Биосорбция и трансформация золота и сопутствующих тяжелых металлов микромицетами

Жилин, Олег Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биосорбция и трансформация золота и сопутствующих тяжелых металлов микромицетами
ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биосорбция и трансформация золота и сопутствующих тяжелых металлов микромицетами"

На правах рукописи

ЖИЛИН Олег Викторович

БИОСОРБЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗОЛОТА И СОПУТСТВУЮЩИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МИКРОМИЦЕТАМИ

03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток - 2003

Работа выполнена в Амурском комплексном научно-исследовательском институте и Ботаническом саду Амурского научного центра ДВО РАН (г. Благовещенск)

Научные руководители:

академик РАН В.Г. Моисеенко кандидат биологических наук, доцент Н.Г. Куимова

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Л.Н. Васильева доктор биологических наук,

профессор Н.К. Христофорова

Ведущая организация:

Институт горного дела ДВО РАН

Защита диссертации состоится «31» октября 2003 г. в 10 часов на заседании Диссертационного совета ДМ.005.005.03 при Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, ТИБОХ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ДВО РАН (690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, ДВГИ).

Автореферат разослан « 2-5 » сентября 2003 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат биологических наук

О.И. Недашковская

оо^-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Известно, что способность концентрировать химические элементы свойственна всем живым организмам. На концентрационную функцию живого вещества как на важнейшую часть его геохимической деятельности указывал еще В.И. Вернадский. Изучение взаимодействия микроорганизмов с тяжелыми металлами представляет интерес с точки зрения понимания роли микроорганизмов в процессах миграции металлов и биогенного минералообразования. Установлено, что микроорганизмы могут использовать металлы в качестве источников микроэлементов, энергии или акцепторов электронов. Однако известно и обратное, токсическое воздействие металлов на клетки. В связи с этим исследование воздействия тяжелых металлов на клетки имеет важное значение для выявления механизмов адаптации микроорганизмов к экстремальным условиям существования.

В последнее время учеными всего мира ведутся исследования, направленные на использование микроорганизмов для обогащения и извлечения благородных и редких металлов из отходов промышленных предприятий, упорных руд, а также «хвостов» и отвалов. Результаты этих исследований помогут решить и ряд экологических проблем, таких как очистка стоков промышленных и горнодобывающих предприятий от тяжелых металлов, токсичных химических реагентов и радионуклидов. Изучение токсического действия тяжелых металлов на микроорганизмы позволит решать задачи экологического нормирования предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в окружающей среде и экологического мониторинга. Важна также оценка вклада микроорганизмов в трансформацию соединений тяжелых металлов и детоксикацию природной среды. Такого рода данные необходимы для прогнозирования состояния окружающей среды в условиях техногенного загрязнения и разработки охранных мероприятий.

Цель и задачи исследования

Цель выполненной работы заключалась в изучении биосорбции микроскопическими грибами золота и тяжелых металлов (Ag, Щ, Си, 2п, РЬ, Со, Ре, Мп) - геохимических спутников золота и выявлении степени их токсического воздействия на клетки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать комплекс микроскопических грибов рудных и россыпных месторождений Амурской области.

2. Установить способность природных штаммов микромицетов взаимодействовать с ионным золотом. Провести поиск активных биосорбентов золота.

3. Изучить динамику и оптимальные условия (рН, возраст культуры) биосорбции ионного золота биомассой. Сравнить сорбционные свойства биомассы микромицетов с химическими сорбентами.

4. Определить сорбционные свойства микромицетов в отношении металлов Ag, Си, Хп, РЬ, Со, Ре, №, Мп - геохимических спутников золота.

5. Установить возможность селективного извлечения золота из многокомпонентных растворов.

6. Исследовать процесс аккумуляции и трансформации ионного золота и тяжелых металлов микромицетами при продолжительном времени взаимодействия.

7. Методом электронной микроскопии установить степень повреждающего воздействия тяжелых металлов на клетки мицелия и места их локализации в клетке.

Научная новизна

В настоящей работе впервые изучено видовое разнообразие микроскопических грибов рудных и россыпных месторождений золота. По частоте встречаемости доминировали представители р. Penicillium, которые составляли до 66,6 % от общего числа видов, выделенных из рудного и россыпного материала. Преобладание представителей указанного рода является одной из характерных особенностей комплексов микромицетов таежной зоны. Впервые на территории Амурской области выделены Р. atrameníosum Thorn., Р. oxalicum Currie eí Thom., Aspergillus terrícola E.J. Marchal, Phoma eupyrena Sacc., Phoma lingam (Tode:Fr.) Desm., Phoma humicola J.C. Gilman et E. V. Abbott и Eurotium pseudoglaucum Blochwitz.

Впервые показана специфичность взаимодействия металлов с клетками микроскопических грибов. Аккумуляция и трансформация таких металлов как - Mn, Ni, Fe происходит на клеточной стенке, других - Hg, Ag, Cu, Pb, Zn как на клетке, так и во внутриклеточном пространстве.

Показано, что в качестве одного из основных протекторных механизмов клеток мицелия к воздействию токсичных металлов является выделение большого количества внеклеточных полимеров, образующих слизи, чаще всего имеющих полисахаридную основу. Подобные выделения способны к значительному связыванию металлов, устраняя их токсическое воздействие на клетки.

Установлена специфичность воздействия тяжелых металлов на рост и спорообразование биомассы микромицетов. Остаточные концентрации в растворе таких металлов как, марганец, железо, свинец вызывают ингибирование роста и спорообразования, тогда как ртуть, серебро, медь -стимулируют данные процессы.

Установлено, что в результате аккумуляции и кристаллизации ионного золота микроскопическими грибами образуются плоские кристаллы в форме треугольников и шестигранников. При биогенном минералообразовании в зарождении кристаллов участвуют клеточная стенка и ферментные системы клетки, после чего в действие вступает механизм роста кристалла на затравке.

Практическая значимость

Полуденные результаты исследований показали возможность селективного извлечения благородных металлов биомассой микромицетов, что может быть использовано при решении различных задач в биотехнологии обогащения минерального сырья.

г.»'

Установленные возможности аккумуляции и трансформации металлов микромицетами могут быть использованы для решения экологических проблем по биоремедиации почв и водоемов.

Создана коллекция микроскопических грибов, представляющих интерес как с точки зрения использования штаммов в качестве биосорбентов тяжелых металлов, так и продуцентов биологически активных веществ.

Результаты исследований показали увеличение степени повреждающего воздействия тяжелых металлов на клетки мицелия в зависимости от времени воздействия, специфичности используемого металла и его концентрации, что может быть использовано при создании новых препаратов в области защиты растений и защиты различных материалов от биокоррозии.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы были представлены на четырех региональных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Благовещенск, 1999; 2000; 2001; 2003); научно-практической конференции «Зейско-Буреинская равнина: проблемы устойчивого развития» (Благовещенск, 2001); I Международном симпозиуме «Биокосные взаимодействия: жизнь и камень» (Санкт-Петербург, 2002); IV Международном симпозиуме «Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке» (Биробиджан, 2002). Основное содержание работы изложено в 12 публикациях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), материалов и методов исследований (глава 2), результатов и их обсуждения (главы 3, 4, 5, 6), а также выводов и списка цитированной литературы, включающего 184 работы, в том числе 121 - зарубежных авторов. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 22 рисунка.

Автор выражает глубокую признательность зав. лабораторией низших растений БПИ ДВО РАН д.б.н. Л.Н. Егоровой за всестороннюю помощь в работе. Автор благодарит своих коллег к.х.н. В.И. Радомскую, н.с. Т.Б. Макееву, к.г-м.н. С.М. Радомского, к.м.н. В.М. Католу за помощь в выполнении работы. Автор признателен сотрудникам лаборатории молекулярной фитопатологии и микробиологии Амурского комплексного научно-исследовательского института и сотрудникам информационного центра АмурНЦ за техническую помощь.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В главе 1 приводится обзор литературных данных, касающихся возможностей взаимодействия микромицетов с золотом и тяжелыми металлами в зависимости от формы нахождения их в растворах. Показаны известные факты токсичности тяжелых металлов, обсуждаются возможные

механизмы устойчивости микроорганизмов к токсическому воздействию тяжелых металлов.

В главе 2 изложены материалы и методы исследования.

Объектами исследований служили штаммы микроскопических грибов, выделенные из россыпных и рудных месторождений золота Амурской области. В отдельных экспериментах для сравнения были использованы штаммы микроскопических грибов, полученные из Российской коллекции микроорганизмов (ВКМ) и мицелиальные отходы производства антибиотиков (ОАО «Красфарм», г. Красноярск).

Для исследования были выбраны два месторождения золота Амурской области: Покровское золоторудное месторождение (Магдагачинский район) и россыпное месторождение Чагоянское (Шимановский район). Отбор образцов производился в 1999-2002 гг. Для сравнения были взяты образцы месторождений: Кировское (Тындинский район), Токур (Селемджинский район), рудопроявление «Снежинка» (Магдагачинский район), Апрельская россыпь (Магдагачинский район), Хайктинское золотороссыпное месторождение (Тыцдинский район).

В образцах определено количественное содержание и видовой состав микромицетов. Выделение микромицетов проводили из последовательного ряда десятикратных разведений с последующим посевом на твердые среды: Чапека, сусло-агар, Эшби. Идентификацию выделенных штаммов проводили с помощью общепринятых методик (Литвинов, 1969; Методы..., 1982; Егорова, 1986; Thom, 1968).

Для определения сорбционной способности штаммов микромицетов, выделенных из пород Покровского месторождения и Чагоянского золотоносного узла, а также коллекционных штаммов провели тестирование на взаимодействие с растворами солей соответствующих металлов. Культивирование микромицетов проводили на жидкой среде Чапека.

Для изучения биосорбции тяжелых металлов использованы растворы солей следующих металлов: СоС12 х 6Н20; ZnS04 * 7Н20; РЬС12; МпС12 * 4Н20; NiCl2; AgN03; Fe2(S04)3; CuCI2 ; Hg(N03)2. Для исследования биосорбции золота использован раствор золотохлористоводородной кислоты Н[АиС14].

Опыты по изучению сорбции и десорбции проводили следующим образом. В колбы, содержащие 50 мл раствора металла (десорбента) вносили навески сырой биомассы (100 мг). Колбы помещали на качалку (180 об/мин, 25°С). Через заданные промежутки времени биомассу отделяли фильтрованием и определяли в растворе остаточную концентрацию металла. Для экспериментов с инактивированной (мертвой) биомассой ее предварительно автоклавировали при 1 атмосфере в течение 40 мин.

Для исследований аккумуляции и трансформации тяжелых металлов микромицетами был использован Pénicillium luteum. В колбы Эрленмейера, содержащие по 250 мл раствора соответствующего металла, вносили биомассу (соотношение твердой фазы к жидкой (Т : Ж) 1 : 10). Колбы помещали на качалку (180 об/мин). В ходе эксперимента определяли остаточную концентрацию металлов в растворе через 60 мин, 2 час, 24 час. Для определения структуры биогенного золота, а также выявления степени

повреждающего воздействия тяжелых металлов на клетки использованы методы просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии.

Электронно-микроскопические исследования выполнены на приборе Jeol JSM 35С. Образцы сняты в режиме SEI (вторичных электронов). Напряжение 15 kv, ток 0,6 х 3x1 OA. Для доказательства формирования золотых агрегатов сделаны снимки в характеристическом рентгеновском излучении Au. Режим работы для микроанализа: напряжение 15 kv, ток - 0,3x10. Подобным образом были исследованы и механизмы сорбции других сопутствующих золоту металлов.

Структура биогенного золота установлена методом структурной рентгенографии. Съемка образцов производилась на рентгеновском дифрактометре ДРОН - 3 и в камере Дебая - Шеррера рентгеноструктурной установки УРС - 2.0 на Си К„ - излучении с Ni - фильтром.

В главе 3 рассматривается разнообразие микромицетов рудных и россыпных месторождений золота. Общий список видов микроскопических грибов, выделенных из месторождений золота Амурской области, представлен 33 видами из 13 родов и 4 классов (включая два "вида" стерильных форм мицелия) (табл.1).

Класс Zygomycetes представлен 2 видами: Rhizopus nigricans выделен только из Покровского золоторудного месторождения, Mucor circinelloides - из Чагоянской и Апрельской россыпей.

Класс Ascomycetes также представлен 2 видами: Eurotium pseudoglaucum был выделен из Чагоянского месторождения, Talaromyces luteus изолирован из Кировского и Чагоянского месторождений.

Класс Hyphomycetes насчитывает 24 вида из 7 родов. Семейство Moniliaceae представлено 20 видами, относящимися к 3 родам. На первом месте по числу видов (13) и по частоте встречаемости стоит род Pénicillium. Микромицеты рода Pénicillium составляли от 10 до 66,6 % от общего числа видов, выделяемых из месторождений. Преобладание представителей указанного рода является одной из характерных особенностей комплексов микромицетов таежной зоны (Кирцидели, 1996; Гришкан, 1997). Наиболее часто встречались виды P. chrysogenum, P. paxilli, P. steckii, P. waksmanii. Только из пород Покровского месторождения был выделен P. nigricans, присутствие которого также отмечено в месторождениях золота Забайкалья (Коробушкина, Гукасян, 1977).

Грибы рода Aspergillus представлены 5 видами, три из которых (А. niger, A. fumigatus и A. jlavus) по литературным данным довольно часто встречаются в золоторудных месторождениях (Коробушкина, 1989; Коробушкина, Гукасян, 1977; Коробушкина, Коробушкин, 1998). В исследуемых месторождениях Приамурья с высокой частотой встречаемости выделялись A versicolor и A. jlavus.

Род Trichoderma представлен 2 видами - T. koningii и T. viride. Наиболее часто в месторождениях выделяется T. viride.

Таблица 1

Видовой состав микромицетов, изолированных из месторождений золота Амурской области

Рудные Россыпные

Я я H о к о X Л £ 15

Вид гриба о я •TD •§ о о S i

О CS w о ■о к § sa Я V

о я я я 8 X я g о я о CD О Ж ё

Zygomycetes

Mucor circinelloides Tiegh. - — — — — + +

Rhizoptis nigricans Ehrenb. + - - - -- - -

Ascomycetes

Eurotium pseudoglaucum Blochwitz + - - — - - —

Talaromyces luteus (Zukal) C.R. Benj. - + - -- - + -

Hyphomycetes

Alternaría altérnala (Fr.:Fr.) Keissl. + + + — — + +

Aspergillus flavas Link + - + -- - - +

A. fumigatus Fresen. - - - - -- - +

A. niger Tiegh. — — — + — - +

A. terrícola E.J. Marchai - — — — + — -

A. versicolor (Vuill.) Tirab. - - + - + - +

Aureobasidium pullulons (de Вагу) G. Arnaud + - - - - - -

Cladosporium cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries + - + + - + +

Oidiodendron flavum Szilvinyi + - + - - - -

Pénicillium atramentosum Thom - — - — - + —

P. aurantiogriseum Dierckx -- - - - - + -

P. canescens Sopp — + — — — - -

P. chrysogenum Thom + + - + + - +

P. decumbens Thom - — - — + - -

P. godlewskii W. Zalessky - - - - - + -

P. kapuscinskii W. Zalessky + - - - - - -

P. nigricans (Bainier) Thom + - - - - - -

P. oxalicum Currie et Thom - — -- - -- + —

P. paxilli Bainier + - + - + - -

P. steckii W. Zalessky + + - - + - -

P. variabile Sopp - - - - - + -

P. waksmanii W. Zalessky + — - - + - -

Trichoderma koningii Oudem. - + -- — - - +

T. viride Pers.:Fr. + - - — + + +

Coelomycetes

Coniothyrium fuckelii Sacc. + -- - - - - -

Phoma eupyrena Sacc. + + -

Ph. herbarum Westend. + —

Ph. humicola J.C. Gilman et E. V. Abbott +

Ph. Ungarn (Tode:Fr.) Desm. + - -

Mycelia sterilia

Mycelia sterilia (темный) + - - - - + -

Mycelia sterilia (светлый) +

Разнообразие темноокрашенных микромицетов невелико. Семейство Dematiaceae представлено 4 родами. С наибольшей частотой встречались Alternaria alternata и Cladosporium cladosporioides.

Класс Coelomycetes представлен 5 видами из 2 родов. Наиболее широко представлен род Phoma (4 вида), род Coniothyrium представлен только одним видом. Нужно отметить, что все они были выделены из Покровского рудного месторождения, только Ph. еиругепа встречался также в Чагоянском россыпном месторождении.

Из этих же двух месторождений был выделен и стерильный светло - и темноокрашенный мицелий, не образующий конидиального спороношения.

Таким образом, исследование микологического состава золоторудных месторождений и россыпей показало их невысокое видовое разнообразие, что, вероятно, связано со специфическими условиями местообитания - низким содержанием органического вещества, высокими концентрациями тяжелых металлов и др. токсичных элементов.

Скрининг микроскопических грибов в отношении сорбции ионного золота.

Поиск активных биосорбентов золота был выполнен среди природных изолятов Покровского золоторудного и Чагоянского россыпного месторождений, для которых характерно наиболее высокое разнообразие микромицетов. Выделенные штаммы были проверены на способность к биосорбции ионного золота по ранее описанной методике (Куимова и др., 1999). Результаты представлены на рисунке 1.

Степень извлечения металла из раствора у семи штаммов из 33 исследованных достигала более 90%. Максимальная сорбционная способность наблюдалась у представителей p. Pénicillium, за исключением Р. nigricans. Минимальная степень извлечения золота биомассой микромицетов составила 48-50% у штаммов Aureobasidium pullulons, Р. nigricans.

Сравнительное изучение сорбционных способностей выделенных штаммов показало, что по степени извлечения металла из раствора их можно расположить в следующий ряд:

Pénicillium spp. (77-99%) > Phoma spp. (74-94%) > Oidiodendron flamm (88%) > Alternaria alternata (82-85%) > Aspergillus spp. (77-86%) > Trichoderma spp. (6877%) > Cladosporium cladosporioides (55-64%) > Aureobasidiumpullulans (48%).

Различия в сорбционной способности обнаруживались не только между видами, но проявлялись и на уровне штаммов одного вида. Например, штаммы Phoma еиругепа отличались друг от друга по степени извлечения золота в 1,2 раза.

Таким образом, исследования показали, что биосорбция золота является штаммоспецифическим признаком. Наиболее высокими сорбционными способностями отличаются представители pp. Pénicillium (Hyphomycetes), Phoma (Coelomycetes).

МусИш >Ьг1а (т«мный) РЬота аиругапа Тг«Ьо4агта »»И* Р ук^Ык Ром »кит р0о<11атк1 Р аиг«п(одг!а«иг РапеШытагатапЫиг С1айо»р<»г1итеи0о»рогк}й»* АаагпасааЫлаЯ Та1аготусаа Ы»и* ЕигоИитр«аи4од1аисит Мисог скскмЬМ«! Мастер« л«аии« Ч»Г»*ме«о*

Мус«1а «Ьг1в (саатпый) Мусака «КгНа (тайный) Я) 1пдат Й1 ЬигПев1а Р) ЬагЬагит РЬогта аиругапа Сепю|1угк1тЬек*В ТгЬЬ^агта «М» Р*«к«тап» Р|кск1 Р рак К РШдгкаг Рк1ри1С1мН Р»п1сШ1итеЬгу»ед»пот

АшаоЬа*йытри1и1апа А*р«'д1и» 1«уь ДЬ та га акт«»

КЬЬори* п1дг1еап1 Ма стероида ниа Пофоасааа

40 50

Степень изалмммя, Н

Рис. 1. Сорбция золота биомассой микромицетов, выделенных из месторождений золота.

В главе 4 изучены основные факторы, влияющие на биосорбцию ионного золота, показана селективность его извлечения из многокомпонентных растворов.

Влияние рН среды на биосорбцию.

Величина рН является важным фактором, определяющим форму нахождения металлов в растворе и степень ионизации функциональных групп структурных компонентов клеточной стенки микроорганизмов. Процесс сорбции ионного золота биомассой микромицетов происходил в широком диапазоне значений рН (от 2 до 9) с выраженным максимумом емкости извлечения металла при рН 5 (рис. 2).

В условиях проведенного эксперимента емкость биосорбентов изменялась от 14 мг/г до 65 мг/г сухой биомассы. Наиболее значительный рост сорбционной способности биомассы наблюдался в диапазоне рН 3-5.

Рис. 2. Влияние рН на сорбцию золота биомассой микромицетов

Как известно, в кислой среде происходит стабилизация ионного золота, образующего анионную форму [АиС14]\ тогда как с повышением значений рН в щелочную область происходит формирование коллоидных форм золота.

Таким образом, полученные данные позволяют предположить, что клетки микромицетов достаточно активно сорбируют как ионное, так и коллоидное золото.

Динамика биосорбции ионного золота.

Биосорбция золота микромицетами характеризуется благоприятной динамикой процесса (рис. 3).

Рис. 3. Динамика сорбции золота биомассой микромицетов

Наибольшая скорость сорбции золота биомассой микромицетов наблюдается в первые 60-120 мин взаимодействия, после чего скорость

процесса уменьшается для всех исследуемых штаммов, и в системе устанавливается равновесное состояние. Величина емкости биосорбции для различных видов микромицетов изменяется от 30 мг/г до 55 мг/г, что объясняется различиями в химическом строении клеточной стенки.

Таким образом, биосорбция ионного золота биомассой микроскопических грибов, как и коллоидного, протекает в две стадии. Во время первой происходит быстрое насыщение биомассы золотом, вторая характеризуется невысокой скоростью сорбции.

Влияние возраста культуры на сорбционную способность.

Установлен возраст культур микромицетов, при котором процесс биосорбции ионного золота наиболее эффективен (рис. 4).

Наибольшей сорбционной способностью обладает мицелий в возрасте 9 суток, что соответствует ранней стационарной фазе роста. В начальной фазе роста и при переходе к поздней стационарной фазе (одиннадцатые сутки) степень извлечения золота значительно сокращается.

л о и я S о

ю л

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

- - - P.chrysogenum —■—P.luteum

— * — P.paxilli

7 g ц 1з ig возраст биомассы (дни)

Рис. 4. Зависимость биосорции золота от возраста культуры

Извлечение ионного золота из растворов биомассой водорослей

Из литературных данных известно, что хорошими сорбционными возможностями отличаются водоросли. Для сравнительного изучения мы использовали водоросль Microcystis aeruginosa, выделенную из озера (п. Садовый). Эксперимент проведен на модельных растворах ионного и коллоидного золота. Результаты исследований показали, что степень извлечения золота из ионного раствора в среднем достигала 69% при средней емкости биосорбента 12,3 мг/г сухой биомассы. В варианте с раствором коллоидного золота степень извлечения металла составила 36% при емкости извлечения 12,4 мг/г сухой биомассы. Результаты исследований показали достаточно хорошие сорбционные возможности водоросли, как для ионного, так и для коллоидного золота. Однако сорбционные характеристики биомассы водоросли ниже, чем у изученных ранее штаммов микромицетов.

Извлечение ионного золота из раствора химическими сорбентами

Было выполнено сравнительное изучение возможностей извлечения золота биомассой микромицетов и различными типами химических сорбентов

в широком диапазоне рН среды (рН от 3 до 9). В эксперименте использованы: активированный уголь АГ - 90, хемосорбционное волокно ВИОН (КН-1, АН-1), биомасса Pénicillium chrysogenum. Результаты исследований показали, что для активированного угля и хемосорбционного волокна ВИОН (АН-1) максимальная емкость извлечения наблюдалась при рН 3-4 и составила соответственно 0,96 мг/г и 0,86 мг/г сухого сорбента (таб. 2).

Таблица 2

Извлечение золота (мг/г) различными типами сорбентов

pH АН-1 КН-1 Актив, уголь Биомасса гриба

3-4 0.86 0.62 0.96 -

5-6 0.37 0.36 0.46 10.14

9-10 0.35 0.35 0.39 -

При испытании Р. chrysogenum в качестве биосорбента установлено, что максимальное значение емкости извлечения достигает 10,14 мг/г при pH 56. Извлечение золота биомассой в условиях выполненного эксперимента составило 98 %. Результаты исследований показали, что сорбция золота биомассой грибов на порядок превышает извлечение металла другими сорбентами.

Сорбция золота живой и инактивированной (мертвой) биомассой микромицетов и десорбция золота с биомассы

Для сравнения сорбционных свойств живой и инактивированной биомассы был использован Р. luteum. Результаты исследований показали, что живая биомасса извлекает золото несколько лучше (21,7 мг/г) чем мертвая (18,6 мг/г). Это говорит о том, что основным механизмом связывания металла микромицетами является биосорбция структурными компонентами клеточной стенки.

Десорбцию золота с загруженной биомассы проводили разными вариантами растворов. Сначала промывали биомассу дистиллированной водой, чтобы удалить несвязанный с биомассой металл. Далее проводили элюирование десорбентами: в первом варианте 0,1М раствором H2S04, а во втором раствором тиомочевины в присутствии небольшого количества Fe2(S04)3 в качестве окислителя (рН=1-2). Эффективность десорбции в варианте с раствором кислоты составила 15,6 %, при десорбции раствором тиомочевины практически все сорбированное золото было переведено в раствор.

Селективность биосорбции благородных металлов

Изучена селективная биосорбция благородных металлов биомассой микроскопических грибов из многокомпонентных растворов. Для исследования взято золото и металлы, являющиеся геохимическими спутниками золота - Ag, Си, Zn, Pb, Fe, Mn, Co, Ni и составлены следующие варианты опытных растворов: (Au, Fe) - одной валентности; (Au, Zn, Со) -близкий потенциал ионизации; все элементы, исключая Ag; все 9 элементов (рис. 5). В качестве биосорбента использовали биомассу двух штаммов -

Р. chrysogenum и Р. рахПИ, имеющих высокую емкость биособции. Высокая селективность процесса основана на разнице оптимальных значений рН для биосорбции различных металлов. Условия проведения эксперимента (рН 5) были оптимальными для биосорбции золота.

все Me все Me кроме Ag Zn+Co+Au Fe+Au

варианты

□ P. chrizogenum BP.paxllli

Рис. 5. Извлечение Аи биомассой микромицетов из многокомпонентных растворовов

Результаты исследований в двух- и трехкомпонентных системах показали, что наиболее высокая емкость сорбции золота - 37,2 мг/г и степень его извлечения - 89,5% наблюдаются в варианте (Au-Fe). В присутствии конкурирующих ионов Zn и Со извлечение золота заметно уменьшается до 22 мг/г, а степень извлечения соответственно - до 53,4%. Присутствие ионов цинка и кобальта в растворе ингибирует сорбцию золота вследствие конкуренции за места связывания.

В многокомпонентных растворах наблюдалось увеличение, как емкости, так и степени извлечения золота биомассой - от 27,8 мг/г до 35,4 мг/г в варианте с полным набором элементов. Степень извлечения золота биомассой P. paxilli составила более, чем 97,9%. В то время как извлечение железа, цинка и марганца заметно снизилось.

В варианте (Au-Fe) в присутствии ионов железа в растворе наблюдается значительное увеличение сорбции золота биомассой. Вероятно, это объясняется формированием координационных соединений с железом, которые являются дополнительными центрами иммобилизации золота.

Подобный эффект синергического действия металлов в растворах не редкость (Ting, Тео, 1994). В природных гидротермальных и техногенных растворах также происходит иммобилизация золота на оксидах железа.

На рисунке 6 представлены результаты извлечения благородных и сопутствующих металлов биомассой из многокомпонентных растворов.

По степени извлечения металлов из гетерогенных растворов можно составить следующие ряды предпочтительной сорбции металлов биомассой:

л о о п 2

О 1_

Au (III) Ag (I) Fe (III) РЬ (II) Cu (II) Zn (II) Co (II) Mn(ll) Ni (II)

Ионы металлов

Рис. 6. Извлечение металлов из многокомпонентных растворов биомассой микромицетов.

Р. chrysogenum Au > Ag > Fe > Pb > Cu > Co > Ni > Mn > Zn P.paxilli Au > Ag > Fe > Pb > Cu > Co > Zn > Mn > Ni

На долю благородных металлов (Au, Ag) приходится 54% от обшей емкости биосорбента, 18% приходится на железо. После благородных металлов и железа в раду сорбции стоят свинец и медь, составляющие также 18% от общей емкости извлечения. Остальные металлы - Со, Zn, Mn, Ni, занимающие последние места в ряду предпочтительной сорбции, составляют только 10% от общей емкости сорбента.

Таким образом, результаты исследований показали не только перспективность использования биомассы микроскопических грибов в качестве сорбентов металлов, но и возможности селективного извлечения металлов из растворов.

В главе S показана биогенная кристаллизация ионного золота микроскопическими грибами в результате продолжительного взаимодействия.

Выполненные исследования позволили выделить два этапа взаимодействия ионного золота с клетками микромицетов: быстрый процесс биосорбции и последующее восстановление золота до металлического с формированием характерных кристаллических форм.

В эксперименте был использован Р. luteum, выделенный ранее из россыпного месторождения золота Амурской области. Культивирование проводили при температуре 20°С, длительность опыта 30-40 суток. В качестве ионного золота использована - Н[АиС14]. Содержание золота в растворе определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре модели 18050 Hitachi. Исходная концентрация золота в растворе - 50 мкг/мл. Контрольный вариант опьгга не содержал биомассы.

Изучение динамики сорбции золота биомассой показало, что в начале взаимодействия происходит быстрая сорбция металла на активных центрах структурных компонентов клеточной стенки, образуя множество центров

зарождения новой фазы. На второй стадии процесса происходит восстановление сорбированного золота до металлического и последующее медленное осаждение остаточного золота из раствора на центрах кристаллизации, как и в случае с коллоидным (Кштоуа, 2001). Через 30 суток в растворе наблюдалось видимое осаждение металла в виде кристаллов, имеющих золотисто-желтый металлический блеск. В контрольном варианте изменений в растворе не наблюдалось.

Особенности морфологии образованных кристаллов золота изучены методом сканирующей электронной микроскопии. Кристаллиты имели правильные геометрические формы: плоские треугольники, усеченные треугольники и шестигранники, причем первые были в преобладающем количестве (рис. 7, А).

В Г

Рис. 7. Кристаллы, полученные осаждением ионного золота биомассой микромицетов при 20°С, время взаимодействия - 30 суток: А - общий вид кристаллов (плоские треугольники, шестигранники); Б - ажурные пленки колломорфного золота; В - объемные новообразованные кристаллы золота; Г - снимок в характеристическом рентгеновском облучении.

Размер полученных плоских кристаллов золота достигал более 50 мкм в поперечнике при толщине около 1мкм.

При увеличении времени взаимодействия до 40 суток на поверхности наиболее крупных кристаллитов наблюдалось отложение неравномерных

ажурных пленок и неправильных округлых агрегатов (рис. 7, Б, В). Тонкие пленки на поверхности кристаллов, скорее всего, представлены коллоидным золотом, так как снимки в характеристическом рентгеновском облучении показывают плотное распределение металла по площади исследуемого образца (рис.7, Г). Отмечена высокая хрупкость объемных новообразованных кристаллов. Механическое воздействие препаравальной иглой вызывает повреждение их правильной геометрической формы (рис.7, В).

Золото имеет кристаллическую структуру кубической сингонии пространственной группы 0\ = РтЗт с параметрами элементарной ячейки: а = 4,062 + 0,002 ангстрем. Параметры ячейки определены по линиям: [311] [222] [331] и [420] методом наименьших квадратов. Параметр кристаллической решетки близок к теоретическому значению, но при этом необходимо отметить, что в направлении [100] параметр решетки несколько увеличен, ячейка растянута в направлении оси с. В данном случае рост кристалла происходил поверхностным слоем, в результате чего образовались характерные грани октаэдра.

Подобные пластинчатые выделения высокопробного золота установлены в современных продуктах фумарольной деятельности трещинного Толбачинского извержения (Камчатка) на глубине 20-25 см, образованного при 500°С (Вергасова, 1982), а также получены экспериментально химическим осаждением ионного золота при 80 - 200°С автоклавным методом (Сахарова, 1985). Характерные тригональные пирамиды роста на плоских зернах золота обнаружены также в условиях россыпи в Амурской области (Неронский, 1998).

Таким образом, экспериментально показана возможность низкотемпературного биогенного минералообразования, в результате которого образуются кристаллы, как и при химическом осаждении золота. В том и в другом случае происходит сорбция золота на активной поверхности с образованием центров дальнейшей кристаллизации золота правильной геометрической формы - треугольников, усеченных треугольников и шестигранников. Однако, механизмы, вызывающие биогенное и химическое осаждение золота, различны, как различны и условия кристаллизации. При химическом осаждении ионного золота на кварце процесс формирования кристаллов происходил в температурном режиме - от 80° до 200°С. При низкотемпературном биогенном минералообразовании в зарождении кристаллов участвуют ферментные системы клетки, после чего в действие вступает механизм роста кристалла на затравке.

В главе 6 показана динамика сорбции металлов (Ag, Н^, Си, 2п, РЬ, Ре, Мп, Со, №) микромицетами. Методом электронной микроскопии показаны места их локализации в клетках и морфологические изменения клеток мицелия в результате продолжительного воздействия металлов.

Биосорбция металлов микромицетами характеризуется благоприятной динамикой процесса (табл. 3). Наибольшая скорость сорбции металлов биомассой наблюдалась в первые 60-120 мин, затем скорость процесса была незначительной. Причем, в первые 120 мин степень извлечения серебра, ртути, свинца составила соответственно 84% - 87%, а для других металлов степень извлечения изменялась от 51% до 75%.

Таблица 3

Динамика сорбции металлов биомассой микромицетов

Время контакта (час) Содержание металлов в растворе, мг/ л

Ag Hg Си Мп РЬ Fe Ni Zn Со

Исходная конц. 9 0,33 4 7,3 10 2,7 4.4 9,3 7,3

1 5 0,17 1,7 3,9 2,7 1,7 2,4 5,2 2,3

2 1,5 0,042 1,0 2,6 1,3 1,4 1,5 2,5 1,8

72 0,5 0,039 0,4 0,8 0,87 0,25 0,99 2,2 1,1

14 суток 0,025 0,03 0,6 0,2 0,6 од 0,1 2,2 0,4

Далее, при продолжении эксперимента до 14 суток, наблюдалось специфическое взаимодействие каждого металла с биомассой Pénicillium luteum: активный рост или полное отсутствие роста, выделение пигментов в среду, слизеобразование, образование воздушного мицелия и спорообразование или отсутствие последнего. Методом электронной микроскопии установлены морфологические изменения клеток, нарушение целостности клеточной стенки, места отложения металла в клетке и трансформации металлов биомассой. Отметим характерные особенности взаимодействия металлов с клетками грибов. Никель

Уже через 72 часа взаимодействия на поверхности крупных, широких гиф наблюдалось образование бляшек (рис. 8, А). Воздействие ионов никеля на клетки мицелия сопровождалось отслаиванием поверхностных слоев клеточной стенки (КС), вплоть до полного их отделения от клетки. Мелкие электронноплотные частицы находились на поверхности и внутри КС, проникновение металла внутрь клеток не отмечено. При длительном взаимодействии наблюдалась трансформация электронноплотных частиц вплоть до образования крупных (от 10 до 60 мкм) металлорганических агрегатов никеля (рис. 8, В). Съемка полученных агрегатов в характеристическом рентгеновском излучении показала плотное распределение металла (Ni) по всей площади образца (рис.8, Г). Подобный эффект трансформации никеля с образованием оксалатов металла отмечен в работе (Magyarosy et al., 2002). Марганец

В первые 24 часа взаимодействия на электронных микрофотографиях наблюдалось отложение металла в виде многочисленных гранул на поверхности клеточной стенки (рис. 8, Б). Поверхностная сорбция отмечена на более широких гифах, в то время как тонкие гифы оставались чистыми от металла. Методом сканирующей электронной микроскопии (через 72 часа) установлено отложение многочисленных конгломератов на поверхности мицелия и повреждение поверхностных структур в виде бляшек. После оседания мертвого мицелия, нагруженного металлом, на поверхности раствора

Рис. 8. Биосорбция и трансформация тяжелых металлов биомассой Pénicillium luteum: А - биосорбция никеля, ув. 2400; Б - марганца, ув. 1100; В, Г - металлорганический агрегат никеля и снимок его в характеристическом рентгеновском излучении, ув. 1100; Д - сорбция железа (просвечивающая электронная микроскопия, ув. 7000); Е -деформированный мицелий с локальными вздутиями после воздействия ртути, ув. 2400.

Железо

Исследования показали образование широкого защитного аморфного слоя вокруг молодых гиф (рис. 8, Д). Сорбция железа в виде тонкого прерывистого электронноплотного слоя происходит вокруг крупных гиф, во внутриклеточное пространство металл не проникает. В результате отложения аморфного железа и большого количества слизи вокруг гиф мицелий приобретает вид плотной сцементированной массы. Наблюдается замедленный поверхностный рост мицелия, сопровождающийся активным слизеобразованием. Ргугь

Методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии выявлено, что при воздействии ионов ртути в первые 24 часа образуются локальные вздутия и происходит отслоение поверхностных слоев клеточной стенки. Аморфный слой вокруг клеток отсутствовал. Внутреннее содержимое клеток мицелия по всей длине гиф электронноплотное, что предполагает проникновение ртути во внутриклеточное пространство. На микрофотографиях (через 72 часа) видны вздутые, деформированные гифы (рис.8, Е). На поверхности клеток ртути не обнаружено. После оседания биомассы, нагруженной ртутью, на поверхности раствора начался интенсивный рост и спороношение воздушного мицелия. Исследования показали морфологические нарушения клеток молодого мицелия и обильное слизеобразование. Серебро

Через 24 часа взаимодействия на электронных микрофотографиях наблюдалось образование рыхлых конгломератов серебра на поверхности мицелия, и электронноплотных гранул в межгифальном пространстве. В присутствии ионов вокруг гиф образуется тонкий аморфный слой, который непрочно связан с клетками и легко отделяется от поверхности. Через 48 часов в результате повреждения КС часть металла проходит во внутриклеточное пространство. Через 72 часа взаимодействия степень извлечения серебра из раствора составила 95%. На микрофотографиях видно обрастание мицелия гроздьями коллоидного серебра (рис. 9, А, Б). Съемка в характеристических рентгеновских лучах показывает плотное распределение металла (А§) по площади исследуемого образца. Биомасса, нагрз'женная металлом, осела на дно колбы. Остаточная концентрация Ag в растворе составила 0,025 мг/л, при которой начался активный рост и спороношение поверхностного мицелия. Кобальт

При воздействии ионов кобальта наблюдалось локальное отслоение и вздутие поверхностных слоев клеточной стенки. Внутриклеточное пространство по всей длине гиф было электронноплотным, что объясняется проникновением металла внутрь клеток. На поверхности клеточной стенки также происходило отложение агрегатов свинца. Через 7 суток мицелий окрасился в красный цвет и осел на дно колбы. Изменение окраски мицелия, нагруженного металлом, вероятно, обусловлено образованием металлорганических соединений кобальта. Поверхностный рост мицелия, за исключением единичной колонии, отсутствует.

Рис. 9. Аккумуляция и трансформация тяжелых металлов биомассой Pénicillium luteum: А - аккумуляция серебра, ув. 1100; Б - отложение серебра внутриклеточно и на поверхности клеточной стенки, ув. 7000; В, Г - отложение цинка на поверхности мицелия и снимок его в характеристическом рентгеновском излучении, ув. 1600; Д - сорбция свинца на КС, ув. 2400; Б - конгломераты свинца, ув. 7000.

Цинк

Воздействие ионов цинка на клетки сопровождалось образованием тонких слоистых чехлов вокруг гиф из отслаивающихся поверхностных слоев клеточной стенки. Электронноплотные образования неправильной формы наблюдались как на поверхности, так и внутри этих чехлов, а также во

! I t

внутриклеточном пространстве широких гиф, что подтверждает проникновение металла внутрь клеток. На микрофотографиях представлена одна из таких нагруженных металлом гиф и ее снимок в характеристическом рентгеновском излучении, показывающий плотное распределение цинка по всей поверхности образца (рис. 9, В, Г). Медь

При взаимодействии с ионами меди наблюдалось нарушение поверхностных слоев клеточной стенки и образование вокруг гиф слоистых чехлов. Электронноплотные образования неправильной формы наблюдаются как на отслоившейся поверхности и в межгифальном пространстве, так и внутри клеток. Поверхностный мицелий имел обильное спороношение, видимых морфологических изменений не наблюдалось. Свинец

Аккумуляция металла происходила в основном внутриклеточно без видимого повреждения клеточной стенки. Отложение электронноплотных конгломератов наблюдалось также на поверхности клеток и в межгифальном пространстве (рис. 9, Д, Е). После осаждения биомассы наблюдается слабый рост воздушного мицелия, который не дает конвдиального спороношения.

Таким образом, выполненные исследования показали разный механизм воздействия и степень токсичности металлов на микромицеты. Одним из защитных механизмов к повреждающему воздействию металлов у микромицетов является активное слизеобразование, сопровождающееся комплексообразованием и отложением металлов вне клеток. Воздействие наиболее токсичных металлов (Hg, Ag, Си) сопровождалось повреждением клеточной стенки и цитоплазматической мембраны (ЦПМ), в результате чего происходило внутриклеточное накопление металла.

Выводы

1. Изучено разнообразие микроскопических грибов золоторудных месторождений и россыпей. На первом месте по числу видов и частоте встречаемости стоит-род Pénicillium. Микромицеты рода Pénicillium составляли от 10 до 66,6 % от общего числа видов, выделяемых из месторождений. Преобладание представителей указанного рода является одной из характерных особенностей комплексов микромицетов таежной зоны.

2. Установлено, что основными физико-химическими факторами, влияющими на биосорбцию ионного золота биомассой, являются величина рН, элементный состав и концентрация раствора, возраст культуры. Показана перспективность использования биомассы в качестве биосорбента.

предпочтительной сорбции тяжелых металлов стоят железо, свинец, медь, кобальт, цинк, марганец, никель.

4. Показано, что в присутствии ионов железа в растворе биосорбция золота увеличивается. Такой синергизм действия объясняется тем, что железо создает дополнительные центры связывания, на которых происходит дальнейшая иммобилизация золота.

5. Установлено, что в результате аккумуляции и кристаллизации ионного золота микроскопическими грибами образуются плоские кристаллы золота правильной геометрической формы (треугольники, шестигранники). В биогенном минералообразовании участвуют как клеточная стенка, так и ферментные системы клетки, после чего в действие вступает механизм роста кристалла на затравке.

6. Показана специфичность взаимодействия металлов с клетками мицелия. Все изученные металлы условно можно разделить на две группы. Первую группу составляют металлы, аккумуляция и трансформация которых происходит на клеточной стенке - это марганец, никель, железо. В другую входят металлы, аккумуляция которых происходит как на клеточной стенке, так и во внутриклеточном пространстве - это ртуть, серебро, медь, цинк, свинец, кобальт.

7. Показано, что в качестве одного из основных протекторных механизмов клеток мицелия к воздействию токсичных металлов является выделение большого количества внеклеточных полимеров, образующих слизи, чаще всего имеющих полисахаридную основу. Подобные выделения способны к значительному связыванию металлов, устраняя их токсическое воздействие на клетки.

8. Установлено влияние тяжелых металлов на рост и спорообразование биомассы микромицетов. Остаточные концентрации в растворе таких металлов как, марганец, железо, свинец, кобальт вызывают ингибирование роста и спорообразования, тогда как ртуть, серебро, медь - стимулируют данные процессы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Жилин О.В., Куимова Н.Г. Перспективы использования микромицетов в качестве биосорбентов // Амурская наука на пороге III тысячелетия: Труды per. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 275-летию РАН. 30-31 декабря 1999 г. - Благовещенск: АмурКНИИ АмурНЦ ДВО РАН, 2000. - С.33-34.

2. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Извлечение благородных металлов мицелиальными грибами // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Докл. Международ, экол. конг. - С.-Петербург, 2000. -С.223-225.

3. Жилин О.В., Куимова Н.Г, Сорбция тяжелых металлов биомассой микроскопических грибов // Будущее Амурской науки: Труды per. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. 8-10 февраля 2001 г. - Благовещенск, 2002. - С.289-292.

4. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Микробиологический мониторинг ртутного загрязнения // Зейско-Буреинская равнина: проблемы устойчивого развития: Труды амур, науч.-практ. конф. 17-18 декабря 2001г. - Благовещенск,

2001,-С. 123-126.

5. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Биогенная кристаллизация ионного золота микромицетами // ДАН. 2002. - Т. 386. №6. - С. 809-812.

6. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Биогенная кристаллизация золота микромицетами // Биокосные взаимодействия: жизнь и камень: Матер. I Международ, симпоз. 25-27 июня 2002 г. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 276-279.

7. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Микробиологический мониторинг ртутного загрязнения // Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке: Матер. VI Международ, симпоз. 30 сентября - 2 октября 2002г.- Биробиджан,

2002,- С.176-177.

8. Жилин О.В., Куимова Н.Г. Селективная сорбция металлов биомассой микроскопических грибов // Будущее Амурской науки: Труды per. науч. конф. 14-15 мая 2002г.- Благовещенск, 2002,- С.289-292.

9. Куимова Н.Г., Павлова JI.M., Жилин О.В. Микробные сообщества рудных и россыпных месторождений Амурской области // Проблемы экологии Верхнего Приамурья: Сборник научных трудов. Благовещенск: БГПУ, 2002.-Вып. 6.- С.107-113.

10. Жилин О.В. Разнообразие микромицетов рудных и россыпных месторождений золота Амурской области // Молодежь XXI века: шаг в будущее: Матер. IV per. науч.-практич. конф. 14-15 мая 2003г.- Благовещенск.

2003,- С. 182-184.

11. Павлова Л.М., Куимова Н.Г., Жилин О.В. Перспективы применения микробиологических процессов в горнодобывающем производстве // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: Сборник научных трудов. Красноярск, 2003.- Выл 1,- С.205-209.

12. Жилин О.В., Егорова JI.H., Куимова Н.Г. Микроскопические грибы рудных и россыпных месторождений золота Амурской области // Микология и фитопатология. - 2003 (в печати).

Олег Викторович Жилин

АККУМУЛЯЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗОЛОТА И СОПУТСТВУЮЩИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ БИОМАССОЙ

МИКРОМИЦЕТОВ

Подписано в печать 08.09.2003 г.

Тираж 100 экз. Заказ № 47

Отпечатано в Редакционно-издательском отделе АмурКНИИ АмурНЦ ДВО РАН 675000, г. Благовещенск, пер. Релочный, 1

* te 967

I i

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Жилин, Олег Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. БИОСОРБЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МИКРОМИЦЕТАМИ, ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ НА КЛЕТКИ

9 (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Формы нахождения и миграции золота и тяжелых металлов в окружающей среде

1.2 Биосорбция металлов микроорганизмами

1.2.1.0сновные факторы, оказывающие влияние на биосорбцию27 1.2.2. Биосорбция металлов микроскопическими грибами

1.3 Строение и состав клеточной стенки мицелиальных грибов

1.4. Токсическое действие тяжелых металлов на микроорганизмы

1.5. Механизмы устойчивости микроорганизмов к действию металлов

ГЛАВА2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Характеристика исследуемых месторождений золота

2.3. Отбор образцов для микологического анализа

2.4. Выделение и идентификация микроорганизмов

2.5. Биосорбция металлов микроскопическими грибами ф 2.5.1. Получение биомассы микроскопических грибов

2.5.2. Растворы металлов, используемые в экспериментах

2.5.3. Условия экспериментов по биосорбции металлов

2.6. Методы исследования механизмов аккумуляции и кристаллизации золота

2.6.1. Электронная микроскопия

2.6.2. Рентгеноструктурный анализ

ГЛАВА 3. РАЗНООБРАЗИЕ МИКРОМИЦЕТОВ ЗОЛОТОРУДНЫХ И РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ИХ СПОСОБНОСТЬ АККУМУЛИРОВАТЬ ЗОЛОТО

3.1. Изучение комплекса микромицетов Покровского золоторудного месторождения

3.2. Изучение комплекса микроскопических грибов россыпей Чагоянского золотоносного узла

3.3. Сравнение видового состава микромицетов, изолированных из месторождений золота Амурской области

3.4.Исследование способности природных штаммов микроскопических грибов сорбировать ионное золото

ГЛАВА 4. БИОСОРБЦИЯ ИОННОГО ЗОЛОТА МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ ГРИБАМИ

4.1. Влияние рН на сорбцию ионного золота

4.2. Динамика биосорбции ионного золота

4.3. Влияние возраста культуры на сорбционную способность

4.4. Возможность извлечения ионного золота из растворов биомассой водорослей

4.5.Извлечение ионного золота из раствора биомассой микроскопических грибов и химическими сорбентами

4.6.Сорбция золота живой и инактивированной биомассой микромицетов, десорбция золота с биомассы

4.7. Селективное извлечение благородных металлов биомассой грибов из многокомпонентных растворов

ГЛАВА 5. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЗОЛОТА МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ ГРИБАМИ

ГЛАВА 6. АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КЛЕТКИ

6.1. Динамика биосорбции металлов

6.2. Аккумуляция металлов и токсическое действие на клетки

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биосорбция и трансформация золота и сопутствующих тяжелых металлов микромицетами"

Известно, что способность концентрировать химические элементы свойственна всем живым организмам. На концентрационную функцию живого вещества как на важнейшую часть его геохимической деятельности указывал еще В.И. Вернадский. Изучение взаимодействия микроорганизмов с тяжелыми металлами представляет интерес с точки зрения понимания роли микроорганизмов я процессах миграции металлов и биогенного минералообразования. Установлено, что микроорганизмы могут использовать металлы в качестве источников микроэлементов, энергии или акцепторов электронов. Однако известно и обратное, токсическое воздействие металлов на клетки. В связи с этим изучение воздействия тяжелых металлов на клетки имеет важное значение для выявления механизмов адаптации микроорганизмов к экстремальным условиям существования.

В последнее время учеными всего мира ведутся исследования, направленные на использование микроорганизмов для обогащения и извлечения благородных и редких металлов из отходов промышленных предприятий, упорных руд, а также «хвостов» и отвалов. Результаты этих исследований помогут решить и ряд экологических проблем, таких как очистка стоков промышленных и горнодобывающих предприятий от тяжелых металлов, токсичных химических реагентов и радионуклидов. Исследование токсического действия тяжелых металлов на микроорганизмы позволит решать задачи экологического нормирования предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в окружающей среде и экологического мониторинга. Важна также оценка вклада микроорганизмов в трансформацию соединений тяжелых металлов и детоксикацию природной среды. Такого рода данные необходимы для прогнозирования состояния окружающей среды в условиях техногенного загрязнения и разработки охранных мероприятий.

Цель и задачи исследования

Цель выполненной работы заключалась в изучении биосорбции золота и тяжелых металлов (Ag, Hg, Си, Zn, Pb, Со, Fe, Ni, Mn) -геохимических спутников золота микроскопическими грибами и выявление степени их токсического воздействия на клетки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать комплекс микроскопических грибов рудных и россыпных месторождений Амурской области.

3. Изучить динамику сорбции, определить оптимальные условия (рН, возраст культуры) биосорбции золота и тяжелых металлов из растворов.

4. Определить сорбционные свойства микромицетов в отношении тяжелых металлов Ag, Hg, Си, Zn, Pb, Со, Fe, Ni, Mn -геохимических спутников золота.

5. Установить возможность селективного извлечения золота из многокомпонентных растворов.

Научная новизна

В настоящей работе впервые изучено видовое разнообразие микроскопических грибов рудных и россыпных месторождений золота. По частоте встречаемости доминировали представители p. Penicillium, которые составляли до 66,6 % от общего числа видов, выделенных из рудного и россыпного материала. Преобладание представителей указанного рода является одной из характерных особенностей комплексов микромицетов таежной зоны. Впервые на территории Амурской области выделены P. atramentosum Thorn., P. oxalicum Currie et Thom.,

Aspergillus terricola E.J. Marchal, Phoma eupyrena Sacc., Phoma lingam (Tode:Fr.) Desm., Phoma humicola J.C. Gilman et E.V. Abbott и Eurotium pseudoglaucum Blochwitz.

Впервые показана специфичность взаимодействия каждого металла с клетками микроскопических грибов. Аккумуляция и трансформация одних металлов -Mn, Ni, Fe происходит на клеточной стенке, других - Hg, Ag, Си, Pb, Zn как на клетке, так и во внутриклеточном пространстве.

Практическая значимость

Полученные результаты исследований показали возможность селективного извлечения благородных металлов биомассой микромицетов, что может быть использовано при решении различных задач в биотехнологии обогащения минерального сырья.

Автор выражает глубокую признательность зав. лаборатории низших растений БПИ ДВО РАН д.б.н. JT.H. Егоровой за всестороннюю помощь в работе. Автор благодарит своих коллег к.х.н. В.И. Радомскую, Т.Б. Макееву, к.г-м.н С.М. Радомского, к.м.н. В.М. Католу за помощь в выполнении работы. Автор признателен сотрудникам лаборатории молекулярной фитопатологии и микробиологии Амурского комплексного научно-исследовательского института, сотрудникам Ботанического сада и сотрудникам информационного центра АмурНЦ за разностороннюю помощь.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Жилин, Олег Викторович

ВЫВОДЫ

1. Изучено разнообразие микроскопических грибов золоторудных месторождений и россыпей. На первом месте по числу видов и частоте встречаемости стоит род Penicillium. Микромицеты рода Penicillium составляли от 10 до 66,6 % от общего числа видов, выделяемых из месторождений. Преобладание представителей указанного рода является одной из характерных особенностей комплексов микромицетов таежной зоны.

3. Выявлена высокая селективность биосорбции благородных металлов из многокомпонентных растворов. Более 50% от общей емкости биосорбента приходится на золото и серебро. Далее в ряду предпочтительной сорбции тяжелых металлов стоят железо, свинец, медь, кобальт, цинк, марганец, никель.

4. Показано, что в присутствии ионов железа в растворе биосорбция золота увеличивается. Такой синергизм действия можно объяснить тем, что железо создает дополнительные центры связывания, на которых происходит дальнейшая иммобилизация золота.

8. Установлено влияние тяжелых металлов на рост и спорообразование биомассы микромицетов. Остаточные концентрации в растворе таких металлов как, марганец, железо, свинец вызывают ингибирование роста и спорообразования, тогда как ртуть, серебро, медь — стимулируют данные процессы.

106

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Жилин, Олег Викторович, Благовещенск

1. Альбов М.Н. Вторичная зональность золоторудных месторождений Урала.- М.: Госгеолиздат, 1980.- 68 с.

2. Билай В.И., Коваль Э.З. Гришкан И. Б. Особенности почвенной микобиоты бассейна верховий Колымы // Микология и фитопатология. 1997. Т. 31. Вып. 2. С. 23-29.

3. Богомолова Е. В., Власов Д. Ю., Сагуленко Е. С. Сравнительный анализ спецефичных для мрамора микобиот // Микол. и фитопатол. 1997. Т.31, Вып. 5. С. 9-15.

4. Варшал Г.М. Формы миграции фульвокислот и металлов в природных водах: Автореф. дис. .докт. хим. наук. М., 1994. 65 с.

5. Вергасова Л.П., Набоко С.И., Серафимова Е.К., Старова Г.Л., Филатов С.К. Эксгаляционное самородное золото // ДАН. 1982. Т.264. №1. С. 201203.

6. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. Изд./ Под. ред. В.А. Филова и др. JL: «Химия», 1988.

7. Голева Г.А. Гидрогеохимия рудных элементов. М.: Недра, 1968.

8. Горбушина А. А. Биологические особенности микромицетов, повреждающих мрамор: Автореф. дис. на соиск. учен. ст. к.б.н. СПб., -1997.-17 с.

9. Горовой Л.Ф., Косяков В.Н. Сорбционные свойства хитина и его производных / Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К.Г., Вихоревой В.Г., Варламова В.П. — М.: Наука, -2002. 368 с.

10. Ю.Гришкан И.Б. Микобиота и биологическая активность почв верховий Колымы. — Владивосток: Дальнаука, 1997. — 135 с.

11. Грузина Т.Г., Балакина М.Н., Карамушка В.И. и др. АТФаза плазматических мембран бактерий в оценке токсичности тяжелых металлов // Микробиология. 1997. - Т. 66, № 1.-С. 14-18.

12. Грузина Т.Г., Степура Л.Г., Балакина JI.M. Chlorella vulgaris Beijer, как биосорбент: биосорбция золота и физиологические принципы регенерации // Альгология. 2000. — Т. 10, № 1. - С. 36-43.

13. З.Егорова JI.H. Почвенные грибы Дальнего Востока.- Л.: Наука, 1986.-191с.

14. Жилин О.В., Куимова Н.Г. Сорбция тяжелых металлов биомассой микроскопических грибов // Будущее Амурской науки: Труды per. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. 8-10 февраля 2001 г.Благовещенск, 2002. С.289-292.

15. Иванов А.Ю., Фомченков В.М. Электрофизический анализ повреждения бактериальных клеток Escherichia coli ионами серебра // Микробиология. 1992. - Т. 61. № 3. - С. 463 - 471.

16. Иванов А.Ю., Фомченков В.М., Хасанова Л.А. и др. Влияние ионов тяжелых металлов на электрофизические свойства бактериальных клеток Anacystis nidulans и Escherichia coli ионами серебра // Микробиология. — 1992. Т. 61. № 3. - С. 455 - 463.

17. Иванов А.Ю., Гаврюшкин А.В., Сиунова Т.В. и др. Устойчивость некоторых штаммов бактерий рода Pseudomonas к повреждающемудействию ионов тяжелых металлов // Микробиология. 1999. — Т. 68. № 3.-С. 366-374.

18. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: В 6 кн./ Под ред. Э.К. Буренкова. М.: Экология, 1997.

19. Илялетдинов А.Н. Микробиологические превращения металлов.- Алма-Ата: Наука, 1984.- 268 с.

20. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. Санкт-Петербург: Химиздат, 1999. - 142 с.

21. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. — М.: Мир, 1989.

22. Каравайко Г.И., Захарова В.И., Авакян З.А., Стрижко JI.C. Селективное извлечение благородных металлов из растворов микроорганизмами//Прикл. биохим. и микробиол.- 1996.- Т. 32, N5.-С.562-566.

23. Карамушка В.И., Ульберг З.Р., Грузина Т.Г., Суховий Н.В., Царенко П.М. Особенности концентрирования трехвалентного золота клетками микроводорослей в энергезированном состоянии // Биотехнол.- 1990.- № 2.- С. 65 68.

24. Кириллова JI.H., Смирнова А.В., Когтев JT.C., Муравьева М.В., Новиков

25. B.П., Мирошников А.И. Природные биосорбенты. Характеристика ионообменных свойств биомассы продуцентов биологически активных веществ//Биотехнол.- 1996.- № 4.- С. 35-41.

26. Кирцидели И.Ю., Воробьев Н.И., Терешенков О.М. Сообщества микромицетов из почв подзоны типичных тундр в районе северного побережья Таймырского озера // Микология и фитопатология. 1996.- Т. 30.-Вып. 2.-С. 9-13.

27. Кореневский А.А., Хамидова X., Авакян З.А., Каравайко Г.И. Биосорбция серебра микромицетами // Микробиол. 1999. -Т. 68, № 2.1. C. 172-178.

28. Коробушкина Е.Д., Гукасян А.Б. К характеристике микрофлоры Балейского и Кокпатасского золоторудных месторождений//Биология гетеротрофных микроорганизмов.- Красноярск, 1971.- С. 77-81.

29. Коробушкина Е.Д., Коробушкин И.М. Взаимодействие золота с бактериями и образование " нового " золота//ДАН.- 1986.- Т. 287, № 4,-С. 978-980.

30. Коробушкина Е.Д., Королева Г.П. Микроорганизмы областей активного вулканизма и новообразования золота//ДАН.- 1988.- Т. 308, № 1.- С. 167171.

31. Коробушкина Е. Д., Коробушкин И. М. Роль микроорганизмов в геохимии золота зоны гипергенеза Дарасунского золото-сульфидного месторождения//ДАН.- 1998. Т. 359, № 6.- С. 811-813.

32. Коротяев А.Н., Малышева Т.Н. Плазмиды антибиотикорезистентности бактерий // Успехи современной биологии. 1988. - Т. 5, Вып. 1. - С. 50-67.

33. Крейтер В.М., Аристов В.В., Волынский И.С., Крестовников А.Н., Кувичинский В.В. Поведение золота в зоне окисления золотосульфидных месторождений.- М.: Госгеолтехиздат, 1958.- 268 с.

34. Кузовникова Т.А., Федоров Ю.И. Механизм резистентности к ионам серебра у мутантов Escherichia coli В, устойчивых к СиСЬ // Биотехнол. -1991. №5. С. 39-41.

35. Куимова Н.Г. Аккумуляция и кристаллизация золота микроорганизмами, выделенными из рудных и россыпных месторождений: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Владивосток, 1999. 27 с.

36. Куимова Н.Г., Павлова JI.M., Макеева Т.Б., Моисеенко В.Г. Аккумуляция и кристаллизация золота микроскопическими грибами // Вестник ДВО. 1999. Т. 83, № 2. С. 48-55.

37. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Извлечение благородных металлов мицелиальными грибами // Новое в экологии и безопасностижизнедеятельности: Докл. Международ, экол. конг. С.-Петербург, 2000. - С.223-225.

38. Куимова Н.Г., Жилин О.В. Биогенная кристаллизация золота микромицетами // Биокосные взаимодействия: жизнь и камень: Матер. I Международ, симпоз. 25-27 июня 2002 г.- Санкт-Петербург, 2002. -С. 276-279.

39. Кульский JI.A., Савлук О.С., Потапченко Н.Г. Устойчивость микроорганизмов к тяжелым металлам // Химия и технология воды. — 1986. №2.-С. 79-89.

40. Лебедева А.Ф., Саванина Я.В., Барский Е.Л. и др. Устойчивость цианобактерий и микроводорослей к действию тяжелых металлов: роль металлсвязывающих белков // Вестн. МГУ. Сер. 16. 1998. № 2. - С. 4249.

41. Левин С.В., Гузев B.C., Асеева И.В. и др. Тяжелые металлы как факиор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту / Микроорганизмы и охрана почв / Под ред. Д.Г. Звягинцева. -Москва: Наука, 1989.-206 с.

42. Левченко Л.А., Садков А.П., Маракушев С.А., Ларионцева Н.В. Роль клеточных структур в трансформации коллоидного золота клетками Micrococcus luteus //Биол. мембр.- 1997.- Т. 14, № 3.- С. 105-108.

43. Летунова С.В., Ковальский В.В. Геохимическая экология микроорганизмов Москва: Наука, 1978. - 146 с.

44. Линдгрен В. Минеральные месторождения.- М.: ОНТИ, 1934,-Издан. 2.231 с.

45. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 117 с.

46. Литвинов М. А. Определитель микроскопических почвенных грибов. Л.: Наука, 1967. 302 с.

47. Литвинов М. А. Методы изучения почвенных микроскопических грибов. Л.: Наука, 1969.121 с.

48. Маракушев С.А. Геомикробиология и биохимия золота.- М.: Наука, 1991.- 109 с.

49. Методы общей бактериологии/ Под ред. Ф. Герхардта.- М.: Мир, 1983,Т. 1.- 536 е.; 1984.- Т. 2.- 472 е.; Т. 3.- 264 с.

50. Милько А.А. Определитель мукоральных грибов. Киев, 1974. - 303 с.

51. Минеев Г.Г. Участие микроорганизмов в геохимическом цикле миграции и концентрирования золота//Геохимия.- 1976.- № 4.- С. 577582.

52. Некрасов И.Я. Геохимия, минералогия и генезис золоторудных месторождений.- М.:Наука, 1991.- 302 с.

53. Немцев Д.В. Образование хитин-глюканового комплекса в процессе онтогенеза Aspergillus niger v. Tieghem: Дис. . канд. биол. наук. Москва, 1998.-96 с.

54. Никаноров A.M. Гидрохимия: уч. Пособие. JL: Гидрометеоиздат, 1989.

55. Павлова Л.М. Куимова Н.Г., Татарова Н.К. Геохимическая активность микроорганизмов, выделенных из золоторудных месторождений // Сб. научн. трудов технол. ин-та. ДальГАУ. Благовещенск. 1999. - Вып. 2. -С. 82-91.

56. Петровская Н.В. Самородное золото.- М.: Наука, 1973.- 345 с.

57. Работнова И.Л., Помозгова И.Н. Хемостатное культивирование и ингибирование роста микроорганизмов. Москва: Наука, 1979. - 207 с.

58. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

59. Саввичев А.С., Никитин Д.И., Оранская М.С. Две фазы аккумуляции коллоидного золота иммобилизованными клетками микроорганизмов/ТГеохимия.- 1985.-№ 10.-С. 1516-1518.

60. Сает Ю.Е., Онищенко Т.Л., Янин Е.П. Методические рекомендации по геохимическим исследованиям рудных месторождений при проведении геологоразведочных работ для оценки воздействия на окружающую среду горнодобывающих предприятий. -М.: изд. ИМГРЭ, 1986.

61. Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. Определитель патогенных и условно патогенных грибов: Пер. с англ. М.: Мир, 2001. - 486 с.

62. Сахарова М.С., Батракова Ю.А., Нестерова И.Н. //ДАН. 1985. Т.283. №6. С. 1455-1457.

63. Сенцова О.Ю., Максимов В.Н. Действие тяжелых металлов на микроорганизмы // Успехи микробиологии. 1985. № 20. - С. 227 — 252.

64. Солодов Н.А., Семенов Е.И., Бурков В.В. Геологический справочник по тяжелым литофильным редким металлам. М.: Недра, 1987.

65. Соложенкин П.М., Небера В.П., Зубулис А.И. Биосорбционная флотация металлов // ДАН. 1999. - Т. 367, № 5. - С. 652-655.

66. Таширев А.Б., Смирнова Г.Ф. Аккумуляция металлов синтрофными ассоциациями микроорганизмов // М1кробюл. ж. 1999. - Т. 61, № 6. -С. 58-65.

67. Ульберг З.Р., Карамушка В.И., Грузина Т.Г., Чопик О.В., Духин А.С. Энергетические особенности концентрации Au клетками бактерий//Биол. мембран.- 1990.- Т. 7, № 7.- С. 224-229.

68. Ульберг З.Р., Марочко Л.Г., Савкин А.Г. и др. Химические взаимодействия в процессах сорбции металлов клетками микроорганизмов // Коллоид, ж. 1998. - Т.60, № 6. - С. 836-842.

69. Феофилова Е.П. Пигменты микроорганизмов. Москва: Наука, 1974. -218 с.

70. Феофилова Е.П. Клеточная стенка грибов. Москва: Наука, 1983. - 315с.

71. Феофилова Е.П., Немцев Д.В., Терешина В.М. и др. Полиаминосахариды мицелиальных грибов: новые биотехнологии и перспективы практического использования // Прикладная биохимия и микробиология. 1996. - Т. 32, № 5. - С. 483-492.

72. Феофилова Е.П. Царство грибов: гетерогенность физиолого-биохимических свойств и близость к растениям, животным и прокариотам // Прикладная биохимия и микробиология. 2001. - Т. 37, №2.-С. 141-155.

73. Феофилова Е.П. Ключевая роль хитина в образовании клеточной стенки грибов / Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К.Г., Вихоревой В.Г., Варламова В.П. М.: Наука, - 2002. -368с.

74. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К.Г., Вихоревой В.Г., Варламова В.П. М.: Наука, - 2002. - 368 с.

75. Acharya С., Acharya S., Kar R.N. et al. Toxic effect of lead on the growth of Penicillium species // J. Indian. Inst. Sci. 1999. -V. 79, № 4. - P. 295-302.

76. Akthar M.N., Sastry K.S., Mohan P.M. Mechanism of metal-ion biosorption by fungal biomass//Biometals.- 1996.- V. 9, № 1P. 21-28.

77. Andreas L., Zdenek H., Volesky B. Biosorption of heavy metals ( Cd, Cu, Ni, Pb, Zn ) by chemically reinforced biomass of marine algae//J. Chem. Technol. and Biotechnol.- 1995.- № 3.- P. 279 - 288.

78. Antunes АРМ., Watkins GM., Duncan JR. Batch studies on the removal of gold (III) from aqueous solution by Azolla filiculoides // J. Biotechnol. Lett. -2001.-V. 23.- P. 249-21.

79. Avery Simon V. Caesium accumulation by microorganisms: Uptake mechanisms? Cation competition, compartmentalization and toxicity // J. Ind. Microbiol. 1995. - V. 14, № 2. - P. 76-84.

80. Balakina M.N., Gruzina T.G., Ulberg Z.R. Bacteria membrane processes in the concentration of heavy metals//Miner. Slov.- 1996.- T. 28, № 5.- P. 339342.

81. Baldiy M.G.C., Dean A.C.R. Copper accumulation by bacteria moulds, and yeast//Microbios.- 1980.- V. 29.- P. 7-14.

82. Belliveau B.H., Starodub M.E., Cotter C., Trevors J.T. Metal resistance and accumulation in bacteria // Biotech. Ad. 1987. - V. 5. - P. 101-127.

83. Beveridge T.J. and Murrey R.G.E. Uptake and retention of metals by cell wall ofB. subtils/fJ. Bacteriol.- 1976.-V. 127, № 3.- P. 1502 1518.

84. Beveridge T.J, Doyb R.J., Forsberg C.N. Major sites of metal-binding in Bacillus licheniformis walls//J. Bacteriol.- 1982.- V. 150, № 3.- P. 1438-1448.

85. Beveridge T.J., Fyfe W.S. Metal fixation by bacterial cell walls//Can. J. Eath. Sci.- 1985.- V. 22.- P. 1892 1898.

86. Beveridge T.J. Role of cellular design in bacterial metal accumulation and mineralization//Annu. Rev. Microbiol.- 1989.- V. 43,- P. 147 171.

87. Braams J. Ecological studies on the fungal microflora inhabiting historical sandstjne monuments // Thesis for the awarding of the degree of a Doctor of Science. University of Oldenburg, 1992. 104 p.

88. Brierly J.A., Briely C.L. Biological accumulation of some heavy metals -biotechnological application//Biomineralization and biological metal accumulation.- Dordrecht: Reidel Pub. Company, 1983. P. 499-509.

89. Brierly J.A., Briely C.L., Gouak G.M. // Fundamental and Applied Biohydrometallography. Amsterdam - Oxford - N.Y. - Tokio: Elsevier, 1986.-P. 291-304.

90. Brown N.L., Lloyd J.R., Jakeman К et al. Heavy metal resistance genes and proteins in bacteria and their application // Biochem. Soc. Trans. 1998. - V. 26,№4.-P. 662-665.

91. Bulman R.A. Chemistry of plutonium and transuranics in the biosphere//Structure and Bonding.- 1978.- V. 34, № 1.- P. 39-77.

92. Burgstaller W., Schinner F. Leaching of metals with fungi // J. of Biotechnology. 1993. - V. 27. - P.91-116.

93. Cho D.Y., Lee S.T., Park S.W., Chung A.S. Studies on the biosorption of heavy-metals onto Chlorella vulgaris//J. Environ. Sci. and Engineer.- 1994.-V. 29, № 2.- P. 389-409.

94. Cotoras D., Viedma P., Cifuentes L., Mestre A. Sorption of metal-ions by whole cells of Bacillus and Micrococcus!fEnyixon. Sci. Technol.- 1992.- V. 13, №6.-P. 551-559.

95. Crist R.H., Oberholser K., Shank N., Nguyen M. Nature of bonding between metallic ions and algal cell walls//Environ. Sci. Technol.- 1988.- V. 22, № 10.-P. 1212-1217.

96. Dambies L., Guimon C., Yiacoumi S., Guibal E. Characterization of metal ion interactions with chitosan by X-ray photoelectron spectroscopy // J. Colloid Surf. A-Physicochem. End. Asp.- 2001. V. 177. № 2-3. - P. 203 -214.

97. Darnall D.W., Greene В., Henzl M.D., Hosea M., McPherson R., Sneddon J., Alexander M.D. Selective recovery of gold and other metal ions from an algal biomass//Environ. Sci. Technol.- 1986.- V. 20, № 2.- P. 206 208.

98. Denizli A., Satiroglu N., Patir S. et al. Magnetic polymethacrylate microbeads carrying amine functional groups for removal of Pb (II) from aqueous solutions // J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. - 2000. - V. 37. № 12.-P. 1647-1662.

99. Dexter-Dyer B. Microbial role in Witwatersrand gold deposition//Biomineralization and Biological Metalls Accumulation.-Dordrecht, 1983.- P. 495 498.

100. Diazravina M., Baath E. Development of metal tolerance in soil bacterialcommunities exposed to experimentally increased metal levels // Appl. and Environ. Microbiol. 1996. - V. 62, № 8. P. 2970-2977

101. Duong F., Eichler J., Price A., Rice L.M. Biogenesis of the gram-negativ bacterial envelope//Cell.- 1997.- V. 91, № 5.- P. 567-573.

102. Eide D. Molecular biology of iron and zinc uptake in eukaryotes // Curr. Opinion Cell Biol. 1997. - V. 9, № 4. - P. 573-577.

103. Feofilova E.P., Marin A.P., Tereshina V.M. et al. Role of components of cell walls in metal uptake by Aspergillus niger II Resour. And Environ. Biotechnol. 2000. - V. 3, №1. - P. 61-69.

104. Ferris F.G., Fyfe W.S., Beveridge TJ. Bacteria as nucleation sites for authigenic minerals in a metal-contaminated lake sediment//Chemic. Geol.-1987.- V. 63, № 3-4,- P. 225-232.

105. Filipovic-Kovacevic Z., Sipos L., Briski F. Biosorption of chromium, copper, nickel and zinc ions onto fungal pellets of Aspergillus niger 405 from aqueous solutions // J. Food Technol. Biotechnol. 2000. - V. 38, № 3. - P. 211-216.

106. Foster L.J.R., Moy YP., Rogers PL. Metal binding capabilities of Rhizobium etli and its extracellular polymeric substances // J. Biotechnol. Lett. 2000. -V. 22. №22.-P. 1757-1760.

107. Fourest E., Canal C., Roux JC. Improvement of heavi-metal biosorption by mycelial dead biomasses pH control and cationic activation // FEMS Microbiol. Rev. - 1994. V 12. P. 325-332.

108. Fourest E., Volesky B. Contribution of sulfonate groups and alginate to heavy-metal biosorption by the dry biomass of Sargassum ffuitans I/Environ. Sci. and Technol.- 1996.- V. 30, № 1.- P. 277-282.

109. Fransis H. Microbial dissolution and stabilization of toxic metals and radionuclides in mixed wastes//Experientia.- 1990.- V. 46.- P. 840-85.

110. Freise F. The transportaition of gold by organic underground solution//Econom. Geol.- 1931.- V. 26, №. 4.- P. 421-431.

111. Frondel C. Stability of colloidal gold under hydrothermal condition//Econ. Geol.- 1938.- V. 3, №. 1.- P. 1-20.

112. Fu J. K., Liu Y.Y., Gu P.Y. et al. Spectroscopic characterization on the biosorption and bioreduction of Ag(I) by Lactobacillus sp. A09 // Acta Phys.-Chim.Sin. 2000. V. 16, № 9. - P. 779-782.

113. Gadd G.M. Fungal responses towards heavy metals//Microbes in extreme Environments.- London: Academic Press.- 1986a.- P. 83 110.

114. Gadd G.M. The uptake of heavy metals by fungi and yeasts: The chemistry and physiology of the process and applications for biotechnology//Immobilization of ions by biosorption.- Chechester, 19866.- P. 135 147.

115. Gadd G.M. Accumulation of metals by microorganisms and algae//Biotecgnol.- 1988.- V. 66.- P. 402 433.

116. Gadd G.M. Heavy metal and radionuclide accumulation and toxycity in fungi and yeasts// Metal microbe interaction.- Oxford, 1989.- P. 19 - 38.

117. Gadd G.M. Heavy metal accumulation by bacteria and other microorganisms // Experientia.- 1990.-V. 46.- P. 834 840.

118. Gadd, G.M. Interaction of fungi with toxic metals//New Phytologist.-1993a.- V. 124, № 1.- P. 25-60.

119. Gadd G.M., White C. Microbial treatment of metal pollution A working biotechnology//Trends in Biotechnol.- 1993b.- Т. 11, № 8.- P. 353-359.

120. Gadd G. M. Influence of microorganisms on the environmental fate of radionuclides//Endeavour.- 1996.- V. 20, №.4.- P. 150-156.

121. Galun M., Keller P., Feldestein H., Galun E., Siegel S., Siegel B. Recovery of uranium ( 6 ) from solution using fungi 2. Release from uranium loaded Penicillium biomass//Water. Air. Soil Pollution.- 1983.- V. 20.- P. 277 285.

122. Galun M., Galun E., Siegel B.Z., Keller P., Lehr H., Siegel S.M. Removal of metal ions from aqueous solutions by Penicillium biomass : Kinetic and uptake parameters//Water. Air and Soil Pollution.- 1987.- V. 33.- P. 359 371.

123. Gerente C., du Mesnil PC., Andres Y. et al. Removal of metal ions from aqueous solution on low cost natural polysaccharides — Sorption mechanism approach // J. React. Funct. Polym. 2000. - V. 46. № 2. - P. 135 - 144.

124. Glenda В., Riese W.C. Microbiological exploration for minerals deposits // Appl. Geochem. 1986. - V.l, № 1. - P. 103-109.

125. Gloaguen V., Morvan H., Hoffmann L. Metal accumulation by immobilized Cyanobacterial mats from a thermal-spring//Environ. Sci. and Engin.- 1996.-V. 31, № 10.- P. 2437-2451.

126. Green В., Hosea M., McPherson R., Henzl M., Alexander M.D., Darnall D.W. Interaction gold (I) and gold (III) complexes with algal biomass//Environ. Sci. Technol.- 1988.- V. 20, № 6.- P. 627 632.

127. Gutnick D.L., Bach H. Engineering bacterial biopolymeres for the biosorption of heavy metals; new products and novel formulations // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000. - V. 54 . № 4. - P. 451-460.

128. Han RP., Yang GY., Wang ML., Zhao ZJ. Nickel cation biosorping studies by yeast with demethylglyoxime spectrophotametry // J. Spectrosc. Spectr. Anal. 2000. - V. 20. oct. - P. 739 - 740.

129. Harris P.O., Ramelow G.J. Binding of metal-ions by particulate biomass derived from Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda//Environ. Sci. Technol.- 1990.- V. 24, № г.- P. 220-228.

130. Ho S.J., Seog K.D., Won Y.J., et al. Process of Pb2+ accumulation in Saccharomyces cerevisiae // Biotechnol. Lett. 1998. - V. 20. № 2. - P. 153156.

131. Hosea M., Green В., McPherson, Henzl M., Alexander M.D., Darnall D.W. Accumulation of elemental gold on the algae Chlorella vw/gam//Inorganica Chimica Acta.- 1986.- V. 123, № 3.- P. 161 -165.

132. Hoyle В., Beveridge T.J. Binding of metallic ions to the outer membrane of Escherichia colillAppl. and Environ. Microbiol.- 1983.- V. 46.- P. 749 752.

133. Kapoor A., Viraraghavan T. Fungal biosorption an alternative treatment option for heavy-metal bearing wastewaters. Review//Biores. Technol.- 1995.-V. 53, №3. p. 195-206.

134. Kapoor A., Viraraghavan T. Application of immobilized Aspergillus niger biomass in the removal of heavy metals from an industrial wastewater // J. Environ. Sci. And Health. 1998. -V. 33, № 7. - P. 1507- 1514.

135. MO.Karamushka V.I., Ulberg Z.R., Gruzina T.G,. Dukhin A.S. Dependent gold accumulation by living Chlorella Cells//Acta Biotechnol.- 1991.- V. 11, № 3.-P. 197-203.

136. Karamushka I, Gadd G.M. Interaction of Saccharomyces cerevisiae with gold: toxicity and accumulation // BioMetals. 199. V. 12. P. 289-294.

137. Khamidova Kh.M., KhamidovaS. Kh., Sagdieva M.G. The sorption of gold and silver by microorganims // IX Int. Cong, of Bacteriol. And Applied. Microbiol. Sydney. 16-20 aug. - P. 68.

138. Konhauser K.O. Bacterial iron biomineralisatin in nature // FEMS Microbiol. 1997. - V. 20, № 3-4. - P. 315-326.

139. Krauskopf K.B. The solubility of gold//Econom. Geol.- 1951.- V. 46, №. 8.-P. 858-862.

140. Kuyucak N., Volesky B. The mechanism of gold biosorption//Biorecovery.-1989.-V. 1,№3.-P. 214-235.

141. Lee L.H. Study of the combined effect of lead and cadmium on the growth of cyanobacteria Anacystis nidulans // Abstr. 99-th Gen. Meet. Amer. Soc. Microbiol. Chicago. May 30-June 3. 1999. - Washington (D.C.). - P. 473.

142. Leusch A., Holan Z.R., Volesky B. Solution and particle effects on the biosorption of heavy metals by seaweed biomass//Appl. Biochem. and Biotechnol.- 1996.- V. 61, № 3.- P. 231-239.

143. Macaskie L.E., Dean A.C.R., Cheethum A.K., et al. Cadmium accumulation by a Citrobacter sp: the chemical nature of the accumulated metal precipitate and its location on the bacterial cells//J. Gen. Microbiol.- 1987.- V. 133, № 3.-P. 539-544.

144. Macaskie L.E., Bonthrone K.M., Rouch D.A. Phosphatase-mediated heavy metal accumulation by Citrobacter sp. and related Enterobacterial'/FEMS Microbiol. Lett.- 1994.- V. 121, № 2.- P. 141-146.

145. Mera M.U., Kemper M., Doyle R., Beveridge T.J. The membrane-induced proton motive force influences the metal-binding ability of Bacillus subtilis cell-walls//Apll. and Environ. Microbiol.- 1992.- T. 58, № 12.- P. 3837-3844.

146. Mehta S.K., Tripathi B.N., Gaur J.P. Influence of pH, temperature, culture age and cations on adsorbtion and uptake of Ni by Chlorella vulgaris И Eur. J. Protistol. 2000. - V.36. - P. 443-450.

147. Meyer A., Wallis F.M. The use of A. niger (strain 4) biomass for lead uptake from aqueous systems/AVaters Afr.- 1997.- V. 23, № 2.- P. 187-192.

148. McLean R.J.C., Fortini D., Brown D.A. Microbial metal-binding mechanisms and their relation to nuclear waste disposal//Can. J. Microbiol.-1996.- V. 42, № 3.- P. 392-400.

149. Montserrat D.R., Erland B. Development of metal tolerance in soil bacterial communities exposed to experimentally increased metal levels // Appl. And Environ. Microbiol. 1996. - V. 62. # 8. - P. 2970-2977.

150. Mullen M.D., Wolf D.C., Ferris F.G., Beveridge T.J., Flemming C.A., Bailey G.W. Bacterial sorption of heavy metals//Appl. and Environ. Microbiol.- 1989.-V. 36, № 12. P. 3143-3149.

151. Muraleedharan T.R., Iyengar L., Venkobachar C. Biosorption : an attractive alternative for metal removal and recovery//Current Science.-1991.- V. 61, № 6.- P. 379-385.

152. Murray A.D., Kidby D.K. Sub-cellular location of mercury in yeast grown in the presence of mercuric chloride//J. Gen. Microbiol.- 1975.- V. 86, № 1.- P. 66-74.

153. Nakajima A., Horikoshi Т., Sakaguchi T. Studies on the accumulation of heavy metal elements in biological systems//Europ. J. Appl. Microbiol. Biotechnol.-1981.- V. 12, № 1.- P. 76-83.

154. Nakajima. A. and Sakaguchi T. Selective accumulation of heavy metals by microorganisms //Appl. Microbiol. Biotechnol. 1986. - V.24. - P. 59-64.

155. Naseem A., Sivarama S.K,. Maruthi M.P. Biosorption of silver ions by processed Aspergillus niger biomass//Biotechnol. Lett.- 1995.- V. 17, № 5.- P. 551-556.

156. Niu H., Volesky B. Gold adsorption from cyanide solution by chitinous materials // J. Chem. Technol. and Biotechnol.- 2001. V. 76. - P. 291 - 297.

157. Norris P.R., Kelly D.P. Accumulation of metals by bacteria and yeasts//Develop. In Indust. Microbiol.- 1979.- V. 20.- P. 299-308.

158. Omar N.B., Merroun M.L., Gonzalezmunoz M.T., Arias J.M. Brewery yeast as a biosorbent for uranium//J. Appl. Bacteriol.- 1996.- V. 81, № 3.- P. 283287.

159. Pethkar A.V., Paknikar K.M., Recovery of gold from solution usion Cladosporium cladosporioides biomass beads // J. of Biotechnol. 1998. V. 63.-P. 121-136.

160. Price MS., Classen JJ., Payne GA. Aspergillus niger absorbs copper and zinc from swine wastewater // J. Bioresour. Technol. 2001. - V. 77. - P. 41 - 49.

161. Pumpel Т., Edner C., Pernfuss В et al. Treatment of rinsing water from electroless nickel plating with a biologically active moving-bed sand filter // J. Hydrometallurgy. 2001.- V. 59.- P. 383 - 393.

162. Raper K.B., Thorn C. A manual of the Penicillia. Baltimore. 1949.- 875 p.

163. Robinson J.B., Tuovinen O.H. Mechanisms of microbial resistance and detoxification of mercury and organomercury compounds: physiological biocamical, and Genetic Analyses // Microbiol. Rev.- 1984, № 2. P.95-124.

164. Robles L.C., Garciaolalla C., Aller A J. Determination of gold by slurry electrothermal atomic-adsorption spectrometry after preconcentration by Escherichia coli and Pseudomonas pulida/th of Analit. Atom. Spectr.- 1993.-V. 8, №7.-P. 1015-1022.

165. Sag Y., Kaya A., Kutsal T. Biosorption of lead (II), nickel (II), and copper (II) on Rhizopus arrihizus from binary and ternary metal mixtures // J. Sep. Sci. Technol. 2000. - V. 59. № 16. - P. 2601-2617.

166. Sag Y., Yalcuk A., Kutsal T. Use of a mathematical for prediction of the performance of the simultaneeous biosorption of Cr (VI) and Fe (III) on Rhizopus arrhizus in a semi-batch reactor // J. Hydrometallurgy. 2001. V. 59. p. 77-87.

167. SerranoR. Structure and faction of proton translocatin ATPase in plasma membranes of plants and fungi // Biochim. et biophys. Acta. 1988. - V. 947, № l.-P. 1-28.

168. Shumate S.E. and Strandberg G.W. Accumulation of metal by microbial cells //Comprehensive Biotechnol.- 1985. V. 4. - P. 235-247.

169. Shuttleworth K.L., Unz R.F. Sorption of heavy metals to the filamentous bacterium Thiothrix strain Al//Appl. and Environ. Microbiol.- 1993.- V. 59, №5.- P. 1274-1282.

170. Siegel S.M., Galun M., Keller P., Siegel B.Z,. Galun E. Fungal biosorption: a comparative study of metal uptake by Penicillium and Cladosporium!Ha: Metals speciation, separation and recovery/ Eds. Patterson J.W., Passino R.Michigan, 1987.- P. 339 361.

171. Silver S. Bacterial resistances to toxic metal ions // Gene. - 1996. V. 179, № l.-P. 9-19.

172. Simmons P., Tobin J.M., Singleton I. Considerations on the use of commercially available yeast biomass for the treatment of metal-containing effluents//J. Ind. Microbiol.- 1995.- V. 14, № 3-4. P. 240-246.

173. Strandberg G.W., Shumate S.E., Parrott J.R. Microbial cells as biosorbents for heavy metals: accumulation of uranium by Saccharomyces cerevisiae and Pseudomonas aeruginosa//App\. and Environ. Microbiol.- 1981.- V. 41, №1.-P. 237-245.

174. Suh JH., Kim DS. Effects of Hg2+ and cell conditions on Pb2+ accumulation by saccharomyces cerevisiae // J. Bioprocess Eng. 2000. V. 23. - P. 327 -329.

175. Ting Y.P. Teo W.K., Sob C.Y. Gold uptake by Chlorella vulgaris // J. Appl. Phycol. 1995. - V. 7. - P. 97-100.

176. Ting Y.P., Mittal A.K. An evalution of equilibrium and kinetic models for gold biosorption // Resour. and Environ. Biotechnol. 1999. - V. 2, № 4. - P. 311-326.

177. Tobin J.M., White С., Gadd G.M. Metal accumulation by fungi: application in environmental biotechnology//.!. Ind. Microbiol.- 1994,- V. 13, № 3,- P. 126-130.

178. Tsezos M., Volesky B. The mechanism of uranium biosorption by Rhizopus aarrhizus/I&iotecbnoX. and Bioengineer.- 1982.- V. 24, № 2.- P. 385-401.

179. Tsezos M. The role of chitin in uranium adsorption by Rhizopus aarrhizusll Biotechnol. and Bioengineer.- 1983.- V. 26, № 10.- P. 2025-2040.

180. Tsezos M. Engineering aspects of metal binding by biomass: In Microbial Mineral Recovery / Eds Ehrlich H.L., Brierley C.L. McGraw-Hill. New York. 1990. P. 325-339.

181. Tsezos M. Biosorption of metal. The experience accumulated and the outlook for technology development // J. Hydrometallurgy. 2001. - V. 59. -P. 241-243.

182. Volesky B. Biosorbents for metal recovery//Tibtech.- 1987.- V. 5, № 1.- P. 96-101.

183. Volesky B. Advances in biosorption of metals: selection of biomass types// FEMS Microbiol. Rev.- 1994.- V 14, № 4.- P. 291-302.

184. Volesky B. Detoxification of metal-bearing effluents: biosorption for the next century // J. Hydrometalallurgy. 2001. - V. 59.- P. 203 - 216.

185. Wainwrighte M., Grayston S.J. Accumulation and oxidation of metal sulphides by fungi//Metal-microbe interaction.- 1989.- P. 119-130.

186. Watkins J.W., Elder R.C., Green В., Darnall D.W. Determination of gold binding in an algal biomass in an algal biomass using EXAFS and XANES spectroscopies//Inorg. Chem.- 1987.- V. 26, № 7.- P. 1147-1151.

187. Weidemann D.P., and Tanner R.D. Modelling the rate of transfer of uranyl ions onto microbial cells//Ensyme Microb. Technol.-1981.- № 3.- P. 33-40.

188. White С., Gadd G.M. Inhibition of H* and K+ uptake, and induction of K+ efflux in yeast by heavy metals // Toxicity Assess. 1987a. -V. 2. - P. 437447.

189. White C., Gadd G.M. The uptake and cellular distribution of zinc in Saccharomyces cerevisiae II J. Gen. Microbiol. 1987b. V. 133. - P. 727737.

190. White C., Gadd G.M. Determination of metal fluxes in algae and fungi // Sci. of the Total Environ. 1995. -V. 176. № 1-3. - P. 107-115.

191. White C., Sayer J.A., Gadd G.M. Microbial solubilization and immobilization of toxic metals // FEMS Microbiol. 1997. - V. 20, № 3-4. -P. 503-516.

192. Wnorowski A.U. Selection of bacterial and fungal strains for bioaccumulation of heavy-metals from aqueous solutions/AVater Sciens and Technology.-1991.- T. 23, № 1-3.- P. 309-318.

193. Wollenzien U., de Hoog G. S., Krumbein W. E., Urzi C. On the isolation of microcolonial fungi occuring on and in marble and other calcereous rocks // Sci. Total Environ. 1995. Vol. 167. P. 287-294.

194. Zaccaro MC., Salazar C., de Caire GZ., de Cano MS., Stella AM. Lead toxicity in cyanobacterial porphyrin metabolism // J. Environ. Toxicol.- 2001. -V. 16.-P. 61-67.

195. Zhou J.L., Kiff R.J. The uptake of copper from aqueous solution by immobilized fungal biomass//J. Chem. Tech. Biotechnol.- 1991.- T. 52.- P. 317-330.

Информация о работе

Жилин, Олег Викторович
кандидата биологических наук
Благовещенск, 2003
ВАК 03.00.07

Диссертация

Биосорбция и трансформация золота и сопутствующих тяжелых металлов микромицетами - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы