Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілетін зерттеу
КІРІСПЕ 3
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 4
Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және биодеградациясы 4
Фенол биодеградациясының механизмі
1.3 Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті 13
ҚОРЫТЫНДЫ 21
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 22
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 4
Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және биодеградациясы 4
Фенол биодеградациясының механизмі
1.3 Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті 13
ҚОРЫТЫНДЫ 21
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 22
Химиялық өндірістің дамуына байланысты биосферадағы түрлі ксенобиотиктер саны қарқынды өсуде, олар өз кезегінде қоршаған ортаны ластаушылардың бірі болып келеді. Ксенобиотиктердің көпшілігі токсинді және мутагенді, канцерогенді, аллергендік белсенділігі бар.
Түрлі тұрақты ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі, қазіргі таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәселеге айналып отырған – фенол және оның қосылыстары. Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп гидроксилді топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды қосылыстардың қарапайым өкілі фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен басқа барлық фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан қызыл - қоңыр немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Ластанған қоршаған орталардың «өздігінен» қалпына келуі физикалық және биологиялық процесстер арқылы жүреді. Биологиялық процесстер көптеген жағдайда микроорганизмдер арқылы іске асады. Басқа микроорганизм түрлеріне қарағанда, Pseudomonas туысының өкілдерінің күрделі ксенобиотиктерді ыдырату қабілеті жоғары болып келеді. Бұл микроорганизмдердің клеткалары оксидоредуктазалар мен гидролазалардан тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол және фенол сияқты көмірсутектер мен ароматты қосылыстардың молекулаларын ыдыратуға қабілетті [4].
Сондықтан, практикалық биоремедиацияда Pseudomonas туысының өкілдерін кеңінен қолданады. Осыған орай, Pseudomonas туысының өкілдерінің фенол қосылыстарын биобұзу қабілетін қарастыру қазіргі таңдағы маңызды мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: мұнай ыдыратушы Pseudomonas mendocina H3 штамының фенолды ыдырату қабілетін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері: Pseudomonas mendocina H3 штамының пептонды, пептонсыз және фенолды ортада өсуін бақылау.
Түрлі тұрақты ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі, қазіргі таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәселеге айналып отырған – фенол және оның қосылыстары. Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп гидроксилді топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды қосылыстардың қарапайым өкілі фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен басқа барлық фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан қызыл - қоңыр немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Ластанған қоршаған орталардың «өздігінен» қалпына келуі физикалық және биологиялық процесстер арқылы жүреді. Биологиялық процесстер көптеген жағдайда микроорганизмдер арқылы іске асады. Басқа микроорганизм түрлеріне қарағанда, Pseudomonas туысының өкілдерінің күрделі ксенобиотиктерді ыдырату қабілеті жоғары болып келеді. Бұл микроорганизмдердің клеткалары оксидоредуктазалар мен гидролазалардан тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол және фенол сияқты көмірсутектер мен ароматты қосылыстардың молекулаларын ыдыратуға қабілетті [4].
Сондықтан, практикалық биоремедиацияда Pseudomonas туысының өкілдерін кеңінен қолданады. Осыған орай, Pseudomonas туысының өкілдерінің фенол қосылыстарын биобұзу қабілетін қарастыру қазіргі таңдағы маңызды мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: мұнай ыдыратушы Pseudomonas mendocina H3 штамының фенолды ыдырату қабілетін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері: Pseudomonas mendocina H3 штамының пептонды, пептонсыз және фенолды ортада өсуін бақылау.
1. Анохина Т.О., Кочетков В.В., Зеленкова Н.Ф., Балакшина В.В., Боронин А.М.,// Прикл.биохимия и микробиология. 2004. T. 40. №6. С. 654-658.
2. Велков В.В.,// Биотехнология. 1995. №3-4.С. 20-27.
3. Хабибулина Ф.М., Шубаков А.А., Арчегова И.Б., Романов Г.Г.,// Биотехнология. 2002. № 6. С. 57-67.
4. Рабинович М.Л., Болобова А.В., Васильченко Л.Г., // Прикл.биохимия и микробиология.2004. T. 4. № 1. С. 5-23.
5. Черникова Т.Н., Адылова А.Т., Абдукаримов А.А., // Узбекский биол. журн. 1999. №1-2. С. 7-20.
6. Мулюкин А.Л., Сузина Н.Е., Дуда В.И., Эль-Регистан Г.И., // Микробиология. 2008. Т. 77. № 4. С. 512-523.
7. Экологическая биотехнология./ Под ред. К.Ф. Форстера и Д.А. Дж. Вейза. – Л.: Химия,1990.
8. Кузнецова А.Е., Градова Н.Б., // Научные основы экобиотехнологии.- М. Mир, 2006. C.504-510.
9. Гвоздяк П.И., Могилевич Н.Ф., Куликов Н.И., Романова Е.А., Нездойминов В.И. Очистки фенолсодержащих сточных вод закрепленными микроорганизмами // Химия и технология воды.- 1989.- Т. 11, №1.- C. 73-75.
10. Загроная Н.Б., Никоненко В.У., Чеховская Т.П., Гвоздяк П.И. Биоразрушение ксенобиотиков в сточных водах производства фенолформальдегидных смол // Химия и технология воды – 1987. T. 96 №4.- C. 357-359.
11. Форстер К.Ф., Вейз Д.А. Экологическая биотехнология: перев.с нем.- Л.: Химия, 1990.-282c.
12. Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности. М., Академия, 1999.
13. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенолных соединений. М. Мир, 1974.
14. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленности выбросами. М.,”Химия”, 1979.
15. Воробьева А.А. // Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. РАМН.2000. С.401-420.
16. Общая микробиология: Пер. С нем.- М: Мир,1987.- 567c.,ил.
17. Микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – 3-e изд., испр. – М.: Издательский центр “Академия”, 2009.- 352c.
18. Микробиология: Учебник // Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. – СПб.: ГИОРД, 2009.- 368c.: ил.
19. Елин Е. С. Фенольные соединения в биосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 392 с.
20. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соросовский образовательный журнал. - 1998.- №10.- С. 25-31.
21. Назаров А.В., Илларионов С.А. // Биотехнология. 2005. № 5. С. 54-62.
22. Сиунова Т.В., Анохина Т.О., Машукова А.В., Кочетков В.В., Боронин А.М. // Микробиолгия. 2007. Т. 76. № 2. С. 212-218.
23. Сизова О.И., Любунь Е.В., Кочетков В.В., Валидов Ш.З., Боронин А.М. // Прикл.биохимия и микробиология. 2004. Т. 40. № 1. С. 78-82.
24. Кочетков В.В., Боронин А.М. // Микробиолгия. 1984. Т. 53. № 4. С. 639-644.
25. Подольская В.И., Грузина Т.Г., Ульберг З.Р., Соколовская А.С., Грищенко Н.И. // Прикл.биохимия и микробиология. 2002. Т. 38. № 1. С. 57-62.
26. Волкова О.В., Анохина Т.О., Пунтус И.Ф., Кочетков В.В., Филонов А.Е., Боронин А.М. // Прикл.биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. №5. С. 525-529.
2. Велков В.В.,// Биотехнология. 1995. №3-4.С. 20-27.
3. Хабибулина Ф.М., Шубаков А.А., Арчегова И.Б., Романов Г.Г.,// Биотехнология. 2002. № 6. С. 57-67.
4. Рабинович М.Л., Болобова А.В., Васильченко Л.Г., // Прикл.биохимия и микробиология.2004. T. 4. № 1. С. 5-23.
5. Черникова Т.Н., Адылова А.Т., Абдукаримов А.А., // Узбекский биол. журн. 1999. №1-2. С. 7-20.
6. Мулюкин А.Л., Сузина Н.Е., Дуда В.И., Эль-Регистан Г.И., // Микробиология. 2008. Т. 77. № 4. С. 512-523.
7. Экологическая биотехнология./ Под ред. К.Ф. Форстера и Д.А. Дж. Вейза. – Л.: Химия,1990.
8. Кузнецова А.Е., Градова Н.Б., // Научные основы экобиотехнологии.- М. Mир, 2006. C.504-510.
9. Гвоздяк П.И., Могилевич Н.Ф., Куликов Н.И., Романова Е.А., Нездойминов В.И. Очистки фенолсодержащих сточных вод закрепленными микроорганизмами // Химия и технология воды.- 1989.- Т. 11, №1.- C. 73-75.
10. Загроная Н.Б., Никоненко В.У., Чеховская Т.П., Гвоздяк П.И. Биоразрушение ксенобиотиков в сточных водах производства фенолформальдегидных смол // Химия и технология воды – 1987. T. 96 №4.- C. 357-359.
11. Форстер К.Ф., Вейз Д.А. Экологическая биотехнология: перев.с нем.- Л.: Химия, 1990.-282c.
12. Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности. М., Академия, 1999.
13. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенолных соединений. М. Мир, 1974.
14. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленности выбросами. М.,”Химия”, 1979.
15. Воробьева А.А. // Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. РАМН.2000. С.401-420.
16. Общая микробиология: Пер. С нем.- М: Мир,1987.- 567c.,ил.
17. Микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – 3-e изд., испр. – М.: Издательский центр “Академия”, 2009.- 352c.
18. Микробиология: Учебник // Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. – СПб.: ГИОРД, 2009.- 368c.: ил.
19. Елин Е. С. Фенольные соединения в биосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 392 с.
20. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соросовский образовательный журнал. - 1998.- №10.- С. 25-31.
21. Назаров А.В., Илларионов С.А. // Биотехнология. 2005. № 5. С. 54-62.
22. Сиунова Т.В., Анохина Т.О., Машукова А.В., Кочетков В.В., Боронин А.М. // Микробиолгия. 2007. Т. 76. № 2. С. 212-218.
23. Сизова О.И., Любунь Е.В., Кочетков В.В., Валидов Ш.З., Боронин А.М. // Прикл.биохимия и микробиология. 2004. Т. 40. № 1. С. 78-82.
24. Кочетков В.В., Боронин А.М. // Микробиолгия. 1984. Т. 53. № 4. С. 639-644.
25. Подольская В.И., Грузина Т.Г., Ульберг З.Р., Соколовская А.С., Грищенко Н.И. // Прикл.биохимия и микробиология. 2002. Т. 38. № 1. С. 57-62.
26. Волкова О.В., Анохина Т.О., Пунтус И.Ф., Кочетков В.В., Филонов А.Е., Боронин А.М. // Прикл.биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. №5. С. 525-529.
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Биология факультеті
Микробиология кафедрасы
Бітіру жұмысы
Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілетін зерттеу
Орындаған:
Мыржанова Ж.Б.
4 курс студенті
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.д., профессор Жұбанова А.А
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к., доцент Қайырманова Г.Қ
Кафедра меңгерушісі:
б.ғ.д., профессор __________________________________ Мукашева Т.Ж.
Норма бақылаушы: _______________________________ Бектилеуова Н.К.
Алматы, 2011ж
Мазмұны
КІРІСПЕ 3
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 4
1.1 Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және 4
биодеградациясы
1.2 Фенол биодеградациясының механизмі 13
Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті
ҚОРЫТЫНДЫ 21
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 22
КІРІСПЕ
Химиялық өндірістің дамуына байланысты биосферадағы түрлі
ксенобиотиктер саны қарқынды өсуде, олар өз кезегінде қоршаған ортаны
ластаушылардың бірі болып келеді. Ксенобиотиктердің көпшілігі токсинді және
мутагенді, канцерогенді, аллергендік белсенділігі бар.
Түрлі тұрақты ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі, қазіргі
таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәселеге айналып отырған – фенол және оның
қосылыстары. Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп
гидроксилді топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды
қосылыстардың қарапайым өкілі фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен
басқа барлық фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан
қызыл - қоңыр немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Ластанған қоршаған орталардың өздігінен қалпына келуі физикалық және
биологиялық процесстер арқылы жүреді. Биологиялық процесстер көптеген
жағдайда микроорганизмдер арқылы іске асады. Басқа микроорганизм түрлеріне
қарағанда, Pseudomonas туысының өкілдерінің күрделі ксенобиотиктерді
ыдырату қабілеті жоғары болып келеді. Бұл микроорганизмдердің клеткалары
оксидоредуктазалар мен гидролазалардан тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол
және фенол сияқты көмірсутектер мен ароматты қосылыстардың молекулаларын
ыдыратуға қабілетті [4].
Сондықтан, практикалық биоремедиацияда Pseudomonas туысының өкілдерін
кеңінен қолданады. Осыған орай, Pseudomonas туысының өкілдерінің фенол
қосылыстарын биобұзу қабілетін қарастыру қазіргі таңдағы маңызды
мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: мұнай ыдыратушы Pseudomonas mendocina H3 штамының
фенолды ыдырату қабілетін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері: Pseudomonas mendocina H3 штамының пептонды,
пептонсыз және фенолды ортада өсуін бақылау.
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және биодеградациясы
Көптеген технологиялардың үлкен кемшіліктерінің бірі – оның биосфераға
бөтен болып келетін заттары мен процестеріне негізделген. Нәтижесінде
радиоактивті заттар, пестицидтер мен оның толығымен ыдырамаған өнімдері,
ауыр металдар (болат, кадмий, никель), басқа да биологиялық белсенді
элементтер (фтор, ванадий, бериллий) сияқты ксенобиотиктермен ластанып,
экологиялық қауіпті тудырады.
Қазіргі кезде ғылымға 10 млн-нан артық органикалық қосылыстар белгілі.
Олардың 100 мыңы кең қолданыс тапқан және жыл сайын мыңнан артығы осы
тізімге қосылып отырады. Кейбіреулері токсикант, мутаген, онкоген және т.б.
түрде қауіпті екендері белгілі. Үстінен қосыла берген сайын әсері де
күшейеді. Ластану көптеген биологиялық түрлерге және тіршілік ету
орындарына таралған кезде, ластаушыларды қолданудан болған көптеген
экологиялық салдарының санын білмей қаласын. Қарапайым экологиялық
әсерлерді, қатты токсикалылығын және осы әр заттың биоконцентрлілігін
анықтап, сипаттау үшін 10 мың доллардан артық қаражат керек, ал әр жақты
зерттеулер жүргізу үшін бағасы 100 еселенеді. Ксенобиотиктерге тірі
табиғаттың түрлерінің реакциялары мен сезімталдылығының әр түрлілігіне
қарамастан, тіршілік ету механизмінің негізінде бірдей клеткалық құрылым
мен биохимиялық механизмдер жатыр[7].
Биосфера шаруашылық процестер кезінде табиғаттағы металдармен
байытылады. Табиғи геохимиялық процестерде болмайтын металдар
концентрациясы локальді түрде жиналады. Табиғи жағдайларда әрқашан бөлек
орналасатын металдар қосылады. Литосферадағы элементтің жыл сайынғы
өндірісінің салмағы кларкіне қатынасы оның технофильділігін сипаттайды. Бұл
жағдай Cl, C, Pb, Sb, Zn, Cr, Cu, Sn, Mo, Hg элементтерінде айқын
байқалады. Көптеген металдардың бос күйі биосфераға сай емес. Бірақ
технологиялы өңдеу нәтижесінде көбі геохимиялық тұрақсыз пішінге ауысады,
әдетте биологиялық белсенді болады.
Қоршаған ортадағы антропогенді әсерлер адамның өндірістік және
тұрмыстық тіршілік әрекетімен байланысты. Судағы (Приморск өлкесі)
фенолдардың орташа мөлшері шектік концентрациядан 4 – 5 есе жоғары болған
(0,004 – 0,005 мгл). Осыған байланысты ағынды суларды және газды фазаларды
фенолдардан тазалаудың негізгі тәсілдерін қарастыру маңызды болып табылады.
Шамамен барлық химиялық өзгерістердің технологиясы олардың қоршаған
ортаға әсерін есепке алмай жасалған. Шынында да мұнай мен целлюлоза
технологиясы өндірістің қоршаған ортаға зиянды әсері болмаған кезде
жасалған. Уақыт өте химиялық өзгерістер кеңейіп, шығарылатын қалдықтар
мөлшері де артты. Тазалау технологиялары жасалып енгізілді. Бірақ химия
өнеркәсібінің дамуына байланысты ластанулар көбеюде. Табиғи жағдайда
ыдырамайтын және зияндылығы жойылмайтын жаңа химиялық қосылыстар пайда
болуда, ал олардың тірі организмдерге қауіптілігі өте жоғары болуы мүмкін
[7-8].
Химия өнеркәсібінің салаларында түзілетін ластағыш заттардың көлемі өте
көп. Ауа бассейнінің ең негізгі ластағыштары – көміртек тотығы, күкіртті
газ, азот тотықтары, шаң, канцерогенді заттар, фтор, металл аэрозольдары.
Су бассейнінің ластағыштары - әр түрлі тұздар, сілтілер мен қышқылдар,
кадмий, сынап, мышьяк, мұнай және оның өнімдері, цианидтер мен фенолдар.
Экожүйеге түсіп жатқан ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі және
қазіргі таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәелеге айналып отырған – фенол және
оның қосылыстары [13].
Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп гидроксилді
топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды қосылыстардың
қарапайым өкілі - фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен басқа барлық
фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан қызыл – қоңыр
немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Фенолды қосылыстар – денсаулықты сақтауға қажетті емдік
–профилактикалық әсер ететін биологиялық белсенді заттар. Олар қан
тамырларының беріктігін жоғарылатады, ішкі секреция бездерінің жұмысын
реттейді. Мысалы, терінің сәулелі жарақаттануларын прополис жақсы емдейді,
ал бұл оның фенолды компоненттерімен байланысты [19]. Көптеген фенолды
қосылыстардың ішінде ерекше қызығушылықты флавоноидтар тудыруда, олар
ағзадан радиоактивті заттардың шығуына ықпал етеді. Фенол (1суретте) -
түссіз инелі кристалдар, ауада тотыққанда қызғылттанады, түсті заттардың
түзілуіне әкеледі. Алмұрттың иісіне ұқсайтын арнайы иісі болады. Суда,
сілтілі ерітінділерде, спиртте, бензолда, ацетонда, ериді:
Фенолдар окси ароматты көмірсутектер ретінде болады (бензол, оның
гомологтары, нафталин). Әдетте оларды су буымен ұшқыш (фенол, креозол,
ксиленол және т.б.) ұшқыш емес (ди және триоксиқосылыстар) деп бөледі.
Гидроксил топтарының сақинасына қарай біратомды, екіатомды және көпатомды
фенолдар деп бөледі. Фенолдар табиғи өзеннің жағдайында су организмдерінің
метаболизм процесінде, биохимиялық тотығуда және органикалық заттардың
трансформациясында түзіледі.
Фенолдар дезинфекцияцияда, клей жасауда және фенолформальдегидті
пластмассалар жасауда қолданылады. Олар бензинді және дизельді
двигательдердің газдарының құрамына кіреді, мұнай өңдейтін, анилинбояу,
ағашхимиялық және басқа да өнеркәсіптердің ағынды суларында болады. Табиғи
суларда фенолдар әдетте еріген феноляттар, фенолятты иондар және бос
фенолдар түрінде болады. Фенолдардың жақсы ерігіштігі қалалық агломерация
жағдайында өзен суларының ластану қарқындылығын арттырады, ондай суларда
фенолдың мөлшері 1л-де ондаған және жүздеген микрограмға жетеді.
Фенол әлемдік өндірілуі бойынша химиялық заттар ішінен 33-ші орынды, ал
органикалық заттар ішінен 17-ші орынды алады. 2006 жылы фенолдың өндірістік
масштабта шығарылуы үш әдіспен жүзеге асырылған:
1) кумольды әдіс, бұл әдіспен әлемде өндірілетін фенолдың 95% алынады.
Барботажды бағаналарда кумол ауамен каталитикалық емес тотығуға
түседі де, кумол гидропероксиді (КГП) түзіледі. Алынған КГП күкірт
қышқылымен катализ кезінде, фенол мен ацетон түзіп ыдырайды.
2) тек қана 3% фенолды толуолдың тотығуынан алуға болады, қалған барлық
фенолды таскөмірлі смоладан бөліп алады;
3) фенолды хинонды тотықсыздандыру арқылы алуға болады.
Фенолдар – химиялық тұрақсыз және сулы ортада белсенді ыдырауға
ұшырайды. Теңіз суының фенолдардан өздігінен тазару процесі
микроорганизмдер бөлетін ферменттердің қатысында биохимиялық тотығу жолымен
жүреді [11].
Қуандықов Б.М. (1995) мәліметтеріне сай, Солтүстік Каспий суында
фенолдың орташа мөлшері 60 мкгл құрайды, ал бұл аймақтың суларына орташа
мән 3 мкгл тән болады [12].
Қазгидромет деректеріне сай, соңғы кездері судағы фенолдар
концентрациясы 6 ПДК (0,006мгл) көбейген. 1996 жылы Каспийдің шығыс
жағалауына жақын суларда фенолдардың орташа мөлшері 3,9 мкгл (3,9 ПДК)
құраған. Ал бұл әр түрлі авторлардың көрсеткіштеріне сай келген [10].
Фенолдар өндірістік сулармен судың беткі қабатына түсетін кең таралған
ластағыштардың бірі болып табылады. Фенолды сулардың суқоймаларға
түсуі ондағы жалпы санитарлық жағдайды нашарлатып, тірі организмдерге
өзінің улылығымен ғана емес, биогенді элементтер мен еріген газдардың
режимінің өзгеруімен де әсер етеді.
Суқоймалардың фенолдардан өздігінен тазару процесі өте баяу жүреді және
оның қалдықтары өзен ағынымен таралып кетуі мүмкін. Сондықтан фенолды
суларды төкпес бұрын тазалаудан өткізеді.
Фенолдар беттік суларға мұнай өңдейтін, коксохимия, ағаш химия, тақта
тас өндейдін өндірістердің, анилин бояу өндірістерінің, сонымен қатар,
гидролизді өнеркәсіптің (тоқыма өнеркәсібімен целлюлозды қағаз
өнеркәсібінің шикізаттарын өңдеу) суларымен түсетін ең кең тараған
ластағыштардың бірі болып табылады.
Өнеркәсіп өндірісінің суларында фенолдар мөлшері 5-10 гл жетуі мүмкін.
Ауыз суы мен балық шаруашылығының суқоймаларында фенолдардың шектік
концентрациясы 1 мкгл құрайды. Әсіресе, фенолдардың концентрациясы
коксохимия зауыттарының суларында жоғары – 20 гл, ал тәулігіне 4-10 т
фенол тастайды. Фенолмен ластанған табиғи суларда олардың мөлшері 1л-де
ондаған, тіпті жүздеген микро граммға жетуі мүмкін. Суқоймалардың суы
боялады, карболка иісіне ие болады, флуоресцирлейтін қабықпен жабылады. Бұл
суқоймалардағы табиғи биологиялық процестерге кері әсерін тигізеді. Беттік
суларда фенолдар фенолят, фенолят - ион және бос фенолдар түрінде еріген
күйде болуы мүмкін. Құрамында фенол бар суларды хлорлағанда тұрақты
хлорфенол қосылыстар түзіледі. Олардың аз ғана мөлшерінің өзі (0,1 мкгдм)
суға иіс пен дәм береді [9-16].
Суқоймаларда фенолдар үшін шектік концентрация 0,001 мгл
(зияндылықтың лимиттеуші көрсеткіші - органолептикалық), ПДК – 0,001 мгл
(зияндылықтың лимиттеуші көрсеткіші – балық шаруашылығы).
Каспий теңіздерінің суларында фенол мөлшері 8 мкгл құрайды. Солтүстік
Каспий суында фенолдың орташа мөлшері 6 мкгл, ал бұл ауданда орташа мән 3
мкгл құрайды [10].
Ағынды сулардағы фенолды қосылыстарды жою үшін Клибанов тәсілінің
модификациясын пероксидаза мен талькты пайдалана отырып қолдануға болады.
Пероксидаза фенолды қосылыстарды суда ерімейтін полифенолдарға дейін
ыдыратады. Бұл тәсілдің модификациясында, атап айтқанда реакциялы қоспаға
талькты қосқанда, ерімейтін өнімдердің талькке абсорбциясы жүріп,
ерітіндіден тұнбаға түседі. Осы тәсіл арқылы ерітіндіден фенолды, сонымен
қатар реакция өнімдерін толық жоюға болады. Бірінші кезде фенолды
қосылыстарды жою үшін поливинилпиролидин қолданған, кейін арзандығына
байланысты тальк қолданылған.
Биотехнологияның көмегімен біз шешуге тырысып жатқан негізгі
экологиялық мәселе - табиғи жолмен ыдырамайтын ксенобиотиктердің
биодеградациясы болып табылады. Олардың түзілуі - мұнай жіне мұнай
өнімдерімен, диоксиндермен ластану нәтижесінде болады. Полиэтиленнің
биодеградациясы үшін саңырауқұлақ пен бактериялардың консорциумының
негізінде жасалатын препаратқа зерттеулер жүргізіліп жатыр.
Табиғаттағы ластанулар химиялық заттарды орағыш заттардың әсерінен де
болады. Осы мәселені шешудің жолы - табиғи микрофлора ыдыратуға қабілетті,
биопластмассаларды жасау болып табылады. Бұл бағыттағы принципиальды
сұрақтар шешілді. Үлкен қалалардағы негізігі экологиялық мәселе - ауа
ластануларын тазарту [18].
Биодеградация (биобұзылу) - биологиялық активтілік көмегімен күрделі
заттардың ыдырауы. Бұл кең түсінік үш процесті ендіреді:
1) трансформация немесе молекуланың байқалмайтын өзгерісі;
2) фрагментация немесе күрделі молекулалардың едәуір қарапайым
қосылыстарға ыдырауы;
3) минерализация немесе күрделі заттардың ең қарапайым қосылыстарға
айналуы (Н2O,CO2,H2,NH3,CH4).
Биобұзуды жүргізетін негізгі биологиялық агенттерге ферменттік
жүйесінің түрлілігі жоғары және метаболизмінің жоғары лабильділігімен
ерекшеленетін микроорганизмдер жатады. Міне, осы микроорганизмдер химиялық
тұрақты қосылыстарды ыдыратып, сонымен қатар қоректік элементтерді
глобальды айналымға әкеліп және жер бетінде өлік қалдықтардың жиналуының
алдын алады [14].
Ксенобиотиктердің бұзылуын белсенді жүзеге асыратын, топырақ пен судан
бөлініп алынған бактериялар мен саңырауқұлақтар. Бактериялар ішінде грам оң
және грам теріс бактериялардың түрлі туыстарының өкілдері жатады. Аэробты
грам теріс бактериялар ішінде маңызды орынды Pseudomonas, Sphingomonas,
Burkholderia, Alcaligenes, Acinetobacter, Flavobacterium, метантотықтырушы
және нитрифицирлеуші бактериялар алады, ал грам теріс - Arthrobacter,
Nocardia, Rhodococcus және Bacillus туысының өкілдері. Кейбір нитрат және
сульфатредукциялаушы бактериялар және метаногенді археилер
ксенобиотиктердің аэробты деградациясын жүзеге асырады. Осындай қосылысты
аэробты бұзуға қабілетті саңырауқұлақтар Penicillium, Phanerochaete,
Aspergillus, Trichoderma, Fиsarium туысына жатады [16].
Микроорганизмдердің биобұзу қабілеті соңғы онжылдықта биосфераға
тұрақты ластаушылардың антропогенді түсуімен қолдана бастады, бұл
табиғаттың өзін-өзі тазалау қабілетін арттырады. Себебі, адам әсерінен
табиғатта қарапайым жағдайда бұзылмайтын қосылыстар түзіледі. Бұл
қосылыстар әр түрлі синтетикалық полимерлер, пестицидтер, фармацевтикалық
препараттар, жуғыш заттар. Бұл ксенобиотиктер микроқоспа деңгейінде
биологиялық белсенділікке ие.
Қоршаған ортадан ксенобиотиктерді жоюда бірнеше факторлар маңызды:
• әр түрлі әсерлерге ксенобиотиктердің тұрақтылығы;
• олардың суда ерігіштігі;
• ксенобиотиктердің ұшқыштығы;
• ортаның рН-ы;
• ксенобиотиктердің микроорганизм клеткасына ену қабілеттілігі;
• табиғи биодеградацияға ұшырайтын ксенобиотиктер мен табиғи
қосылыстардың ұқсастығы [12].
Ксенобиотиктердің биодеградациясы үшін микроорганизмдердің жеке
түрлеріне қарағанда ассоциацияларын қолдану тиімді. Микроорганизмнің бір
түрі ксенобиотиктердің ыдырауына қатысады, басқалары – жетіспейтін қоректік
заттармен қамтамасыз етеді. Ферментативті комплекстің әр түрлі
компоненттері түзілгенде немесе ферментативті реакциялардың тізбегі
түзілгенде субстратқа метаболиттік шабуыл жүзеге асады. Әсіресе, мынадай
биоцидтер: детергенттер, пластиктер және көмірсутектер қиын ыдырайды. Әр
түрлі ластағыштарға қарсы күресуге Pseudomonas туысының өкілдері қабілетті.
Бұл микроорганизмдердің клеткалары оксидоредуктазалар мен гидролазалардан
тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол және фенол сияқты көмірсутектер мен
ароматты қосылыстардың молекулаларын ыдыратуға қабілетті. Бұл ферменттерді
кодтайтын гендер плазмидаларда кездеседі. Мысалы, ОСТ плазмидасы октан мен
гексан, XYL - ксилол мен толуол, NAH - нафталин, САМ - камфараны ыдыратуға
жауапты. NAH және САМ плазмидалары бактериальды клеткалардың шағылысуын
индукциялап, өзіндік орын алмасуын қамтамасыз етеді.
1979ж. Чакрабарти (Дженерал электрик компаниясымен бірге) сәтті
шағылыстырудан кейін XYL және NAH плазмидаларынан тұратын штамм, сонымен
қатар САМ және ОСТ плазмидаларын рекомбинациялау жолымен гибридті
плазмиданы алды. Бұл штамм көмірсутектерді белсенді пайдалануына байланысты
тазартылмаған мұнайда тез өсуге қабілетті. Штамм температура мен сыртқы
факторларды бақылауға болатын ағынды суларды тазартуға арналған
суқоймаларда өте пайдалы болуы мүмкін. Бұл микроорганизмдерді әр түрлі
авариялар кезіндегі мұнайды тазалауда қолдану тиімді. Тиімділіктің жоғары
болуы үшін микроэмульсия жасайды, оған қоса бактериалды штамдар және
азот, фосфор, калий сияқты негізгі қоректік элементтердің қоспасынан
тұрады. Бұл заттарды қосу бактериалды штамдардың өсуін реттейді. Мұндай
тәсілді қолдану ластанған аумақтарды 70-90% тазалауға мүмкіндік береді
[20].
Бактериалды тазалаудың химиялық тазалаумен салыстырғанда артықшылығы,
ол қоршаған ортада жаңа ластаушы агент түзбейді. Бактериалды тазалаудан
кейін фитопланктон тығыздылығы жоғарылайды. Кейбір микроорганизмдер
ксенобиотик молекуласын өзгертіп, оның басқа микроорганизмдерге жетімді
болуын (кометаболизм) қамтамасыз етеді. Мысалы, Pseudomonas -
Р.aeruginosa және P.stuzeri екі штамдарының паратион инсектицидін ыдыратуы.
Кейбір жағдайда ксенобиотик молекуласының толық ыдырамауы жүреді, бірақ
нәтижесінде улылығы жойылады.
Ең күшті ластағыштардың бірі – ЭДТА (этилендиаминтетрасірке қышқылы)
болып табылады. ЭДТА ауыр металдарды байланыстырып, олардың топырақта
жиналуына ықпал етеді. Pseudomonas және Bacillus туысының бактериялары екі
аптада Ғе - ЭДТА комплексін ыдыратуға қабілетті. Pseudomonas-тан басқа
ксенобиотиктердің биодеградациясын Acinetobacter, Metviosinus туысының
өкілдері жүргізуге қабілетті [18-20].
Қауымдастықта бір түрлері синтездей алмайтын заттарды екінші түрлері
түзуге қабілетті болады. Мысалы, циклогександа өсетін екі микроорганизмнен
құралған қауымдастықта, Nocardia - циклогександы тотықтырады, тағы бір түрі
Pseudomonas - басқа түрлерінің өсуіне қажетті заттарды жеткізеді. Мұндай
қауымдастықтар деградация жылдамдығының артуына ықпал етеді.
Қауымдастықтарда организмнің өсуін тежейтін метаболиттер қауымдастықтың
басқа өкілдерімен жойылып отырады. Қауымдастықтар оның өкілдерінің өсу
көрсеткіштері өзгеріп отырғандықтан бәсекеге қабілетті, қоршаған орта
жағдайларына тұрақты болады. Мұндай қауымдастықтар субстратпен тежеуге
сезімтал және тазарту жүйелеріндегі күрделі жүктемелермен күресуге
қабілетті болады [17].
Ксенобиотиктердің деградациясында микробты қауымдастықтардың
маңыздылығы олардың субстратқа метаболиттік шабуыл жасауында. Жеке
түрлер мұндай метаболиттік белсенділікке ие болмайды. Мұндай метаболиттік
жүйе жекелеген түрлердің ферменттердің әр түрлі түрлерін түзу
нәтижесінде болады (мысалы, Pseudomonas тың екі түрінің белсенді
лецитиназаны синтездеуі). Тотықсызданған эквивленттер бір популяциядан
екіншісіне тасмалданатын қауымдастықтар белгілі болады. Бұл
қауымдастықтарда екінші акцепторлы организм қолданылады. Қазіргі таңда
мұндай қауымдастықтар мөлшері аз емес. Осындай қауымдастықтармен ароматты
қосылыстарды аэробты ыдыратудың экономикалық мәні бар. Үздіксіз дақылдарды
зерттегенде, өсуді лимиттейтін субстратты толық пайдалануға бір ғана емес
бірнеше популяциялар қабілетті болатын қауымдастықтар белгілі болды.
Микроорганизмдердің тұрақты қауымдастықтарында популяциялар арасында
генетикалық мәліметпен еркін алмасу жүреді. Тәжірибелердің біреуінде
көптеген уақыт бойы Pseudomonas –тың әр түрлі түрлерін өсірген. Бір түрлі
хлоркатехолдарда өсе алған, басқасының TOL плазмидасы болған. 4-
хлорбензоатта бірде бір штамм өсе алмаған. Алайда байыту тәсілдерін
пайдаланып осы хлорқұрамды ароматты қосылыста өсе алатын мутантты штамды
бөліп алуға мүмкін болады. Мұнда плазмиданың ауысуы жүрген, нәтижесінде
мутантты штамм 4-хлор бензой қышқылын тотыға декарбоксилдеуге қабілетті
болған. Өндірістік ағынды суларда реакциялардың жағымсыз өнімдері болады.
Оларды бақылау технологиясы жасалған. Дегенмен, қоршаған ортаға өндірістік
қалдықтардың күрделі қоспалары да түсуі мүмкін [20].
1.2 Фенол биодеградациясының механизмі
Бүгінгі таңда фенолды көміртегі және энергия көзі ретінде пайдаланатын
микроорганизмдер қатары белгілі. Фенол микроорганизмдер әсерімен ароматты
емес қосылыстарға дейін тотыға ыдырайды. Мұнда аэробты жағдайда кілтті
интермедиат түзіледі – пирокатехин және оның кейінгі ыдырауы. Осы процесс
жүретін саты кілтті болып табылады, себебі ароматты қосылыстардың
утилизациясының жылдамдығы мен тиімділігі осыған байланысты. Қазіргі таңда
фенолдың тотыға ыдырауының үш типі белгілі: орто-, мета- және гентизин
қышқылының жолы арқылы ыдырау.
Орто-ыдырау екі гидроксил топтарының арасында цис, цис-мукон қышқылы
түзілуімен жүреді. Цис-мукон қышқылынан кейін сукцинатқа дейін
метаболизденеді. Мұндай метаболизм жолы көптеген фенолдың штамм
деструкторларына тән.
Мета- ыдырау жағдайында ароматты сақина көршілес гидроксил топқа
ашылады, нәтижесінде 2-гидроксимукон қышқылының жартылай альдегиді
түзіледі. Кейінгі метаболизм пируват, құмырсқа қышқылы және ацетальдегид
түзілуіне әкеледі.
Гентизин қышқылы жолымен ароматты сақинаның ыдырауы көміртегінің
гидроксильді атомы мен карбоксильді топ жалғасқан атом арасында жүреді,
нәтижесінде малеилпирожүзім қышқылы түзіледі, ол ары қарай фумарат және
пируватқа айналады.
Галоген құрамды фенолдардың биодеградациясында ароматты сақинада
галоген алмастырғыштар болады, олар субстратты (фенолмен салыстырғанда)
микроорганизмдер үшін қолжетімді етеді. Алайда, моно-, ди, три- және
пентахлорфенолдарды ыдыратуға қабілетті штамдар да бар.
1.3 Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті
Бактериалды жүйе бойынша Pseudomonadaeceae тұқымдасына Pseudomonas
туысы кіреді: бұл туыста түзу немесе иілген таяқша тәрізді, полярлы
орналасқан спорасыз бактериялар жатады. Псевдомонадалар табиғатта кең
таралған, топырақта, суда, ауада, ағынды суларда көптеп кездеседі.
Хемоорганотрофтар түрлі органикалық заттарды пайдалануы мүмкін-белоктарды,
майларды, көмірсуларды, сонымен бірге гумусты заттарды. Кейбір
псевдомонадалар нитраттардың тотықсыздануын жүзеге асырады. Топыраққа терең
ене беруінен бактериялардың микрофлорасы айтарлықтай өзгереді.
Pseudomonas fluorescens іріңді бактериясы, өсімдік қалдықтарының
органикалық заттарын сіңіретін, минерализациясы баяу жүретін солтүстік
аймақтардың топырағында кездеседі. Ал оңтүстік аймақтардың топырағында
өсімдік қалдықтарымен байытылған кезде ғана аз уақытта белгілі мөлшерде
байқалады.
Pseudomonas fluorescens бактерия ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Биология факультеті
Микробиология кафедрасы
Бітіру жұмысы
Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілетін зерттеу
Орындаған:
Мыржанова Ж.Б.
4 курс студенті
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.д., профессор Жұбанова А.А
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к., доцент Қайырманова Г.Қ
Кафедра меңгерушісі:
б.ғ.д., профессор __________________________________ Мукашева Т.Ж.
Норма бақылаушы: _______________________________ Бектилеуова Н.К.
Алматы, 2011ж
Мазмұны
КІРІСПЕ 3
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 4
1.1 Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және 4
биодеградациясы
1.2 Фенол биодеградациясының механизмі 13
Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті
ҚОРЫТЫНДЫ 21
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 22
КІРІСПЕ
Химиялық өндірістің дамуына байланысты биосферадағы түрлі
ксенобиотиктер саны қарқынды өсуде, олар өз кезегінде қоршаған ортаны
ластаушылардың бірі болып келеді. Ксенобиотиктердің көпшілігі токсинді және
мутагенді, канцерогенді, аллергендік белсенділігі бар.
Түрлі тұрақты ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі, қазіргі
таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәселеге айналып отырған – фенол және оның
қосылыстары. Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп
гидроксилді топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды
қосылыстардың қарапайым өкілі фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен
басқа барлық фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан
қызыл - қоңыр немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Ластанған қоршаған орталардың өздігінен қалпына келуі физикалық және
биологиялық процесстер арқылы жүреді. Биологиялық процесстер көптеген
жағдайда микроорганизмдер арқылы іске асады. Басқа микроорганизм түрлеріне
қарағанда, Pseudomonas туысының өкілдерінің күрделі ксенобиотиктерді
ыдырату қабілеті жоғары болып келеді. Бұл микроорганизмдердің клеткалары
оксидоредуктазалар мен гидролазалардан тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол
және фенол сияқты көмірсутектер мен ароматты қосылыстардың молекулаларын
ыдыратуға қабілетті [4].
Сондықтан, практикалық биоремедиацияда Pseudomonas туысының өкілдерін
кеңінен қолданады. Осыған орай, Pseudomonas туысының өкілдерінің фенол
қосылыстарын биобұзу қабілетін қарастыру қазіргі таңдағы маңызды
мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: мұнай ыдыратушы Pseudomonas mendocina H3 штамының
фенолды ыдырату қабілетін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері: Pseudomonas mendocina H3 штамының пептонды,
пептонсыз және фенолды ортада өсуін бақылау.
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Экожүйелердің фенол қосылыстарымен ластануы және биодеградациясы
Көптеген технологиялардың үлкен кемшіліктерінің бірі – оның биосфераға
бөтен болып келетін заттары мен процестеріне негізделген. Нәтижесінде
радиоактивті заттар, пестицидтер мен оның толығымен ыдырамаған өнімдері,
ауыр металдар (болат, кадмий, никель), басқа да биологиялық белсенді
элементтер (фтор, ванадий, бериллий) сияқты ксенобиотиктермен ластанып,
экологиялық қауіпті тудырады.
Қазіргі кезде ғылымға 10 млн-нан артық органикалық қосылыстар белгілі.
Олардың 100 мыңы кең қолданыс тапқан және жыл сайын мыңнан артығы осы
тізімге қосылып отырады. Кейбіреулері токсикант, мутаген, онкоген және т.б.
түрде қауіпті екендері белгілі. Үстінен қосыла берген сайын әсері де
күшейеді. Ластану көптеген биологиялық түрлерге және тіршілік ету
орындарына таралған кезде, ластаушыларды қолданудан болған көптеген
экологиялық салдарының санын білмей қаласын. Қарапайым экологиялық
әсерлерді, қатты токсикалылығын және осы әр заттың биоконцентрлілігін
анықтап, сипаттау үшін 10 мың доллардан артық қаражат керек, ал әр жақты
зерттеулер жүргізу үшін бағасы 100 еселенеді. Ксенобиотиктерге тірі
табиғаттың түрлерінің реакциялары мен сезімталдылығының әр түрлілігіне
қарамастан, тіршілік ету механизмінің негізінде бірдей клеткалық құрылым
мен биохимиялық механизмдер жатыр[7].
Биосфера шаруашылық процестер кезінде табиғаттағы металдармен
байытылады. Табиғи геохимиялық процестерде болмайтын металдар
концентрациясы локальді түрде жиналады. Табиғи жағдайларда әрқашан бөлек
орналасатын металдар қосылады. Литосферадағы элементтің жыл сайынғы
өндірісінің салмағы кларкіне қатынасы оның технофильділігін сипаттайды. Бұл
жағдай Cl, C, Pb, Sb, Zn, Cr, Cu, Sn, Mo, Hg элементтерінде айқын
байқалады. Көптеген металдардың бос күйі биосфераға сай емес. Бірақ
технологиялы өңдеу нәтижесінде көбі геохимиялық тұрақсыз пішінге ауысады,
әдетте биологиялық белсенді болады.
Қоршаған ортадағы антропогенді әсерлер адамның өндірістік және
тұрмыстық тіршілік әрекетімен байланысты. Судағы (Приморск өлкесі)
фенолдардың орташа мөлшері шектік концентрациядан 4 – 5 есе жоғары болған
(0,004 – 0,005 мгл). Осыған байланысты ағынды суларды және газды фазаларды
фенолдардан тазалаудың негізгі тәсілдерін қарастыру маңызды болып табылады.
Шамамен барлық химиялық өзгерістердің технологиясы олардың қоршаған
ортаға әсерін есепке алмай жасалған. Шынында да мұнай мен целлюлоза
технологиясы өндірістің қоршаған ортаға зиянды әсері болмаған кезде
жасалған. Уақыт өте химиялық өзгерістер кеңейіп, шығарылатын қалдықтар
мөлшері де артты. Тазалау технологиялары жасалып енгізілді. Бірақ химия
өнеркәсібінің дамуына байланысты ластанулар көбеюде. Табиғи жағдайда
ыдырамайтын және зияндылығы жойылмайтын жаңа химиялық қосылыстар пайда
болуда, ал олардың тірі организмдерге қауіптілігі өте жоғары болуы мүмкін
[7-8].
Химия өнеркәсібінің салаларында түзілетін ластағыш заттардың көлемі өте
көп. Ауа бассейнінің ең негізгі ластағыштары – көміртек тотығы, күкіртті
газ, азот тотықтары, шаң, канцерогенді заттар, фтор, металл аэрозольдары.
Су бассейнінің ластағыштары - әр түрлі тұздар, сілтілер мен қышқылдар,
кадмий, сынап, мышьяк, мұнай және оның өнімдері, цианидтер мен фенолдар.
Экожүйеге түсіп жатқан ксенобиотиктердің ішіндегі қауіптілерінің бірі және
қазіргі таңдағы бүкіл әлемдік маңызды мәелеге айналып отырған – фенол және
оның қосылыстары [13].
Фенолды қосылыстар дегеніміз – бір, екі немесе одан да көп гидроксилді
топтардан тұратын ароматты, сақинасы бар заттар. Фенолды қосылыстардың
қарапайым өкілі - фенол болып табылады. Кейбір түрлерінен басқа барлық
фенолды қосылыстар қатты, ал олардың түстері ашық сарыдан қызыл – қоңыр
немесе қоңыр – қошқылға дейін өзгереді.
Фенолды қосылыстар – денсаулықты сақтауға қажетті емдік
–профилактикалық әсер ететін биологиялық белсенді заттар. Олар қан
тамырларының беріктігін жоғарылатады, ішкі секреция бездерінің жұмысын
реттейді. Мысалы, терінің сәулелі жарақаттануларын прополис жақсы емдейді,
ал бұл оның фенолды компоненттерімен байланысты [19]. Көптеген фенолды
қосылыстардың ішінде ерекше қызығушылықты флавоноидтар тудыруда, олар
ағзадан радиоактивті заттардың шығуына ықпал етеді. Фенол (1суретте) -
түссіз инелі кристалдар, ауада тотыққанда қызғылттанады, түсті заттардың
түзілуіне әкеледі. Алмұрттың иісіне ұқсайтын арнайы иісі болады. Суда,
сілтілі ерітінділерде, спиртте, бензолда, ацетонда, ериді:
Фенолдар окси ароматты көмірсутектер ретінде болады (бензол, оның
гомологтары, нафталин). Әдетте оларды су буымен ұшқыш (фенол, креозол,
ксиленол және т.б.) ұшқыш емес (ди және триоксиқосылыстар) деп бөледі.
Гидроксил топтарының сақинасына қарай біратомды, екіатомды және көпатомды
фенолдар деп бөледі. Фенолдар табиғи өзеннің жағдайында су организмдерінің
метаболизм процесінде, биохимиялық тотығуда және органикалық заттардың
трансформациясында түзіледі.
Фенолдар дезинфекцияцияда, клей жасауда және фенолформальдегидті
пластмассалар жасауда қолданылады. Олар бензинді және дизельді
двигательдердің газдарының құрамына кіреді, мұнай өңдейтін, анилинбояу,
ағашхимиялық және басқа да өнеркәсіптердің ағынды суларында болады. Табиғи
суларда фенолдар әдетте еріген феноляттар, фенолятты иондар және бос
фенолдар түрінде болады. Фенолдардың жақсы ерігіштігі қалалық агломерация
жағдайында өзен суларының ластану қарқындылығын арттырады, ондай суларда
фенолдың мөлшері 1л-де ондаған және жүздеген микрограмға жетеді.
Фенол әлемдік өндірілуі бойынша химиялық заттар ішінен 33-ші орынды, ал
органикалық заттар ішінен 17-ші орынды алады. 2006 жылы фенолдың өндірістік
масштабта шығарылуы үш әдіспен жүзеге асырылған:
1) кумольды әдіс, бұл әдіспен әлемде өндірілетін фенолдың 95% алынады.
Барботажды бағаналарда кумол ауамен каталитикалық емес тотығуға
түседі де, кумол гидропероксиді (КГП) түзіледі. Алынған КГП күкірт
қышқылымен катализ кезінде, фенол мен ацетон түзіп ыдырайды.
2) тек қана 3% фенолды толуолдың тотығуынан алуға болады, қалған барлық
фенолды таскөмірлі смоладан бөліп алады;
3) фенолды хинонды тотықсыздандыру арқылы алуға болады.
Фенолдар – химиялық тұрақсыз және сулы ортада белсенді ыдырауға
ұшырайды. Теңіз суының фенолдардан өздігінен тазару процесі
микроорганизмдер бөлетін ферменттердің қатысында биохимиялық тотығу жолымен
жүреді [11].
Қуандықов Б.М. (1995) мәліметтеріне сай, Солтүстік Каспий суында
фенолдың орташа мөлшері 60 мкгл құрайды, ал бұл аймақтың суларына орташа
мән 3 мкгл тән болады [12].
Қазгидромет деректеріне сай, соңғы кездері судағы фенолдар
концентрациясы 6 ПДК (0,006мгл) көбейген. 1996 жылы Каспийдің шығыс
жағалауына жақын суларда фенолдардың орташа мөлшері 3,9 мкгл (3,9 ПДК)
құраған. Ал бұл әр түрлі авторлардың көрсеткіштеріне сай келген [10].
Фенолдар өндірістік сулармен судың беткі қабатына түсетін кең таралған
ластағыштардың бірі болып табылады. Фенолды сулардың суқоймаларға
түсуі ондағы жалпы санитарлық жағдайды нашарлатып, тірі организмдерге
өзінің улылығымен ғана емес, биогенді элементтер мен еріген газдардың
режимінің өзгеруімен де әсер етеді.
Суқоймалардың фенолдардан өздігінен тазару процесі өте баяу жүреді және
оның қалдықтары өзен ағынымен таралып кетуі мүмкін. Сондықтан фенолды
суларды төкпес бұрын тазалаудан өткізеді.
Фенолдар беттік суларға мұнай өңдейтін, коксохимия, ағаш химия, тақта
тас өндейдін өндірістердің, анилин бояу өндірістерінің, сонымен қатар,
гидролизді өнеркәсіптің (тоқыма өнеркәсібімен целлюлозды қағаз
өнеркәсібінің шикізаттарын өңдеу) суларымен түсетін ең кең тараған
ластағыштардың бірі болып табылады.
Өнеркәсіп өндірісінің суларында фенолдар мөлшері 5-10 гл жетуі мүмкін.
Ауыз суы мен балық шаруашылығының суқоймаларында фенолдардың шектік
концентрациясы 1 мкгл құрайды. Әсіресе, фенолдардың концентрациясы
коксохимия зауыттарының суларында жоғары – 20 гл, ал тәулігіне 4-10 т
фенол тастайды. Фенолмен ластанған табиғи суларда олардың мөлшері 1л-де
ондаған, тіпті жүздеген микро граммға жетуі мүмкін. Суқоймалардың суы
боялады, карболка иісіне ие болады, флуоресцирлейтін қабықпен жабылады. Бұл
суқоймалардағы табиғи биологиялық процестерге кері әсерін тигізеді. Беттік
суларда фенолдар фенолят, фенолят - ион және бос фенолдар түрінде еріген
күйде болуы мүмкін. Құрамында фенол бар суларды хлорлағанда тұрақты
хлорфенол қосылыстар түзіледі. Олардың аз ғана мөлшерінің өзі (0,1 мкгдм)
суға иіс пен дәм береді [9-16].
Суқоймаларда фенолдар үшін шектік концентрация 0,001 мгл
(зияндылықтың лимиттеуші көрсеткіші - органолептикалық), ПДК – 0,001 мгл
(зияндылықтың лимиттеуші көрсеткіші – балық шаруашылығы).
Каспий теңіздерінің суларында фенол мөлшері 8 мкгл құрайды. Солтүстік
Каспий суында фенолдың орташа мөлшері 6 мкгл, ал бұл ауданда орташа мән 3
мкгл құрайды [10].
Ағынды сулардағы фенолды қосылыстарды жою үшін Клибанов тәсілінің
модификациясын пероксидаза мен талькты пайдалана отырып қолдануға болады.
Пероксидаза фенолды қосылыстарды суда ерімейтін полифенолдарға дейін
ыдыратады. Бұл тәсілдің модификациясында, атап айтқанда реакциялы қоспаға
талькты қосқанда, ерімейтін өнімдердің талькке абсорбциясы жүріп,
ерітіндіден тұнбаға түседі. Осы тәсіл арқылы ерітіндіден фенолды, сонымен
қатар реакция өнімдерін толық жоюға болады. Бірінші кезде фенолды
қосылыстарды жою үшін поливинилпиролидин қолданған, кейін арзандығына
байланысты тальк қолданылған.
Биотехнологияның көмегімен біз шешуге тырысып жатқан негізгі
экологиялық мәселе - табиғи жолмен ыдырамайтын ксенобиотиктердің
биодеградациясы болып табылады. Олардың түзілуі - мұнай жіне мұнай
өнімдерімен, диоксиндермен ластану нәтижесінде болады. Полиэтиленнің
биодеградациясы үшін саңырауқұлақ пен бактериялардың консорциумының
негізінде жасалатын препаратқа зерттеулер жүргізіліп жатыр.
Табиғаттағы ластанулар химиялық заттарды орағыш заттардың әсерінен де
болады. Осы мәселені шешудің жолы - табиғи микрофлора ыдыратуға қабілетті,
биопластмассаларды жасау болып табылады. Бұл бағыттағы принципиальды
сұрақтар шешілді. Үлкен қалалардағы негізігі экологиялық мәселе - ауа
ластануларын тазарту [18].
Биодеградация (биобұзылу) - биологиялық активтілік көмегімен күрделі
заттардың ыдырауы. Бұл кең түсінік үш процесті ендіреді:
1) трансформация немесе молекуланың байқалмайтын өзгерісі;
2) фрагментация немесе күрделі молекулалардың едәуір қарапайым
қосылыстарға ыдырауы;
3) минерализация немесе күрделі заттардың ең қарапайым қосылыстарға
айналуы (Н2O,CO2,H2,NH3,CH4).
Биобұзуды жүргізетін негізгі биологиялық агенттерге ферменттік
жүйесінің түрлілігі жоғары және метаболизмінің жоғары лабильділігімен
ерекшеленетін микроорганизмдер жатады. Міне, осы микроорганизмдер химиялық
тұрақты қосылыстарды ыдыратып, сонымен қатар қоректік элементтерді
глобальды айналымға әкеліп және жер бетінде өлік қалдықтардың жиналуының
алдын алады [14].
Ксенобиотиктердің бұзылуын белсенді жүзеге асыратын, топырақ пен судан
бөлініп алынған бактериялар мен саңырауқұлақтар. Бактериялар ішінде грам оң
және грам теріс бактериялардың түрлі туыстарының өкілдері жатады. Аэробты
грам теріс бактериялар ішінде маңызды орынды Pseudomonas, Sphingomonas,
Burkholderia, Alcaligenes, Acinetobacter, Flavobacterium, метантотықтырушы
және нитрифицирлеуші бактериялар алады, ал грам теріс - Arthrobacter,
Nocardia, Rhodococcus және Bacillus туысының өкілдері. Кейбір нитрат және
сульфатредукциялаушы бактериялар және метаногенді археилер
ксенобиотиктердің аэробты деградациясын жүзеге асырады. Осындай қосылысты
аэробты бұзуға қабілетті саңырауқұлақтар Penicillium, Phanerochaete,
Aspergillus, Trichoderma, Fиsarium туысына жатады [16].
Микроорганизмдердің биобұзу қабілеті соңғы онжылдықта биосфераға
тұрақты ластаушылардың антропогенді түсуімен қолдана бастады, бұл
табиғаттың өзін-өзі тазалау қабілетін арттырады. Себебі, адам әсерінен
табиғатта қарапайым жағдайда бұзылмайтын қосылыстар түзіледі. Бұл
қосылыстар әр түрлі синтетикалық полимерлер, пестицидтер, фармацевтикалық
препараттар, жуғыш заттар. Бұл ксенобиотиктер микроқоспа деңгейінде
биологиялық белсенділікке ие.
Қоршаған ортадан ксенобиотиктерді жоюда бірнеше факторлар маңызды:
• әр түрлі әсерлерге ксенобиотиктердің тұрақтылығы;
• олардың суда ерігіштігі;
• ксенобиотиктердің ұшқыштығы;
• ортаның рН-ы;
• ксенобиотиктердің микроорганизм клеткасына ену қабілеттілігі;
• табиғи биодеградацияға ұшырайтын ксенобиотиктер мен табиғи
қосылыстардың ұқсастығы [12].
Ксенобиотиктердің биодеградациясы үшін микроорганизмдердің жеке
түрлеріне қарағанда ассоциацияларын қолдану тиімді. Микроорганизмнің бір
түрі ксенобиотиктердің ыдырауына қатысады, басқалары – жетіспейтін қоректік
заттармен қамтамасыз етеді. Ферментативті комплекстің әр түрлі
компоненттері түзілгенде немесе ферментативті реакциялардың тізбегі
түзілгенде субстратқа метаболиттік шабуыл жүзеге асады. Әсіресе, мынадай
биоцидтер: детергенттер, пластиктер және көмірсутектер қиын ыдырайды. Әр
түрлі ластағыштарға қарсы күресуге Pseudomonas туысының өкілдері қабілетті.
Бұл микроорганизмдердің клеткалары оксидоредуктазалар мен гидролазалардан
тұрады. Олар бензол, ксилол, толуол және фенол сияқты көмірсутектер мен
ароматты қосылыстардың молекулаларын ыдыратуға қабілетті. Бұл ферменттерді
кодтайтын гендер плазмидаларда кездеседі. Мысалы, ОСТ плазмидасы октан мен
гексан, XYL - ксилол мен толуол, NAH - нафталин, САМ - камфараны ыдыратуға
жауапты. NAH және САМ плазмидалары бактериальды клеткалардың шағылысуын
индукциялап, өзіндік орын алмасуын қамтамасыз етеді.
1979ж. Чакрабарти (Дженерал электрик компаниясымен бірге) сәтті
шағылыстырудан кейін XYL және NAH плазмидаларынан тұратын штамм, сонымен
қатар САМ және ОСТ плазмидаларын рекомбинациялау жолымен гибридті
плазмиданы алды. Бұл штамм көмірсутектерді белсенді пайдалануына байланысты
тазартылмаған мұнайда тез өсуге қабілетті. Штамм температура мен сыртқы
факторларды бақылауға болатын ағынды суларды тазартуға арналған
суқоймаларда өте пайдалы болуы мүмкін. Бұл микроорганизмдерді әр түрлі
авариялар кезіндегі мұнайды тазалауда қолдану тиімді. Тиімділіктің жоғары
болуы үшін микроэмульсия жасайды, оған қоса бактериалды штамдар және
азот, фосфор, калий сияқты негізгі қоректік элементтердің қоспасынан
тұрады. Бұл заттарды қосу бактериалды штамдардың өсуін реттейді. Мұндай
тәсілді қолдану ластанған аумақтарды 70-90% тазалауға мүмкіндік береді
[20].
Бактериалды тазалаудың химиялық тазалаумен салыстырғанда артықшылығы,
ол қоршаған ортада жаңа ластаушы агент түзбейді. Бактериалды тазалаудан
кейін фитопланктон тығыздылығы жоғарылайды. Кейбір микроорганизмдер
ксенобиотик молекуласын өзгертіп, оның басқа микроорганизмдерге жетімді
болуын (кометаболизм) қамтамасыз етеді. Мысалы, Pseudomonas -
Р.aeruginosa және P.stuzeri екі штамдарының паратион инсектицидін ыдыратуы.
Кейбір жағдайда ксенобиотик молекуласының толық ыдырамауы жүреді, бірақ
нәтижесінде улылығы жойылады.
Ең күшті ластағыштардың бірі – ЭДТА (этилендиаминтетрасірке қышқылы)
болып табылады. ЭДТА ауыр металдарды байланыстырып, олардың топырақта
жиналуына ықпал етеді. Pseudomonas және Bacillus туысының бактериялары екі
аптада Ғе - ЭДТА комплексін ыдыратуға қабілетті. Pseudomonas-тан басқа
ксенобиотиктердің биодеградациясын Acinetobacter, Metviosinus туысының
өкілдері жүргізуге қабілетті [18-20].
Қауымдастықта бір түрлері синтездей алмайтын заттарды екінші түрлері
түзуге қабілетті болады. Мысалы, циклогександа өсетін екі микроорганизмнен
құралған қауымдастықта, Nocardia - циклогександы тотықтырады, тағы бір түрі
Pseudomonas - басқа түрлерінің өсуіне қажетті заттарды жеткізеді. Мұндай
қауымдастықтар деградация жылдамдығының артуына ықпал етеді.
Қауымдастықтарда организмнің өсуін тежейтін метаболиттер қауымдастықтың
басқа өкілдерімен жойылып отырады. Қауымдастықтар оның өкілдерінің өсу
көрсеткіштері өзгеріп отырғандықтан бәсекеге қабілетті, қоршаған орта
жағдайларына тұрақты болады. Мұндай қауымдастықтар субстратпен тежеуге
сезімтал және тазарту жүйелеріндегі күрделі жүктемелермен күресуге
қабілетті болады [17].
Ксенобиотиктердің деградациясында микробты қауымдастықтардың
маңыздылығы олардың субстратқа метаболиттік шабуыл жасауында. Жеке
түрлер мұндай метаболиттік белсенділікке ие болмайды. Мұндай метаболиттік
жүйе жекелеген түрлердің ферменттердің әр түрлі түрлерін түзу
нәтижесінде болады (мысалы, Pseudomonas тың екі түрінің белсенді
лецитиназаны синтездеуі). Тотықсызданған эквивленттер бір популяциядан
екіншісіне тасмалданатын қауымдастықтар белгілі болады. Бұл
қауымдастықтарда екінші акцепторлы организм қолданылады. Қазіргі таңда
мұндай қауымдастықтар мөлшері аз емес. Осындай қауымдастықтармен ароматты
қосылыстарды аэробты ыдыратудың экономикалық мәні бар. Үздіксіз дақылдарды
зерттегенде, өсуді лимиттейтін субстратты толық пайдалануға бір ғана емес
бірнеше популяциялар қабілетті болатын қауымдастықтар белгілі болды.
Микроорганизмдердің тұрақты қауымдастықтарында популяциялар арасында
генетикалық мәліметпен еркін алмасу жүреді. Тәжірибелердің біреуінде
көптеген уақыт бойы Pseudomonas –тың әр түрлі түрлерін өсірген. Бір түрлі
хлоркатехолдарда өсе алған, басқасының TOL плазмидасы болған. 4-
хлорбензоатта бірде бір штамм өсе алмаған. Алайда байыту тәсілдерін
пайдаланып осы хлорқұрамды ароматты қосылыста өсе алатын мутантты штамды
бөліп алуға мүмкін болады. Мұнда плазмиданың ауысуы жүрген, нәтижесінде
мутантты штамм 4-хлор бензой қышқылын тотыға декарбоксилдеуге қабілетті
болған. Өндірістік ағынды суларда реакциялардың жағымсыз өнімдері болады.
Оларды бақылау технологиясы жасалған. Дегенмен, қоршаған ортаға өндірістік
қалдықтардың күрделі қоспалары да түсуі мүмкін [20].
1.2 Фенол биодеградациясының механизмі
Бүгінгі таңда фенолды көміртегі және энергия көзі ретінде пайдаланатын
микроорганизмдер қатары белгілі. Фенол микроорганизмдер әсерімен ароматты
емес қосылыстарға дейін тотыға ыдырайды. Мұнда аэробты жағдайда кілтті
интермедиат түзіледі – пирокатехин және оның кейінгі ыдырауы. Осы процесс
жүретін саты кілтті болып табылады, себебі ароматты қосылыстардың
утилизациясының жылдамдығы мен тиімділігі осыған байланысты. Қазіргі таңда
фенолдың тотыға ыдырауының үш типі белгілі: орто-, мета- және гентизин
қышқылының жолы арқылы ыдырау.
Орто-ыдырау екі гидроксил топтарының арасында цис, цис-мукон қышқылы
түзілуімен жүреді. Цис-мукон қышқылынан кейін сукцинатқа дейін
метаболизденеді. Мұндай метаболизм жолы көптеген фенолдың штамм
деструкторларына тән.
Мета- ыдырау жағдайында ароматты сақина көршілес гидроксил топқа
ашылады, нәтижесінде 2-гидроксимукон қышқылының жартылай альдегиді
түзіледі. Кейінгі метаболизм пируват, құмырсқа қышқылы және ацетальдегид
түзілуіне әкеледі.
Гентизин қышқылы жолымен ароматты сақинаның ыдырауы көміртегінің
гидроксильді атомы мен карбоксильді топ жалғасқан атом арасында жүреді,
нәтижесінде малеилпирожүзім қышқылы түзіледі, ол ары қарай фумарат және
пируватқа айналады.
Галоген құрамды фенолдардың биодеградациясында ароматты сақинада
галоген алмастырғыштар болады, олар субстратты (фенолмен салыстырғанда)
микроорганизмдер үшін қолжетімді етеді. Алайда, моно-, ди, три- және
пентахлорфенолдарды ыдыратуға қабілетті штамдар да бар.
1.3 Pseudomonas туысы өкілдерінің фенолды ыдырату қабілеті
Бактериалды жүйе бойынша Pseudomonadaeceae тұқымдасына Pseudomonas
туысы кіреді: бұл туыста түзу немесе иілген таяқша тәрізді, полярлы
орналасқан спорасыз бактериялар жатады. Псевдомонадалар табиғатта кең
таралған, топырақта, суда, ауада, ағынды суларда көптеп кездеседі.
Хемоорганотрофтар түрлі органикалық заттарды пайдалануы мүмкін-белоктарды,
майларды, көмірсуларды, сонымен бірге гумусты заттарды. Кейбір
псевдомонадалар нитраттардың тотықсыздануын жүзеге асырады. Топыраққа терең
ене беруінен бактериялардың микрофлорасы айтарлықтай өзгереді.
Pseudomonas fluorescens іріңді бактериясы, өсімдік қалдықтарының
органикалық заттарын сіңіретін, минерализациясы баяу жүретін солтүстік
аймақтардың топырағында кездеседі. Ал оңтүстік аймақтардың топырағында
өсімдік қалдықтарымен байытылған кезде ғана аз уақытта белгілі мөлшерде
байқалады.
Pseudomonas fluorescens бактерия ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz