- облучениям (радиоадаптацией), по сравнению с контрольными. Фототрофные микроорга-низмы, выделенные из загрязненных водоемов, могут использоваться как эталон устойчивости фототрофных микроорганизмов к радиации, для мониторинга радиоактивно загрязненных территорий и как индикаторы антропогенного загрязнения окружающей среды радионуклидами: 238Pu(IV), 233U(VI), 24lAm(III) и 90Sr(II). Знание физиологии фототрофных микроорганизмов и влияния физико-химических условий на избирательную биосорбцию позволят оптимизировать процесс доочистки и очистки загрязненных вод. Штаммы микроводорослей и цианобактерий могут использоваться для разработки методов биоремедиации.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на VI Всероссийской школе по морской биологии (Мурманск, 2007); Региональной молодежной научной конференции «Экологическая школа в г. Петергофе» (2007); Международном симпозиуме «7th International Symposium for Subsurface Microbiology» (Shizuoka, Japan, 2008); 6-ой Российской конференции «Радиохимия-2009» (Москва, 2009); Всероссийском симпозиуме с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (Москва, 2009); Московской Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); на молодежной научной конференции, ПИЯФ им. Б.П. Константинова (Гатчина, 2010).

Личный вклад соискателя состоял в проведении микробиологических, радиохимических исследований, обработке экспериментальных результатов. Микробиологические эксперименты выполняли в лаб. микробиологии СПбГУ (зав. лаб., д.б.н., профессор A.B. Пиневич). Радиохимические исследования проводили в лаб. экологических проблем обращения с радиоактивными и токсичными отходами ИФХЭ РАН (зав. лаб., к.х.н. Е.В. Захарова), в ПИЯФ им. Б.Г1. Константинова (гр. индуцибельных систем клетки, д.б.н. В.Н. Вербенко) и лаб. ИНМИ РАН (зав. лаб., д.б.н., профессор С.С. Беляев).

Публикации. Материалы диссертации представлены в 8 печатных изданиях, включая 3 статьи и 5 тезисов конференции.

Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 135 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков и 33 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы и экспериментальной части, содержащей разделы «Объекты и методы исследования», «Результаты исследований и их обсуждения», «Заключение», «Выводы» и «Список литературы», включающий 93 отечественных и 123 зарубежных наименований.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Бакеева, Альбина Владимировна

5. ВЫВОДЫ

1. Выделенные из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами, очищенные и идентифицированные фототрофные микроорганизмы представлены зелеными протококковыми водорослями Scenedesmus quadricauda (Chlorophyta) и цианобактериями - одноклеточными Synechocystis sp., нитчатыми Leptolyngbya sp. и Phormidiam sp. {Cyanobacteria).

2. Изученные штаммы обладают большей устойчивостью к гамма- и УФ-облучениям (радиоадаптацией) по сравнению с контрольными. Аналогичная адаптация к повышенной солености и к другим загрязнениям выявлена для штаммов, изолятов водоемов с повышенной минерализацией. Установлено, что штаммы характеризуются широким диапазоном устойчивости к варьированию температур, от 10 до 32°С, рН (7,010,0), концентрации нитратов (до 10 г/л). Штаммы Synechocystis sp. 1307, Leptolyngbya sp. 1323, Phormidiam sp. 1316 не токсичны в тестах на дафниях.

4. Сорбция клетками сырой и сухой биомассой штаммов 238Pu(IV) контрастно

ЛЛ1) 111 пл различны. Для ZJJU(VI), Am(III) и Sr(II) такие различия не выявлены. Максимум сорбции радионуклидов клетками наблюдается через 3-4 часа. Максимум биосорбции 241Аш(Ш) наблюдается при рН 3-6, рН сорбции 233U(VI) для каждого штамма различен. Длительное культивирование штаммов со 90Sr выявило максимум сорбции в интервале от 168-240 часов, после чего у контрольных (не радиоустойчивых) Scenedesmus quadricauda и Synechocystis sp. наблюдается десорбция связанного радионуклида на 30-50%.

5. Растворы 0,1М ЫагСОз и 0,1N НС1 наиболее эффективно десорбируют U(VI) с биомассы Synechocystis sp. 1318 и Scenedesmus quadricauda 1330 (100% десорбция).

6. Фототрофные микроорганизмы (цианобактерии и микроводоросли), выделенные из загрязненных радиоактивными отходами водоемов могут быть использованы для разработки методов биотехнологической очистки этих водоемов от ~

Pu(IV), "JJU(VI),

241Am(III) и 90Sr(II).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бакеева, Альбина Владимировна, Санкт-Петербург

1. Алекин O.A. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат. 1970. 296 с.

2. Андреева М.А. Проблемы экологии, экологического образования и просвещения Челябинской области. Челябинск. 2002. С. 140-141.

3. Ашмарин И.П., Воробьев A.A. Статистические методы в микробиологических исследованиях. Л.: Государственное издательство медицинской литературы. 1962. С. 7078.

4. Батурин В.А. Тритий это опасно. Челябинск. 2001. 58 с.

5. Белякова Р.Н., Волошко Л.Н., Гаврилова О.В., Гогорев P.M., Макарова И.В., Околодков Ю.Б., Рундина Л.А. Водоросли, вызывающие «цветение» водоемов северо-запада России. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2006. 88 с.

6. Бреслер С.Е., Вербенко В.Н., Калинин В.Л. Мутанты Escherichia coli К-12 с повышенной устойчивостью к ионизирующей радиации. Сообщений 1. Выделение и изучение перекрестной устойчивости к различным агентам. Генетика. 1980. Т. 16. № 10. С. 17531763.

7. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. ФР. 1.39.2001.00283. M.: АКВАРОС. 2001. 48 с.

8. Болсуновский А.Я., Зотина Т.А., Косиненко C.B. Оценка интенсивности накопления 241Аш пробами альгобактериального сообщества реки Енисей: Тез. докл. Академии наук. 2002. Т. 385. № 3. С. 426-429.

9. Буракаева А.Д., Русанов A.M., Лантух В.П. Роль микроорганизмов в очистке сточных вод от тяжелых металлов. Методическое пособие. Оренбург: Оренбургский государственный университет. 1999. С. 1-53.

10. Вассер С.П., Ленова Л.И., Ступина В.В. и др. Бактерии, водоросли и лишайники обрастаний промышленных материалов (в условиях влажных субтропиков СССР). Препринт. Киев: Ин-т ботаники. 1989. 53 с.

11. Винберг Г.Г., Остапеня П.В., Сивко Т.Н., Левина Р.И. Биологические пруды в практике очистки сточных вод. Минск: Беларусь. 1966. 231 с.

12. Винберг Г.Г., Сивко Т.М. Фитопланктон как агент самоочищения загрязненных вод. Тр.- Веер, гидробиол. об-ва. 1956. Т. 7. С. 20-31.

13. Винберг Г.Г., Сивко Т.Н. Участие фотосинтезирующих организмов планктона в процессах самоочищения загрязненных вод. Гидробиология и ихтиология внутренних водоемов Прибалтики. Рига. 1963. С. 34-39.

14. Владимирова М.Г., Семененко В.Е. Интенсивная культура одноклеточных водорослей. М. 1962. С. 105.

15. Воробьев Г.В., Иваницкая М.В., Миронов М.В., Романов С.А., Суслова К.Г., Хохряков В.Ф., Ячменев В.А. Плутониевая экономика: выход или тупик? Плутоний в окружающей среде. Челябинск. 1998. 52 с.

16. Воропаева О.Г., Рублева И.М., Тюленева C.B. Изучение влияния фенола и метанола на развитие зеленых водорослей. 1986. Деп. В ВИНИТИ 12.02.86. Ярославль, №1009-86. С. 327.

17. Глаголенко Ю.В., Дрожко Е.Г., Мокров Ю.Г. Особенности формирования радиоактивного загрязнения р. Теча. Вопросы радиационной безопасности. 2007. №2. 27-36 с.

18. Голлербах М.М., Коссинская Е.К., Полянский В.И. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезеленые водоросли. М.: Советская наука. 1953. С. 61,468.

19. Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа. 1978. 268 с.

20. Громов Б.В. Бактерии рода Caulobacter, сопутствующие водорослям. Микробиология. 1964. 33. вып.2. С. 298-305.

21. Громов Б.В. Микрофлора массовых культур протококковых водорослей в открытых установках. Вопросы микробиологии: Тр. Петергофского биол. Ин-та ЛГУ. 1965. С. 149154.

22. Громов Б.В., Титова II.Н. CALU коллекция культур водорослей лаборатории микробиологии биологического института СПбГУ. Каталог культур микроводорослей в коллекциях СССР. М. 1991. С. 76-125.

23. Группа информации общественности «ПО «Маяк». Регенерация отработанного ядерного топлива. 1995.

24. Гусев М.В., Минеева JI.A. Микробиология. 8-е изд., стер. М.: Академия, 2008. С. 27-37.

25. Дзержинская И.С. Микробные сообщества в техногенных системах. Материалы Всероссийского симпозиума с международным участием. Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов. М. 24-27 декабря, 2009. С. 54.

26. Догадина Т.В., Чухлебова Н.А. Водоросли биологической пленки биофильтров и их роль в процессах самоочищения. Гидробиол. журн. 1971. Т. 7. № 6. С. 56-60.

27. Дубовик И.Е. Влияние нефтепродуктов на почвенные водоросли. Тез. докл. I Всесоюз. конф. «Актуальные проблемы современной альгологии». Киев: Наук, думка. 1987. С. 163.

28. Карандашова И.В., Еланская И. В. Генетика. Изд. Академиздатцентр "Наука" РАН. 2005 Т. 41. № 12 С. 1589-1600.

29. Козицкая В.Н. Влияние фенольных соединений на жизнедеятельность Microcystis aeruginosa. Гидробиол. ж., Киев: Наук, думка. 1987. Т. 23, №1. С. 51-56.

30. Копия письма администрации М.О. Куяшский сельсовет, № 118 от 13.11.2002.

31. Корсаков Ю.Д., Ерофеева М.И. Анализ результатов контроля жидких радиоактивных отходов и оценка состояния промышленных водоемов за 1981 год. Вопросы радиационной безопасности. 1996. №2. С. 56-59.

32. Криг Н. Получение накопительных и чистых культур: Методы общей бактериологии в 3 томах. Под ред. Герхардта Ф.Г. и др. М., 1983. Т. 1. С. 277-356.

33. Ленова Л.И., Ступина В.В. Водоросли в доочистке сточных вод. Киев: Наук, думка. 1990. 184 с.

34. Ленова Л.И., Борисова Е.В. Бактерии, сопутствующие некоторым галофильным одноклеточным водорослям. Микробиол. журн. 1983. Т. 45. Вып. 4. С. 39-44.

35. Лесников Л.А. Вопросы методик водной токсикологии. Л: ГосНИОРХ. 1971. Вып. 144. С. 3-42.

36. Лукина Г.А. Действие фенола на фотосинтез и дыхание хлореллы. Тр. ин-та биологии внутренних вод. 1970. Вып 19(22). С. 87-89.

37. Льюис К. Персистирующие клетки и загадки выживания биопленок. Биохимия. 2005. Т. 70. С. 327-336.

38. Максимова O.A., Попова Т.Г., Попова H.H., Сафиулина A.M., Тананаев И.Г. Биосорбция1. ЛА ЛОО

39. Тс и U одноклеточными зелеными водорослями Scenedesmus quadricauda. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2008. № 2. С. 85-92.

40. Меньших Т.Б. Автореф. дисс. . к.б.н. Депонирование 90Sr и I37Cs в растительно-торфяных сплавинах водоема-накопителя низкоактивных отходов (на примере водоема В-3 Теченского каскада). Пермский государственный университет. 2010. 14 с.

41. Меньших Т.Б., Никитина Л.В., Ровный С.И., Болсуновский А.Я. Роль фитопланктона в самоочищении водоема-охладителя ПО "Маяк" от долгоживущих радионуклидов. Вопросы радиационной безопасности. 2005. № 3. С. 71-76.

42. Меньших Т.Б., Никитина Л.В. Цезий-137 и стронций-90 в водной растительности водоема В-3 ТКВ. Вопросы радиационной безопасности. 2007. № 2. С. 59-65.

43. Митчелл Р. Микробиология загрязненных вод. М.: Медицина. 1976. 323 с.

44. Мокров Ю.Г. Анализ прогноза стока стронция-90 с водами р. Теча. Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. 2004. № 4. С. 43-49.

45. Назаров А.Г., Бурлакова Е.Б., Осанов Д.П., Сакулин Г.С., Шадрин Л.Н., Шевченко В.А., Яковлев Е.А., Селезнев И.А., Миронова Н.И., Куранов К.В., Павлинова И.И. Резонанс: Юж.-Урал. Атомная: быть или не быть? Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во. 1991. С. 56.

46. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. М.: Академия. 2006. С. 352.

47. Никитина В.Н. Автореф. дисс. . д.б.н. Синезеленые водоросли термальных местообитаний. СПбГУ. 2000. 43 с.

48. Николаев Ю.А., Плакунов В.К. Биопленка "Город микробов" или аналог многоклеточного организма. Микробиология. 2007. Т. 76, № 2. С. 149-163.

49. Новиков А.П. Содержание и распределение радионуклидов в воде и донных отложениях некоторых промышленных водоемов ПО «Маяк». Новиков А.П., Павлоцкая Ф.И., Горяченкова Т.А., Смагин А.И. и др. Радиохимия. 1998. Т. 40. № 5. С. 453-461.

50. Плохих Г.П. Радиация и окружающая среда. Населению просто о сложном. Челябинск. 1998. С. 6-7.

51. Распопов И.М. Особенности зарастания больших озер при усилении антропогенного пресса. Водные ресурсы. 1992. Т. 2, № 100. 105 с.

52. Садовников В.И., Глаголенко Ю.В., Дрожко Е.Г., Мокров Ю.Г. Современное состояние и пути решения проблем Теченского каскада водоемов. Вопросы радиационной безопасности. 2002. № 1. С. 3-14.

53. Сафонов A.B. Экологические аспекты локализации жидких радиоактивных отходов в глубинном хранилище «Северный». Автореферат дис. . канд. хим. наук. М. 2009. 22 с.

54. Сафонова Е.Ф., Квитко К.В. ES-коллекция водорослей и цианобактерий, устойчивых к токсическим веществам. «Микология и криптогамная ботаника в России: традиции и современность». Труды Межд. конф. СПб. 2000. С. 461-463.

55. Сафонова Е.Ф. «Биодеградация компонентов нефтяного загрязнения с участием микроводорослей и цианобактерий». Дис. . канд. биол. наук. СПбГУ, 2004. 143 с.

56. Сафонова Е.Ф., Квитко К.В. Разрушение фенола и фенантрена эукариотическими водорослями. В сб. «Проблемы и перспективы реабилитации техногенных экосистем». Астрахань. 2005. С. 18-22.

57. Скадовский С.Н. Биоценозы обрастаний в качестве поглотителя (Новый способ предварительной очистки воды для целей водоснабжения). Сб. статей. Изд-во МГУ. 1961.

58. Смагин А.И. Экология водоемов зоны техногенной радиационной аномалии на Южном Урале: Автореферат дисс. . д-ра биол. наук. М., 2008. С. 6.

59. Сопрунова О.Б. Особенности функционирования альго-бактериальных сообществ техногенных экосистем. Дисс. . д-ра биол. наук. МГУ. 2005. 432. с.

60. Способ получения бактериального препарата Родер для очистки почв, почвогрунтов, нефтешламов, пресных и минерализованных вод от нефти и нефтепродуктов. 2006. http://www.ntpo.com/patents water/water 1 /water 2098.shtml (дата обращения: 15.09.2010)

61. Строганов Н.С., Дмитриева А.Г., Король В.М. Водоросли и макрофиты как объекты для биотестирования. Теоретические вопросы биотестирования. М. 1983. С. 153-158.

62. Стукалов П.М., Ровный С.И. Радиоэкологическая изученность зоны влияния ПО «Маяк». Радиоэкология водных систем. 2009. С. 5.

63. Телитченко М.М., Телитченко Л.А., Бойченко М.М. Биологическая доочистка регенерированных вод и липидная фракция растворенных органических веществ. Биологическое самоочищение и формирование качества воды. М. 1975. С. 94-97.

64. Тимофеева-Ресовская Е.А., Агафонов Б.М., Тимофеев-Ресовский Н.В. О почвенно-биологической дезактивации воды. Сборник работ лаборатории биофизики. № 3. Труды Ин-та биологии УФАН СССР. Свердловск. 1960. Вып. 13. С. 35-48.

65. Тимофеева-Ресовская Е.А., Гилева Э.А., Тимофеев-Ресовский Н.В. О специфических накопителях отдельных радиоизотопов среди пресноводных организмов. Доклады Академии наук СССР. 1961. Т. 140. № 6. С. 1437-1440.

66. Токарская З.Б., Смагин А.И., Рыжков Е.Г., Никитина Л.В., Трещева Т.П., Смирнова М.А. Фитопланктон водоема-охладителя предприятия ядерного топливного цикла (сообщение 1) // Экология. 1995. №4. С. 289-293.

67. Токарская З.Б., Смагин А.И., Рыжков Е.Г., Никитина Л.В., Трещева Т.П. Фитопланктон водоема-охладителя предприятия ядерного топливного цикла (сообщение 2) // Экология. 1995. №5. С. 404-406.

68. Успенский Е.Е. К вопросу о задачах и путях микробиологии в связи с развитием городского водоснабжения и в особенности при строительстве водохранилищ. Микробиология. 1932. Т.З. Вып.1. С. 107.

69. Уткин В.И., Чеботина М.Я., Евстигнеев А.В. Радиоактивные беды Урала. Екатеринбург: УрО РАН. 2000. 93 с.

70. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод. Биологические процессы. Пер. с англ. М.: Мир. 2006. 480 с.

71. Ховрычев М.П., Мареев И.Ю., Номыткин В.Ф. Изучение сорбирующей способности биомассы микроорганизмов по отношению к некоторым радионуклидам. Микробиология. 1994. Т. 63. Вып. 1.С. 145-151.

72. Хоулт Дж., Криг Н,, Снит П. и др. Определитель бактерий Берджи. Пер. с англ. В 2-х т. 1997. М.: Мир. Т. 1.375-426 с.

73. Хэнсон У.С. Трансурановые элементы в окружающей среде. М.: Энергоатомиздат. 1985. 41 с.

74. Чеботина М.Я., Гусева В.П., Трапезников А.В. Планктон и его роль в миграции радионуклидов в водоеме-охладителе АЭС. Екатеринбург: Аврора. 2002. 171 с.

75. Черняева JT.E., Черняев A.M., Еремеева М.Н. Гидрохимия озер. J1. 1977. 336 с.

76. Шевченко В.А., Печкуренков B.JL, Абрамов В.И. Радиационная генетика природных популяций. М.: Наука. 1992. С. 13.

77. Штина Э.А., Панкратова Е.М. Взаимодействия азотфиксирующих синезелёных водорослей с микроорганизмами. Актуальные проблемы биологии синезелёных водорослей. М.: Наука. 1974. С. 61-78.

78. Ядерная энциклопедия, М.: Благотворительный фонд Ярошинской. 1996. 656 с.

79. Янкевич М.И. Формирование ремедиационных биоценозов для снижения антропогенной нагрузки на водные и почвенные экосистемы. Автореф. дис. . д-ра. биол. наук. Щелково.- 2002.48 с.

80. Acharya C., Joseph D., Apte S.К. Uranium sequestration by a marine cyanobacterium, Synechococcus elongatus strain BDU/75042. Bioresour. Technol. 2009. 100(7). P. 2176-2181. '

81. Al-Awadhi H., Al-Hasan R.H., Sorkhoh N.A., Salamah S., Radwan S.S. Establishing oil-degrading biofilms on gravel particles and glass plates. Internal. Biodeterior. Biodegrad. 2003. Vol. 51. P. 181-185.

82. Alexander M. Biodégradation and Bioremediation. San Diego, CA: Academic Press. 1994.

83. Al-Hasan R.H., Sorkhoh N.A., Al Bader D., Radwan S.S. Utilization of hydrocarbons by cyanobacteria from microbial mats on oily coasts of the Gulf. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1994. Vol. 41. P. 615-619.

84. Al-rHasan, R.H., Al-Bader D.A., Sorkhoh N.A. and Radwan S.S. Evidence for n-alkane consumption and oxidation by filamentous cyanobacteria from oil-contaminated coasts of the Arabian Gulf. Mar. Biol. 1998. Vol. 138. P. 521-527.

85. Al-Hasan R.H., Khanafer M., Eliyas M. and Radwan S.S. Hydrocarbon accumulation by pycocyanobacteria from the Arabian Gulf. J. Appl. Microbiology. 2001. Vol. 91. P. 533-540.

86. Anagnostidis K., Komârek J. Modern approach to the classification system of cyanophytes. 3 -Oscillatoriales // Arch. Hydrobiol. / Algol. Stud. Stuttgart. 1988. P. 327-472.

87. Andres Y., MacCordick H.J., Hubert J.-C. Adsorption of several actinide (Th, U) and Lanthanide (La, Eu, Yb) ions by Mycobacterium smegmatis. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1993. Vol.39. P. 413-417.

88. Appanna V.D., Gazso L.G., Huang J., Pierre M.St. A microbial model for cesium containment. Microbios. 1996. Vol. 86. P. 121-126.

89. Avery S.V., Codd G.A., Gadd G.M. Caesium accumulation and interactions with other monovalent cations in the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803. J. General Microbiol. 1991. Vol. 137. P. 405-413.

90. Avery S.A., Tobin J.M. Mechanism and strontium uptake by laboratory and brewing strains of Sacharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 1992. Vol. 58. P. 3883-3889.

91. Azov Y., Shelef G., Narkis N. Effect of hard detergents on algae in a high-rateoxidation pound. Appl. Environ. Microbiol. 1982. Vol. 43. № 2. P. 491-492.

92. Bakst J.S. Impact of Present and Future Regulations on Bioremediation. J. Ind. Microbiol. 1991. Vol. 8. №1. P. 13-22.

93. Bar-Or Y., M. Shilo. Characterization of macromolecular flocculants produced by Phormidium sp. strain J-l and by Anabaenopsis circularis PCCC 6720. Appl. Environ. Microbiol. 1987. Vol. 53. P. 2226-2230.

94. Bender J., Rodriguez-Eaton S. Characterization of Metal-Binding Bioflocculants Produced by the Cyanobacterial Component of Mixed Microbial Mats. Appl. Environ. Microbiol. 1994. Vol. 60. №7. P. 2311-2315.

95. Beveridge T.J. Bacterial S-layers. Curr. Opin. Struct. Biol. 1994. Vol. 4. P. 204-212.

96. Beveridge T.J., Koval S.F. Binding of metals to cell envelopes of Escherichia coli K-12. Appl. Environ. Microbiol. 1981. Vol. 42. P. 325-335.

97. Borde X., Guieysse B., Delgado O., Munoz R., Hatti-Kaul R., Nugier-Chauvin C., Patin H., Mattiasson B. Synergistic relationships in algal-bacterial microcosms for the treatment of aromatic pollutants. Biores. Technol. 2003. Vol. 86. P. 293-300.

98. Bordel S., Guieysse B., Munoz R. Mechanistic model for the reclamation of industrial wastewaters using algal-bacterial photobioreactors. Environ. Sci. Technol. 2009 Vol. 43. №9. P. 3200-3207.

99. Bossemeyered R., Schlosser A., Bakker E.P. Specific cesium transport via the Escherichia coli (Kup (TrkD) K+ uptake system. J. ofBacteriol. 1989. Vol. 171. P. 2219-2221.

100. Cochran W.L., McFeters G.A., Stewart P.S. Reduced susceptibility of thin Pseudomonas aeruginosa biofilms to hydrogen peroxide and monochloramine. J. Appl. Microbiol. 2000. Vol. 88. P. 22-30.

101. Cohen Y. Bioremediation of oil by marine microbial mats. Int. Microbiol. 2002. Vol. 5. P. 189193.

102. Coulibaly L., Gourene G., Agathos N.S. Utilization of fungi for biotreatment of raw wastewaters. Afr. J. Biotechnol. 2003. Vol. 2. № 12. P. 620-630.

103. Dheetcha A., Mishra S. Biosequestering potential of Spirulina platensis for uranium. Curr. Microbiol. 2008. Vol. 57. №5. P. 508-514.

104. Diniz V., Volesky B. Biosorption of La, Eu and Yb using Sargassum biomass. Water Research. 2005. Vol. 39. №1. P. 239-247.

105. DiSpirito A.A., Talnagi J.W. and Tuovinen O.H. Accumulation and cellular distribution of uranium in Thiobacillus fetrooxidans. Arch. Microbiol. 1983. Vol. 135, № 4. P. 250-253.

106. Essam T., Amin M.A., El Tayeb O., Mattiasson B., Guieysse B. Biological treatment of industrial wastes in a photobioreactor. Water Sci. Technol. 2006. Vol. 53. №11. P. 117-25.

107. Fattom A., and Shilo M. Phormidium J-l bioflocculant production and activity. Arch. Microbiol. 1984. Vol. 139. P. 421-426.

108. Fenger B. Activated sludge plants and biofilters. Stads-og Havneing. 1970. Vol. 61. P. 47-54.

109. Fisher N.S., Burns K.A., Cherry R.D., and Heyraud M. Accumulation and cellular distribution of 241Am, 210Po and 210Pb in two marine algae. Mar. Ecol. 1983. P. 233-237.

110. Francis A.J. Biotransformation of uranium and other actinides in radioactive wastes. J. Alloys and Compounds. 1998. Vol. 271-273. P. 78-84.

111. Francis A.J., Dodge C.J., Ohnuki T. Microbial transformation of Plutonium. J. Mucl. Rad. Sci. 2007. Vol. 8. P. 121-126.

112. Gadd G.M. Accumulation of metals by microorganisms and algae. Biotech. Compreh. Treatise. 1988. Vol. 6. P. 401-433.

113. Gadd G.M. Heavy metal accumulation by bacteria and other microorganisms. Experientia. 1990. Vol. 46. P. 834-840.

114. Gadd G.M. Influence of microorganisms on the environmental fate of radionuclides. Endeavour. 1996. Vol. 20(4). P. 150-156.

115. Giesy J.P., Paine D. Uptake of americium-241 by algae and bacteria. Prog. Water Technol. 1976. Vol. 9. P. 845-857.

116. Giesy J.P., Pain D. Effects of Naturally Occurring Aquatic Organic Fractions on 241 Am uptake by Scenedesmus obliquus (Chlorophyceae) and Aeromonas hydrophila (Pseudomonadaceae). Appl. Environ. Microbiol. 1977. Vol. 33. №1. P. 89-96.

117. Gogate S.S., Shah S.M. and Unni C.K. J. Mar. Biol. Ass. India. 1975. Vol. 17. №1. P. 28.

118. Haas J.R., Dichristina T.J., Wade R. Thermodynamics of U(VI) sorption onto Shewanella putrefaciens. Chemical Geology. 2001. Vol. 180. P. 33-54.

119. Harvey R.S., Patrick R. Concentration of l37Cs, 65Zn, and 85Sr by fresh-water algae. Biotechnol. Bioeng. 1967. Vol. 9. P. 449-456.

120. Hasset J.M., Jennett J.C., Smith J.E. Microplate Technique for Determining Accumulation of Metals by Algae. Appl. Environ. Microbiol. 1981. Vol. 41. № 5. P. 1097-1106.

121. Hazen T.C., Tabak H.H. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2005. Vol. 4. P. 157-183.

122. Hynes H.B.N. The Biology of Polluted Waters. Liverpool Univ. Press, Liverpool. 1960. 202 pp.

123. John S.G., Ruggiero C.E., Hersman L.E., Tung C.S., Neu M.P. Siderophore mediated plutonium accumulation by Microbacterium flavescens (JG-9). Environ. Sci. Technol. 2001. Vol. 35(14). P. 2942-2948.

124. Kaplan D., Christiaen D., and Arad S.M. Chelating properties of extracellular polysaccharides from Chlorella spp. Appl. Environ. Microbiol. 1987. Vol. 53. P. 2953-2956.

125. Koranda J.J., Robison W.L. Accumulation of Radionuclides by Plants as a Monitor System by Environ. Health Perspective. 1978. Vol. 27. P. 165-179.

126. Kurek E., Francis A.J., and Bollag J.M. Immobilization of cadmium by microbial extracellular products. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1991. Vol. 20. P. 106-111.

127. KuyackN. and Volesky B. Biosorption of heavy metal. 1990. CRC Press, Boca Raton. P. 174198.

128. Ledin M., Pedersen K., Allard B. Effects of pH and ionic strength on the adsorption of Cs, Sr, Eu, Zn, Cd and Hg by Pseudomonas putida. Water, Air and Solid Pollution. 1997. Vol. 93. P. 367-381.

129. Li P.-F., Mao Z.-Y., Rao X.-J., Wang X.-M., Min M.-Z., Qiu L.-W., Liu Z.-L. Biosorption of uranium by lake-harvested biomass from a cyanobacterium bloom. Bioresource Technol. 2004. Vol. 94. P. 193-195.

130. Liu N., Luo S., Yang Y., Zhang T., Jin J., Liao J. Biosorbtion of americium-241 by Sacharomyces cerevisiae. J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2002a. Vol. 252. № 1. P. 187-191.

131. Liu N., Yang Y., Luo S., Zhang T., Jin J., Liao J., Hua X. Biosorbtion of 24IAm by Rhizopus arrihizus: preliminary investigation and evaluation. Appl. Rad. and Isotops. 2002b. Vol. 57. P. 139-143.

132. Lloyd J.R., Renshaw J.C., Mary I., Livens F.R., Burke I.T. Mortimerc R.J.G., Morris K. Biotransformation of radioactive waste: microbial reduction of actinides and fission products. J. Nucl. Rad. Sci. 2005. Vol. 6. P. 17-20.

133. Lloyd J.R. and Macaskie L.E. Bioremediation of radioactive metals. In "Environmental Microbe-Metal Interactions". 2000. Ed. Lovley D.R. ASM Press. P. 277-327.

134. Lloyd J.R., Yong P., Macaskie L.E. Biological reduction and removal of Np(V) by two microorganisms. Environ. Sci. Technol. 2000. Vol. 34. P. 1297-1301.

135. Lop K.C., Tar C.P. Effect of additional carbon souces on biodégradation of phenol. Bull Environ. Contam. Toxicol. 2000. Vol. 64. P. 756-763.

136. LS 6500 Liquid Scintillation System. Operating Manual. 247971-G. Beckman Coulter, 1999.

137. Luo S., LiuN., Yang Y., Zhang T., Jin J., Liao J. Biosorbtion of americium-241 by Candida sp. Radiochim. Acta. 2003. Vol. 91. P. 315-318.

138. Lyalikova-Medvedeva N.N., Khijniak T.V. Biosorbtion of long-lived radionuclides. In: Biohydromettalurgy and Environments toward the mining of the 21th century. Eds. R. Amils and A. Ballester. Elsevier. 1999. Part B. P. 327-334.

139. Macaskie L.E., Dean A.C.R. Strontium accumulation by immobilizes cells of a Citrobacter sp. Biotechnol. Lett. 1985. Vol. 7. P. 627-630.

140. Macaskie L.E., Jeong B.C., Tolley M.R. Enzymically-accelerated biomineralization of heavy metals application to the removal of americium and plutonium from aqueous flows. FEMS Microbiol. Rev. 1994. Vol. 14. P. 351-368.

141. Machate T., Noll H., Behrens H., A. Kettrup A. Degradation of phenanthrene and hydraulic characteristics in a constructed wetland. Wat. Res. 1997. Vol. 31. №3. P. 554-560.

142. Marques A.M., Roca X., Simon-Pujol M.D., Fuste M.C., Francisco C. Uranium accumulation by Pseudomonas sp. EPS-5028. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1991. Vol. 35. P. 406-410.

143. McLean J., Beverige T.J. Chromate reduction by a pseudomonad isolated from a site contaminated with chromated copper arsenate. Appl. Environ. Microbiol. 2001. Vol. 67. P. 1076-1084.

144. Merroun M.L., Raff J., Rossberg A., Hennig C., Reich T. and Selenska-Pobell S. Complexation of Uranium by Cells and S-Layer Sheets of Bacillus sphaericus JG-A12. Appl. Environ. Microbiol. 2005. Vol. 71. №9. P. 5532-5543.

145. Munoz R., Guieysse B. Algal-bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants. A review Water research. 2006. Vol. 40. P. 2799-2815.

146. NABIR. Bioremediation of metals and radionuclides. What is it and how it works. Rep. LBNL-42595. 2003. 78 p.

147. Nakajima A., Horikoshi T., Sakaguchi T. Recovery of uranium by immobilized microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1982. Vol. 16. P. 88-91.

148. Nakajima A., Sakaguchi T. Selective accumulation of heavy metals by microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1986. Vol. 24. P. 59-64.

149. Neu M.P., Ruggiero C.E., and Francis A.J. Bioinorganic Chemistry of Plutonium and Interactions of Plutonium with microorganisms and Plants. Advances in Plutonium Chemistry 1967-2000. D. Hoffman (Ed). 2002. P. 169-211.

150. Neu M.P., Icopini G.A., Boukhalfa H. Plutonium speciation affected by environmental bacteria. Radiochim. Acta. 2005. Vol. 93. P. 705-714.

151. Ogg J.E., Zell M.R. Isolation and characterization of a large cell possibly polyploid strain of Escherichia coli. J. Bacteriol. 1957. Vol. 74. P. 477.

152. Olguin E.J. Phycoremediation: key issues for cost-effective nutrient removal processes. Biotechnology Advances. 2003. Vol. 22 (1-2). P. 81-91.

153. Olson M.E., Ceri H., Morck D.W., Buret A.G., Read R.R. Biofilm bacteria: formation and comparative susceptibility to antibiotics. Can. J. Vet. Res. 2002. Vol. 66. P. 86-92.

154. O'Niell W.L, Nzengung V.A., Noakes J.E., Bender J., Phillips P.C. Biosorption and biodégradation of tetrachloroethylene and trichloroethylene using mixed-species microbial mats. J. Hazard. Subst. Res. 2000. Vol. 2. P. 1-16.

155. Oswald W.J. Micro-algae and waste-water treatment. Micro-algal biotechnology. Cambridge University Press, New York. 1988. P. 305-328.

156. Parker D.L., Schram B.R., Plude J.L., Moore R.E. Effect of metal cations on the viscosity of a pectin-like capsular polysaccharide from the cyanobacterium Microcystis flos-aquae. Appl. Environ. Microbiol. 1996. Vol. 62. P. 1208-1213.

157. Pedersen K. Microorganisms and Their Influence on Radionuclide Migration in Igneous Rock. Environ. J. Nucl. Radiochem. Sci. 2005. Vol. 6. № 1. P. 11-15.

158. Pinevich A.V., Mamkaeva K.A., Titova N.N. et al. St. Petersburg Culture Collection (CALU): four decades of storage and research with microscopic algae, cyanobacteria and other microorganisms. Nova Hedwigia. 2002. Vol. 79. P. 115-126.

159. Pons M.P., Fuste M.C. Uranium uptake by immobilized cell of Pseudomonas strain EPS 5028. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1993. Vol. 39. P. 661-665.

160. Potapova M.G., Kvitko K.V., Dmitrieva I.A. Algal components of the oil-polluted water ecosystems. UZF-Bericcht. Microbiology of Polluted Aquatic Ecosystems. 1998. P. 182-187.

161. Radwan S.S., Al-Hasan R.H., Al-Awadhi H., Salamah S., Abdullah H.M. Higher oil biodégradation potential at the Arabian Gulf coast than in the water body. Mar. Biol. 1999. Vol. 135. P. 741-745.

162. Radwan S.S., Al-Hasan R.I I. Potential application of coastal biofilm-coated grawel particles for treating oily waste. Aquat. Microb. Ecol. 2001. Vol. 23. P. 112-117.

163. Raghukumar C., Vipparty V., David J.J. Degradation of crude oil by marine cyanobacteria. Appl. Microbiology and Biotechnology. 2001. 57(3). P. 433-436.

164. Rittmann B.E. In Situ Bioremediation: When Does It Work? Washington DC, National Academy Press. 1993.

165. Rosell K.G., Srivastava L.M. Seasonal variation in the chemical constituents of the brown algae Macrocystis integrifolia and Nereocystis leutkeana. 1984. Canadian Journal of Botany. № 62. P. 2229-2236.

166. Safonova E.Th., Dmitrieva I.A., Kvitko K.V. The interaction of algae with alcanotrophic bacteria in black oil decomposition. Resour. Conservât. Recycl. 1999. Vol. 27. P. 193-201.

167. Safonova E., Kvitko K.V., Iankevitch M.I., Surgko L.F., Afti I.A., Reisser W. Biotreatment of industrial wastewater by selected algal-bacterial consortia. Eng. Life Sci. 2004. Vol. 4. №4. P. 347-353.

168. Safonova E., Kvitko K.V., Kuschk P., Môder M., Reisser W. Biodégradation of phenanthrene by the green alga Scenedesmus obliquus ES-55. Eng. Life Sci. 2005. Vol. 5. №3. P. 234-239.

169. Sakamoto N., Naoki K., and Hiroshi I. Biosorption of Uranium and Rare Earth Elements Using Biomass of Algae. Bioinorganic Chemistry and Applications. 2008. P. 1-8.

170. Schiewer S.,Volesky B. Biosorption by marine algae. 2000. In: Remediation, Valdes J.J., ed. Kluwer, Dodrecht, The Netherlands. P. 139-169.

171. Schwabe G.H. Nitrogen fixing blue-green algae as pioneer plants on Surt- sey 1968-1973. Surtsey Research Progress Rep. 1974. Vol. 7. P. 22-25.

172. Seki H., Suzuki A. Biosorption of heavy metal ions to brown algae, Macrocystis pyrifera, Kjellmaniella crassiforia, and Undaria pinnatifida. J. of Colloid and Interface Science. 1998. Vol. 206. №1. P. 297-301.

173. Selenska-Pobell S., Panak P., Miteva V., Boudakov I., Bernhard G., Nitsche H. Selective accumulation of heavy metals by three indigenous Bacillus strain, B. cereus, B. megaterium and

174. B. sphaericus, from drain waters of a uranium waste pile. FEMS Microbiol. Ecol. 1999. Vol. 29. P. 59-67.

175. Shields L.M., Durrell L.W. Algae in relation to soil fertility. Bot. Rev. 1964. Vol. 30. P. 92128.

176. Shumate S.E., Strandberg G.W. Accumulation of metals by microbial cells. Comprehensive Biotechnology. 1985. Vol. 4. P. 235-247.

177. Skipnes O., Ronald T. and Haug A. Uptake of zinc and strontium by brown algae. Physiol. Plant. 1975. Vol. 34. №4. P. 314.

178. SorkhohN., Al-Hasan R., Radwan S. Self-cleaning of the Gulf. Nature. 1992. Vol. 359. P. 109.

179. Sorkhoh N.A., Al-Hasan R.H., Khanafer M., Radwan S.S. Establishment of oil-degrading bacteria associated with cyanobacteria in oilpoluted soil. J. Appl. Bacteriol. 1995. Vol. 78. P. 194-199.

180. Stephen J.R., Macnaughton S.J. Developments in terrestrial bacterial remediation of metals. Curr. Opin. Biotechnol. 1999. Vol. 10. №3. P. 230-233.

181. Strandberg G.W., Shumate S.E., Parrott J.R. Jr. Microbial cells as biosorbents for heavy metals: accumulation of uranium by Sacharomyces cerevisiae and Pseudomonas aeruginosa. Appl. Environ. Microbiol. 1981. Vol. 41. P. 237-245.

182. Strandberg G.W. and Arnold W.D. Jr. Microbial accumulation of neptunium. J. Ind. Microbiol. 1988. Vol. 3. P. 329-331.

183. Strezov A., Nonova T. Influence of macroalgal diversity on accumulation of radionuclides and heavy metals in Bulgarian Black Sea ecosystems. 2009. J. Environ. Radioact. 100(2). P. 144150.

184. Tengerdy R.P., Johnson J.E., Hollo J., Toth J. Denitrification and removal of heavy metals from waste water by immobilized microorganisms. Appl. Biochem. Biotechnol. 1981. Vol. 6. P. 3-13.

185. Tsezos M., Georgousis Z., Remoudaki E. Mechanism of aluminum interference on uranium biosorption by Rhizopus arrihizus. Biotechnol-bioenerg. 1997. Vol. 55(1). P. 16-27.

186. Valentine N.B., Bolton H., Kingsley M.T., Drake G.R., Balkwill D.L., Plymale A.E. Biosorption of cadmium, cobalt, nickel, and strontium by a Bacillus simplex strain isolated from the vadose zone. J. Ind. Microbiol. 1996. Vol. 16. P. 189-196.

187. Volesky B. Biosorption of heavy metal. CRC Press, Boca Raton, FL. 1990. P. 36.

188. Volesky B. Removal of heavy metals by biosorption. American Chemical Society, Washington, DC. 1992. P. 462-466.

189. Volesky B., May-Philips H. Biosorption of heavy metals by Sacharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 1995. Vol. 42. P. 797-806.

190. Williams L.G. Uptake of cesium 137 by cells and detritus of Euglena and Chlorella. Limnol. Oceanogr. 1960. Vol. 5. P. 301-311.

191. Yang J., Volesky B. Cadmium biosorption rate in protonated Sargassum biomass. Environmental Science & Technology. 1999. Vol. 33. №5. P. 751-757.

192. Zell M.R., Ogg J.E. Radiation resistance and genetic segregation in a large cell possibly polyploid strain of Escherichia coli. J. Bacteriol. 1957. Vol. 74. P. 485.

Информация о работе

Бакеева, Альбина Владимировна
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург, 2011
ВАК 03.02.03

Диссертация

Биоремедиационные свойства фототрофных микроорганизмов из водоемов, загрязненных радиоактивными отходами - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы