Роль микроорганизмов в очистке и загрязнении биосферы.

Роль микроорганизмов в
очистке и загрязнении
биосферы.
Вопросы
1. Характер загрязнения среды
2. Суть микробиологии очистки среды
3. Взаимодействие МО с основными
загрязнениями среды
Основными деструкторами
органических веществ являются МО.
Именно в разложении соединений,
переводе их в доступные для растений
неорганические и низкомолекулярные
органические в-ва и, следовательно, в
обеспечении круговорота элементов в
биосфере состоит главная функция
бактерий, актиномицетов и
микроскопических грибов на Земле.
Аспекты химического
загрязнения биосферы
количественный
качественный
Первый связан с массированным
попаданием в отдельные зоны
неприятных для окружающей
среды в-в природного
происхождения, например
отходов крупных
животноводческих ферм, стоков
больших городов, нефти при
авариях танкеров и т.д.
Второй - связан с загрязнениями
новыми, синтетическими
соединениями, продуктами
химической деятельности
человека, веществами, которые
ранее в природе не встречались,
участия в эволюции жизни не
принимали и поэтому с большим
трудом включаются в метаболизм.
Микробиология
очистки
окружающей
среды
микробиология
очистки воды
микробиология
очистки воздуха
микробиология
детоксикации
почвы
Токсины цианобактерий
Гепатотоксины
(2-3 мг на 1 г клеток ЦБ)
Наиболее распространенные токсины
цианобактерий. Наиболее изучены
микроцистины (более 40 вариантов).
Первоначально выделены из Microcystis
aerugenosa, продуценты – Anabaena,
Oscillatoria, Nostoc, Nodularia.
Другой гепатотоксин – нодуларин;
продуцент – Nodularia spumigena и др.
микроцистин
Не разрушаются в процессе пищеварения, концентрируются в клетках
печени, ингибируют ключевые ферменты, разрушают печень, вызывая
кишечные кровотечения и некроз печени. При больших дозах смерть наступает
в течение нескольких часов. При длительном употреблении с водой низких доз
(0,1 γ/мл) развивается рак печени. Пример – употребление непроточной
воды в южных областях Китая
Нейротоксины
1-4 мг на г клеток
Анотоксин а и а(s), сакситоксин – широко распространены,
смертельно опасны; смерть наступает от остановки дыхания.
Аноксин а
Аноксин аs
Сакситоксин
Продуценты – цианобактерии семейства Anabaena. Обитают в Канаде,
Финляндии, Норвегии, Шотландии, Италии, США и др.
Цитотоксины
Цилиндроспермопсин
Цилиндроспермопсин –продуцентCylindrospermopsis, обнаружен в троПической и субтропической зонах,
Находят повсюду (США, Бразилия,
Франция, Венгрия, Израиль, Япония).
Прекрасно растворим в воде, стабилен.
Свойства всех токсинов цианобактерий
- высокая токсичность – действуют в минорных концентрациях, мкг (γ)
- проникают в организм любым путем: через рот, через кожу,
при вдыхании
-
очень устойчивы, не разрушаются при нагревании, обработке воды хлором,
сильном подкислении.
Потребление синтетических моющих средств (СМС)
на душу населения
в России
в Германии и Польше
в Англии и Франции
в году
2000
2000
2000
кг
3,3
50
почти 100
В 2001 году россияне употребили в хозяйстве 439 тысяч
тонн СМС, потратив на это около 450 миллионов
долларов.
Рост производства стирального порошка в 2002 году
максимум на 2 процента.
Страны, в которых использование фосфатов в составе СМС
законодательно запрещено или ограничено
Германия
Италия
Австрия
Норвегия
Швейцария
Нидерланды
Япония
Южная Корея
Тайвань
Гонконг
Таиланд
ЮАР
Бельгия
Дания
Финляндия
Швеция
Франция
Великобритания
Испания
Греция
Португалия
Потребление синтетических моющих средств (СМС)
на душу населения
страна
год
кг
Россия
2000
3,3
Германия, Польша
2000
50
Англия, Франция
2000
почти 100
В 2001 году россияне употребили в хозяйстве 439 тысяч
тонн СМС, потратив на это около 450 миллионов
долларов.
Микробиология детоксикации почвы
возникла в связи с широким
использованием в с/х
разнообразных пестицидов и
загрязнением почвы твердыми и
полужидкими отходами (свалки,
накопители и т.п.), а также в связи с
попытками использовать сточные
воды различной степени очистки
для орошения полей.
Микробиология очистки воздуха –
аэромикробиология – изучает
возможности использования
микробов для очистки воздуха от
вредных, токсических или
взрывоопасных в-в. Проводит
исследования возрастающего
загрязнения воздуха МО и поиск
способов предупреждения такого
загрязнения.
Тяжелые металлы
Угнетающее действие свинца
усиливалось с увеличением его
концентрации, однако, изменения в
почвенном микробоценозе происходили под
влиянием свинца в дозах до 500 МГ/КГ.
Более того эти изменения обратимы.
Хром оказывает более угнетающее
воздействие на микробные клетки в 10 раз
меньшей дозе чем свинец и это необратимо.
Повышенное содержание хрома угнетает и
санитарно-показательные бактерии.
Известно, что некоторые
представители ризосферы могут
накапливать свинец (Bacillus,
Azotobacter, Mycobacterium,
Pseudomonas, некоторые грибы).
Возможно, они участвуют в
накоплении этих элементов в
растении.
Известно, что тяжелые металлы
угнетают ферментативную активность
бактерий, что снижает скорость
деструкции органического материала
Бактерии, извлеченные со дна
Тихого океана, могут быть
использованы для очистки
сточных вод от ионов тяжелых
металлов, образующихся при
производстве стали и цветных
металлов. Живые организмы в
три раза более эффективны,
чем самые современные
методы очистки сточных вод.
Микроорганизмы Brachybacterium faecium (изображение с сайта Jgi.Doe.Gov).
оксид марганца, вырабатываемый
бактериями, за счет большей площади
поверхности является гораздо более
эффективным адсорбентом ионов
цинка и магния, концентрация которых,
как правило, так же многократно
превышает нормы в сточных водах
металлургических производств, чем
оксид марганца, получаемый
традиционным химическим путем.
Бензпирен (БП)
В отличие от тяжелых металлов БП
вызвал перегруппировку в почвенном
микробоценозе: уменьшается
численность сапрофитных бактерий, и
одновременно увеличивается
численность споровых, актиномицетов
и почвенных грибов.
Эти нарушения приводят к нарушению
процессов самоочищения почвы от
кишечной палочки.
ПАВ (поверхностно-активные
вещества)
Сами по себе ПАВ малотоксичные, однако
они даже в очень низких концентрациях
обладают выраженной способностью
изменять проницаемость биологических
мембран и степень резорбции (resorbeo всасывание) различных питательных
веществ.
К применению предлагаются ПАВ, которые
легко подвергаются микробной деструкции, и
которые не вызывают нарастания
кумулятивных свойств токсических в-в.
Через один месяц после обработки
почвы ПАВ его содержание в
гумусовом горизонте уменьшалось
на 76%, в концу второго месяца
наблюдалось полное разложение
сульфонола в почве. В горизонте
А2 количество ПАВ снижалось
немного медленнее. В стерильной
почве снижение сульфонола в
почве через месяц соответствовало
2%, через два – на столько же.
Нефтяные продукты
Загрязнение ими приводит, прежде
всего, к значительному снижению
актиномицетов, азотфиксаторов,
нитрификаторов, аэробных
аммонификаторов.
Неметаллические бытовые
отходы
поливинилхлорид, х/б ткань, полиамид,
фенолформальдегид и др.
Установлено, что такие отходы разрушаются
смешанными популяциями, состав которых
определяется как химической природой
материала, как питательного субстрата, так и
экологическими условиями. Ведущую роль в
этих популяциях играют плесневые грибы и
бактерии рода Pseudomonas.
Решение проблемы загрязнения биосферы
1. Поток чужеродных веществ в биосферу
должен сокращаться путем жесткого
контроля стоков, ликвидации
неконтролируемых путей поступления
вредных веществ
2. Вносимые в биосферу чужеродные
соединения должны разлагаться в нужное
время до конечных продуктов, вступая в
естественные биосферные циклы
элементов.
В решении этой комплексной
задачи микроорганизмам
придается особое значение, тем
более что в настоящее время не
существует эффективных
экономических способов
разложения некоторых
синтетических соединений в
биосфере, альтернативных
микробиологическому способу.