Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Современный мир, природа и человек» (2009 год, Том 1, выпуск 1), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н.

Посмотреть титульный лист сборника

Скачать сборник целиком (6 мб)

Увеличение темпов добычи нефти приводит к поступлению в окружающую природную среду большого количества поллютантов, что существенно затрудняет протекание процессов самоочищения атмосферы, гидросферы и почвы. Одним из наиболее распространенных ксенобиотиков, обладающих канцерогенными и мутагенными свойствами в отношении живых существ, являются ароматические углеводороды, в частности, толуол. Биологическую деградацию нефтяных углеводородов могут осуществлять бактерии, грибы и растения [1,2] Микроорганизмы катаболизируют ароматические вещества, превращая их в гидроксилированные производные с последующим раскрытием бензольного кольца и образованием промежуточных метаболитов. Некоторые высшие растения (в том числе и водные) обладают способностью осуществлять детоксикацию ксенобиотиков ароматического ряда, доводя их структуры до углекислоты или обычных клеточных метаболитов. Это является основой фиторемедиационных технологий. В данной работе проведен анализ данных, связанных с исследованием возможности деструкции толуола под действием микробно-растительного сообщества. Толуол считается сильно токсичным соединением, негативно влияющим на печень, почки, кроветворную и нервную системы человека [3]. Это объясняется его метаболизмом, а также низкой растворимостью в воде, в связи с чем его выведение из организма затруднено [4]

Из микроорганизмов наиболее активно разрушает поллютанты перифитон – неоднородный по составу комплекс, состоящий из детрита, водорослей, цианобактерий, гетеротрофных микроорганизмов.[2]. Бактериальный перифитон легко адаптируется к особенностям окружающей среды, значительно лучше переносит неблагоприятные условия, является индикатором экологического состояния водоёма, обладает высокой деструктивной активностью, в том числе по отношению к ароматическим углеводородам. В процессах детоксикации поллютантов (биоремедиации) с помощью микроорганизмов и бактерий наблюдаются как аэробный, так и анаэробный механизмы метаболизма ароматических субстратов. При аэробной деградации может происходить гидроксилирование бензольного кольца и метильного радикала; процесс инициируется введением в молекулу толуола одной или двух гидроксильных групп под действием моно- и диоксигеназ. Следующими стадиями являются дегидрогидрирование бензилового спирта до бензальдегида и его дегидрогенизация до бензоата, который с помощью оксидазы окисляется до катехола. Последний под действием оксидаз и пероксидаз участвует в серии элементарных реакций, приводящих, в конечном счете, к образованию метилкатехола. Окисление метилкатехола в присутствии диоксигеназы приводит к разрыву бензольного кольца и включению конечного продукта в клеточный метаболизм. В анаэробных условиях разрушение ароматических соединений происходит еще более сложно при непосредственном участии различных ферментов и предполагается, что в механизме процесса в качестве промежуточного продукта участвует бензоат.

 Водные растения, или макрофиты, способны накапливать ксенобиотики в своей массе, подвергать их метаболическим превращениям, сорбировать на своей поверхности. В исследованиях  метаболизма толуола в проростках кукурузы, фасоли, чая и виноградной лозы была, например, найдена зависимость интенсивности поглощения толуола от возраста растений [5]. Было показано, что в растительных тканях возможны различные механизмы окисления толуола: в одних случаях он может гидроксилироваться без дополнительного окисления метильной группы; в других (чаще реализуемых) – метилрадикал окисляется до карбоксила. Образующаяся при этом бензойная кислота в результате протекания некоторых элементарных реакций (в частности, окислительной деструкции) превращается в алифатическую кислоту. Известно участие высших водных растений в самоочищении водоемов, в том числе элодеи канадской (Elodea Canadensis) [6], устойчивость которой к различным ксенобиотикам связана с высоким уровнем активности пероксидазы в растениях. В фиторемедиационных технологиях используется широкий набор водных растений, примеры которых приведены в таблице [1].

Таблица

Некоторые данные, касающиеся процессов фиторемедиации

В качестве объектов изучения в данной работе были выбраны толуол, элодея канадская   и 5 штамов бактерий Acidovorax delafieldi  El-1, Brevundimonuas diminuta El-3.1, Pseudomonas fluorescens El-2.1, Aquaspirillum fasciculus El-4.1, Kocuria rosea El-4.3. E. canadensis является укореняющимся погруженным многолетним гидрофитом. Показано, что наибольшую деструктивную активность в отношении толуола проявляют растительно- микробная ассоциация и такие ее компоненты, как A. delafieldi El-1, P. fluorescens El-2.1, B. diminuta El-3.1. При этом убыль толуола после 5-ти суток инкубирования составила 89,5%,  84,8%, 82,7% и 80,1% соответственно. Это указывает на то, что  в исследуемых условиях существенный вклад в биодеградацию толуола вносит именно элодея канадская.

Список литературы

1. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева В.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. – М.: Наука, 2005. – С. 63-75,142-161.

2. Красевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические органические соединения. – М.: Наука, 1982. - С. 40-52.

4.  Nakajima T. Toluene metabolism by cDNA-expressed human hepatic cytochrome P450 // Biochem. Pharmacol. - 1997. - V. 53 № 3. P. 271-282.

5. Угрехелидзе Д.Ш. Метаболизм экзогенных алканов и ароматических углеводоров в растениях. – Тбилиси: Мецниереба, 1976. – С. 105-107, 116-121.

6. Тумайкина Ю.А., Турковская О.В., Игнатов В.В. Деструкция углеводородов и их производных растительно-микробной ассоциацией на основе элодеи канадской // Прикладная биохимия и микробиология. – 2008. – Т. 44. № 4. С. 422-429.