Биоремедиационный потенциал аборигенных микроорганизмов чернозема южного

В ходе проведенных исследований были выделены основные группы почвенных микроорганизмов чернозема южного, установлена устойчивость изолятов к действию нефти в диапазоне концентраций 15 – 25%, возможность использования ее в качестве источника углерода, способность почвенной микробиоты к биодеструкции нефти в загрязненной почве, а также устойчивость бактерий к низким температурам, высоким концентрациям NaCl, кислото- и щелочеустойчивость. Из образцов незагрязненной почвы подтипа чернозем южный было выделено 15 родов гетеротрофных бактерий, отнесенных к 31 виду. Оценка динамики численности микроорганизмов, выделенных из лабораторно загрязненных почв, показала, что в результате воздействия нефти происходило значительное снижение численности микроорганизмов – к 180 сут. эксперимента выделялись 10 видов бактерий, относящихся к 3 родам: Bacillus, Micrococcus и Serratia. Среди выделенных бактерий устойчивость к действию поллютанта в концентрации 25% установлена для B. coagulans, B. mojavensis, B. megaterium, M. luteus, а также для музейного штамма B. pumilus КМ. При культивировании исследуемых штаммов бактерий на безуглеродной среде М9 с добавлением нефти 15 и 20% установлена их способность использовать нефтяные углеводороды в качестве единственного источника углерода, однако при повышении концентрации до 25% данную способность сохраняли только M. luteus, B. mojavensis и B. pumilus КМ. Присутствие в образцах почвы углеводородокисляющих бактерий способствовало снижению массовой концентрации нефти на 42% в течение 180 суток. Наиболее значимое уменьшение концентрации нефтепродукта происходило в период с 10-х по 30-е сутки и составило 25%, что, вероятно, связано с возрастанием численности гетеротрофных бактерий. Способность к росту при температуре +4°С установлена для представителей рода Bacillus, в том числе и для музейного штамма B. pumillus КМ, в условиях кислой среды (рН 5) сохраняли жизнеспо собность 4 штамма бацилл, в щелочной среде (рН 9) – 7 штаммов бацилл, а также M. luteus и S. plymuthica. Исследуемые штаммы бактерий росли на ГРМ-агаре с концентрацией NaCl 7%, способность к росту при концентрации NaCl 15% сохранял только музейный штамм B. pumillus КМ. Полученные результаты открывают перспективы использования углеводородокисляющих бактерий с высоким адаптивным потенциалом в качестве потенциальных деструкторов нефти, способных осуществлять ее биодеградацию, в том числе при низких температурах, в условиях высокой засоленности и в широком диапазоне рН среды.

1. Алимбетова А. В., Саданова А. К., Мукашева Т. Д. Влияние нефтяного загрязнения на микробиоту почвы // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. Т. 12, № 1. С. 55 – 57.

2. Баландина А. В., Еремченко О. З. Динамика численности микроорганизмов в нефтезагрязненной дерново-карбонатной почве в процессе ремедиации // Вестник Пермского университета. Серия: Биология. 2018. № 3. С. 301 – 307.

3. Барабанщиков Д. А., Сердюкова А. Ф. Экологические проблемы нефтяной промышленности России // Молодой ученый. 2016. № 26. С. 727 – 731.

4. Болдырев В. А. Основные закономерности почвенного покрова Саратовской области. Саратов : Изд-во Саратовского университета, 1997. 16 с.

5. Геннадиев А. Н., Пиковский Ю. И., Цибарт А. С., Смирнова М. А. Углеводороды в почвах : происхождение, состав, поведение (обзор) // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1195 – 1209.

6. Гоголева О. А., Немцева Н. В. Углеводородокисляющие микроорганизмы природных экосистем // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2012. № 2. С. 1 – 7.

7. ГОСТ Р 57447-2017 Наилучшие доступные технологии. Рекультивация земель и земельных участков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. М. : Стандартинформ, 2017. 32 с.

8. ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М. : Стандартинформ, 2018. 12 с.

9. ГОСТ 17.4.3.01-2017 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. М. : Стандартинформ, 2018. 10 с.

10. Елинский В. И., Ахмедов Р. М., Иванова Ю. А. Проблема загрязнения окружающей среды при нефтедобыче : актуальные вопросы // Вестник Московского университета МВД России. 2020. № 7. С. 118 – 122.

11. Кириенко О. А., Имранова Е. Л. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на состав микробного сообщества // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2015. № 3 (38). С. 79 – 86.

12. Коршунова Т. Ю., Четвериков С. П., Бакаева М. Д., Кузина Е. В., Рафикова Г. Ф., Четверикова Д. В., Логинов О. Н. Микроорганизмы в ликвидации последствий нефтяного загрязнения (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. T. 55, № 4. С. 338 – 349.

13. Михайлова А. А., Попова Л. Ф., Наквасина Е. Н. Эколого-биологические особенности загрязнения нефтепродуктами почв Архангельска. Архангельск : Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова, 2016. 150 с.

14. Новоселова Е. И., Киреева Н. А., Гарипова М. И. Роль ферментативной активности почв в осуществлении ею трофической функции в условиях нефтяного загрязнения // Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19, № 2. C. 474 – 479.

15. Оруджев Р. А., Джафарова Р. Э. Особенности токсического действия углеводородов нефти на организм человека // Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2017. Т. 16, № 4. С. 8 – 15.

16. Плеханова А. В., Холкин Е. Г. Эколого-экономическое обоснование рекультивации нефтезагрязненных почв биотехнологическим методом // Актуальные вопросы энергетики. 2021. Т. 3, № 1. С. 89 – 93.

17. ПНД Ф 14.1.272-2012 Количественный химический анализ вод. Методика (метод) измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах сточных вод методом ИКспектрофотометрии с применением концентратомеров серии КН / Фед. служба по надзору в сфере природопользования. М., 2017. 29 с.

18. Практикум по микробиологии : учебное пособие / под ред. А. И. Нетрусова. М. : Академия, 2005. 608 с.

19. Сафаров А. Х., Водопьянов В. В., Ягафарова Г. Г., Дусаева Я. М., Акчурина Л. Р. Прогнозирование биодеградации тяжелой нефти ассоциацией аборигенных нефтедеструктирующих микроорганизмов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330, № 12. С. 111 – 118. https://doi.org/10.18799/24131830/ 2019/12/2407

20. Требин Г. Ф., Чарыгин Н. В., Обухова Т. М. Нефти месторождений Советского Союза : справочник. М. : Недра, 1980. 584 с.

21. Успанова Д. М., Нечаева О. В., Шуршалова Н. Ф., Каменева В. В., Бычков А. Р. Изучение эффективности использования сапрофитного штамма бактерий Bacillus pumilus для утилизации ксенобиотиков I – II класса опасности // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 200 – 206. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-200-206

22. Федорова О. С., Рязанова Т. В., Кириенко И. А., Машанов А. И. Эффективность деструкции нефтепродуктов иммобилизованной микрофлорой при разных уровнях загрязнения почвы // Вестник КрасГАУ. 2009. № 5. С. 81 – 85.

23. Франк Ю. А., Никитчук К. Л., Сапега А. А., Лукьянова Е. А., Ивасенко Д. А., Косов А. В., Герасимчук А. Л., Евсеева Н. С. Повышение эффективности ремедиации нефтезагрязненных почв в природно-климатических условиях севера Томской области и сопредельных регионов с применением аборигенных микроорганизмов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331, № 9. С. 130 – 139. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/9/2815

24. Шапиро Т. Н., Дольникова Г. А., Немцева Н. В., Санджиева Д. А., Лобакова Е. С. Идентификация и физиологическая характеристика консорциума углеводород окисляющих бактерий нефти и нефтепродуктов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018. № 4. С. 107 – 113. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-4-107-113

25. Al-Hawash A. B., Dragh М. А., Li S., Alhujaily A., Abbood H. A., Zhang X., Ma F. Principles of microbial degradation of petroleum hydrocarbons in the environment // Egyptian Journal of Aquatic Research. 2018. Vol. 44, iss. 2. P. 71 – 76. https://doi.org/10.1016/j.ejar.2018.06.001

26. Alotaibi H. S., Usman A. R., Abduljabbar A. S. Carbon mineralization and biochemical effects of short-term wheat straw in crude oil contaminated sandy soil // Applied Geochemistry. 2018. Vol. 88. P. 276 – 287. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.02.017

27. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. New York : Springer, 2007. Vol. 2. 1136 p.

28. Fagbemi O., Sanusi A. Chromosomal and plasmid mediated degradation of crude oil by Bacillus coagulans, Citrobacter koseri and Serratia ficaria isolated from the soil // African Journal of Biotechnology. 2017. Vol. 16, № 21. P. 1242 – 1253. https://doi.org/10.5897/AJB2017.15960

29. Galitskaya P., Biktasheva L., Blagodatsky S., Selivanovskaya S. Response of bacterial and fungal communities to high petroleum pollution in different soils // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. Article number 164. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80631-4

30. Melekhina E. N., Belykh E. S., Markarova M. Y., Taskaeva A. A., Rasova E. E., Baturina O. A., Kabilov M. R., Velegzhaninov I. O. Soil microbiota and microarthropod communities in oil contaminated sites in the European Subarctic // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. Article number 19620. https://doi.org/10.1038/s41598-021-98680-8

31. Mikolasch A., Donath M., Reinhard A., Herzer C., Zayadan B., Urich T., Schauer F. Diversity and degradative capabilities of bacteria and fungi isolated from oil-contaminated and hydrocarbon-polluted soils in Kazakhstan // Applied Microbiology and Biotechnology. 2019. Vol. 103, iss. 17. Р. 7261 – 7274. https://doi.org/10.1007/s00253-019-10032-9

32. Obayori S. O., Salam L. B. Degradation of polycyclic aromatichydrocarbons: Role of plasmids // Scientific Research and Essays. 2010. Vol 5, № 25. Article number 043841B22474. https://doi.org/10.5897/SRE.9000022

33. Polyak Y. M., Bakina L. G., Chugunova M. V., Mayachkina N. V., Gerasimov A. O., Bure V. M. Effect of remediation strategies on biological activity of oil-contaminated soil – A field study // International Biodeterioration & Biodegradation. 2018. Vol. 126. P. 57 – 68. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.10.004

34. Puustinen J., Jurgensen K. S., Strandberg T., Suortti A. M. Bioremediation of oilcontaminated soil from service stations // Environmental Pollution. 2020. Vol. 107. Р. 245 – 254.

35. Rajasekar A., Balasubramanian R., Kuma J. V. M. Role of hydrocarbon degrading bacteria Serratia marcescens ACE2 and Bacillus cereus ACE 4 on corrosion of carbon steel API 5LX // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2011. Vol. 50, iss. 17. P. 10041 – 10046. https://doi.org/10.1021/ie200709q

36. Thapa B., Kumar A., Ghimire A. A review on bioremediation of petroleum hydrocarbon contaminants in soil // Kathmandu University Journal of Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 8, № 1. P. 164 – 170. https://doi.org/10.3126/kuset.v8i1.6056

37. Zakaria N. N., Gomez Fuentes C., Abdul Khalil K., Convey P., Roslee A. F. A., Zulkharnain A., Sabri S., Shaharuddin N. A., Cárdenas L., Ahmad S. A. Statistical optimisation of diesel biodegradation at low temperatures by an antarctic marine bacterial consortium isolated from noncontaminated seawater // Microorganisms. 2021. Vol. 9, iss. 6. Article number 1213. https://doi.org/10.3390/microorganisms9061213