Жубанова А.А., Кайырманова Г.К., Ерназарова А.К.

Казахский национальный университет им. аль-Фараби, биологический факультет, кафедра микробиологии

Циано-бактериальные сообщества в биодеградации нефти

В настоящее время, в связи с увеличением добычи нефти в Казахстане, нефть и нефтепродукты являются наиболее приоритетными загрязнителями окружающей среды. Загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами на сегодняшний день – сложная и многоплановая проблема. Ни один другой загрязнитель не может сравниваться по широте распространения, количеству источников загрязнения, уровню химических нагрузок на все компоненты ландшафтов. Нефтепродукты, попадающие в атмосферу и почву, в конце концов оказываются в закрытых водоемах.

В литературных источниках приводится много примеров преобладания цианобактерий в нефтезагрязненных территориях, все чаще появляются сведения о способности фототрофов, в частности циано-бактериальных сообществ, к очистке нефтезагрязненных почв и водоемов. Известно, что для них характерна высокая автономность функционирования и практически повсеместная распространенность. Показано, что микробные маты, богатые цианобактериями, ускоряют очистку загрязненных нефтью вод в результате синтрофных взаимоотношений с сопутствующими микроорганизмами.

В качестве объекта исследования были использованы альгологически чистые цианобактерии Phormidium sp. К-1 и Oscillatoria sp. А-2, выделенные из водных образцов, отобранных из различных загрязненных источников и углеводородокисляющие культуры бактерий: P. stutzeri A1, P. sp. N2 и P. alcaligenes A5 из коллекции кафедры микробиологии КазНУ им. аль-Фараби.

Изучение роста культур микроорганизмов проводили в колбах Эрленмейера объемом 250 мл на жидкой среде Е-8. Нефть вносили непосредственно в ростовую среду в качестве единственного источника углерода и энергии, в концентрации 20 г/л. Цианобактерии вносили в количестве 0,5 ед, а бактерии 1 млн.кл/мл. Инкубирование проводили при освещении 1000 лк с суточной периодичностью.

Продукты деструкции нефти и нефтепродуктов определяли методом ИК-спектроскопии, на приборе Satellite Ftir фирмы Mattson, USA.

Нами изучались процессы деструкции нефти ассоциацией углеводородокисляющих бактерий P. stutzeri A1, P. sp. N2 и P. alcaligenes A5, и циано-бактериальных сообществ на основе Phormidium sp. К-1 и 3-х углеводородокисляющих бактерий, а также Oscillatoria sp. А-2 и 3-х углеводородокисляющих бактерий.

О деструкции углеводородов судили по ИК-спектрам культуральной среды с внесенными в нее углеводородами до и после роста на ней микроорганизмов.

Для ИК-анализа углеводородов использовали область основных частот - 4000-800 см-1, поскольку именно в этом диапазоне спектра проявляются полосы поглощения основных групп нефтяных углеводородов. 

По литературным данным, характерные полосы углеводородов, связанные с характеристическими частотами С-Н (метильные, метиленовые и метиновые группы), находятся в трех областях: 3000–2800 см^-1, 1400-1300 см^-1 и около 700 см^-1. В ИК-спектре нефти оно проявляется в виде сложной полосы поглощения, в которой пики при 2955 см-1 принадлежат колебаниям кислородсодержащих веществ метильной группы СН₃, а пики при 2917 и 2855 см^-1 относятся к симметричным и антисимметричным валентным колебаниям метиленовой группы СН₂.

По ИК-спектрам культуральной среды, содержащей нефть, после роста на ней ассоциации бактерий P. stutzeri A1, P. sp. N2 и P. alcaligenes A5 происходит окисление гетерозамещённых ненасыщенных соединений, что подтверждается значительным уменьшением полос поглощения в области 2955 см^-1, 2917 см^-1, 2855 см^-1. Поглощение около 1640 см^-1, отсутствующее в ИК-спектре нефти, отвечает за циклические составляющие нефтепродуктов, относящихся к широкой группе соединений. Данная полоса поглощения свидетельствует о появлении веществ, содержащих карбоксильные группы, в процессе окисления нефти консорциумом бактерий.

При сравнении спектров культуральной среды, до и после роста на ней циано-бактериальных ассоциаций на основе Phormidium sp. К-1 и Oscillatoria sp. А-2 наблюдаются значительные изменения по сравнению с контролем. Особенно заметно изменение соотношений интенсивностей полос в области 2700-3300 см^-1, соответствующих колебаниям связи С-Н различной насыщенности (2955, 2917, 2855 см^-1), при росте циано-бактериальной ассоциаций интенсивность данных колебаний намного ниже, чем при росте ассоциации гетеротрофных бактерий. Вместе с тем, исчезли интенсивные полосы поглощения, отвечающие за колебания метильных групп (1456 и 1376 см^-1). В обоих вариантах также наблюдаются малые полосы поглощения карбоновых кислот, подтверждающие полную деструкцию нефтяных углеводородов, что согласуется со схемой окисления углеводородов, когда сначала углеводороды окисляются до спиртов, альдегидов и, далее, до карбоновых кислот.

Таким образом, наблюдаемые изменения в ИК-спектрах среды, содержащей 40 г/л нефти, после роста на ней трех различных ассоциаций микроорганизмов - бактерий-гетеротрофов: P. stutzeri A1, P. sp. N2 и P. alcaligenes A5 и двух циано-бактериальных сообществ на основе Phormidium sp. К-1 и Oscillatoria sp. А-2 подтверждают окисление ими нефтяных углеводородов, причем наиболее полная деструкция нефтяных углеводородов происходит при использовании циано-бактериальных ассоциаций. Исследования подтверждены в полевых испытаниях на полигоне – накопителе ТОО «Химпромсервис -Актобе» и получен акт внедрения.