Ашытқы клеткаларының карбонизделген сары өрік қабығына бекінуін зерттеу жайлы
КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм клеткалары
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді қолдану
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІЛЕРІ
2.1. Зерттеу объектілері
2.2. Биосорбенттерге ашытқы клеткаларын иммобилиздеу әдісі
2.3 Электронды микроскопиялық әдіс
2.4 Ауыр металдардың биосорбенттермен сорбциясын зерттеу
2.5 Ауыр металдарды анықтау әдістері
2.6 Атомдық.абсорбциялық спектрометрия әдісі
2.7 Атомдық . абсорбциялық спектрометрия әдісінің басқа әдістерге байланысты ерекшелігі
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР
3.1 Сары өрік қабығы негізіндегі биосорбенттерге ашытқы клеткасының иммобилизденуі
3.2. Ашытқы клеткасының сорбциясына рН.тың әсерін анықтау
3.3 Ауыр металл ерітіндісінің иммобилизденген ашытқы клеткасына жүргізілген атомдық.абсорбциялық анализ нәтижесі
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм клеткалары
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді қолдану
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІЛЕРІ
2.1. Зерттеу объектілері
2.2. Биосорбенттерге ашытқы клеткаларын иммобилиздеу әдісі
2.3 Электронды микроскопиялық әдіс
2.4 Ауыр металдардың биосорбенттермен сорбциясын зерттеу
2.5 Ауыр металдарды анықтау әдістері
2.6 Атомдық.абсорбциялық спектрометрия әдісі
2.7 Атомдық . абсорбциялық спектрометрия әдісінің басқа әдістерге байланысты ерекшелігі
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР
3.1 Сары өрік қабығы негізіндегі биосорбенттерге ашытқы клеткасының иммобилизденуі
3.2. Ашытқы клеткасының сорбциясына рН.тың әсерін анықтау
3.3 Ауыр металл ерітіндісінің иммобилизденген ашытқы клеткасына жүргізілген атомдық.абсорбциялық анализ нәтижесі
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Экологиялық проблемаларды шешуде қазіргі микробиология және биотехнология жетістіктерінің маңызы зор. Экологиялық проблемалардың бірі - ластанған суларды тазалау. Ластанған суды тазалау дүниежүзілік проблемалардың бірі болып отыр. Ғылыми тұрғыдан қарастырсақ, табиғаттағы болып жатқан процестерге де микроорганизмдер қатысады. Осыған байланысты біз ластанған су қоймаларын тазалауда иммобилизденген микроб клеткаларын пайдаланудың тиімді жолын және маңызын қарастырамыз. Бұл микробиологиялық жолмен тазалау әдісіне жатады.
Микроорганизмдер де су қоймалардың табиғи тазалануына қатысады. Микроорганизмдер табиғатта кең таралған. Микроорганизмдер әрекеті нәтижесінде су құрамындағы белгілі бір мөлшерден тыс көбейген заттарды тазалауға болады екен. Микроорганизмдер өздерінің тіршілігі барысында су құрамындағы заттармен қоректенеді. Ластанған су құрамын тазалайтын болғандықтан көптеген жағдайларды қарастырады. Ластанған су құрамында органикалық және неорганикалық заттардың шектен тыс көп мөлшерде жиналуы судың табиғи қасиетін өзгертеді. Су құрамы мұнай, ауыр металдар, ауыр металл иондары, тау-кен өндірістерінің қалдық суларымен және химиялық заттармен ластанады. Осындай заттармен ластанған суды тазалау үшін осы заттарға тәуелді микроорганизм клеткаларын иммобилиздеп пайдаланудың тиімділігі жоғары. Иммобилиздеуде әртүрлі дәрежедегі микроорганизм клеткаларын пайдалануға болады. Тірі активті клеткаларды немесе жартылай жарақаттанған клеткаларды иммобилиздеу үшін пайдалануға болады. Себебі иммобилизденген клеткалардың тіршілік ету барысында төзімдірек болатыны анықталған. Клеткаларды иммобилиздеудің бірқатар артықшылықтары бар:
• күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыру мүмкіншілігі;
• микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына (температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді заттардың концентрациясы,т.б.) төзімділігі;
• жергілікті микрофлорамен ығыстырылуын алдын алу /1/.
Микроорганизмдер де су қоймалардың табиғи тазалануына қатысады. Микроорганизмдер табиғатта кең таралған. Микроорганизмдер әрекеті нәтижесінде су құрамындағы белгілі бір мөлшерден тыс көбейген заттарды тазалауға болады екен. Микроорганизмдер өздерінің тіршілігі барысында су құрамындағы заттармен қоректенеді. Ластанған су құрамын тазалайтын болғандықтан көптеген жағдайларды қарастырады. Ластанған су құрамында органикалық және неорганикалық заттардың шектен тыс көп мөлшерде жиналуы судың табиғи қасиетін өзгертеді. Су құрамы мұнай, ауыр металдар, ауыр металл иондары, тау-кен өндірістерінің қалдық суларымен және химиялық заттармен ластанады. Осындай заттармен ластанған суды тазалау үшін осы заттарға тәуелді микроорганизм клеткаларын иммобилиздеп пайдаланудың тиімділігі жоғары. Иммобилиздеуде әртүрлі дәрежедегі микроорганизм клеткаларын пайдалануға болады. Тірі активті клеткаларды немесе жартылай жарақаттанған клеткаларды иммобилиздеу үшін пайдалануға болады. Себебі иммобилизденген клеткалардың тіршілік ету барысында төзімдірек болатыны анықталған. Клеткаларды иммобилиздеудің бірқатар артықшылықтары бар:
• күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыру мүмкіншілігі;
• микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына (температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді заттардың концентрациясы,т.б.) төзімділігі;
• жергілікті микрофлорамен ығыстырылуын алдын алу /1/.
1. Birnbaum S. Immobilisation of macromolecules and cells. In: Immobilised macromolecules: Application potentials? / ed. By U.B. Sleytr, Springer-Verlag, 1994, London. - P. 23-35.
2. Biotecnology / ed. By H-J. Rehm and G. Reed. Microbial Fundamentals. Germany, WeinHeim, 1981. Vol. 1. - 498 p.
3. Carenza M., de Alteriis E., Lora S. et al. Adhesion of yeast cells (S. cerevisiae) to synthetic polymeric carriers // Ann. Microbiol. Enzymol. 1989. - Vol. 39, № 2. - Р. 257-264.
4. Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. / под ред. Дж.Вудворда - М.: Мир, 1988. - 273 с.
5. Shigaeva M.Ch., Zhubanova A.A. The use of the immobilizated cells of Torulopsis kefyr var. kumis for fermentation of whey // Доклады НАН РК. - 1994, № 6. - С. 68-70.
6. Vorlop K.D. Biokatalysator auf Polyurethan-Basis. DE 4217 891. P422217891.6,5 C12N11/08.
7. Hisao I., Yamauchi Aizo N. Immobilization of biocatalysts with polyvinyl alcochol supports // J. Biotechnol. - 1990. Vol. 14, № 2. - Р. 169-178.
8. Биотехнология. / Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуйлова. Проблемы и перспективы / Н.С. Егоров, А.В. Олескин, В.Д. Самуйлов. – М.: Высш.шк.., 1987, кн.1. – 159с.
9. Жубанова А.А. Основы биотехнологии. – Алматы: КазГУ, 1994, кн.1. – 54с.
10. Яскович Г.А., Витовская Г.А., Глоба Л.И. Сорбционная иммобилизация клеток - продуцентов полисахаридов // Химико-фармацевтический журнал. - 1990. - № 4. - С. 45-49.
11. Дигель И.Э. Влияние ионов переходных металлов и водорастворимых полимеров на прикрепление дрожжевых клеток к твердым поверхностям: Автореферат канд. дис. - Алматы, 1998. - 24 с.
12. Синицын А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И. и др. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. - М.: Изд. МГУ, 1994. - 288 с.
13. Звягинцев Д. Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. - М.: Изд. МГУ, 1973.- 176 с.
14. Дж. Перт. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. - М.: Мир, 1978. - 331 с.
15. Манасбаева А.Б. Адсорбционные процессы при микробиологической очистке сточных вод, содержащих органические соединения и ионы ртути: Автореферат дис. канд. - Алма-Ата, 1984. - 24 с.
16. Матвеев В.Ю., Богатырев В.Л, Физико-химические свойства клеточной поверхности R и S- вариантов штамма Azospirillum brasilens // Микробиология. – 1992. Т. 61, в. 4. - С. 645-649.
17. Lamb C. A. Ligand-receptor mechanism in plant-pathogen recognition // Science. - 1996. - Vol. 274. - P. 34.
18. Далин М.В., Фиш Н.Г. Адгезины микроорганизмов. В сб.: Итоги науки и техники. Микробиология. - М.: ВИНИТИ, 1985. Т. 16. - С. 106-115.
19. Маянский А.Н., Воробьева О.Н., Малышева Э.Ф., Малышев, Ю.В. Взаимоотношения между естественной колонизацией и адгезией бактерий к буккальному эпителию у человека // ЖМЭИ. - 1987. - №2. - С.18-20.
20. БыковВ.Л., Караев З.О., Величко У.В. Адгезия грибов рода Candida к клеткам млекопитающих и неклеточным субстратам // Успехи соврем. биол. - 1985. - Т.99, в.3. - С.420-434.
21. McCountie J., Douglas L.J. Relationship between cell surface composition of Candida ablicans and adherence to acrylic after growth on different carbon sources // Infection and Immunity. – 1995. - Vol. 32. - Р. 1234-1241.
22. Bryers J.D. Biologically active surfaces: processes governing the formation and resistens of biofilms // Biotecnhnol. Progr. - 1987. - Vol. 3, № 2. - P. 57-68.
23. Жалко-Титаренко В.П., Бондаренко В.М., Григорьев А.В. и др. Динамика взаимодействия шигелл с эпителием в процессе заражения // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. - 1986. - № 4. - С. 21-24.
24. Исабаева С.М. Изучение микробиологических факторов агрегации бактерий и дрожжей: Автореферат канд. дис. - Алматы, 1994. - 18 с.
25. Абелян В.А. Получение и применение иммобилизованных ферментов и клеток микроорганизмов. - Ереван: Изд-во АН Арм.ССР, 1989. - 205 с.
26. К.А. Кощеенко, Г.В. Суходольская /Иммобилизованные клетки в биотехнологии. – Пущино. – 1987. – С. 21.
27. Tramper J. Convertion by immobilized cells versus traditional fermentations // Physiology of immobilized cells. Proceedings of an international symposium. Amsterdam. – 1990. – P. 6-9.
28. Ручай Н.С., Маркевич Р.М., Гребенчикова И.А. и др. Исследование процесса очистки сточных вод иммобилизованной микрофлорой // Вестник МГУ, 1996. – серия 2, №1. – С. 13-17).
29. Биотехнология / Под ред. А.А. Баева. – М.: Наука, 1984. – 310 с.
30. Бест Д., Джонс Дж., Стаффорд Д. Окружающая среда и биотехнология. // Биотехнология. Принципы и применение. - 1988. - С. 277-278.
31. Kovalenko G.A., Sokolovskii V.D. Epoxidation of propene by microbial cells immobilized on inorganic supports // Biotechnol. and Bioeng. - 1992. - 39, N 5. - С. 522-528.
32. Пат. N 568821, США. Method for microencapuslation of cells or tissue // Weber Collin J., Norton Janet E., Reemtsma Keith. 1993.
33. Zhu Y., Smits J.P., Knol W., Bol J. A novel solid-state fermentation system using polyurethane foam as inert carrier // Biotechnol. Lett. - 1994. - 16, N 6. - С. 643-648.
34. Шамалина И.И. Научные основы технологии новых биологических активных волокнистых материалов: Автореферат докт. дис. - Санкт-Петербург, 1995. - 52 с.
35. Sanroman A., Pintado J., Lema J.M. A comparison of two tenchiques (Adsorption and Entrapment) for the immobilization of Aspergillus niger in polyurethane foam // Biotechnol. Techn.. - 1994. - 8, N 6. - С. 389-394.
36. Елинов Н.П. Химическая микробиология: Учебник для студентов. – М.: Высш.шк., 1989. – 448 с.
37. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 411 с.
38. Биотехнология: Принципы и применение / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж.Джонсона. – М.: Мир, 1988. – 480 с.
39. Hinfray C., Jouenne T., Mignot L., Junter G.Influence of the oxygenation level on D- xylose fermentation by free and agar-entrapped cultures of Candida sheyhatae // Аppl. Microbiol.Biotechnol. - 1995. - Vol. 42, № 5. - Р. 682-687.
40. Быков В.А. Проблемы и перспективы промышленной биотехнологии // Биотехнология. – 1987. – Т.3, №6. – С.692-700.
41. Вебб К. Иммобилизованные клетки // Экологическая биотехнология. - М.: Наука, 1987. - 278 с.
42. Clark D.S. Novinasive techniques in studies of immobilized cells // Proceedings of an International Symposium “Physiology of immobilized cells”, Netherlands, 1990. – P. 603-612.
43. Birnbaum S., Larsson P.O. Application of magnetic immobilised microorganisms: ethanol production by Saccharomyces cerevisiae // Appl. Biochem. Biotechnol. - 1983. - № 7. - Р. 55-57.
44. Тимошенко А.В., Черенкевич С.Н. Кластеры мембранных рецепторов и их движение в клетках // Успехи современной биологии. - 1990. - Т. 109, в. 2. - С. 206-218.
45. Агеева Н.М., Мержаниан А.А., Соболев Э.М. Влияние сорбции дрожжей на их фукциональную активность и состав виноматериалов // Микробиология. -1985. - Т. 54, в. 5.- С. 121-124.
46. Szajáni B., Buzas Z., Dallmann K., et al. Continuous prodaction of ethanol usng yeast cells immobilized in prefofmed cellulose beads // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 1996. - Vol. 46, № 2. - Р. 122-125.
47. Блиева Р.К. Образование пектинрасщепляющих ферментов и -амилазы свободными и иммобилизованными микромицетами рода Aspergillus: Автореферат докт. дис. – Ташкент, 1991. – 46 с.
48. Lin T.H., Chen Q., Howe A., et al. Cell anchorage permits efficients signal transduction between ras and its downstream kinasis // J. Biol. Chem. - 1997. - Vol. 272, № 14. - Р. 8849-8852.
49. Mitic L. L., Anderson J.M. Molecular architecture of tight junctions // Annu. Rev. Physiol. - 1998. - Vol. 48. - Р. 457-466.
50. И.К. Кудриш. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми материалами и его биотехнологическое значение // Микробиологический журнал. – 1999. -Т. 61, № 1. – С. 60-73.
2. Biotecnology / ed. By H-J. Rehm and G. Reed. Microbial Fundamentals. Germany, WeinHeim, 1981. Vol. 1. - 498 p.
3. Carenza M., de Alteriis E., Lora S. et al. Adhesion of yeast cells (S. cerevisiae) to synthetic polymeric carriers // Ann. Microbiol. Enzymol. 1989. - Vol. 39, № 2. - Р. 257-264.
4. Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. / под ред. Дж.Вудворда - М.: Мир, 1988. - 273 с.
5. Shigaeva M.Ch., Zhubanova A.A. The use of the immobilizated cells of Torulopsis kefyr var. kumis for fermentation of whey // Доклады НАН РК. - 1994, № 6. - С. 68-70.
6. Vorlop K.D. Biokatalysator auf Polyurethan-Basis. DE 4217 891. P422217891.6,5 C12N11/08.
7. Hisao I., Yamauchi Aizo N. Immobilization of biocatalysts with polyvinyl alcochol supports // J. Biotechnol. - 1990. Vol. 14, № 2. - Р. 169-178.
8. Биотехнология. / Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуйлова. Проблемы и перспективы / Н.С. Егоров, А.В. Олескин, В.Д. Самуйлов. – М.: Высш.шк.., 1987, кн.1. – 159с.
9. Жубанова А.А. Основы биотехнологии. – Алматы: КазГУ, 1994, кн.1. – 54с.
10. Яскович Г.А., Витовская Г.А., Глоба Л.И. Сорбционная иммобилизация клеток - продуцентов полисахаридов // Химико-фармацевтический журнал. - 1990. - № 4. - С. 45-49.
11. Дигель И.Э. Влияние ионов переходных металлов и водорастворимых полимеров на прикрепление дрожжевых клеток к твердым поверхностям: Автореферат канд. дис. - Алматы, 1998. - 24 с.
12. Синицын А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И. и др. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. - М.: Изд. МГУ, 1994. - 288 с.
13. Звягинцев Д. Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. - М.: Изд. МГУ, 1973.- 176 с.
14. Дж. Перт. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. - М.: Мир, 1978. - 331 с.
15. Манасбаева А.Б. Адсорбционные процессы при микробиологической очистке сточных вод, содержащих органические соединения и ионы ртути: Автореферат дис. канд. - Алма-Ата, 1984. - 24 с.
16. Матвеев В.Ю., Богатырев В.Л, Физико-химические свойства клеточной поверхности R и S- вариантов штамма Azospirillum brasilens // Микробиология. – 1992. Т. 61, в. 4. - С. 645-649.
17. Lamb C. A. Ligand-receptor mechanism in plant-pathogen recognition // Science. - 1996. - Vol. 274. - P. 34.
18. Далин М.В., Фиш Н.Г. Адгезины микроорганизмов. В сб.: Итоги науки и техники. Микробиология. - М.: ВИНИТИ, 1985. Т. 16. - С. 106-115.
19. Маянский А.Н., Воробьева О.Н., Малышева Э.Ф., Малышев, Ю.В. Взаимоотношения между естественной колонизацией и адгезией бактерий к буккальному эпителию у человека // ЖМЭИ. - 1987. - №2. - С.18-20.
20. БыковВ.Л., Караев З.О., Величко У.В. Адгезия грибов рода Candida к клеткам млекопитающих и неклеточным субстратам // Успехи соврем. биол. - 1985. - Т.99, в.3. - С.420-434.
21. McCountie J., Douglas L.J. Relationship between cell surface composition of Candida ablicans and adherence to acrylic after growth on different carbon sources // Infection and Immunity. – 1995. - Vol. 32. - Р. 1234-1241.
22. Bryers J.D. Biologically active surfaces: processes governing the formation and resistens of biofilms // Biotecnhnol. Progr. - 1987. - Vol. 3, № 2. - P. 57-68.
23. Жалко-Титаренко В.П., Бондаренко В.М., Григорьев А.В. и др. Динамика взаимодействия шигелл с эпителием в процессе заражения // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. - 1986. - № 4. - С. 21-24.
24. Исабаева С.М. Изучение микробиологических факторов агрегации бактерий и дрожжей: Автореферат канд. дис. - Алматы, 1994. - 18 с.
25. Абелян В.А. Получение и применение иммобилизованных ферментов и клеток микроорганизмов. - Ереван: Изд-во АН Арм.ССР, 1989. - 205 с.
26. К.А. Кощеенко, Г.В. Суходольская /Иммобилизованные клетки в биотехнологии. – Пущино. – 1987. – С. 21.
27. Tramper J. Convertion by immobilized cells versus traditional fermentations // Physiology of immobilized cells. Proceedings of an international symposium. Amsterdam. – 1990. – P. 6-9.
28. Ручай Н.С., Маркевич Р.М., Гребенчикова И.А. и др. Исследование процесса очистки сточных вод иммобилизованной микрофлорой // Вестник МГУ, 1996. – серия 2, №1. – С. 13-17).
29. Биотехнология / Под ред. А.А. Баева. – М.: Наука, 1984. – 310 с.
30. Бест Д., Джонс Дж., Стаффорд Д. Окружающая среда и биотехнология. // Биотехнология. Принципы и применение. - 1988. - С. 277-278.
31. Kovalenko G.A., Sokolovskii V.D. Epoxidation of propene by microbial cells immobilized on inorganic supports // Biotechnol. and Bioeng. - 1992. - 39, N 5. - С. 522-528.
32. Пат. N 568821, США. Method for microencapuslation of cells or tissue // Weber Collin J., Norton Janet E., Reemtsma Keith. 1993.
33. Zhu Y., Smits J.P., Knol W., Bol J. A novel solid-state fermentation system using polyurethane foam as inert carrier // Biotechnol. Lett. - 1994. - 16, N 6. - С. 643-648.
34. Шамалина И.И. Научные основы технологии новых биологических активных волокнистых материалов: Автореферат докт. дис. - Санкт-Петербург, 1995. - 52 с.
35. Sanroman A., Pintado J., Lema J.M. A comparison of two tenchiques (Adsorption and Entrapment) for the immobilization of Aspergillus niger in polyurethane foam // Biotechnol. Techn.. - 1994. - 8, N 6. - С. 389-394.
36. Елинов Н.П. Химическая микробиология: Учебник для студентов. – М.: Высш.шк., 1989. – 448 с.
37. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 411 с.
38. Биотехнология: Принципы и применение / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж.Джонсона. – М.: Мир, 1988. – 480 с.
39. Hinfray C., Jouenne T., Mignot L., Junter G.Influence of the oxygenation level on D- xylose fermentation by free and agar-entrapped cultures of Candida sheyhatae // Аppl. Microbiol.Biotechnol. - 1995. - Vol. 42, № 5. - Р. 682-687.
40. Быков В.А. Проблемы и перспективы промышленной биотехнологии // Биотехнология. – 1987. – Т.3, №6. – С.692-700.
41. Вебб К. Иммобилизованные клетки // Экологическая биотехнология. - М.: Наука, 1987. - 278 с.
42. Clark D.S. Novinasive techniques in studies of immobilized cells // Proceedings of an International Symposium “Physiology of immobilized cells”, Netherlands, 1990. – P. 603-612.
43. Birnbaum S., Larsson P.O. Application of magnetic immobilised microorganisms: ethanol production by Saccharomyces cerevisiae // Appl. Biochem. Biotechnol. - 1983. - № 7. - Р. 55-57.
44. Тимошенко А.В., Черенкевич С.Н. Кластеры мембранных рецепторов и их движение в клетках // Успехи современной биологии. - 1990. - Т. 109, в. 2. - С. 206-218.
45. Агеева Н.М., Мержаниан А.А., Соболев Э.М. Влияние сорбции дрожжей на их фукциональную активность и состав виноматериалов // Микробиология. -1985. - Т. 54, в. 5.- С. 121-124.
46. Szajáni B., Buzas Z., Dallmann K., et al. Continuous prodaction of ethanol usng yeast cells immobilized in prefofmed cellulose beads // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 1996. - Vol. 46, № 2. - Р. 122-125.
47. Блиева Р.К. Образование пектинрасщепляющих ферментов и -амилазы свободными и иммобилизованными микромицетами рода Aspergillus: Автореферат докт. дис. – Ташкент, 1991. – 46 с.
48. Lin T.H., Chen Q., Howe A., et al. Cell anchorage permits efficients signal transduction between ras and its downstream kinasis // J. Biol. Chem. - 1997. - Vol. 272, № 14. - Р. 8849-8852.
49. Mitic L. L., Anderson J.M. Molecular architecture of tight junctions // Annu. Rev. Physiol. - 1998. - Vol. 48. - Р. 457-466.
50. И.К. Кудриш. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми материалами и его биотехнологическое значение // Микробиологический журнал. – 1999. -Т. 61, № 1. – С. 60-73.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Биология факультеті
Микробиология кафедрасы
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
АШЫТҚЫ КЛЕТКАЛАРЫНЫҢ КАРБОНИЗДЕЛГЕН САРЫ ӨРІК ҚАБЫҒЫНА БЕКІНУІН ЗЕРТТЕУ
Орындаған:
4 курс студенті
Мырзадаулетова І.Т.
Ғылыми жетекшісі:
Уалиева П.С.
б.ғ.к.
_____________2008 ж
Нормобақылаушы:
Ибраймова М.Ж.
_____________2008 ж
Қорғауға жіберілді
кафедра меңгерушісі
б.ғ.д., профессор
Жұбанова А.А.
_____________2008 ж
Алматы 2008
Реферат
Бітіру жұмысы 36 беттен 8 сызбадан, 3 суреттен және әдебиеттен тұрады.
Түйін сөздер: Иммобилизация, биосорбенттер, ауыр металдар, сорбция,
сары өрік қабығы, карбонизация.
Берілген жұмыста Candida crusei-40, Torulopsis kefyr var,kumis,
Rhodutorula glutinis var, glutinis ашытқы клеткаларының карбонизделген сары
өрік қабығы негізіндегі сорбенттерге иммобилизациясы зерттелінді. Ашытқы
клеткаларын иммобилиздеу барысында олардың рН әсері анықталды.
Иммобилизденген ашытқы клеткалары негізіндегі биосорбенттердің ауыр
металдар иондарын сорбциялау қасиеті зерттелінді.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Иммобилизация әдістері және иммобилизденген
микроорганизм клеткалары
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді
қолдану
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІЛЕРІ
2.1. Зерттеу объектілері
2.2. Биосорбенттерге ашытқы клеткаларын иммобилиздеу әдісі
2.3 Электронды микроскопиялық әдіс
2.4 Ауыр металдардың биосорбенттермен сорбциясын зерттеу
2.5 Ауыр металдарды анықтау әдістері
2.6 Атомдық-абсорбциялық спектрометрия әдісі
2.7 Атомдық - абсорбциялық спектрометрия әдісінің басқа
әдістерге байланысты ерекшелігі
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР
3.1 Сары өрік қабығы негізіндегі биосорбенттерге ашытқы
клеткасының иммобилизденуі
3.2. Ашытқы клеткасының сорбциясына рН-тың әсерін анықтау
3.3 Ауыр металл ерітіндісінің иммобилизденген ашытқы
клеткасына жүргізілген атомдық-абсорбциялық анализ
нәтижесі
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
КІРІСПЕ
Экологиялық проблемаларды шешуде қазіргі микробиология және
биотехнология жетістіктерінің маңызы зор. Экологиялық проблемалардың бірі -
ластанған суларды тазалау. Ластанған суды тазалау дүниежүзілік
проблемалардың бірі болып отыр. Ғылыми тұрғыдан қарастырсақ, табиғаттағы
болып жатқан процестерге де микроорганизмдер қатысады. Осыған байланысты
біз ластанған су қоймаларын тазалауда иммобилизденген микроб клеткаларын
пайдаланудың тиімді жолын және маңызын қарастырамыз. Бұл микробиологиялық
жолмен тазалау әдісіне жатады.
Микроорганизмдер де су қоймалардың табиғи тазалануына қатысады.
Микроорганизмдер табиғатта кең таралған. Микроорганизмдер әрекеті
нәтижесінде су құрамындағы белгілі бір мөлшерден тыс көбейген заттарды
тазалауға болады екен. Микроорганизмдер өздерінің тіршілігі барысында су
құрамындағы заттармен қоректенеді. Ластанған су құрамын тазалайтын
болғандықтан көптеген жағдайларды қарастырады. Ластанған су құрамында
органикалық және неорганикалық заттардың шектен тыс көп мөлшерде жиналуы
судың табиғи қасиетін өзгертеді. Су құрамы мұнай, ауыр металдар, ауыр
металл иондары, тау-кен өндірістерінің қалдық суларымен және химиялық
заттармен ластанады. Осындай заттармен ластанған суды тазалау үшін осы
заттарға тәуелді микроорганизм клеткаларын иммобилиздеп пайдаланудың
тиімділігі жоғары. Иммобилиздеуде әртүрлі дәрежедегі микроорганизм
клеткаларын пайдалануға болады. Тірі активті клеткаларды немесе жартылай
жарақаттанған клеткаларды иммобилиздеу үшін пайдалануға болады. Себебі
иммобилизденген клеткалардың тіршілік ету барысында төзімдірек болатыны
анықталған. Клеткаларды иммобилиздеудің бірқатар артықшылықтары бар:
• күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыру мүмкіншілігі;
• микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына
(температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді
заттардың концентрациясы,т.б.) төзімділігі;
• жергілікті микрофлорамен ығыстырылуын алдын алу 1.
ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1. Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм
клеткалары
Иммобилизденген клеткалар деп, сыртқы ортада қозғалуы жасанды жолмен
шектелген клеткаларды атайды. Қозғалысын шектеуді қамтамассыз ететін
материал- тасымалдаушы болып табылады. Толығымен бұл жүйе клетка-
тасымалдаушы иммобилизденген биокатализатор деп айтылады. Тасымалдаушы
ретінде ерімейтін материал пайдаланылады. Клеткалар түрі өздеріне оптималды
жағдайына байланысты бекінеді. Иммобилизденген жағдайда клетканың өмір
тіршілігі клетка үшін қалыпты болып табылады. Клетканың тасымалдаушыға
бекінуі, микроорганизмдер иммобилизациясы болып табылады. Иммобилизденген
биокатализаторды эксплуатация процесінде тасымалдаушының бастапқы құрылымы
өзгеріске ұшырайды. Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасушылар
төмендегідей талаптарға сай болуы қажет.
Иммобилизацияда қолданылатын әдіс клетканың ферментативті жүйесін
бұзбауы қажет. Егер клетканың ферментативті жүйесі бұзылған жағдайда клетка
белсенділік қабілетінен жойылады.
Ереже бойынша, иммобилизацияны мүмкіндігінше клетканың тасымалдаушыға
берік болып бекінгенін қамтамассыз ету қажет.
Иммобилиздеу процесінде клетканың манипуляциясы минималды болуы қажет.
Иммобилизденген биокатализаторды алу жолында тұрақтылық қажет.
Тасымалдағыш зат технологиялық процесс жағдайында химиялық, физикалық,
биологиялық әсерлерге төзімді болуы қажет.
XX ғасырдың 40-жылдары микроорганизмдердің адсорбцияланған клеткаларын
ағын суларды тазалау үшін пайдалана бастады. Ауаны биологиялық тазалау
үшін, бағалы химиялық заттарды синтездеу үшін, пластмасса өндірісін,
рудалардан түсті металдарды шығарып алу үшін пайдалана бастады.
Иммобилизацияда қолданылатын тасушылардың түрлері көп: құм, керамзит,
көмір, күл, шыны, керамика, металды торлар, сонымен қатар синтетикалық
материалдар (нейлон талшықтары, полиэфир, поливинилхлорид,
пенополиуретан,т.б.), полимерлер (агар, каррагенан, альгинат,
полиакриламид, целлюлоза гельдері),т.б.
Иммобилизденген ферменттерді өндірістің әр түрлі саласында –
фармацептика, ауыл шаруашылығы тағам, текстиль, тері өндірісінде медицинада
қолданады. Көптеген биотехнологиялық процестерде табиғи объект ретінде
микроб клеткаларын пайдаланады.
Фермент немесе клетканың иммобилизациясы - биокатализатор молекуласын
шектеулі кеңістікке орналастыру болып табылады.
Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасымалдаушылар шығу тегіне
байланысты органикалық және неорганикалық болып бөлінеді. Органикалық
тасымалдағыштар табиғи полимерлер және синтетикалық полимерлер болып
бөлінеді. Табиғи полимерлер химиялық табиғатына байланысты белоктық,
полисахаридтік, липидтік болып бөлінеді. Целлюлоза, декстран, агароза және
оның туындылары тасымалдағыш ретінде пайдаланады. Синтетикалық полимер
тасымалдағыштар стиролдың негізінде жасалынған дивенилбензол тігуші агентті
пайдалану арқылы Дауекс, Амберлит, саңылаулы ионалмастырғыш түрінде
өндірістік масштабта шығарады. Сонымен қатар поливинил спирті негізінде
тігуші агент ретінде глутарь альдегин пайдаланады. Артықшылығы оның
молекуласына көп мөлшерде әр түрлі функционалды топтарды енгізуге болады.
Адсорбция жолымен клеткалардың иммобилиздену қарапайым әдіс болып табылады.
Имобилизация әдісі табиғи заңдылықтармен сәйкес келеді. Иммобилиздеу
әдісі химиялық және физикалық деп бөлінеді.
Химиялық әдіс – фермент және клетканың жоғарғы қабатымен тасымалдағыш
материал арасында ковалентті байланыс түзіледі. Клетка және фермент
тасымалдағыштарға тігіледі.
Физикалық әдіс - тасымалдағышқа клетка және ферменттің бекінуі,
физикалық факторлардың қатысуымен жасалады. Олар: адсорбциондық, полимерлі
гель торшасына фермент және клетканы енгізу, жартылай өткізгіш мембранаға
енгізу, екі фазалы реакциялық орталыққа енгізу. Иммобилизацияның ең көне
әдісі физикалық адсорбция болып табылады. Бұл әдістің негізі- фермент
немесе клетканың тасымалдағышқа физикалық немесе иондық әсеріне
негізделеді. Тасымалдағыш ретінде неорганикалық заттар( кремнезем, поралары
бар шынылар, табиғи алюмосиликаттар алюминия оксиды) немесе органикалық
заттар (полисахаридтер, каллаген) қолданылады.
Микроорганизмдерді өндірісте мерзімді және үздіксіз дақылдау барысында
қалдық қалады. Кез келген патогенді емес микроорганизмдер жоғары
концентрацияда ауа, су, топырақ, экологияны төмендетеді. Бос клеткаға
қарағанда иммобилизденген клеткаларды көп пайдаланады. Шығарылған өнім аз
бактериямен ғана ластанады. Өндірісте патогенді микроорганизмдерді
пайдалану үшін тасымалдағыштарға иммобилиздеу арқылы оларды қоршаған ортаға
таралуынан қорғайды. Патогенді микроорганизмдерді иммобилизденген түрінде
пайдалану экологиялық жағынан тиімді келеді.
Иммобилиздеу әдісіне қойылатын талаптар.
1 Әдіс мүмкіншілік бойынша қарапайым әдіс
2 Иммобилизденгеннен кейін фермент белсенді жағдайға оңай және тез
ауысуы керек .
3 Иммобилиздеу әдісі ферменттің және клетканың белсенділігін аса
төмендетпеу керек.
4.Иммобилизденгеннен кейін фермент немесе клетка тасымалдағыштармен
мықты қатты бекіну керек
5 Иммобилиздеу әдісінде мүмкіншілігіне қарай жұмыс сатылары аз болу
керек
6 Иммобилиздеу әдісі иммобилизденген биокатализатордың ұзақ
тұрақтылығын сақтауға мүмкіншілік беру керек.
7 Иммобилиздеу әдісі экономикалық тиімді болу керек.
Қазіргі кезде механикалық беріктілігі, саңылаулығымен ерекшеленетін
жаңа қөміртекті материалдар алудың түрлі әдістері жасалуда. Әр түрлі қатты
сорбенттердің бетінде көмірсутек пиролизі процессі кезінде каталитикалық
көміртек түзілу жаңа сорбентті қарауға мүмкіндік береді. Тасушылардың
сорбциялық сиымдылығын ұлғайту, клетка-тасымалдаушы байланысының
беріктілігін жоғарлату мақсатында клеткаларға улы емес және арзан, шығу
тегі табиғи сорбенттерді алуда көп көңіл бөлінуде 1.
Клеткалардың иммобилизациясында пайдаланылатын биотехнологиялық
процестер көмегімен жоғарғы нәтижеге жету үшін клетканың биологиялық
функциясына сай иммобилизация әдістерін пайдалану керек. Өсуге қабілеті жоқ
клеткалар, иммобилизденген жағдайда бөлінбейді. Олар метаболитті активті
клеткалар. Өнімді синтездеу қабілетіне ие иммобилизденген клеткалар
синтетикалық активтілікке ие болады.
Хемосорбция. Бұл иммобилизация әдісі клеткалардың тасымалдаушымен
коваленттік байланысын сипаттайды. Хемосорбция әдісінде тігу агенттерін
пайдаланбайды. Хемосорбция әдісінде тасымалдағыш матрица клетканы
коваленттік байланыстың көмегімен биосорбентке бекінуін қамтамассыз етеді.
Ол байланыс тасымалдағыштың функционалды топтарымен микроб клеткасы
қабырғасының компонеттерінің арасында түзіледі. Осы байланыстың нәтижесінде
клетка сорбентке бекінеді. Хемосорбцияның нағыз ковалентті иммобилизация
әдісінен ерекшелігі, хемосорбция жағдайында клетка және сорбент арасындағы
байланыс төменірек болады.
Адсорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісінде микроорганизмдердің әртүрлі
қатты немесе гель тәріздес сорбенттерге бекіне алу қабілетін айтады.
Сорбенттерге клеткалардың адсорбциясы жүргеннен кейін клетка тіршілігін
жалғастыра береді, бірақ қозғалысы шектелген болады. Клеткалардың
адсорбциялық жолмен иммобилизденуі ең қарапайым әдістердің бірі болып
табылады. Физикалық жолмен клеткаларды иммобилиздеу үшін сорбент ретінде
қарапайым табиғи заттарды пайдалануға болады. Мысалы арнаулы химиялық
өңдеуден өткен өндіріс қалдықтарын пайдалану экономикалық жағынан тиімді.
Соның ішінде шарап өндірісі қалдықтарын ( жүзім, өрік дәнектерінің қабығы )
пайдалану тиімді 2.
Металдардың гидроксидтерінде хемосорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісі
клетка суспензиясының буфер ерітіндісінде белгілі мөлшердегі рН пен және
жаңа дайындалған гидроксид гельмен бірнеше минут центрифугалау арқылы алуға
негізделген 3.
Иммобилиздеудің бұл әдісі клетканың тасымалдағыштың жоғарғы бетіне
бекінуін қамтамассыз етеді. Химиялық активті тасымалдағыштарды пайдалану
арқылы микроб клеткаларын иммобилиздейді. Осы аталған әдіспен төмендегі
микроб клеткалары иммобилизденді:
Escherichia coli, Serratia marcescens, Lactobacillus s., Acetobacter
sp., Saccharomyces cerevisiae, т.б 3-4.
Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткаларын пайдалану,
биотехнологияда жаңа бағыттарды ашады. Биотехнологияда микроорганизмдер
немесе олардың метаболиттері сульфидті минералдардың тотығуын жүзеге
асырады. Көптеген жағдайда иммобилизденген микроорганизм клеткаларын
рудалардың жоғарғы бөлігінде, минералды аймақтарда тау- кендерінде
биопленкалар түрінде пайдаланады.
Металдарды шаймалдауда сульфидті және аралас рудалар,
пирометаллургиялық өндіріс қалдықтарынан көмірден күкіртті жою үшін
Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans қолданылады. Алтынды
шаймалдауда микроорганизмдер ( саңырауқұлақтар, бактериялар, ашытқылар)
және олардың метаболиттерін силикатты және карбонатты рудалардан химиялық
элементтерді жою үшін пайдаланады.
Қазіргі таңда бактериалды шаймалдау биогидрометаллургия немесе
биоэкстрактивті металлургияда өндірістік масштабта қолданылады.
Көмірден күкіртті бөлу процесінде Thiobacillus ferrooxidans
бактериялармен алдын ала өңдеу күкірттің белгілі мөлшерде күкірт қышқылына
дейін тотығуына алып келеді.
Сонымен қатар гельдерде клеткалардың иммобилизациясы олардың тіршілік
ету барысында жағымсыз әсер беруі мүмкін. Қалдық суларды биологиялық
тазалауда қолданылатын процестердің ішінде перспективті бағыттардың бірі,
биосорбционды әдіс болып табылады. Биосорбционды әдіс су тоғандарға ұнтақ
тәріздес немесе түйіршіктелген активті көмірді аэрация зонасына қосу арқылы
жүргізіледі. Қосылған материал екі түрлі қызмет атқарады. Біріншіден
иммобилизденген микроорганизмді тасымалдау қызметін атқарады. Екіншіден
үлкен сорбционды көлеміне қарай токсикалық субстраттардың жылдам
сорбциялануы жүзеге асады. Иммобилиздеуде активті көмірді пайдалану ХПК
(оттегіні химиялық пайдалану) бойынша органикалық заттардың құрамы
14790мгл ден 280мгл дейін азайғаны анықталған .
Иммобилизденген клетканы пайдаланудың маңыздылығы олардың сыртқы
факторға төзімділігімен сипатталады. Сонымен қатар иммобилизденген
клеткалар су құрамындағы органикалық заттардың тотығу-тотықсыздануын жылдам
қамтамассыз етіп нәтижесінде суды биологиялық жолмен өңдеуде уақытты
үнемдейді 8.
Жер үсті суларының күміспен ластануы жер асты сулары және рудниктердің
қалдық суларынан болып отыр. Күмстің көп мөлшерде болуы бактериоцидті және
альгицидті препараттардың көп мөлшерде болуына байланысты. Қалдық суларда
күміс еріген түрде немесе галоидты тұздар түрінде кездесуі мүмкін 9.
Қоршаған ортаны тазалауда қолданылатын микроорганизмдер иммобилизациясы
үшін инертті тасымалдағыштар жеткілікті мөлшерде бар. Тасымалдағыш материал
ретінде құм, керамзит, көмір, диатомды жер, шыны шариктер, керамика металды
сетка т.б. заттар пайдаланылады.
Қалдық суды тазалау арқылы суды ластаушы заттардан босатады. Сонымен
қатар суды микроорганизмдерден жойылуын қамтамассыз етеді. Бұл ек мәселені
жүзеге асыруда иммобилизденген микрофлора және фауна қолданылады. Әр түрлі
су организмдерін иммобилиздеу қалдық суларды биологиялық жолмен тазалауда
маңызды.
Соңғы жылдардағы көптеген зерттеулерге көз жүгіртсек, активті
микроорганизмдер- деструкторлар судың қатты ағысымен ағып кетуіне
байланысты оларды су биоценозында тиімді сақтау жолдарының бірі
иммобилиздеу болып табылады 10.
Қазіргі таңда иммобилизденген микрофлораны практикада пайдалану
табиғатты қорғау үшін маңызды. Микроорганизм клеткаларын иммобилиздеу
күрделі көп стадиялы процестерді жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Иммобилизденген микроорганизм клеткалары сыртқы факторларға төзімділік
көрсете алады.11. Аралас микроорганизмдер қауымдастығын пайдалана отырып,
суды фенол және цианид, фенол және нафталин, 2- хлорфенол, 2,4-
дихлорфенол, 2,4,6- трихлорфенол, 2- нитрофенолды заттардан тазалау үшін
жүргізілген нәтижелер белгілі болды.
Микроорганизм адгезиясы үшін капрон талшығының түйіршігін пайдалану
лабораториялық аэротенкте биомасса концентрациясының 0.3 3.0 гл дейін
жоғарылауына мүмкіндік берді. Осылайша судың тазалану уақыты 36 сағаттан
6сағат ішінде, 660мгл фенолды 10мгл дейін тазалағаны анықталған. Ал
бақылауда жүргізілген нәтижелер өндіріс жағдайында микрофлораны
тасымалдағыш ретінде металл торын пайдалану, аэротенкте биомасса
конценрациясының өсуін 0.3 мөлшерден 1.2-1.5гл дейін жоғарлатты. Ал судың
тазалану уақыты 36 сағаттан 10-8 сағат аралығында, ал фенол концентрациясын
600 20 мгл дейін төмендеген.
Иммобилизденген клеткалармен ұзақ уақыт бойы эксплуатация жүргізгенде (
2ай мерзім) шыны талшықтарының қасиеті жойылған. Суды тазалауда қолданылған
шыны талшықтармен поролондар құрамында сорбцияланған заттардың қасиетін
жойғаны байқалған 12.
Белсенді тұнбалардың сорбциялануы шыны талшықтарында, капронды мата
түрінде немесе капронды талшықта зерттелінді. Зерттеу барысында 6 сағаттық
иммобилизациядан кейін белсенді тұнбалардың эффективтілігі шыны
талшықтарында 30%, ал капрон тектес заттарда 80% құраған 13.
Микроорганизм клеткаларын полимерге енгізу арқылы иммобилиздеуге
болады. ( агар, каррагенан, альгинат, целлюлозды гель, полиакриламид) 14.
Cуды токсикалық заттардан тазалау үшін иммобилизденген микроорганизмді
пайдалануда жоғарғы жетістіктерге жетті. Мысалы, суды фенолдан тазалауда
иммобилизденген микроорганизмнің тиімділігі жоғары болды. Сонымен қатар
хлор және фенолдың нитротуындыларынан су құрамын тазалауда тиімділігі
жоғары болды 15.
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді қолдану
Ауыр металдар қоршаған ортаны, табиғатты, су қоймаларын ластаушылардың
бірі болып есептеледі . Тасымалдаушы материал және оның пішіні, көлемі
клеткалардың бекінуіне әсер етеді. Қоршаған ортаның ластануы және экология
проблемаларын шешуге арналған жұмыстарда ластаушы заттар ретінде
Менделеевтің периодтық жүйесіндегі атомдық массасы 50-ден жоғары, 40-қа
жуық металдар V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi т.б.
ауыр металдар қатарына жатқызылады. Ауыр металдар тірі организмдер үшін аз
концентрация мөлшерінде жоғарғы деңгейде токсикалық болып есептеледі.
Сонымен қатар ауыр металдар биоаккумуляцияға қабілетті. Барлық металдар
биологиялық процестерге қатысады. Ферменттер құрамында болады. Н.
Реймерстің классификациясы бойынша тығыздығы 8гсм жоғары салмақтағы
металдар ауыр металдар қатарына жатқызылады, ауыр металдарға мыналар
жатады: Рb,Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Металл концентрациясын
реттеуге қатысатын факторларды түсіну үшін олардың химиялық реакция
қабілетін, биологиялық және токсикалық мүмкіндігімен қатар бос және
байланысқан металл түрлерін білу керек. Cu, Cd, Hg металдарының хелатты
түрлерінің токсикалық деңгейі төменірек болады.
Суды ауыр металдармен ластаушылардың бірі гальванических цехы, тау кен
өндірісі, қара және түсті металлургия қалдық сулары және машина өндірісі
зауыттарынан шыққан қалдық сулар болып табылады. Ауыр металлдар
тыңайтқыштардың және пестицидтердің құрамында болады. Олар су құрамына егіс
алқаптарымен бірге ағып келеді 19.
Кадмий- топырақты шаймалдаумен полиметалл және мыс рудаларымен бірге
түседі. Лас және әлсіз ластанған көлдерде кадмий субмикрограмды
концентрацияда кездеседі. Кадмий адам және жануарлар тіршілігі үшін маңызды
рөл атқарады. Кадмийдің жоғарғы концентрациясы зиянды 16,21,24.
Цинк- табиғи сулардың цинкпен ластануы тау табиғаттарының және
минералдар ( сфалерит, цинкит, госларит, каламин), сонымен қатар руда
өндіретін зауыттардың қалдық суларымен ластанады. Цинк активті
микроэлементтердің қатарына жатады. Белгілі бір мөлшерде организмнің өсіп
қалыптасуы үшін қажет. Оның кейбір қосылыстары токсикалық улы болып келеді.
Цинк сульфаты және хлориды зиянды болып келеді 16,21,24.
Судың хроммен ластануына тері және химия өндірістері себеп болып отыр.
Су құрамында хром иондарының төмендеуі су организмдерімен және адсорбция
процесі нәтижесінде жүреді. Жер үсті суларында хром еріген түрде кездеседі.
Хромның сорбенті ретінде темір гидроксиді жоғары диссперсті кальций
карбонаты. Еріген түрде хром хромат және бихромат түрінде кездесуі мүмкін.
Аэробты жағдайда хром (VI) түрден хром(III) ауысады. Тұздар сілтілі және
нейтралды орталарда гидроксидтердің бөлінуімен гидролизденеді 17,21.
Табиғи су құрамын темірмен ластаушылар тау кен өндірістерін химиялық
өңдеу зауыттары болып табылады. Су құрамында кездесетін минералды және
органикалық заттармен әсерлескенде темірмен күрделі байланыс түзіледі.
Темірдің белгілі бір мөлшері су құрамына металлургия және металл өңдегіш
өндірістерден түседі. Лайшық суларда темір көп мөлшерде кездеседі. Темірдің
жоғары концентрациясы рН төмен жер асты суларында байқалады. Темір
биологиялық активті элемент болып табылады. Темір белгілі бір мөлшерде
фитопланктонның дамуына және су құрамындағы микрофлора құрамының сапасына
әсер етеді.17,21.
Металл иондары табиғи су қоймалардың компоненттері болып табылады. Су
құрамында металл иондары әр түрлі неорганикалық және металлорганикалық
қосылыстардың құрамына кіреді. Олар еріген түрде немесе минералды заттардың
құрамына енеді. Металдардың еріген түрлері, өз кезегінде гидролиз процесіне
байланысты әр түрлі болады. Су организмдерінің азмөлшерде металдармен
қамтамассыз етілуі металдардың су экожүйесінде кездесетін түріне
байланысты. Көптеген металдар органикалық заттармен мықты байланыс түзе
алады. Көптеген органикалық комплекстер хелат циклі бойынша мықты байланыс
түзеді. Түзілген комплекстер топырақта темірмен тұз, титан, уран, мыс,
молибден т.б. ауыр металдар нейтралды, әлсіз қышқыл және әлсіз сілтілі
орталарда ерігіштік қабілеті жоғары болады 18.
Никельмен судың ластаушы көздері сульфидті, мыс-никельді рудалар және
темір-никельді рудалар болып табылады. Көк-жасыл балдырларда никельдің көп
мөлшері табылған. Көк-жасыл балдырлар никельдің сорбциясын жүзеге асырады.
Никельдің концентрациясы судың құрамында цианид, сульфид, карбонат немесе
гидроксидтердің сонымен қатар, су организмдерімен адсорбция процесінің
нәтижесінде азаюы мүмкін. Жер үсті суларда никель еріген және коллоидты
түрде кездеседі. Никельді өзіне байланыстыратын сорбенттер темір гидроксиді
органикалық заттар, жоғары дисперсті кальций карбонаты болуы мүмкін. Никель
қан түзу процесінде катализатор қызметін атқарады. Оның көп мөлшері қан-
тамырлар қызметіне зиянды әсер етеді. Никель концерогенді элементтердің
қатарына жатады. Ол респираторлы ауруларды тудыруы мүмкін. Никельдің бос
иондары оның байланысқан түріне қарағанда екі есе зиянды болып табылады.
Кобальт биологиялық активті элементтердің қатарына кіреді. Өсімдіктерде
және жануар организмдерінде болады. Топырақта кобальттың аз мөлшерде болуы
өсімдік құрамында аз болуына байланысты. Топырақтың кобальтпен қамтамассыз
етілуі өсімдіктің қатысуымен жүреді. Кобальттің жетіспеушілігі жануарда қан
аздықты тудырады. Кобальт В12 витаминінің құрамына еніп, азотты заттардың
енуін қамтамассыз етеді. Өсімдікте белокты азоттың биосинтезін
активтендіреді. Кобальт өсімдікті хлорофилл, аскорбин қышқылымен
қамтамассыз етеді. Кобальттің жоғарғы концентрацияда кездесуі улы болып
есептеледі 20.
Висмуттың табиғи су құрамына висмуты бар минералды заттарды
шаймалдайтын өндірістерден түседі. Сонымен қатар табиғи суды висмутпен
ластаушылардың қатарына фармацептикалық және парфюмерия өндірістерінің
қалдық сулары жатады. Ластанбаған жер үсті суларында субмикрограмды
концентрацияда болады 21.
Ванадий – темір рудаларында, асфальт, көмір т.б. заттарда кездеседі.
Судың ванадимен ластануын мұнай және оның өнімдері тудырады. Табиғи су
құрамында өте аз мөлшерде кездеседі. Ванадийдің жоғарғы концентрациясы адам
денсаулығына зиянды .Су құрамында темірдің 1-2мгFeл судың органолептикалық
қасиетін өзгертеді. Су техникалық мақсатқа жарамсыз болып қалады 22.
Микромицеттер көмегімен ауыр металдардың биосорбциясын жүргізуге
болады. Алтын өндірілген орыннан бөлініп алынған микромицет штамдары
зерттелді. Бұл жұмыстың мақсаты: алтын және ауыр металдардың микроскопиялық
саңырауқұлақтармен биосорбциясын және клеткаға токсикалық әсерін зерттеу.
Микроскопиялық саңырауқұлақтардың түрлік ерекшелігі алтын және руда кен
орындарынан зерттелінді. Ең бірінші рет Амур облысының территориясынан
микромицеттердің жеті түрі бөлініп алынған. Металдардың микромицетті
саңырауқұлақ клеткасымен байланысуы анықталған. Mn, Ni, Fe металдарының
аккумуляциясы мен трансформациясы клетка қабырғасында өтсе, Hg, Ag, Cu, Pb,
Zn металдарының аккумуляциясы клеткада және клетка ішілік кеңістікте
жүреді. Мицелий клеткасы токсикалық металдармен әсерлескенде шырыштанады.
Алынған зерттеу нәтижелері микромицет биомассасы арқылы бағалы металдардың
биосорбциясын жүзеге асыруда пайдаланудың тиімділігі жоғары болатыны
анықталған. Микроскопиялық саңырауқұлақтардың ауыр металдардың биосорбенті
және биологиялық активті заттардың продуценті ретінде пайдалануға болатын
штамдарының коллекциясы құрылған 5.
Өмір сүруге қабілетті клеткалар иммобилизденгеннен кейін де ұрпақ
беруге қабілетті болады. Олар тасымалдаушының өзінде немесе тасымалдаушыдан
бөлінгеннен кейін көбеюге қабілетті болады 6.
Табиғи су құрамында ауыр металдардың концентрациясының жоғарылауы,
судың басқа заттармен ластануына да байланысты, мысалы, судың қышқылдануы.
Қышқыл заттардың суға түсуі рН мәнін төмендетеді. Нәтижесінде сорбирленген
металлдардың минералды заттарға айналуы, органикалық заттардың бос күйге
ауысуы байқалады 23.
Барлық микроорганизм түрлері металға төзімділік көрсете алады.
Микроорганизмдер ерітінді құрамынан металл концентрациясын азайтады немесе
толығымен металдарды су құрамынан жоюға көмектеседі. Бактерия және
саңырауқұлақтардан металды бойына жинайтын түрлері бар. Әшекей өндірісі
қалдық суларына ашытқы культураларының туыстасы(Candida, Saccharomycess,
Rhodotorula )суспензиясын қосу кезінде су ерітіндісінен жоғары диссперсті
алтынды жойғаны анықталған. Ауыр металдар биохимиялық процестерге қатысады.
Ауыр металдар белгілі мөлшерде фермент құрамында болады. Мыстың клетка
ішіне енуін қамтамассыз ететін фермент Co, Ni, Zn сияқты ауыр металдарды
жұта алады.
Chlorella vulgaris Larg балдыры ванадий металына бейімделген.
Бейімделуі қоректік орта құрамына ванадий қосады. Техногенді ерітінділер
ауыр жүйені құрайды олардың құрамында әр түрлі металл катиондары кездеседі.
Осы техногенді ерітіндіге паста түрінде Chlorella vulgaris Larg балдырын
қосады. Бұл әдістің эффективтілігі су құрамынан ванадийдің жоғары
концентрация мөлшерінде жойылуын қамтамассыз еткен 24.
Металл иондарының сорбциясында микробиологиялық әдістерді пайдалану
перспективті болып табылады. Ерітінді құрамынан металдарды жоюда әр түрлі
таксономиялық топтар қолданылады. Thiobacillus ferrooxidans су құрамынан
Cd(II), Co(II ),Cu(II), Cr(IV), Fe(III), Ni(II), Ag жоюға қабілетті.
Көптеген металл иондары әр түрлі биологиялық процестерде маңызды орын
алады. Мысалы, калий ионы, магний, марганец, темір, кобальт, мыс, молибден,
цинк ферменттер құрамына кіреді. Тотығу- тотықсыздану процесі нәтижесінде
металы бар ферменттермен бірге белокты заттарда қатысады. Ол белоктар
металл иондарының концентрациясына және жиналу мөлшеріне бақылау жасайды.
Металдар организмге белгілі мөлшерде қажет болады. Олар организмге белгілі
мөлшерде жетпеген жағдайда, адам организміне зиянды ауыр металдар жиналады.
Әр түрлі ауру қоздырушы ауыр металдар сол белгілі мөлшерде жетіспеген
металдардың орнын басады.
Су қоймаларды ластаушылардың бірі, ауыр металл ерітінділері бар
зауыттардың қалдық сулары жатады. Ол су сапасын төмендетіп ондағы тіршілік
иелерінің жағдайына кері әсер етеді. Табиғи су құрамында ауыр металдар
ерітінді немесе адсорбирленген жағдайда кездеседі. Суға ионды түрге
енгеннен кейін тұнбаланып жиналады.
Ауыр металдардың жоғары концентрациясы су қабатының жоғары бетінде
табылған.
Токсикалық жағынан ауыр металдар келесі ретпен орналасады: сынап,
күміс, мыс, кадмий, цинк, қорғасын, хром, никель, кобальт 25.
Микроорганизмдерге ауыр металдар әртүрліше әсер етеді. Кейбір
микроорганизмдер клетка ішіне ауыр металдардың активті транспортын
жүргізеді 26.
Кейбір металл иондары клетка қабықшасына немесе клетканы жауып тұратын
шырыш қабығымен байланысады 27.
Saccharomyces serevisia ашытқы штамы (табиғи және лабораториялық
жағдайда) мыс ионына резистентті түрі анықталған. Хромосома аймағында
металлотионинді бөлігі бар. Металлотионинді бөлігі металмен байланысып,
токсикалық әсеріне төтеп береді. Ломоносов атындағы МГУ биология факультеті
клетка физиологиясы және иммунология кафедрасында бірқатар зерттеушілер
тобы Anacysis nigulans цианобактериясынан ванадийтионин бөлініп алынған. Ол
цитоплазматикалық белок. Молекулалық массасы 10 кДа. Ол металлотионин II
болып табылады. Ванадий ионын байланыстырады. Саңырауқұлақтар
-микромицеттер клетканың аккумуляция процесінін нәтижесінде ауыр метал
иондарын жоюға қабілетті келеді. Ауыр металды жою активтілігіне хитин,
пигменттер ие.
Күміске микроорганизмдердің резистенттілігі мыстыкі сияқты арнаулы
плазмиданың бар болуына байланысты. Күміс иондарына төзімді бактерияларды
күмістен суды тазалауда пайдалануға болады 28.
Металдармен микроорганизмдердің аккумуляциясы- клетка қабырғасымен
сорбцияның жүруі және микроорганизмдер клеткасы ішіне жиналуы (бактерия,
мицелиалды саңырауқұлақтар, ашытқылар, балдырлар).
Ерітінді құрамынан 100% Pb, Hg, Cu, Ni, Co, Mn, Cr; 96-98% Au, Ag
93% Se жоюға қабілетті. Бұл организм түрлерін эффективті және арзан
сорбент ретінде суды ауыр металдардан тазалауда қолданудың маңызы зор 29.
Микроорганизм клеткасына металдардың жиналуы екі фазада жүреді.
а) Бастапқы фаза. Клетканың энергиялық жағдайына тәуелді емес. Бастапқы
фазада металдардың сорбциялануы клетка қабырғасының компоненттерінде өтеді.
Хитин мен хитозан металды сорбциялауда активті сорбент болып табылады.
б) Баяу фаза. Бұл фаза энергияға тәуелді. Металл иондары сорбциясы
энергияның қатысуымен мембрана тасымалдағыштары арқылы жүреді 30.
Суды хромнан биологиялық тазалау әдісінде мицелиалды саңырауқұлақ
Aspergillus flaeres пайдалану тиімді. Мысалы, хром (VI), бастапқы
концентрациясы 11,4гл және хром (III) 0,39гл. Мицелиалды саңырауқұлақ
72,8% сорбциялағаны анықталған 31.
Суды мышьяктан тазалауда Penicillum туысына жататын Scopulariopsis
brevicaulis штамы бастапқы концентрациясы 512гл құрамынан мышьякты 99,8%
жойғаны анықталған. Сонымен қатар саңырауқұлақты пайдаланудың бір себебі
мышьякты газ тәріздес затқа айналдыруға қабілеті бар. Бұл мышьякты қосылысы
бар заттарды алу үшін қалдықсыз технологияда пайдаланудың маңызы зор 32.
Сульфат тотықтырушы бактериялар тіршілігі нәтижесінде қалдық су
құрамынан кобальт сульфидін, никель, кадмий, темір, қорғасын, цинк жоюға
көмектеседі 33. Металл сульфидін жоюда облигатты сульфат редуктордан
басқа да, тыныс алу тізбегінде күкірт тотығын пайдаланатын
микроорганизмдерде қатысады. Ол бактерия түрлеріне Pseudomonas туыстарының
штамдары жатады. Олар сульфат редукциялауға қабілетті болады.
Микроорганизмдердің тіршілігі нәтижесінде жақсы еритін токсикалық
сульфаттар ерімейтін түрге ауысып тұнба түрінде қалады. Фотосинтезге
қатысатын күкірт бактериялары күкіртті сульфатқа айналдырады.
Сульфатредукторлар түзілген сульфатты электрон акцепторы ретінде
пайдаланады. Сульфатты тыныс алу оттекті тыныс алуға қарағанда жоғары.
Ең бірінші рет сульфатредукцирлеуші бактерияларды Бейеринк сипаттаған.
Оның классификациясын (1966 ж) Posgak, Campbel деген кісілермен ұсынылған.
Бұл топта Desulfovibrio және Desulfotomaculum туысы анықталды. Қазіргі
таңда сульфаттотықсыздандырушы бактериялардың 8 туысы белгілі. Олар:
Desulfovibrio және Desulfotomaculu Desulfomonas, Desulfobacter,
Desulfobulbus, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema. Морфологиялық
құрылысы бойынша әр түрлі. Споралы және аспорагенді түрлері бар. Бұл
бактерияларға тән қасиет олар қатаң анаэробиоз және сульфат түзілуімен
ерекшеленеді. Көбінде сульфатредукцирлеуші бактериялар (25-300 С) жақсы
өседі. Кейбір жеке түрлері үшін оптималды температура (37-460 С)
Термофильді түрлері де бар (650С).
Күкірт бактериялары облигатты анаэробтар болып табылады. Бұл
микроорганизмді өсіріп алу үшін қоректік ортаға редуцирлеуші затты
(дитионин т.б.) қосады. Орта құрамында белгілі мөлшерде FeS болады. Бұл
күкірт сутегінің детоксикациясына қатысады. Сонымен қатар
сульфатредукциялаушы бактериялардың өскенін көрсетеді. Сульфид қалдығы қара
түске боялады. Сульфидтің белгілі мөлшерде болуы сульфатредукцирлеуші
бактериялардың өсіміне қажет болуы мүмкін. Сульфатредукцирлеуші
бактерияларды өсіруде орталарға ашытқы экстракты қосылады. Кейбір
сульфатредукцирлеуші бактериялар ашытқы экстрактын қажет етпейді. Кейбір
сульфатредукцирлеуші бактериялар витаминді тіршілігі барысында қолданбайды.
Сульфаттотықсыздандырушы бактериялар лактат, пропионат, бутират, 2-
метилбутират, глутанат, серин, аланин, аргинин, лейцин, изолейцин,
фенилаланин және лизин пайдаланады. Лактат және пропионат тотығуында соңғы
өнім ацетат. Кейбір сульфатредукцирлеуші бактерия өкілдері электрон
акцепторы ретінде тек сульфатты ғана емес, нитрат және нитритті қажет
етеді. Desulfovibrio 7 штамы ортада белгілі мөлшерде сульфат бар болуына
байланысты нитратредукцияға қабілетті болады. Сульфат жоқ ортада
нитратредукцияның жүруі мүмкін емес. Сульфат жоғары концентрацияда болса
нитратредукцияның сульфидтермен ингибирленуі жүреді. Кейінірек зерттеулер
көрсетті, сульфатредукцияны облигатты бактериялармен бірге, факультативті
анаэробты бактерияларда жүргізеді. Өндірістік қалдық суларды тазалауда
қолданыс табады. Шахты суынан Ps.Stutzeri және P. mendocina бактерия
түрлері бөлініп алынған. Бұлар анаэробты жағдайда нитрат және сульфатты
тотықтырады.
Сульфатредукцияны сульфаттотықсыздандырушы бактериялармен қатар
метантүзгіш архебактериялар және кейбір гетеротрофты микроорганизмдер
жүзеге асыра алады 34.
Металды тұндыру үшін иммобилизденген сульфатредукцирлеуші
микроорганизмдерді пайдалану эффективті процесс болып табылады. Көбінде
иммобилизация адсорбция процесіне негізделіп жасалады. Ауыр металдардан
қалдық суларды тазалау әдісінде сульфаттотықсыздандырушы бактериялар
иммобилизденген жағдайда қолданылады. Сульфаттотықсыздандырушы
бактерияларды торшалы шыны талшықтарға иммобилиздейді. Ол үшін 0,2-0,5%-
ПАВ және 0,05-10% карбоксиметилцеллюлаза ерітіндісімен өңдейді 35.
Тасымалдағышты алдын ала өңдеу бактериалды клетканың бекінуін
эффективті қамтамассыз етеді. Сонымен бірге сульфаттотықсыздандырушы
бактериялар иммобилизденген жағдайда ауыр металл иондарының жоғары дозасына
төтеп бере алады. Ауыр металдардан қалдық суларды тазалаудың эффективті
әдісі, тасымалдағыштарға иммобилизденген микроорганизмдерге ауыр металл
сорбциясы жүреді. Тасымалдағыш ретінде тотыққан көмір қолданылады. Ал
микроорганизмдерден Acinetobacter coasulfieus, Ps.denitrificans Ps. Landa
1:1:1 қолданады. Біріншіден иммобилизация процесіне көмірге фосфоритті ұнды
1г50г көмірге қосады. Араластырудан кейін гошенді известь қосады.
Нейтралды қышқылды ортада жасалу қажет. 1г металл үшін 100-250г сорбент
алады. Жүргізілген зерттеудің негізінде өндірістік қалдық суларды тазалауда
бірнеше технология ұсынылған. Су құрамының қышқылдығы, температурасы бірден
өзгерген жағдайда судағы популяция тіршілігінің бірден жойылу қаупі төнеді
36. Биотехнологияда қалдық суларды ауыр металдардан тазалауда
сульфатредукцирлеуші бактериялардың маңызы зор.
Хромтотықсыздандырушы микрооорганизмдер көмегімен хроммен ластанған
суды тазалауға болады. Хромтотықсыздандырушы бактерияларға Aeromonas,
Escherichia, Pseudomonas, Enterobacter, Thiobacillus т.б. бактериялар
пайдалынады. Қалдық су құрамынан хромды жою үшін белсенді тұнба құрамынан
кездесетін микроорганизмдер қауымдастығын кездестіруге болады 37.
Кальций альгинатына иммобилизденген Chlorella vulgaris 1 сағатта 10мгл
металды жойғаны анықталған 38.
Саңырауқұлақтардың жеміс беретін бөлігін адсорбент ретінде Cu (II)
металл сорбциясын жүргізуде пайдаланылады. Биосорбент ретінде Ganodermna
lucidum саңырауқұлағы алынды. Саңырауқұлақ клеткасы қабырғасына химиялық
әсер ету арқылы биополимерлер жасайды. Осы негізінде жасалған биосорбентте
металл адсорбциясы өтеді. Ауыр металдардың организмге әсерін бақылағанда
олардың валентілігіне көңіл бөлу керек. Мысалы, хром(VI) токсикалық қасиеті
хром (III) қарағанда жоғары болады 39.
Зергерлік өндірістің қалдық суларына Saccharomyces (Candida туысы
немесе Rodotorula туысы ) ашытқылардан басқа да Escherichia бактериясының
суспензиясын қосқан. Бұл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Биология факультеті
Микробиология кафедрасы
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
АШЫТҚЫ КЛЕТКАЛАРЫНЫҢ КАРБОНИЗДЕЛГЕН САРЫ ӨРІК ҚАБЫҒЫНА БЕКІНУІН ЗЕРТТЕУ
Орындаған:
4 курс студенті
Мырзадаулетова І.Т.
Ғылыми жетекшісі:
Уалиева П.С.
б.ғ.к.
_____________2008 ж
Нормобақылаушы:
Ибраймова М.Ж.
_____________2008 ж
Қорғауға жіберілді
кафедра меңгерушісі
б.ғ.д., профессор
Жұбанова А.А.
_____________2008 ж
Алматы 2008
Реферат
Бітіру жұмысы 36 беттен 8 сызбадан, 3 суреттен және әдебиеттен тұрады.
Түйін сөздер: Иммобилизация, биосорбенттер, ауыр металдар, сорбция,
сары өрік қабығы, карбонизация.
Берілген жұмыста Candida crusei-40, Torulopsis kefyr var,kumis,
Rhodutorula glutinis var, glutinis ашытқы клеткаларының карбонизделген сары
өрік қабығы негізіндегі сорбенттерге иммобилизациясы зерттелінді. Ашытқы
клеткаларын иммобилиздеу барысында олардың рН әсері анықталды.
Иммобилизденген ашытқы клеткалары негізіндегі биосорбенттердің ауыр
металдар иондарын сорбциялау қасиеті зерттелінді.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Иммобилизация әдістері және иммобилизденген
микроорганизм клеткалары
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді
қолдану
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІЛЕРІ
2.1. Зерттеу объектілері
2.2. Биосорбенттерге ашытқы клеткаларын иммобилиздеу әдісі
2.3 Электронды микроскопиялық әдіс
2.4 Ауыр металдардың биосорбенттермен сорбциясын зерттеу
2.5 Ауыр металдарды анықтау әдістері
2.6 Атомдық-абсорбциялық спектрометрия әдісі
2.7 Атомдық - абсорбциялық спектрометрия әдісінің басқа
әдістерге байланысты ерекшелігі
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР
3.1 Сары өрік қабығы негізіндегі биосорбенттерге ашытқы
клеткасының иммобилизденуі
3.2. Ашытқы клеткасының сорбциясына рН-тың әсерін анықтау
3.3 Ауыр металл ерітіндісінің иммобилизденген ашытқы
клеткасына жүргізілген атомдық-абсорбциялық анализ
нәтижесі
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
КІРІСПЕ
Экологиялық проблемаларды шешуде қазіргі микробиология және
биотехнология жетістіктерінің маңызы зор. Экологиялық проблемалардың бірі -
ластанған суларды тазалау. Ластанған суды тазалау дүниежүзілік
проблемалардың бірі болып отыр. Ғылыми тұрғыдан қарастырсақ, табиғаттағы
болып жатқан процестерге де микроорганизмдер қатысады. Осыған байланысты
біз ластанған су қоймаларын тазалауда иммобилизденген микроб клеткаларын
пайдаланудың тиімді жолын және маңызын қарастырамыз. Бұл микробиологиялық
жолмен тазалау әдісіне жатады.
Микроорганизмдер де су қоймалардың табиғи тазалануына қатысады.
Микроорганизмдер табиғатта кең таралған. Микроорганизмдер әрекеті
нәтижесінде су құрамындағы белгілі бір мөлшерден тыс көбейген заттарды
тазалауға болады екен. Микроорганизмдер өздерінің тіршілігі барысында су
құрамындағы заттармен қоректенеді. Ластанған су құрамын тазалайтын
болғандықтан көптеген жағдайларды қарастырады. Ластанған су құрамында
органикалық және неорганикалық заттардың шектен тыс көп мөлшерде жиналуы
судың табиғи қасиетін өзгертеді. Су құрамы мұнай, ауыр металдар, ауыр
металл иондары, тау-кен өндірістерінің қалдық суларымен және химиялық
заттармен ластанады. Осындай заттармен ластанған суды тазалау үшін осы
заттарға тәуелді микроорганизм клеткаларын иммобилиздеп пайдаланудың
тиімділігі жоғары. Иммобилиздеуде әртүрлі дәрежедегі микроорганизм
клеткаларын пайдалануға болады. Тірі активті клеткаларды немесе жартылай
жарақаттанған клеткаларды иммобилиздеу үшін пайдалануға болады. Себебі
иммобилизденген клеткалардың тіршілік ету барысында төзімдірек болатыны
анықталған. Клеткаларды иммобилиздеудің бірқатар артықшылықтары бар:
• күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыру мүмкіншілігі;
• микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына
(температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді
заттардың концентрациясы,т.б.) төзімділігі;
• жергілікті микрофлорамен ығыстырылуын алдын алу 1.
ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1. Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм
клеткалары
Иммобилизденген клеткалар деп, сыртқы ортада қозғалуы жасанды жолмен
шектелген клеткаларды атайды. Қозғалысын шектеуді қамтамассыз ететін
материал- тасымалдаушы болып табылады. Толығымен бұл жүйе клетка-
тасымалдаушы иммобилизденген биокатализатор деп айтылады. Тасымалдаушы
ретінде ерімейтін материал пайдаланылады. Клеткалар түрі өздеріне оптималды
жағдайына байланысты бекінеді. Иммобилизденген жағдайда клетканың өмір
тіршілігі клетка үшін қалыпты болып табылады. Клетканың тасымалдаушыға
бекінуі, микроорганизмдер иммобилизациясы болып табылады. Иммобилизденген
биокатализаторды эксплуатация процесінде тасымалдаушының бастапқы құрылымы
өзгеріске ұшырайды. Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасушылар
төмендегідей талаптарға сай болуы қажет.
Иммобилизацияда қолданылатын әдіс клетканың ферментативті жүйесін
бұзбауы қажет. Егер клетканың ферментативті жүйесі бұзылған жағдайда клетка
белсенділік қабілетінен жойылады.
Ереже бойынша, иммобилизацияны мүмкіндігінше клетканың тасымалдаушыға
берік болып бекінгенін қамтамассыз ету қажет.
Иммобилиздеу процесінде клетканың манипуляциясы минималды болуы қажет.
Иммобилизденген биокатализаторды алу жолында тұрақтылық қажет.
Тасымалдағыш зат технологиялық процесс жағдайында химиялық, физикалық,
биологиялық әсерлерге төзімді болуы қажет.
XX ғасырдың 40-жылдары микроорганизмдердің адсорбцияланған клеткаларын
ағын суларды тазалау үшін пайдалана бастады. Ауаны биологиялық тазалау
үшін, бағалы химиялық заттарды синтездеу үшін, пластмасса өндірісін,
рудалардан түсті металдарды шығарып алу үшін пайдалана бастады.
Иммобилизацияда қолданылатын тасушылардың түрлері көп: құм, керамзит,
көмір, күл, шыны, керамика, металды торлар, сонымен қатар синтетикалық
материалдар (нейлон талшықтары, полиэфир, поливинилхлорид,
пенополиуретан,т.б.), полимерлер (агар, каррагенан, альгинат,
полиакриламид, целлюлоза гельдері),т.б.
Иммобилизденген ферменттерді өндірістің әр түрлі саласында –
фармацептика, ауыл шаруашылығы тағам, текстиль, тері өндірісінде медицинада
қолданады. Көптеген биотехнологиялық процестерде табиғи объект ретінде
микроб клеткаларын пайдаланады.
Фермент немесе клетканың иммобилизациясы - биокатализатор молекуласын
шектеулі кеңістікке орналастыру болып табылады.
Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасымалдаушылар шығу тегіне
байланысты органикалық және неорганикалық болып бөлінеді. Органикалық
тасымалдағыштар табиғи полимерлер және синтетикалық полимерлер болып
бөлінеді. Табиғи полимерлер химиялық табиғатына байланысты белоктық,
полисахаридтік, липидтік болып бөлінеді. Целлюлоза, декстран, агароза және
оның туындылары тасымалдағыш ретінде пайдаланады. Синтетикалық полимер
тасымалдағыштар стиролдың негізінде жасалынған дивенилбензол тігуші агентті
пайдалану арқылы Дауекс, Амберлит, саңылаулы ионалмастырғыш түрінде
өндірістік масштабта шығарады. Сонымен қатар поливинил спирті негізінде
тігуші агент ретінде глутарь альдегин пайдаланады. Артықшылығы оның
молекуласына көп мөлшерде әр түрлі функционалды топтарды енгізуге болады.
Адсорбция жолымен клеткалардың иммобилиздену қарапайым әдіс болып табылады.
Имобилизация әдісі табиғи заңдылықтармен сәйкес келеді. Иммобилиздеу
әдісі химиялық және физикалық деп бөлінеді.
Химиялық әдіс – фермент және клетканың жоғарғы қабатымен тасымалдағыш
материал арасында ковалентті байланыс түзіледі. Клетка және фермент
тасымалдағыштарға тігіледі.
Физикалық әдіс - тасымалдағышқа клетка және ферменттің бекінуі,
физикалық факторлардың қатысуымен жасалады. Олар: адсорбциондық, полимерлі
гель торшасына фермент және клетканы енгізу, жартылай өткізгіш мембранаға
енгізу, екі фазалы реакциялық орталыққа енгізу. Иммобилизацияның ең көне
әдісі физикалық адсорбция болып табылады. Бұл әдістің негізі- фермент
немесе клетканың тасымалдағышқа физикалық немесе иондық әсеріне
негізделеді. Тасымалдағыш ретінде неорганикалық заттар( кремнезем, поралары
бар шынылар, табиғи алюмосиликаттар алюминия оксиды) немесе органикалық
заттар (полисахаридтер, каллаген) қолданылады.
Микроорганизмдерді өндірісте мерзімді және үздіксіз дақылдау барысында
қалдық қалады. Кез келген патогенді емес микроорганизмдер жоғары
концентрацияда ауа, су, топырақ, экологияны төмендетеді. Бос клеткаға
қарағанда иммобилизденген клеткаларды көп пайдаланады. Шығарылған өнім аз
бактериямен ғана ластанады. Өндірісте патогенді микроорганизмдерді
пайдалану үшін тасымалдағыштарға иммобилиздеу арқылы оларды қоршаған ортаға
таралуынан қорғайды. Патогенді микроорганизмдерді иммобилизденген түрінде
пайдалану экологиялық жағынан тиімді келеді.
Иммобилиздеу әдісіне қойылатын талаптар.
1 Әдіс мүмкіншілік бойынша қарапайым әдіс
2 Иммобилизденгеннен кейін фермент белсенді жағдайға оңай және тез
ауысуы керек .
3 Иммобилиздеу әдісі ферменттің және клетканың белсенділігін аса
төмендетпеу керек.
4.Иммобилизденгеннен кейін фермент немесе клетка тасымалдағыштармен
мықты қатты бекіну керек
5 Иммобилиздеу әдісінде мүмкіншілігіне қарай жұмыс сатылары аз болу
керек
6 Иммобилиздеу әдісі иммобилизденген биокатализатордың ұзақ
тұрақтылығын сақтауға мүмкіншілік беру керек.
7 Иммобилиздеу әдісі экономикалық тиімді болу керек.
Қазіргі кезде механикалық беріктілігі, саңылаулығымен ерекшеленетін
жаңа қөміртекті материалдар алудың түрлі әдістері жасалуда. Әр түрлі қатты
сорбенттердің бетінде көмірсутек пиролизі процессі кезінде каталитикалық
көміртек түзілу жаңа сорбентті қарауға мүмкіндік береді. Тасушылардың
сорбциялық сиымдылығын ұлғайту, клетка-тасымалдаушы байланысының
беріктілігін жоғарлату мақсатында клеткаларға улы емес және арзан, шығу
тегі табиғи сорбенттерді алуда көп көңіл бөлінуде 1.
Клеткалардың иммобилизациясында пайдаланылатын биотехнологиялық
процестер көмегімен жоғарғы нәтижеге жету үшін клетканың биологиялық
функциясына сай иммобилизация әдістерін пайдалану керек. Өсуге қабілеті жоқ
клеткалар, иммобилизденген жағдайда бөлінбейді. Олар метаболитті активті
клеткалар. Өнімді синтездеу қабілетіне ие иммобилизденген клеткалар
синтетикалық активтілікке ие болады.
Хемосорбция. Бұл иммобилизация әдісі клеткалардың тасымалдаушымен
коваленттік байланысын сипаттайды. Хемосорбция әдісінде тігу агенттерін
пайдаланбайды. Хемосорбция әдісінде тасымалдағыш матрица клетканы
коваленттік байланыстың көмегімен биосорбентке бекінуін қамтамассыз етеді.
Ол байланыс тасымалдағыштың функционалды топтарымен микроб клеткасы
қабырғасының компонеттерінің арасында түзіледі. Осы байланыстың нәтижесінде
клетка сорбентке бекінеді. Хемосорбцияның нағыз ковалентті иммобилизация
әдісінен ерекшелігі, хемосорбция жағдайында клетка және сорбент арасындағы
байланыс төменірек болады.
Адсорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісінде микроорганизмдердің әртүрлі
қатты немесе гель тәріздес сорбенттерге бекіне алу қабілетін айтады.
Сорбенттерге клеткалардың адсорбциясы жүргеннен кейін клетка тіршілігін
жалғастыра береді, бірақ қозғалысы шектелген болады. Клеткалардың
адсорбциялық жолмен иммобилизденуі ең қарапайым әдістердің бірі болып
табылады. Физикалық жолмен клеткаларды иммобилиздеу үшін сорбент ретінде
қарапайым табиғи заттарды пайдалануға болады. Мысалы арнаулы химиялық
өңдеуден өткен өндіріс қалдықтарын пайдалану экономикалық жағынан тиімді.
Соның ішінде шарап өндірісі қалдықтарын ( жүзім, өрік дәнектерінің қабығы )
пайдалану тиімді 2.
Металдардың гидроксидтерінде хемосорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісі
клетка суспензиясының буфер ерітіндісінде белгілі мөлшердегі рН пен және
жаңа дайындалған гидроксид гельмен бірнеше минут центрифугалау арқылы алуға
негізделген 3.
Иммобилиздеудің бұл әдісі клетканың тасымалдағыштың жоғарғы бетіне
бекінуін қамтамассыз етеді. Химиялық активті тасымалдағыштарды пайдалану
арқылы микроб клеткаларын иммобилиздейді. Осы аталған әдіспен төмендегі
микроб клеткалары иммобилизденді:
Escherichia coli, Serratia marcescens, Lactobacillus s., Acetobacter
sp., Saccharomyces cerevisiae, т.б 3-4.
Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткаларын пайдалану,
биотехнологияда жаңа бағыттарды ашады. Биотехнологияда микроорганизмдер
немесе олардың метаболиттері сульфидті минералдардың тотығуын жүзеге
асырады. Көптеген жағдайда иммобилизденген микроорганизм клеткаларын
рудалардың жоғарғы бөлігінде, минералды аймақтарда тау- кендерінде
биопленкалар түрінде пайдаланады.
Металдарды шаймалдауда сульфидті және аралас рудалар,
пирометаллургиялық өндіріс қалдықтарынан көмірден күкіртті жою үшін
Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans қолданылады. Алтынды
шаймалдауда микроорганизмдер ( саңырауқұлақтар, бактериялар, ашытқылар)
және олардың метаболиттерін силикатты және карбонатты рудалардан химиялық
элементтерді жою үшін пайдаланады.
Қазіргі таңда бактериалды шаймалдау биогидрометаллургия немесе
биоэкстрактивті металлургияда өндірістік масштабта қолданылады.
Көмірден күкіртті бөлу процесінде Thiobacillus ferrooxidans
бактериялармен алдын ала өңдеу күкірттің белгілі мөлшерде күкірт қышқылына
дейін тотығуына алып келеді.
Сонымен қатар гельдерде клеткалардың иммобилизациясы олардың тіршілік
ету барысында жағымсыз әсер беруі мүмкін. Қалдық суларды биологиялық
тазалауда қолданылатын процестердің ішінде перспективті бағыттардың бірі,
биосорбционды әдіс болып табылады. Биосорбционды әдіс су тоғандарға ұнтақ
тәріздес немесе түйіршіктелген активті көмірді аэрация зонасына қосу арқылы
жүргізіледі. Қосылған материал екі түрлі қызмет атқарады. Біріншіден
иммобилизденген микроорганизмді тасымалдау қызметін атқарады. Екіншіден
үлкен сорбционды көлеміне қарай токсикалық субстраттардың жылдам
сорбциялануы жүзеге асады. Иммобилиздеуде активті көмірді пайдалану ХПК
(оттегіні химиялық пайдалану) бойынша органикалық заттардың құрамы
14790мгл ден 280мгл дейін азайғаны анықталған .
Иммобилизденген клетканы пайдаланудың маңыздылығы олардың сыртқы
факторға төзімділігімен сипатталады. Сонымен қатар иммобилизденген
клеткалар су құрамындағы органикалық заттардың тотығу-тотықсыздануын жылдам
қамтамассыз етіп нәтижесінде суды биологиялық жолмен өңдеуде уақытты
үнемдейді 8.
Жер үсті суларының күміспен ластануы жер асты сулары және рудниктердің
қалдық суларынан болып отыр. Күмстің көп мөлшерде болуы бактериоцидті және
альгицидті препараттардың көп мөлшерде болуына байланысты. Қалдық суларда
күміс еріген түрде немесе галоидты тұздар түрінде кездесуі мүмкін 9.
Қоршаған ортаны тазалауда қолданылатын микроорганизмдер иммобилизациясы
үшін инертті тасымалдағыштар жеткілікті мөлшерде бар. Тасымалдағыш материал
ретінде құм, керамзит, көмір, диатомды жер, шыны шариктер, керамика металды
сетка т.б. заттар пайдаланылады.
Қалдық суды тазалау арқылы суды ластаушы заттардан босатады. Сонымен
қатар суды микроорганизмдерден жойылуын қамтамассыз етеді. Бұл ек мәселені
жүзеге асыруда иммобилизденген микрофлора және фауна қолданылады. Әр түрлі
су организмдерін иммобилиздеу қалдық суларды биологиялық жолмен тазалауда
маңызды.
Соңғы жылдардағы көптеген зерттеулерге көз жүгіртсек, активті
микроорганизмдер- деструкторлар судың қатты ағысымен ағып кетуіне
байланысты оларды су биоценозында тиімді сақтау жолдарының бірі
иммобилиздеу болып табылады 10.
Қазіргі таңда иммобилизденген микрофлораны практикада пайдалану
табиғатты қорғау үшін маңызды. Микроорганизм клеткаларын иммобилиздеу
күрделі көп стадиялы процестерді жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Иммобилизденген микроорганизм клеткалары сыртқы факторларға төзімділік
көрсете алады.11. Аралас микроорганизмдер қауымдастығын пайдалана отырып,
суды фенол және цианид, фенол және нафталин, 2- хлорфенол, 2,4-
дихлорфенол, 2,4,6- трихлорфенол, 2- нитрофенолды заттардан тазалау үшін
жүргізілген нәтижелер белгілі болды.
Микроорганизм адгезиясы үшін капрон талшығының түйіршігін пайдалану
лабораториялық аэротенкте биомасса концентрациясының 0.3 3.0 гл дейін
жоғарылауына мүмкіндік берді. Осылайша судың тазалану уақыты 36 сағаттан
6сағат ішінде, 660мгл фенолды 10мгл дейін тазалағаны анықталған. Ал
бақылауда жүргізілген нәтижелер өндіріс жағдайында микрофлораны
тасымалдағыш ретінде металл торын пайдалану, аэротенкте биомасса
конценрациясының өсуін 0.3 мөлшерден 1.2-1.5гл дейін жоғарлатты. Ал судың
тазалану уақыты 36 сағаттан 10-8 сағат аралығында, ал фенол концентрациясын
600 20 мгл дейін төмендеген.
Иммобилизденген клеткалармен ұзақ уақыт бойы эксплуатация жүргізгенде (
2ай мерзім) шыны талшықтарының қасиеті жойылған. Суды тазалауда қолданылған
шыны талшықтармен поролондар құрамында сорбцияланған заттардың қасиетін
жойғаны байқалған 12.
Белсенді тұнбалардың сорбциялануы шыны талшықтарында, капронды мата
түрінде немесе капронды талшықта зерттелінді. Зерттеу барысында 6 сағаттық
иммобилизациядан кейін белсенді тұнбалардың эффективтілігі шыны
талшықтарында 30%, ал капрон тектес заттарда 80% құраған 13.
Микроорганизм клеткаларын полимерге енгізу арқылы иммобилиздеуге
болады. ( агар, каррагенан, альгинат, целлюлозды гель, полиакриламид) 14.
Cуды токсикалық заттардан тазалау үшін иммобилизденген микроорганизмді
пайдалануда жоғарғы жетістіктерге жетті. Мысалы, суды фенолдан тазалауда
иммобилизденген микроорганизмнің тиімділігі жоғары болды. Сонымен қатар
хлор және фенолдың нитротуындыларынан су құрамын тазалауда тиімділігі
жоғары болды 15.
1.2 Ауыр металдар сорбциясы үшін микроорганизмдерді қолдану
Ауыр металдар қоршаған ортаны, табиғатты, су қоймаларын ластаушылардың
бірі болып есептеледі . Тасымалдаушы материал және оның пішіні, көлемі
клеткалардың бекінуіне әсер етеді. Қоршаған ортаның ластануы және экология
проблемаларын шешуге арналған жұмыстарда ластаушы заттар ретінде
Менделеевтің периодтық жүйесіндегі атомдық массасы 50-ден жоғары, 40-қа
жуық металдар V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi т.б.
ауыр металдар қатарына жатқызылады. Ауыр металдар тірі организмдер үшін аз
концентрация мөлшерінде жоғарғы деңгейде токсикалық болып есептеледі.
Сонымен қатар ауыр металдар биоаккумуляцияға қабілетті. Барлық металдар
биологиялық процестерге қатысады. Ферменттер құрамында болады. Н.
Реймерстің классификациясы бойынша тығыздығы 8гсм жоғары салмақтағы
металдар ауыр металдар қатарына жатқызылады, ауыр металдарға мыналар
жатады: Рb,Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Металл концентрациясын
реттеуге қатысатын факторларды түсіну үшін олардың химиялық реакция
қабілетін, биологиялық және токсикалық мүмкіндігімен қатар бос және
байланысқан металл түрлерін білу керек. Cu, Cd, Hg металдарының хелатты
түрлерінің токсикалық деңгейі төменірек болады.
Суды ауыр металдармен ластаушылардың бірі гальванических цехы, тау кен
өндірісі, қара және түсті металлургия қалдық сулары және машина өндірісі
зауыттарынан шыққан қалдық сулар болып табылады. Ауыр металлдар
тыңайтқыштардың және пестицидтердің құрамында болады. Олар су құрамына егіс
алқаптарымен бірге ағып келеді 19.
Кадмий- топырақты шаймалдаумен полиметалл және мыс рудаларымен бірге
түседі. Лас және әлсіз ластанған көлдерде кадмий субмикрограмды
концентрацияда кездеседі. Кадмий адам және жануарлар тіршілігі үшін маңызды
рөл атқарады. Кадмийдің жоғарғы концентрациясы зиянды 16,21,24.
Цинк- табиғи сулардың цинкпен ластануы тау табиғаттарының және
минералдар ( сфалерит, цинкит, госларит, каламин), сонымен қатар руда
өндіретін зауыттардың қалдық суларымен ластанады. Цинк активті
микроэлементтердің қатарына жатады. Белгілі бір мөлшерде организмнің өсіп
қалыптасуы үшін қажет. Оның кейбір қосылыстары токсикалық улы болып келеді.
Цинк сульфаты және хлориды зиянды болып келеді 16,21,24.
Судың хроммен ластануына тері және химия өндірістері себеп болып отыр.
Су құрамында хром иондарының төмендеуі су организмдерімен және адсорбция
процесі нәтижесінде жүреді. Жер үсті суларында хром еріген түрде кездеседі.
Хромның сорбенті ретінде темір гидроксиді жоғары диссперсті кальций
карбонаты. Еріген түрде хром хромат және бихромат түрінде кездесуі мүмкін.
Аэробты жағдайда хром (VI) түрден хром(III) ауысады. Тұздар сілтілі және
нейтралды орталарда гидроксидтердің бөлінуімен гидролизденеді 17,21.
Табиғи су құрамын темірмен ластаушылар тау кен өндірістерін химиялық
өңдеу зауыттары болып табылады. Су құрамында кездесетін минералды және
органикалық заттармен әсерлескенде темірмен күрделі байланыс түзіледі.
Темірдің белгілі бір мөлшері су құрамына металлургия және металл өңдегіш
өндірістерден түседі. Лайшық суларда темір көп мөлшерде кездеседі. Темірдің
жоғары концентрациясы рН төмен жер асты суларында байқалады. Темір
биологиялық активті элемент болып табылады. Темір белгілі бір мөлшерде
фитопланктонның дамуына және су құрамындағы микрофлора құрамының сапасына
әсер етеді.17,21.
Металл иондары табиғи су қоймалардың компоненттері болып табылады. Су
құрамында металл иондары әр түрлі неорганикалық және металлорганикалық
қосылыстардың құрамына кіреді. Олар еріген түрде немесе минералды заттардың
құрамына енеді. Металдардың еріген түрлері, өз кезегінде гидролиз процесіне
байланысты әр түрлі болады. Су организмдерінің азмөлшерде металдармен
қамтамассыз етілуі металдардың су экожүйесінде кездесетін түріне
байланысты. Көптеген металдар органикалық заттармен мықты байланыс түзе
алады. Көптеген органикалық комплекстер хелат циклі бойынша мықты байланыс
түзеді. Түзілген комплекстер топырақта темірмен тұз, титан, уран, мыс,
молибден т.б. ауыр металдар нейтралды, әлсіз қышқыл және әлсіз сілтілі
орталарда ерігіштік қабілеті жоғары болады 18.
Никельмен судың ластаушы көздері сульфидті, мыс-никельді рудалар және
темір-никельді рудалар болып табылады. Көк-жасыл балдырларда никельдің көп
мөлшері табылған. Көк-жасыл балдырлар никельдің сорбциясын жүзеге асырады.
Никельдің концентрациясы судың құрамында цианид, сульфид, карбонат немесе
гидроксидтердің сонымен қатар, су организмдерімен адсорбция процесінің
нәтижесінде азаюы мүмкін. Жер үсті суларда никель еріген және коллоидты
түрде кездеседі. Никельді өзіне байланыстыратын сорбенттер темір гидроксиді
органикалық заттар, жоғары дисперсті кальций карбонаты болуы мүмкін. Никель
қан түзу процесінде катализатор қызметін атқарады. Оның көп мөлшері қан-
тамырлар қызметіне зиянды әсер етеді. Никель концерогенді элементтердің
қатарына жатады. Ол респираторлы ауруларды тудыруы мүмкін. Никельдің бос
иондары оның байланысқан түріне қарағанда екі есе зиянды болып табылады.
Кобальт биологиялық активті элементтердің қатарына кіреді. Өсімдіктерде
және жануар организмдерінде болады. Топырақта кобальттың аз мөлшерде болуы
өсімдік құрамында аз болуына байланысты. Топырақтың кобальтпен қамтамассыз
етілуі өсімдіктің қатысуымен жүреді. Кобальттің жетіспеушілігі жануарда қан
аздықты тудырады. Кобальт В12 витаминінің құрамына еніп, азотты заттардың
енуін қамтамассыз етеді. Өсімдікте белокты азоттың биосинтезін
активтендіреді. Кобальт өсімдікті хлорофилл, аскорбин қышқылымен
қамтамассыз етеді. Кобальттің жоғарғы концентрацияда кездесуі улы болып
есептеледі 20.
Висмуттың табиғи су құрамына висмуты бар минералды заттарды
шаймалдайтын өндірістерден түседі. Сонымен қатар табиғи суды висмутпен
ластаушылардың қатарына фармацептикалық және парфюмерия өндірістерінің
қалдық сулары жатады. Ластанбаған жер үсті суларында субмикрограмды
концентрацияда болады 21.
Ванадий – темір рудаларында, асфальт, көмір т.б. заттарда кездеседі.
Судың ванадимен ластануын мұнай және оның өнімдері тудырады. Табиғи су
құрамында өте аз мөлшерде кездеседі. Ванадийдің жоғарғы концентрациясы адам
денсаулығына зиянды .Су құрамында темірдің 1-2мгFeл судың органолептикалық
қасиетін өзгертеді. Су техникалық мақсатқа жарамсыз болып қалады 22.
Микромицеттер көмегімен ауыр металдардың биосорбциясын жүргізуге
болады. Алтын өндірілген орыннан бөлініп алынған микромицет штамдары
зерттелді. Бұл жұмыстың мақсаты: алтын және ауыр металдардың микроскопиялық
саңырауқұлақтармен биосорбциясын және клеткаға токсикалық әсерін зерттеу.
Микроскопиялық саңырауқұлақтардың түрлік ерекшелігі алтын және руда кен
орындарынан зерттелінді. Ең бірінші рет Амур облысының территориясынан
микромицеттердің жеті түрі бөлініп алынған. Металдардың микромицетті
саңырауқұлақ клеткасымен байланысуы анықталған. Mn, Ni, Fe металдарының
аккумуляциясы мен трансформациясы клетка қабырғасында өтсе, Hg, Ag, Cu, Pb,
Zn металдарының аккумуляциясы клеткада және клетка ішілік кеңістікте
жүреді. Мицелий клеткасы токсикалық металдармен әсерлескенде шырыштанады.
Алынған зерттеу нәтижелері микромицет биомассасы арқылы бағалы металдардың
биосорбциясын жүзеге асыруда пайдаланудың тиімділігі жоғары болатыны
анықталған. Микроскопиялық саңырауқұлақтардың ауыр металдардың биосорбенті
және биологиялық активті заттардың продуценті ретінде пайдалануға болатын
штамдарының коллекциясы құрылған 5.
Өмір сүруге қабілетті клеткалар иммобилизденгеннен кейін де ұрпақ
беруге қабілетті болады. Олар тасымалдаушының өзінде немесе тасымалдаушыдан
бөлінгеннен кейін көбеюге қабілетті болады 6.
Табиғи су құрамында ауыр металдардың концентрациясының жоғарылауы,
судың басқа заттармен ластануына да байланысты, мысалы, судың қышқылдануы.
Қышқыл заттардың суға түсуі рН мәнін төмендетеді. Нәтижесінде сорбирленген
металлдардың минералды заттарға айналуы, органикалық заттардың бос күйге
ауысуы байқалады 23.
Барлық микроорганизм түрлері металға төзімділік көрсете алады.
Микроорганизмдер ерітінді құрамынан металл концентрациясын азайтады немесе
толығымен металдарды су құрамынан жоюға көмектеседі. Бактерия және
саңырауқұлақтардан металды бойына жинайтын түрлері бар. Әшекей өндірісі
қалдық суларына ашытқы культураларының туыстасы(Candida, Saccharomycess,
Rhodotorula )суспензиясын қосу кезінде су ерітіндісінен жоғары диссперсті
алтынды жойғаны анықталған. Ауыр металдар биохимиялық процестерге қатысады.
Ауыр металдар белгілі мөлшерде фермент құрамында болады. Мыстың клетка
ішіне енуін қамтамассыз ететін фермент Co, Ni, Zn сияқты ауыр металдарды
жұта алады.
Chlorella vulgaris Larg балдыры ванадий металына бейімделген.
Бейімделуі қоректік орта құрамына ванадий қосады. Техногенді ерітінділер
ауыр жүйені құрайды олардың құрамында әр түрлі металл катиондары кездеседі.
Осы техногенді ерітіндіге паста түрінде Chlorella vulgaris Larg балдырын
қосады. Бұл әдістің эффективтілігі су құрамынан ванадийдің жоғары
концентрация мөлшерінде жойылуын қамтамассыз еткен 24.
Металл иондарының сорбциясында микробиологиялық әдістерді пайдалану
перспективті болып табылады. Ерітінді құрамынан металдарды жоюда әр түрлі
таксономиялық топтар қолданылады. Thiobacillus ferrooxidans су құрамынан
Cd(II), Co(II ),Cu(II), Cr(IV), Fe(III), Ni(II), Ag жоюға қабілетті.
Көптеген металл иондары әр түрлі биологиялық процестерде маңызды орын
алады. Мысалы, калий ионы, магний, марганец, темір, кобальт, мыс, молибден,
цинк ферменттер құрамына кіреді. Тотығу- тотықсыздану процесі нәтижесінде
металы бар ферменттермен бірге белокты заттарда қатысады. Ол белоктар
металл иондарының концентрациясына және жиналу мөлшеріне бақылау жасайды.
Металдар организмге белгілі мөлшерде қажет болады. Олар организмге белгілі
мөлшерде жетпеген жағдайда, адам организміне зиянды ауыр металдар жиналады.
Әр түрлі ауру қоздырушы ауыр металдар сол белгілі мөлшерде жетіспеген
металдардың орнын басады.
Су қоймаларды ластаушылардың бірі, ауыр металл ерітінділері бар
зауыттардың қалдық сулары жатады. Ол су сапасын төмендетіп ондағы тіршілік
иелерінің жағдайына кері әсер етеді. Табиғи су құрамында ауыр металдар
ерітінді немесе адсорбирленген жағдайда кездеседі. Суға ионды түрге
енгеннен кейін тұнбаланып жиналады.
Ауыр металдардың жоғары концентрациясы су қабатының жоғары бетінде
табылған.
Токсикалық жағынан ауыр металдар келесі ретпен орналасады: сынап,
күміс, мыс, кадмий, цинк, қорғасын, хром, никель, кобальт 25.
Микроорганизмдерге ауыр металдар әртүрліше әсер етеді. Кейбір
микроорганизмдер клетка ішіне ауыр металдардың активті транспортын
жүргізеді 26.
Кейбір металл иондары клетка қабықшасына немесе клетканы жауып тұратын
шырыш қабығымен байланысады 27.
Saccharomyces serevisia ашытқы штамы (табиғи және лабораториялық
жағдайда) мыс ионына резистентті түрі анықталған. Хромосома аймағында
металлотионинді бөлігі бар. Металлотионинді бөлігі металмен байланысып,
токсикалық әсеріне төтеп береді. Ломоносов атындағы МГУ биология факультеті
клетка физиологиясы және иммунология кафедрасында бірқатар зерттеушілер
тобы Anacysis nigulans цианобактериясынан ванадийтионин бөлініп алынған. Ол
цитоплазматикалық белок. Молекулалық массасы 10 кДа. Ол металлотионин II
болып табылады. Ванадий ионын байланыстырады. Саңырауқұлақтар
-микромицеттер клетканың аккумуляция процесінін нәтижесінде ауыр метал
иондарын жоюға қабілетті келеді. Ауыр металды жою активтілігіне хитин,
пигменттер ие.
Күміске микроорганизмдердің резистенттілігі мыстыкі сияқты арнаулы
плазмиданың бар болуына байланысты. Күміс иондарына төзімді бактерияларды
күмістен суды тазалауда пайдалануға болады 28.
Металдармен микроорганизмдердің аккумуляциясы- клетка қабырғасымен
сорбцияның жүруі және микроорганизмдер клеткасы ішіне жиналуы (бактерия,
мицелиалды саңырауқұлақтар, ашытқылар, балдырлар).
Ерітінді құрамынан 100% Pb, Hg, Cu, Ni, Co, Mn, Cr; 96-98% Au, Ag
93% Se жоюға қабілетті. Бұл организм түрлерін эффективті және арзан
сорбент ретінде суды ауыр металдардан тазалауда қолданудың маңызы зор 29.
Микроорганизм клеткасына металдардың жиналуы екі фазада жүреді.
а) Бастапқы фаза. Клетканың энергиялық жағдайына тәуелді емес. Бастапқы
фазада металдардың сорбциялануы клетка қабырғасының компоненттерінде өтеді.
Хитин мен хитозан металды сорбциялауда активті сорбент болып табылады.
б) Баяу фаза. Бұл фаза энергияға тәуелді. Металл иондары сорбциясы
энергияның қатысуымен мембрана тасымалдағыштары арқылы жүреді 30.
Суды хромнан биологиялық тазалау әдісінде мицелиалды саңырауқұлақ
Aspergillus flaeres пайдалану тиімді. Мысалы, хром (VI), бастапқы
концентрациясы 11,4гл және хром (III) 0,39гл. Мицелиалды саңырауқұлақ
72,8% сорбциялағаны анықталған 31.
Суды мышьяктан тазалауда Penicillum туысына жататын Scopulariopsis
brevicaulis штамы бастапқы концентрациясы 512гл құрамынан мышьякты 99,8%
жойғаны анықталған. Сонымен қатар саңырауқұлақты пайдаланудың бір себебі
мышьякты газ тәріздес затқа айналдыруға қабілеті бар. Бұл мышьякты қосылысы
бар заттарды алу үшін қалдықсыз технологияда пайдаланудың маңызы зор 32.
Сульфат тотықтырушы бактериялар тіршілігі нәтижесінде қалдық су
құрамынан кобальт сульфидін, никель, кадмий, темір, қорғасын, цинк жоюға
көмектеседі 33. Металл сульфидін жоюда облигатты сульфат редуктордан
басқа да, тыныс алу тізбегінде күкірт тотығын пайдаланатын
микроорганизмдерде қатысады. Ол бактерия түрлеріне Pseudomonas туыстарының
штамдары жатады. Олар сульфат редукциялауға қабілетті болады.
Микроорганизмдердің тіршілігі нәтижесінде жақсы еритін токсикалық
сульфаттар ерімейтін түрге ауысып тұнба түрінде қалады. Фотосинтезге
қатысатын күкірт бактериялары күкіртті сульфатқа айналдырады.
Сульфатредукторлар түзілген сульфатты электрон акцепторы ретінде
пайдаланады. Сульфатты тыныс алу оттекті тыныс алуға қарағанда жоғары.
Ең бірінші рет сульфатредукцирлеуші бактерияларды Бейеринк сипаттаған.
Оның классификациясын (1966 ж) Posgak, Campbel деген кісілермен ұсынылған.
Бұл топта Desulfovibrio және Desulfotomaculum туысы анықталды. Қазіргі
таңда сульфаттотықсыздандырушы бактериялардың 8 туысы белгілі. Олар:
Desulfovibrio және Desulfotomaculu Desulfomonas, Desulfobacter,
Desulfobulbus, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema. Морфологиялық
құрылысы бойынша әр түрлі. Споралы және аспорагенді түрлері бар. Бұл
бактерияларға тән қасиет олар қатаң анаэробиоз және сульфат түзілуімен
ерекшеленеді. Көбінде сульфатредукцирлеуші бактериялар (25-300 С) жақсы
өседі. Кейбір жеке түрлері үшін оптималды температура (37-460 С)
Термофильді түрлері де бар (650С).
Күкірт бактериялары облигатты анаэробтар болып табылады. Бұл
микроорганизмді өсіріп алу үшін қоректік ортаға редуцирлеуші затты
(дитионин т.б.) қосады. Орта құрамында белгілі мөлшерде FeS болады. Бұл
күкірт сутегінің детоксикациясына қатысады. Сонымен қатар
сульфатредукциялаушы бактериялардың өскенін көрсетеді. Сульфид қалдығы қара
түске боялады. Сульфидтің белгілі мөлшерде болуы сульфатредукцирлеуші
бактериялардың өсіміне қажет болуы мүмкін. Сульфатредукцирлеуші
бактерияларды өсіруде орталарға ашытқы экстракты қосылады. Кейбір
сульфатредукцирлеуші бактериялар ашытқы экстрактын қажет етпейді. Кейбір
сульфатредукцирлеуші бактериялар витаминді тіршілігі барысында қолданбайды.
Сульфаттотықсыздандырушы бактериялар лактат, пропионат, бутират, 2-
метилбутират, глутанат, серин, аланин, аргинин, лейцин, изолейцин,
фенилаланин және лизин пайдаланады. Лактат және пропионат тотығуында соңғы
өнім ацетат. Кейбір сульфатредукцирлеуші бактерия өкілдері электрон
акцепторы ретінде тек сульфатты ғана емес, нитрат және нитритті қажет
етеді. Desulfovibrio 7 штамы ортада белгілі мөлшерде сульфат бар болуына
байланысты нитратредукцияға қабілетті болады. Сульфат жоқ ортада
нитратредукцияның жүруі мүмкін емес. Сульфат жоғары концентрацияда болса
нитратредукцияның сульфидтермен ингибирленуі жүреді. Кейінірек зерттеулер
көрсетті, сульфатредукцияны облигатты бактериялармен бірге, факультативті
анаэробты бактерияларда жүргізеді. Өндірістік қалдық суларды тазалауда
қолданыс табады. Шахты суынан Ps.Stutzeri және P. mendocina бактерия
түрлері бөлініп алынған. Бұлар анаэробты жағдайда нитрат және сульфатты
тотықтырады.
Сульфатредукцияны сульфаттотықсыздандырушы бактериялармен қатар
метантүзгіш архебактериялар және кейбір гетеротрофты микроорганизмдер
жүзеге асыра алады 34.
Металды тұндыру үшін иммобилизденген сульфатредукцирлеуші
микроорганизмдерді пайдалану эффективті процесс болып табылады. Көбінде
иммобилизация адсорбция процесіне негізделіп жасалады. Ауыр металдардан
қалдық суларды тазалау әдісінде сульфаттотықсыздандырушы бактериялар
иммобилизденген жағдайда қолданылады. Сульфаттотықсыздандырушы
бактерияларды торшалы шыны талшықтарға иммобилиздейді. Ол үшін 0,2-0,5%-
ПАВ және 0,05-10% карбоксиметилцеллюлаза ерітіндісімен өңдейді 35.
Тасымалдағышты алдын ала өңдеу бактериалды клетканың бекінуін
эффективті қамтамассыз етеді. Сонымен бірге сульфаттотықсыздандырушы
бактериялар иммобилизденген жағдайда ауыр металл иондарының жоғары дозасына
төтеп бере алады. Ауыр металдардан қалдық суларды тазалаудың эффективті
әдісі, тасымалдағыштарға иммобилизденген микроорганизмдерге ауыр металл
сорбциясы жүреді. Тасымалдағыш ретінде тотыққан көмір қолданылады. Ал
микроорганизмдерден Acinetobacter coasulfieus, Ps.denitrificans Ps. Landa
1:1:1 қолданады. Біріншіден иммобилизация процесіне көмірге фосфоритті ұнды
1г50г көмірге қосады. Араластырудан кейін гошенді известь қосады.
Нейтралды қышқылды ортада жасалу қажет. 1г металл үшін 100-250г сорбент
алады. Жүргізілген зерттеудің негізінде өндірістік қалдық суларды тазалауда
бірнеше технология ұсынылған. Су құрамының қышқылдығы, температурасы бірден
өзгерген жағдайда судағы популяция тіршілігінің бірден жойылу қаупі төнеді
36. Биотехнологияда қалдық суларды ауыр металдардан тазалауда
сульфатредукцирлеуші бактериялардың маңызы зор.
Хромтотықсыздандырушы микрооорганизмдер көмегімен хроммен ластанған
суды тазалауға болады. Хромтотықсыздандырушы бактерияларға Aeromonas,
Escherichia, Pseudomonas, Enterobacter, Thiobacillus т.б. бактериялар
пайдалынады. Қалдық су құрамынан хромды жою үшін белсенді тұнба құрамынан
кездесетін микроорганизмдер қауымдастығын кездестіруге болады 37.
Кальций альгинатына иммобилизденген Chlorella vulgaris 1 сағатта 10мгл
металды жойғаны анықталған 38.
Саңырауқұлақтардың жеміс беретін бөлігін адсорбент ретінде Cu (II)
металл сорбциясын жүргізуде пайдаланылады. Биосорбент ретінде Ganodermna
lucidum саңырауқұлағы алынды. Саңырауқұлақ клеткасы қабырғасына химиялық
әсер ету арқылы биополимерлер жасайды. Осы негізінде жасалған биосорбентте
металл адсорбциясы өтеді. Ауыр металдардың организмге әсерін бақылағанда
олардың валентілігіне көңіл бөлу керек. Мысалы, хром(VI) токсикалық қасиеті
хром (III) қарағанда жоғары болады 39.
Зергерлік өндірістің қалдық суларына Saccharomyces (Candida туысы
немесе Rodotorula туысы ) ашытқылардан басқа да Escherichia бактериясының
суспензиясын қосқан. Бұл ... 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