Горностаева Елена Анатольевна ЦИАНОБАКТЕРИИ NOSTOC LINCKIA КАК БИОСОРБЕНТЫ И БИОРЕМЕДИАТОРЫ Научный руководитель: Домрачева Л. И. , д. б. н. , профессор ФГБОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия, г. Киров, Россия, 2014 1
Загрязнение тяжелыми металлами наблюдается не только в почве техногенных территорий, но и в агросистемах, мигрируя в растения. Поэтому актуальна проблема, связанная с биоремедиацией почв, а в частности, поиска микроорганизмов, которые выполняли бы защитные функции. 2
Цианобактерии – распространенная группа микроорганизмов, которая встречается и в воде, и в почве, способная к фотосинтезу и азотфиксации. Это древнейшие организмы, которые могут адаптироваться к экстремальным условиям и обезвреживать различные ксенобиотики. 3
Цель работы Показать биосорбционные и биоремедиационные способности ЦБ Nostoc linckia. Задачи: 1. Показать физиологический отклик ЦБ N. linckia на действие ТМ; 2. Указать на сорбционные возможности N. linckia; 3. Доказать эффективность цианобактериальной обработки семян при фиторемедиации почв, загрязненных ТМ. 4
Для данных опытов был использован штамм цианобактерии Nostoc linckia (Roth. ) Born and Flah. № 271 из музея фототрофных микроорганизмов кафедры биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии Вятской ГСХА. Рис. 1. Цианобактерии Nostoc linckia 5
Опыт 1. Физиологический отклик N. linckia на действие меди и никеля Использовали 2 -хмесячную культуру. Для опыта определяли оптимальный титр Nostoc linckia. Для этого исследовали отклик исследуемой ЦБ интенсивностью биохемилюминесценции. Табл. 1. Определение оптимального титра ЦБ Nostoc linckia Титр, 109 кл/мл С токсикантом, J (м. В) Без токсиканта, J (м. В) 0, 61 1751 ± 176 2286 ± 51 0, 31 776 ± 91 2367 ± 56 0, 15 486 ± 8 1869 ± 67 0, 08 726 ± 38 1503 ± 80 1, 22 2128 ± 151 2310 ± 48 6
40 35 30 25 20 15 10 5 0 1, 22⋅109 кл/мл 0, 61⋅109 кл/мл 0, 31⋅109 кл/мл 0, 15⋅109 0, 075⋅109 кл/мл Рис. 2. Содержание хлорофилла а в культуре Nostoc linckia при разном титре клеток, мг/мл В результате, по интенсивности биохемилюминесценции и содержанию хлорофилла а, был выбран оптимальный титр ЦБ, равный 0, 15⋅109 кл/мл. 7
Было выявлено действие ионов меди (II) на Nostoc linckia в области концентраций близких к ПДК (ПДК=0, 1 мг/дм 3). Табл. 2. Биохемилюминесценция Nostoc linckia при внесении ионов меди (II) Концентрации ионов меди (II), мг/дм 3 С токсикантом, J (м. В) 0, 1 1720 ± 49 0, 2 995 ± 5 0, 4 1869 ± 67 2009 ± 14 0, 8 1507 ± 13 1, 0 2021± 36 8
В следующем опыте был проработан более широкий диапазон концентраций, в том числе с разным временем экспозиции поллютанта в культуре Nostoc linckia -12 и 24 ч. 180 160 140 120 100 24 ч 80 60 12 ч 40 20 0 контроль 0, 1 мг/дм 3 10 мг/дм 3 Рис. 3. Определение биохемилюминесценции Nostoc linckia при разной концентрации ионов меди (II), J (м. В) 9
Опыт 2. Определение сорбционной способности N. linckia В качестве поллютанта использовали ионы Ni (II) (в виде соли Ni. SO 4⋅7 H 2 O) с концентрацией 2 и 20 мг/л. Рис. 4. Nostoc linckia до гомогенизации: а) контроль; б) после воздействия ионов Ni (II) с концентрацией 2 мг/л; в) после воздействия ионов Ni (II) с концентрацией 20 мг/л. Рис. 5. Nostoc linckia после гомогенизации: а) контроль; б) после воздействия ионов Ni (II) с концентрацией 2 мг/л; в) после воздействия ионов Ni (II) с концентрацией 20 мг/л. 10
Уровень извлечения никеля из культуральной жидкости биомассой N. linckia определяли через 14 суток. Табл. 3. Уровень извлечения никеля из культуральной жидкости биомассой N. linckia, % Вариант Метод ААС Ni, 2 мг/л 34, 65± 7, 62 Ni, 20 мг/л 58, 87± 12, 95 11
Опыт 3. Определение эффективности цианобактериальной обработки семян при фиторемедиации почв, загрязненных медью В качестве объекта исследования была использована горчица белая (Sinapis alba L. ). Полевой опыт был заложен на опытном поле ВГСХА в 2012 г. Фоновое содержание ТМ в почве в контрольных вариантах составило 0, 22± 0, 02 мг/кг. Почва на данной территории дерновоподзолистая, среднесуглинистая: р. Н – 5, 3, гумус – 1, 74%. 12
Для опыта была использована 3 -х недельная культура ЦБ. Подсчёт численности клеток проводили в камере Горяева. Инокулят доводили до титра 8, 3· 108 клеток/мл путем разбавления дистиллированной водой. Перед посевом семена предварительно замачивали в инокуляте в течение 12 ч. 13
Контроль (без обработки ЦБ) Схема опыта Обработка Nostoc linckia Контроль (без обработки Cu. SO 4) 1 ПДК Cu. SO 4 (3 мг/кг) • В качестве поллютанта использована медь в виде соли (Cu. SO 4· 5 Н 2 О). 50 ПДК Cu. SO 4 (150 мг/кг) 100 ПДК Cu. SO 4 (300 мг/кг) • Растворы токсикантов вносили в почву после посадки семян, растворенными в воде, проливая 10 -15 см верхнего горизонта. 14
Площадь учетной делянки – 0, 24 м 2. Повторность опыта 3 -х кратная. Уборку урожая проводили через 11 недель после посева. • Содержание ТМ в почве, семенах и вегетативной массе определяли методом ААС. 15
6 4 5 4 3. 9 3. 6 4 3 4 2. 8 2. 4 2. 5 2. 9 2. 3 3 2. 7 2. 1 3 3. 2 1. 9 2 1 0 Без Обработка обработки N. linckia Контроль Вегетативная Cu (II) 3 мг/кг масса (II) 150 мг/кг Cu Семена Cu (II) 300 мг/кг Рис. 6. Содержание меди в семенах и вегетативной массе горчицы, мг/кг 16
Коэффициент корреляции Пирсона Наиболее тесная корреляция наблюдается в вариантах без обработки горчицы ЦБ (r = 0, 7). В вариантах с инокуляцией семян горчицы в цианобактериальной массе коэффициент корреляции Пирсона равен 0, 2. Вывод: N. linckia оказывает неоднозначное влияние на Sinapis alba, то обеспечивая защитную функцию растениям, то, наоборот, усиливая всасывание меди в наземную часть растений. 17
Выводы 1 опыт: Не обнаружено закономерных различий в интенсивности биохемилюминесценции при воздействии меди в интервалах низких концентраций. При широком диапазоне концентраций ТМ наблюдается общее уменьшение интенсивности биохемилюминесценции через 24 ч, где оно планомерно уменьшается с увеличением концентраций ТМ. В дальнейшем используемый штамм ЦБ возможно использовать для биотестирования и биоиндикации техногенных территорий. 18
Выводы 2 опыт: Благодаря высокому уровню сорбции N. linckia по отношению к Ni ЦБ можно рассматривать как перспективный объект для разработки методов цианобактериальной очистки жидкостей от ТМ. 3 опыт: Полевой опыт показал, что содержание меди в семенах во всех случаях больше, чем в вегетативной массе. При концентрации 150 мг/кг, как и в контроле, наблюдается протекторное действие со стороны N. linckia. На уровне 1 и 100 ПДК отмечено увеличение извлечения Sinapis alba в комплексе с ЦБ ионов меди (II). Данный факт говорит об усилении фиторемедиационных способностей растения. Данные микроорганизмы являются перспективными объектами для ремедиации почв, загрязненных ТМ. 19
Благодарю за внимание! 20
Скачать презентацию Горностаева Елена Анатольевна ЦИАНОБАКТЕРИИ NOSTOC LINCKIA КАК БИОСОРБЕНТЫ
81e6c847893dac51938c949d0d9da9c3.ppt