Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль гетеротрофных бактерий в восстановлении элементов с переменной валентностью

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Роль гетеротрофных бактерий в восстановлении элементов с переменной валентностью"

РГб од

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РОТВЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ МИКРОБИОЛОГИИ И ВИРУСОЛОГИЯ

Нэ древа* рукописи УБИЙДГЛЛАЕВА Алмвгуль Климовна

РОЛЬ ГЕТПГОТРОШЫХ БЛК1ЕНЯ Н ВОССТАНОВЛЕНИИ ЗЛЕШЮВ С ПВР0ШЮЙ ШШШСШ

03.00.0? - микробиологи"

Ав ЮРв| 8Р8 Г

диссэргадии не с.искание учевоЛ степени кандидата Оиологнчвсгапг наук

Алмагн, 1993

\

Рабата шюднввав Института микробиологии а вирусологии Национальна! Академии наук Республики Казахстан.

ШШГО£0|Ш1 академик Национальной Академии наук

Рвспублк-.в Кавахотаи» доктор биологических наук ИШВТДЙЮВ А.П. щытор биологотволнх нада №ЯРШШ0ПА 0,4, ОЙЩИАЛЫШЕ ОИШНЕШЫ: доктор биологических не^пс, профессор

АЛИЕВА Р.И.

кандидат биологических наук ДОГС/ШВА Д.В.

ВЩУЩЕВ УЧШДНШ - Ииощгуг почвоведение ЫАН Республики Кавахотав .

Защита состоится а на

• /

заседании дпециадявирс'ванвого сом г а к 008.01.01 ш защите диссертаций ва соискание ученой степени кандидата биологи чеокш . наук при Институте микробиологии и вирусологии НАН РК по адресу; 460100,Алиаты, уд.Ьоганбай Оагыра,103. .л

Р диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке Института микробиологии и шруссщогии НАН РК.

Авгорефера* реьошанг.'

Учений секретарь специализированного совета, О ^ доктор биологи чэоюзх нанс

ив иной валентностью служат акцепторами електронов в аиерг-еги-ческах процессах.

В связи с эгих возникав! Нвобяодииооть оценить многообразие восстановительных сшйсгв гетеротрофных бактерий по о г нош вняв к елементам о первивнйоЙ валантноатыз.

Решеиие »тих вопросов вахьо ..ак для понимания роли гегеротроф них бсшериа в геохишлеских превращениях элемен го в, а также в целях практического ас эльзованая овойств бактерий для очиотки окружающей среди от вагразвеичй.

ОД ЩЭ^ЙШ* <5ыдо ивучюние широт распространения в природе бактерий, ■эбладвшць^ многообразными восотановительншя свойствами, которые иы называем подиредуктантами, изучение их физиологических и биохимических свойогв в овяви о проблемой очистки питьевой воды от загрязнений.

В вадачи исследования входило:

- выделить из при" чншс субстратов бактерии, обладающие полиредуктантвыма свойствами;

- изучить их (¡щзиологические и Оиохиыическиа свойства;

- выяс1.. ть способность бактерий восстанавливать различные ионы элементов с переменной валантноогьо;

- показать возмоаность использовать свойства бакгерий-пола-редуктантов в процессах очистки питьевой воды от нитратов и нитратов.

ШШЕЗйЛЗйШЗ«Впервые получены а неучены факультативно -анаэробные гетеротрофные бактерии - полиредуктакты,обладающие многообразными возстановитвльшш свойствами по - гношению к элементам о переменной валентностьс» Покавана способность бактерий в анаэробных условиях использовать в качестве акцепторов электродов каа ионы элементов о перг^вняой валентностью, как но^, м5*. га5"1", Ыа14, сГб+ , бо^2- , что поеволяег ь.л вынивать в отсутствии кислорода,

Многообразие восстановительных свойств изучаемых гетеротрофных бакгетй до отношении к елементам о переменной вал- иностьо Свидетельствует о том, что одни и те же бактерии могут играть определенную роль в бипгеохимгч различных элементов о переменной валентно-тью как в аэробных, так и в аназробнясх условиях,

ПШШдещдая^ЦйШЮЙ . Ре Буль га ты выполненных исоладований ПО8ВОЛ.ЙЛ0 рввработать способ очногки Питьевой воды города Нукуса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В окислительно-восстановительных превращениях элементов с переменной валентностью участвуют практически все группы микроорганизмов. Эгй превращения обусловлютарг изменение уровней растворимости металлов в природной сред.., что огрэ-жаегся на их миграционной способно ли. Познание механизмов окис-лительда-воссановительных трансформаций элементов о переменной валепгноогьо микроорганизмами важно для управления этими процессами при очистке окружаодеП среды ог токсичных ионов.

Показано, что значительная часть окиелигельно-восстановите-льных 'трансформаций элементов с переменной валентностью осуществляется гетеротрофными бактериями, для которых этих реакця. ид являются внергодагацими.

В последние годы появился ряд чрезвычайно интересных сообщений, расширяющих наши представления о процессе воостановления ионов элементов с переменной валвнгноегьо гетеротрофными бактериями. Стало очевидным, что способность гетеротрофных бактерлй к восстановлению поременновалвнтных элементов не является строго специфичной и ограниченной в пределах одного вида или штамма и ряд гетеротрофных бактерий в зависимости от условий среда могут трано-фор.лировагь тог или иной элемент с переменной валенгкоегьо (Звварвин, 1972, 1965; Дубинин», К78а,б; СавЯвпе«!, НоПосЬвг, 19Э4; йовя-СоШпв ,1986; ЕиЗе^, Воск,1989} 1><Шпв, Сур1опка, 1990>. , .

Это свидетельствует о широте приспособительных Реакций таких бактерий и позегляэг им выживать в условиях исчерпания одного акцептора электронов, тпмвняя его на альтернативный.

Следует отметить,чго вопрос о том, насколько многофункциональны бактерии в трансформации элементов с переменной валентности) неучен слабо

Механизм восстановительных трансформаций элементов о переменной вален',чосгьо бвкгерь-нма разнообразен. Полагаю, что восстановление элементов с переменной валентностью бактериями Происходит либо путем вьаимодействия продуктов метаболизма' бактера* в виде органических кислог шля В^э б яомш'злй&вмгой» шяй-дщихся г высшей степени окволемя, лГ<Я вреаульта^д^сдаиля--торных процессов» когда металла ктяг ШГ09 тШ о'ШёШов о Шрв-

ог нитратов а нитритов о использованием бактерий-подяредуктан-тов в иммобилизованном состояния.

Шгжтэлюштмъ.лшю*

- Выделены и неучены гетеротрофные факультативно-анаэробные бактерий, сгособиые в отсутствии кислорода аоостанавличать ряд (элементов о переменной валентности (но~, Ге'"%Аз5+,Мп4+,Сг6Т

- Бактерии - полиредукганты достаточно разнообразны по систематическому положении и обнаруживается в таких экологических пищах, те могут происходить резкие изменения кислородного режима.

- Способность бактерий - полирадужтантов к денигри^капии позволяет испольеовать их для очисткй питьевой воды от нитратов я нитритов.

Материалы диссертационной работа обсуждены на заседаниях Ученого Совете Института микробиологии и хзирусоло-гии НАН РК (1983-1986 гг.), на васедании отдела по изучении отрицательных экологических факиров (Нукус,1992 г.), на Ученых сот ветах при Каракалпакском НИИ клинической и экспериментальной медицины МЗ В'в (Нукус, 1992-1993 гг.).

РХЙЗДйФЯА» Основные положения диссертационной работы отражены в 4 опубликованных работах.

Диссертационная работа состоит и» отраниц машинописного текста и состой! ив введения, обвора литературы, описания материалов я методов исследования, результатов исследований, вывэдов, списка.литература и приложения. Список литературы вклвчае* /06" источников отечественных и . /Л ¿" зарубежных а--оров. Работа иллюстрирована /О павшими в Р рисунками.

Объекты и методы исследования

Для выяснения широты распространения мякроорганиэмов, обладают» полиргатктазными свойствами, отбирали пробы ив илвг водн-* почв рисовых полей и лечебной грязи.

Изучение численно ста бактерий проводили по ойвйпринятюг мето4-дикам (Кузнецов, Романенко, 1963? Родина, 1965* Карйваййо <г соавг. 1972; Егоров, 1976,- Куввмюв* Дубинина* 1989)«.

При выделении чистых кул!.тур микроорганизмов, ойтгадаадяж полиредук-гаанши" свойстваии-,. испашоваяг тяяшТг ЙГ9рббЬч<8Г-нув в лаборяторав экологии квкрооргввшю» иистинул кшротГйтгло-

гни и вирусологии HAH PK (Идялетдинов с; ооавт.,1983а).

Изучение морфологических, фенологических и биохимических свойств микроорганизмов, обладаощих полиредукгавнша свойстваш, проводили в соответствии с практическими руководствами Родичой, I965i . Егорова,1976; "Методы общей бактериологии" под ред. Герхердта и др. ,19t«). Видовув принадлекнос ть уста-навлавсли по определители йсершна ( Skerman ¿1967) и определитель БорГЛ ( Euehar.aa, Lbbons ,1969).

При изучении возможности роста микроорганизма в анаэробных /словив:, с сульфауоы и без него использовали различные источники органического ьащаст з i: глскоь.,, лактаг, формиат, пиру.ват.цасгеии а ацеаат.

При изучении сгоообности бактерий восстанавливать различные ионы элементов с переменной валентности пользовались общепринятыми средами, . содержащими соогветствувщус соль элемента с нерешенной ьа/енг.ность- а такзи, модифицированными средами.

О развитии микроорганизмов судили по измените оптической плотности кулыуральной среды на 40К-56, при длине волны 540^.1 с применение .¡ кювет толщиной I см, в шиш о пределе идем содержаний балка во Лоура (icwry ,1951). О способности бакт^пий восота-»квдиеать ионы влзиеьтов с переиенной валешвостьв судили по ре-вультагаи химического виалаза. Нитраты определяли колориметрически с дисульфа^но-ловой молотой (Ноторбур гский, 1968). Качественную реакцию мо2" проводили с реактивом Гравса. Количоогвыадое содержание нитриюв определяли фотомегрнческ*! с сульфн^аый касжатой и oi -вафгилам;«юы (Лурье, 1584). Сероводород определяй йодометрически (Кувнецов, Романенко, 1963) и по методу Нахмайеря (Лурье ,,1984). Содержание двух и трехвалентного железа определяли rpi.. .оноывтра ческам гитровяшк! с сульфосалициловой кислотой (Соломин, Фесаико, 1962), Количественное определение мышьяка про■ водилп Еодоыегвдчаскям титрованием, согласно методике Немодрука (1976) с некоторой ее модификацией (Илялездоноа с ооавт.»1981).

О промссе редукции хрома то в оуд или качественно, и количественно о использованием дифзнилкарйазвда (Лазарев, i960). Количество восстановление-ч> марггща определяли с фэрмаладоксидавым методов (Лаврухина, ;Оркана, : 1ь74).

В работе также были'использованы 2 штамма бактерий -

Pseudomonas stützet! 18 И Citrobacter freund 112в,вьщелбШШ0 ранее

ио Бзкнр'шкского еологомнльяковяс того месторождения (АМкеЛЬдпе яг I934K

Распространение ттроортнввтв-полирпдуктвнтов в природа я и* видовой состав

Была предпринята попытка вйяснить широту распространения гетеротрофных бактерий, обладающих многообразными восотановитель-Внш свойствами в различных биотопах и виделить чистые культуры бактерий» обладающих способностью раотя в аэробных условиях, в условиях факультативного анаэробиоза - восстанавливать нитраты, а в анаэробных условиях восстанавливать сульфаты.

Наиболее удобным способом выделения яв природных субстратов факультативно-анаэробных гетеротрофных бактерий,спосо1тлс п анаэробных уоловиях к вооогановлешв рйда окреленных ионов элементов с переменной валентностью оказался тест на способность бактерий к сульфатредукцяи (Айтквльдивва, 1íí84j Абдрашитова» 1992). Методика ввделения бактерий состоит пв нескольких этапов, сопровоздающихся рядом перекрестных порегевов культуры ив одной среды вдругтэ со сменой аэробных и анаэробных условий культивирования.

Иогольвоваяшм наш методом ив различных природных суботра-тог Каракалпакии и Казахстана было выделено 216 гаташоа чистых культур бактерий. Однако, в процессе Культивирования оказалось,что часть культур обладало чразвы1- .йио малой скоростью росте и это представляло большую трудность для работа о ишя. В результате отобрано 8 штаммов бактерий, которые прояпялп овоЯотва бактерий-поляродукадтоа (та.блЛ) я выели достаточно хороиую скорость роого-

Кульгурн способны расти в зэробннх усаовпяхяа рыбопзпгонно* агаре (Й1А), как факультагйвннэ анаэробы - на среде о нитратом в как с трогие енавробы - на среда с сульфатом.

Чистые культуры бактерий балл наделены из проб почв р&совнх полей, ялов, воды, лечебных грязей, что говорят об йх доотаточио широком распространения в адоладувшх экологических нишах.

Вое выделенные итамма бак-^рйй могля рвоти аэробно,вспольвуя в качестве конечного лщег. opa кислород. В условиях факультативной анаэробиоза вооотанавливала до-0,8 г/л нитратов, в в условиях строгого анаэробиоза образовав-1й Дь 18 от/л Я23 (таблица I).

Выделенные культуры бактерий поддерявветягоя в лаборатории*

ТвОЯШв 2

рвстгюстраввние и вюпвоераввсюСрввие бактерий, ойяятопдих псигиредукга8Ш*в

свойствами

Видовое название: бактерий :

Место обора проб

;Споро' б- гОязас. рвновавие ка по : :Граку

•гОпгиы. • темпер. <для "РОС •Я, °С

: Продукты ;Тост в Щоя-ю . восега- -ввавроб-; обре-■* но «летая шае усдо- вувмо-

• тграюв «виях без, го Н-Е »^ ^ ^«»

2йг1гегоЬа ск ег авгорепвб Ю

ЕнЬМгоЬае^ву аего£епе1. V

СИгоЪасЪег ггеппйИ 8

ЛэсЪемсЬ!» со11 16

Оочн) рисовых паве?, . Г'лзахстевя

Почва рисовых далей Казахстана

Лечебная грявь ов.Терехаген

Дочварисовых падей Каре-кашшкиг

Ш Аральского юр»

Почвы рисовых падая Казахстана

ЕвсЬегАсЫа ВасШив

зиМШг .

ВасШив ьгеу1в2БодЁ ЕРЭС-1 Дямгг.овд.

Загс1да БОЧВВ РИСОВЫХ ПС в£

▼епЬтхсиИ Каракал акта

£аеидетапав 16

СЗЛгоЪаеЪег

£гвппа±1 26

Бвкырчикское волого-ншь-яковистов месторождение

спчрх- не оорввувг .28-30 НС2~ леег 0рс-явние 15

28-30 25

_«_ _ . 28-30 Ж)/ 18

- "28-33 29-30 В 12

споры об-равуст 28-30 к2, н?0 15

23-33 5

споры не ооравуст ' 28-30 <£ 14

28-43 Не растет 2?

28-30 с. Осуществляет бро-женис 22

Примечание: * куаыуры вшелевн Авяюадиююй С.Д. цдв4)^

условиях на РИА в аэробных условиях в среде Штурм для cy.iujteípa-дууирущях бактерий в анаэробных тодпвиях.

s

Изучение способности бактерий восотапавлявэп> нг^рэ гы

Бактерии-тголаредуктанты восстанавливают нитраты п условиях факультативно э анаэробиоза в присутствии глокозы и цитрата натрия, Данные по опрядслению Оптической вдотноотй« бкислительнэ-воосгановйтельного потенциала и количества нитратов показали,что процесс денитрйфикащн у бактерий сопровождается увеличением оптической плотйооги бактериальных растворов от 0,01 до 0,8 я находится в обратной гавиЬншсти от содержания нитратов.

следует отмэтйть, что только две культуры - p. etuUert le а В. suHiiisi9fnoc^6HH осуществлять процесс истинной денитрифи-каши с образованием газообразны^:, продуктов, тотяа как изучает«» ffiiattht остальных культур восстанавливают нитраты до нитритов (тйьл.1) 4 При пвучения фявиологаческих свойств денных бвкт"рий было ойнаргукено, что m одни ив гтамнов не способен усваивать в ica-чоотве единственного источника азота итраты, то есть не способен к ^сишляциопной нитратредуиши»

В то гя время штамп О.ггеипШ 28 при росте в условиях факультативного анаэробиоза б ятрвтами восотанайлявает их до нитритов.

»лученные нэмй д&тшэ овтаетельствутт о том, что все вняе-ленные кул- :уры способны к диссимилягорной нитратро^квди, по весела разнообразий по способам ее осуществление. Культуры Р. stutterl Ï8 я в.8иъЛ11а19 осуществляв! помянув доии^ифякацяп, культура С.ffeundil 28 - восстановление нитратов до нитритов с пом яду щей ассимиляционной нятритрвиукмей, й остальные втаммн способны восоханввливэп Иитрвтн до нягритдв, которн» накапливаются в культуральной ¿згокости*

Восстановление сулыГ' гов бактерия?,и

Результаты, евщогельсгвугщие о количестве обрэзущегО,Нг8 при росте бактерий в оиаэробш* усяовияг приведена в таблице I» Обнаружено, что существуй г {зависимость мещу убняьп оульфвтов

в среде в образованием Н2& .Так, в случае с культурой веи12вг1 18 8а время эксперимента ив кулыуралыюй

¡цкосги убыло 90 иг/л оульфага я бшо образовано 22 иг/л Н2з 1рас,1). Так как количество образуемого бактерияш сероводорода существенно ыенше,чем у истинных сульфа традуцнрущих бактерий, представлялось важным выоонитъ, не мокзт ли обнаруживаемый наш сероводе^д ввиться результатом каких-то побочных химически* реакций, происходящих ь среда, а т способностью бактерий к сульфат редукции с суиЛатом в качестве акцептора эле тронов, это связано с тем, что ксслгдуо.мие бактерии могут восстанавливать а тиосульфат с образов .тем до 2и ыг/л Н28 , а состав среды, на которой бактерии осущаствлявт процесс сульфатредукцаи, включает сульфид натрия, который в определенных условиях мояет окисляться до тиосульфата. Поэтому бшо необходимо вшзонать, могут ли бактерии восстанавливать сульфаты в присутствии другого, на содержащего серу восстановителя. Оказалось, что при замене сульфида на аскорбат (I г/л), восстановление оульфа'га наблюдается

количество обрааувдегооя Н2а составляет 12 мг/л для культуры Р. ыд^гега 19 И 28 ИГ/л для культуры С. Ггеипсй! 28.

Таким образом, полученные данные о способности исследуемых бактерий равшокаться бри росте в анаэробных условиях с сульфатом, наличие корреляций мазду убыльр сульфатов в среде и образованием сероводорода, а также образование н^в -при замене сульфида !Ш1рия на аскорбат, позволяет считать, что исследуемые гетеротрофные ¿актерии могут использовать сульфаты в качестве акцептора электронов в дыхательной цеРй.

Восстановление -е3*, вг6+, и Ип^ бактериями-подиредуктантами

Поскольку изучаемые бактерии обладали способность» расти в широкое диапазоне оклсдительдо-восотановятельных условий - от аэробных до строго анаэробных, а гакаа восстанавливать нитраты и сульфаты в анаэробных условиях, представляло интерес выяснить вдвижное«, восстановлена« других ионов элементов с переменной валентностью в гимн бактерия«. Для исследования были выбраны такие ионы элементов с парййенной валентйостыо, как Аз5+,

fuc.I. Зависимость между убылью оульфта и образованием

у кулыуры Р. atutzeri 18 I - содержание ¡¿о^2" , мр/л» 2 - содержание Н2®: мг/л1 3 - содержание белка, мг/л*

Чом

Рис.а. Скорость восстановления нитратов культурой

р. atutzeri ib .имыобилиаиванной на различных носителях в условиях непрерывного протока

I - ВИИ| 2 - ерши$ 3 - стеклотканьj 4 - поролон» 5 - ксшградь.

Сг6+ и Ма4+ . Следует ошегигь ,что исследования, проведенные ранее (АНтквлвдиввз, 1984) о кульгураш б8КТ0рйй Pseudomonas stutaert 18 я Citrobacter freundii

28 покавал i опоообдоогь вгих бакмряй восстанавливать As^1", so42~ , но не исследовалась возможность воо-

сгана; ;вать Сгб+ я Mn^ ilbe-

гому была изучена возшжносгь бактерий постанавливать как

As5+и Те3* , ТЯК И 4гб+ & МгЛ\

1ййшт 2

Восогановлание ионов элементов о переменной взлентпоотыз гетеротрофными бактериями в анаэробных условиях (доходное t держание а85+ - IÖ0 urfa Je5* - 100 мг/л; Cr6* - Ю иг/л; йп4+ - 8о мг/л

¡¡Воостатав- ^ВооствновЛвосотаноэ- постановлено Ав5 , яено лево хрома, лево маргвн-Бидовов : иг/л ™ s м/д tm, мг/л

мэвагае > " ^ " г-*"*»-***'"--''''**-*

t Продолжимльнос»опыга, сутки

■ 1 i 22 : 4 i 15 t 10 5 21 t 9 : 12—

Enterobacter aerogenee 10 49 60,2 33,6 60,3 6 IQ 1,25 3

Enterobacter aerogenee 9 47 60,2 39,1 100,6 6 8 1,5 2,.

Citrobacter freundii 8 •26 ' 62 39,1 72,6 3 8 1,26 3,5

Escherichia coli 4 39,5 74 39,1 65,8 Iö 10 I 2.75

Secherichia coli 18 36,8 54,5 39,1 6t,4 10 10 0, 4,25

Bacillus eubtilie 19 72 74 22,3 27,9, 10 10 0,26 1,25

Sac'llus brevis 2 28,3 60,8 16,7 - * 6 10 0,05 I

Sarcina ventriculi 28 62 11,2 - 10 10 0,5 1,75

Pseudooenft etuteeri 18 18 39 8 80 10 ю 1,25 1,5

Citrobacter freundii 28 53 83 30.. 80 10 ю 1,6 8,5

ПР '9чашв5 (-) не определялось. * -кита туры выделение (1984)

¿в1Е< влвдгевоЯ С»д.

Научение способности бшгерий-яа*>Ч»ад**ы«« »овьямииде* вать арсенвт показало,что они осуаюотлярт этот цроцосо в факультативно-анаэробных а. анаэробных условиях и ори этом восстанавливают до 83 мг/л арсенатв (таблица 2).

Восстановление íe5v пгоисходит а аэробных и анаэробных уело ей ях,

При развитии бактерий на среде о било восстановлено до

100 мг/л Fe3* .При атом наблюдалось образование червою осадка, который по результатам химического анелива,представляет ообой фосфат явлеза » Рв^(НРО^)2 • 7 HgO (та&шцаЗ).

Кроме того, бактерии восстанавливали 8-Ю мг/л Сг6+ при походном его содержа ней Ю кг/д и до 9 иг/л Мп** при исходном его содержании 20 мг/л» однако только в условиях анаэробиоза (таблица 2).

Полученные данные свидетельствую*, что все изучаемые бактерии обладают широкой восстановительной способностью по бтмошеиию к элементам с переменной валентностью. Наряду со способностью восстанавливать И0_" a SO.2" .бактерии .восстанавливают такда Ав^, íe3\ Сг6+ * и МдЧ-

Выяснение роди ионов с переменное валентностью в метаболизме бактерий-полиредуктакюв

Эксперименты, описанные выше, били проведены о использованием в качестве доноров влектронов таких органических субстратов, как глюкоза, лактаг или цитрат, при окислении которых бактериям* могут образовываться промежуточное продукты, способные сами во останавливать ионы элементов и переменной валентностью.В таком случае нельзя говорить,что бактерии используют исследуемые элементы с переменной валентностью в качестве акцепторов1 электронов.

Для выяснения вопроса о способности- бактерий, обладающих «олвра^уктааныыи свойствами, акцептировать влектроны при рооте в анаэробных условиях на исследуемые вдементы с пер »га иной валентностью были проведаны эксперимент с использованием в качестве донора электронов ацетата, при окислении которого могут образовываться лишь СО2 и Н^О. Аналогичная работа была проведена Ловли и Филипсом XLovley,ihilliB4l988) i которые выделили анaspoбную куль-

Х4

>УП бактерий (13-15 »способную восстанавливать ионы марганца, железа и нитратов при рооге с ацетатом. А. оры убедительно доказала, что культура бактерий ее -15 осуществляет новый вид внг -готического метг^элизма, в котором использует Ле^* и

яр5" в качестве акцепторов электронов.

Для лига были использованы 2 штамма бактеряй-лолиреяуктаптов Р.8ЬцЪгвг1 18 и О.£геипАИ 20,которые отличались меящу собой от ряду физиологических и биохишческих пр; .¡наков и,в частности,от-ноиением к ионам элементов с переменной валентное тьв. Так, если для роста культуры Р.гОДвег! 18 в анаэробных условиях необходимо присутствие в среде элемента с переменной валенгностьп,то для роста культуры с.ТгеипЯИ 28 вто условие не обязательно,и в анаэробны*. условиях в отсутствии иона элемента с переменной валентностью с.Ггвипаи 28 может сущеотвлять брожение.В то же время обе культуры могли развиваться на среде с ацетатом в качестве единственного источника органического вещества.

Данные,получанные нами свидетельствуют о том,что'при росте . с ацетатом культуры Р.вЪ«йяег£8 И С. ГгегшЛИ 28 могут . восстанавливать эламенгы с переменной валентностью. Следует отметить, что при использовании в качестве донора электронов ацетата рост бактерий бда существенно ггже, чем п^и использований ' ¿актерияш такого оубограта, как лактат.

Таким образом, получены доказательства, что исследуемые бак терии-полиредуктанты способны в анаэробных условиях использовать ионы элементов о переменней валентностью в качестве акцепторов электронов.

1

Возможность практического использования бактерий для очистки питьевой вода о«- нитратов

В результате маловодья в сброса ъ руся,о реки Амударьи большого количества коллекторных вод,резко ухудшилось качество воды и она становится непригодной для питьевых целей.

Была предпринята попытка ивгшть возможность использования бакгерий-полоФедуктантов для очистки питьевой аодн ог нитратов. Для этой цели была выбрана культура Равивопопаа в1;1Лы!г1 18, способная активно восстанавливать нитраты до газообразных продуктов.

Изучение вовмоянооти культуры Р. в^мг! 18 денитрифициро-

вать в иммобилизованном состоянии проводилось с использованием в качестве носителей стеклоткани,ершей, пэролэна и виев. Результаты свидетельствуют о том,что хотя наиболее подходящим носителем дл,. Р. з^аег! 18 оказалась стеклоткань и ерши,процесс данитрифи-кацаи аа последующие сутки в этих вариантах; практичвсщ не шел.В то жз время бактерия,иммобилизованные на ваях и порблонв^активно де нитрифицировали.

Далее все исследуемые сорбенты о ишобйлизованндаи на них бактериями Р. аг^гег! 18 были проверены в условиях непрерывного протока .Оказалось, что наиболее подходящим сорбентом в этих условия.. являйся также вии й поролон,так как скорость денятрифякации бактерий при использовании етих сорбентов была внзздтсльно выше (рис.2)

Следующую серию экспериментов проводили о использовав:ем в качестве носителей для Р.в^гег! 19 виев и поролона.Для опытов бша использована вода из канала. Нлзкеткен.ямящаяся единственным источником питьевой воды г.Нукуса.Содержание пягратов в вогч качала составляло I иг/л. Опиты ставили л условиях непрерывного протока при объема колонка 600 мл и скорости протока л л/л в сутки.

Результаты работы показали,что клетки бактерии Г.в^еиг! 18, иммобилизованные на виях и поролоне способны очищать питьевой воду от нитратов и нитритов.

Следует отметить,что поролон окавалоя неудобным сорбентом^ так как в процессе испытаний в условиях непрерывного протока он 8абивглся вввешенвши чаотицами и приобретал твердость,что отрицательно сказывалось на его пористости, и как следствие этого, скорость процесса денитрификации со временен снижалась.

В то же время при использования '»ивЕ, после небольшою периода стабиливацяи работы колонок, содержание нитратов не превышало предельно допустимый концентрации И составляло 0,05 мг/л Нитриты в воде гакае не обнаруживались.

Полученные данные показали принципиальную возможность использовать культуру Рзеийошопаз в ишо билазованисад на вия" состоянии для очистки питьевой воды Каракалпакии от нитратов и штритов.

ЗАКЛЮЧЕНИЙ

Аналив существуй а в научной литературе данных свидетельствует о юм,что процасс восстановления элементов с переионной р"-лептностьо ЯВ1ЯЭТОЯ неспецифическим и осуществляется микроорга низмами,. принадлежащими к различным таксономчэским группам; .

. Это псдгвврялаегся тем,что многие аэробные бактерия в соответствующих уся~зиях способны осзтяэотвлять процесс восстановления на гратов до нитритов или до конечных продуктов девитрифякэщш -газообразных г?2 или Н2° » е некоторые виды облигатно анаэробных сульфатвосстанавливавщих бактерий содержат нитратредухтазу и при наличии в среде нитратов могут денитрифицировать.

Следует отметить,что бакгерии,-выделенные нами,по фивиологичео-ким и морфологическим признакам практичен не отличались от типовых и га шов, описанных в определителе Берги (1989) »но при-росте в анаэробных условиях окавались способными восстанавливать ряд элементов с переманной валентность«) ( *е5+, &s5+, Сг6+ , Mn*V

so42" ), Это свойство не описано в определителе Берта для

типовых штаммов и,по-видимому,может считаться штаммевой особенности выделенных культур бактерий, связанной со специфическими условиями их обитания.

Из числа наделенных культур только р. stnrtzeri 18 не способна осуществлять брожение и требует для роста в анаэробных условиях наличия конечного вкцептора электронов- при росте в дакроаэрофяль-нах условиях - нитрат-ион,при росг^ в строго анаэробных уоловиях-сульфат-ион.Остальныь культуры способны в анаэробних условиях переключаться с дахательного метабол зма на брогрние,еслц в среде отсутствует конечный акцептор электронов.Выделенные" культуры осуще сгвляот пропосо восстановления нитратов,причем только две культура. { P.etutieri 18 и В. subtilis 19) могут осуществлять истинную двнигрйфикацйю с образованием газообразных продуктов ( Hg, н2о ). Остальные культуры восстанавливают нитраты только мо нитритов. Семь оташов представляли собой бесспоровые палочки штамм - сариину, два оказались споровыми палочками.

Выделенные гетеротрофные бактерии, обладающие способность® восстанавливать широкий круг элементов с переменной валентностью обнар кены в разнообразных географических зонах, но в достаточно сходных экологических нишах - иестороадвниязс полезных ископаемых, почвах рисо вйх полей» ялах, где чао го происходит изменение кислородного режима*

Гетеротрофные бактерий,осуществляйте восстановление рада элементов с переменное валентностью, в процессе жизнедеятельности участвуют в трансформации вламентов в природе и внося! определенный вклад в биогеози шче скио процессы.

Выделенные наш культуры бактерий о Слада юг многообрдзщшгг

во со тановитальными овойсгвами а способны иодальвова^ь при рооге в анаэробных условиях И0?~, Уи3*, ¿з5*, Mn4*, Gr6i'a so^2~ в качестве конечного акцептора электронов.

Можно полагать,что в олучае с и эгот

процесс осуществляется о помощю иитрагредукгаэы.Спосс здость шнратрадуктазы переключаться на альтернативные,вместо нитрата,ак цвпторы электронов и,в частности Ыв^ и Уе5+ известна (Ponnamperuma et al. ,1965; КаравьйКО о соавт.,198б| Lovley, Phillips ,1988).

Чрезвычайно интересной является способность исследуемых бактерий восстанавливать в анаэробных условиях сульфаты до HgS. Известно,что процесс дисоияиляторного восстановления сульфатов является веоьма спеадфческим и осуществляв тор. да суд ь фурируi щи ш бак терияш.считавшшяся многие годы облигатндаа анаэробами. Хотя ю-явишиэоя в последнее время сведения р способности некоторых шгаы-шв Dv. deaulfuricana к аэробному, дыхапип ( Dilling, Oypion-ka ,1990) опровергли о его-кагалооь,незыблемое мнение. Правда бактерии,описанные этими авторами,пра аэробном дыхании не способны к росту,то рсгь осуществляв? только поддераиваощий метаболкьм.Результаты полученные нами пра' Работе о исследуемым культурам.! сви-детёльстъувт о.том,что бактерии-полиреауктантн при роста в анаэробных уславьях с сульфатом способны размножаться, хотя в этом еду чае скорость их роста значительно нияв,чда рост в аэробных усло-виях.Еоаможно здесь шеет меото маханием янгабированяя роста конечным продуктом HgS.

Способность бакгврий-полиредукталгов восстанавливать разнообразные ионы в загисимоота от окислит- чьно-воссгановафельных условий среды ыотг быть использована для очистки загрязненных вод.

Окисление органического вещества бактериям!! в природе осуществляется в ревулыатз сопряженных скислителыю-воостановительных реакций,о передачей электронов сначала на кислород,затем на нитраты,окисленное железо,сульфаты,углекислоту о постоянным снижением окисли.эльно-восотановягельного потенциала среды.Возникновении процесса способствует развитие последовательно сменяющих друг друга физиологических групп микроорганизмов,хотя как показала наши иа следования,додоб ные процессы,идущие при относительно высоком винчении окислительно-восстановительною штеначала (аэробное культивирование бактерий, денигрифлкация,восстановление яалезв) i акке щ;ц низком ГЧП (воситанОЕяение Cr6+k scl2- ) могут ооуществ-

тяться одними в теми же бактерявмя.

Таким обра-ом,полученные данные свидетельствуют о существовании в природных экосистемах фзкульгативно-анаэробных гагерогроф-Hißt бактерий,которые могут расти в аэробных условиях,используя в качество конечного акцептора электронов кислород,в условиях факультативного анаэробиоза восстанавливать нитраты, а в анаэроб-наг условиях при низком окислительно-восстановительном по тещи а-ле-восотанавливать сульфаты. Это являеа ;я еще одним свидетельством многообразия приспособительных функций в мире прокариот.

В ЫВО Д U

I. Выделено и изучено э штаммов гетеротрофных бактерий,обладающих способностью восстанавливать широкий круг элементов с переменной валентность» ( N0^", Fe54", Ав5+, Мп*4, Ct6+,so^2"), Бактерии отнесены.к родам Pseudomonas, Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Bacillus, Sarcina.

Z, Большая часть выделенных бактерий-гошредуктантов способны восстанавливать нитраты до нитритов,а культура p. stutzeri .18 а В. subtilis 19 осуществляог истинную денятрифпсацию с образованием газообразных продукте-. Бактерии-полиредуктанш восстанавливают 0,35 1.^/л, W)f , хоо мг/л Fe5* , 92 да/л

, 8 мг/л Мп4+ ,10 мг/л Сг6+ .При росте ё анаэробных условиях бактерия образует до 18 мг/л . H2S.

3.Бакгйрии-полиредуктангы могу г использовать ионы элементов о переменной валентностью в качестве конечных акцепторов электронов.

4. Заделанные гетеротрофные бактерии обнаружены в разнообразных географических зонах-месторождениях полезных ископаемых,пс i-вах рисовых полей,ялах,что свидетельствует об их широком распространении в природе я участий в биогвохимических процессах.

5. Показана возможность использовать! бактерив-пплйрвдуктангы, ooyi зотвлящив процесс йстиьной донитрификации,для очистки питьевой воды Каракалпакии от нитрат- и тгряг-ионов до уровня ПДК.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

I. йяялетдинов А'.Ш,Абдрашитова С;А.,Айткелвдяева С.А., Убайдалавва AiK. Шлиредукгавная активность бактерий // Известия АН СССР» серия биол.- 1989.- № 2,- C.26Ö-266.

2. Убийаулдаава д.к. Распространение в свойства ыикроорганивыов-полиредуктактов // Труда Ин-та мю оддолопш в вирусологии АН КавССР. - Алма-Ата'. - 1939. - 35,- 0.28-37;

3. Абдрашитова С.А., Ияядвтдянов A.B.. Убайдуллаева АЛ.. Айтвладивва С.А. йооогаиовлвкиа некоторых параывнновалвнтных алемеитов гетеротрофными ыакро орта ни вмами // Вестник АН КавССР 1990.- * 2,- C.60-£3i

4. Айткельдиева С.А., Убайауллаева А, 1С, Микрооргавивш-цолире ду к -танты в почвах расовых полей.// Труда молодых ученцх,-Ташкенг.-Ш.-1591.- <^109-118.

Отпечатано в типографии НШК PK, г* Ал маты, пр. Ленина, 15,