Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған экожүйелер биоремедиациясындағы көмірсутектотықтырушы микроорганизмдердің рөлі

Пән: Мұнай, Газ
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 36 бет
Таңдаулыға:

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті

Биология факультеті

Микробиология кафедрасы

БІТІРУ ЖҰМЫСЫ

МҰНАЙМЕН ЛАСТАНҒАН ТОПЫРАҚТАН БӨЛІНІП АЛЫНҒАН МИКРООРГАНИЗМДЕРДІҢ МИКРОБТЫҚ ҚҰРАМЫН ЗЕРТТЕУ

Орындаған:
4 курс студенті

Ғылыми жетекшісі:
микробиология кафедрасының Жұбанова А.А.
б.ғ.д., профессор
________ ____2008ж.

Нормобақылаушы: Ибраимова М.Ж.
________ ____2008ж.

Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі Жұбанова А.А.
б.ғ.д., профессор
________ ____2008ж.

Алматы 2008
Реферат

Жұмыс көлемі : 42 беттен, 3 кестеден, 14 суреттен және 59 әдебиеттер тізімінен тұрады.
Кілтті сөздер: биоремедиация, көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер, мұнай, мұнай өнімдері, бактериялар.
Жұмыстың мақсаты: Атырау облысының мұнаймен ластанған топырағының микробтық құрамын анықтау, бөлінген штамдардың морфологиялық, биохимиялық, физиологиялық қасиеттерін зерттеу арқылы идентификациялау.
Бұл жұмыста бөлініп алынған бактериялардың дифференциалды-диагностикалық белгілері, сонымен қатар бактериялардың түрлі мұнай өнімдерінде өсуі, энергия көзі ретінде көмірсуларды сіңірулері қарастырылды.
Алынған нәтижелер бойынша штамдар Pseudomonas және Micrococcus туыстарына жіктелді.

Мазмұны:

Кіріспе
4

1. Әдебиетке шолу
5
1.1. Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған экожүйелер биоремедиациясындағы көмірсутектотықтырушы микроорганизмдердің рөлі
5
1.2. Мұнаймен ластанған экожүйелерді тазалауда қолданылатын биопрепараттар
15
2. Материалдар мен зерттеу әдістері
20
2.1 Зерттеу материалдары
20
2.2 Зерттеу әдістері
21
2.2.1 Топырақ үлгілерін тікелей егу әдісі
21
2.2.2 Жиынтықты дақылдарды бөліп алу әдісі
21
2.2.3 Микроорганизмдердің морфологиялық-дақылдық қасиеттерін зерттеу
21
2.2.4 Микроорганизмдердің физиологиялық-биохимиялық қасиеттерін зерттеу
22
3. Алынған нәтижелерді талдау
23
3.1 Атырау облысының мұнаймен ластанған топырақ көздерінің микрофлорасы
23
3.2 Көмірсутек тотықтыратын микроорганизмдердің морфолого-дақылдық және физиолого-биохимиялық қасиеттерін зерттеу
26
Қорытынды
38
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
39
Түйін
43

Кіріспе

Қазіргі таңда мұнай және мұнай өнімдерін кең көлемде өндіру, тасымалдау, өңдеу барысы қоршаған ортаның ластануына әкеліп соғуда. Топырақтың беткі қабатының адсорбциялық қасиетінің жоғарылығына байланысты ластану өте тез жүреді. Қоршаған ортаға түскен мұнай көмірсутектері табиғи ландшафтардың биологиялық түрлілігін өзгертеді. Сонымен қатар, техногенді аумақтардың ұлғаюына, өсімді қабаттың тежелуіне, топырақтың беткі қабатының микрорельефін, гидрологиялық режимін және де аэрацияның бұзылуына душар етеді. Басқа ластаушы заттар қаншалықты қауіпті болса да, мұнайдың ластау көздеріне еш жетер емес.
Мұнай және мұнай өнімдерімен ластану флора мен фаунаның, биоценоз құрамының өзгеруін туғызады. Мұнайдың улылық дәрежесі олардың химиялық құрамының әртүрлі мөлшерімен, әсіресе ұшқыш ароматты көмірсутектердің (толуол, ксилол, бензол және нафталин) құрамымен анықталады. Көмірсутектер бактериалық хемотаксисті бұзып, органикалық заттардың ыдырауын бөгейді.
Мұнаймен ластанған топырақтарды тазалау процесі экологиялық таза, әрі экономикалық жағынан тиімді, ауыл шарушылық жерлердің құнарлығын арттыру үшін, қалпына келтіретін және көмірсутектердің интенсификациясына бағытталған әдістерді талап етеді.
Қазіргі таңда ең тиімді әдіс болып биоремедиация саналады. Биоремедиация – минералды тұздардан, қант, ферменттерден тұратын биогенді қоспасымен қатар, көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдерден құралған препараттарды қолдану арқылы мұнаймен ластанған топырақ және суларды тазалау болып табылады.
Дүние жүзі бойынша мұнай және мұнай өнімдерін өндіруші өнеркәсіп зауыттар мұнай көмірсутектерін утилиздеу барысында, көмірсутектотықтырушы микроорганизмдер ассоциациясынан жасалған биологиялық препараттарды кеңінен қолдануда.
Сондықтан осындай мәселелерді шешу барысында, мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді зерттеудің маңызы өте зор, әрі қазіргі таңдағы ғаламдық мәселелердің бірі болып отыр.

1 Әдебиеттерге шолу

1.1 Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған экожүйелер биоремедиациясындағы көмірсутектотықтырушы микроорганизмдердің рөлі

Мұнай – алкандардан (парафинді немесе ациклді қаныққан көмірсутекті), циклоалкандардан (нафтендер), арендерден (ароматты көмірсутектерден), сонымен қатар, түрлі молекулалық массадағы күкіртті және азотты көмірсутек туындыларынан құралған күрделі қосылыс.
Мұнайдың негізгі компонентін көмірсутектер (98%) құрайды. Олар төрт класқа бөлінеді:
1. Парафиндер (алкандар) (мұнайдың жалпы құрамының 90%-на дейін) – СН2 тұрақты қаныққан қосылыс, молекулалары тік немесе тармақталған (изоалкандар) көмірсутек атомдары бар тізбек.
2. Циклопарафиндер (нафтендер) – сақинасында 5-6 көмірсутек атомы бар СН2 қаныққан циклді байланыс (мұнайдың жалпы құрамының 30-60% құрайды). Молекулада көміртек атомдары алкилді топты – СН2 – СН2 және т.б. түзуі мүмкін. Мұнайда циклопентан мен циклогексаннан басқа бициклді және полициклді нафтендер де кездеседі. Бұл қосылыстар өте тұрақты келеді.
3. Ароматты көмірсутектер (мұнайдың жалпы құрамының 20-40% құрайды) – нафтендерге қарағанда сақинасында 6 көміртек атомына кем, бензолдың циклді қанықпаған қосылысы. Бұл қосылыстағы көміртек атомы алкилді топпен байланысуы мүмкін. Мұнайда ароматты сақиналар (бензол, тоглуол, ксилол), бициклді (нафталин), үшциклді (антрацен, фенантрен) және полициклді (төрт сақиналы пирен) ұшқыш көмірсутектер де кездеседі.
4. Олефиндер (алкендер) (мұнайдың жалпы құрамының 10%-на дейін) – молекулада көміртегі атомының әр қайсысында бір немесе екі сутегі атомы бар қанықпаған тік немесе тармақталған тізбекті қосылыс 1.
Мұнайда 5%-ға дейін оттекті қосылыс бар, оның ішінде ең бірінші орынды монокарбонды қышқылдар және оксиқышқылдар алады. Ал, күкіртті қосылыстарға күкірттісутек, меркаптандар, сульфидтер, дисульфидтер, сонымен қатар, түрлі құрылымды полициклді күкіртті қосылыстар жатады. Мұнайдың азотты қосылыстарын пиридин гомологтары, гидропиридин, гидрохинолин және азоттық негіздер құрайды. Сонымен қатар, мұнайдың құрамына жоғары молекулалық смолалы байланыстар кіреді. Олар оттегіден және күкірттен тұрады, яғни бейтарап шайырлар, асфальтендер, асфальтенді қышқылдар және олардың ангидридтері. Жеңіл мұнайда (бакинді және эмбенді типтерінде) асфальтендер аз, ал шайырдың құрамы 5%-ға дейін жетеді, ауыр бакинді, майкопты мұнай түрлерінде асфальтендер саны айтарлықтай, ал шайыр – 40%-ға дейін.
Мұнай және мұнай өнімдерімен қоршаған ортаның кең көлемде ластануы табиғи экожүйенің, биологиялық тепе-теңдіктің және биотүрліліктің бұзылуына әкеліп соғады. Соған байланысты ластану процесі бірден тежеле бастайды, тек микроорганизмдердің жеке топтарының арақатынасы ғана бұзылмайды, сонымен бірге зат алмасу процесі де бұзылады: тыныс алу процесі тежеледі, азотфиксация, нитрификация, целлюлозаның ыдырауы, қиын тотығатын өнімдер түзіледі, микроорганизмнің негізгі қоректенуінің басты факторы болып табылатын өсімдіктің органикалық қалдықтары және өсімдіктің тамырындағы шырыштары азаяды. Мұнай және мұнай өнімдері биологиялық тізбектің барлық бөліктеріне әсерін тигізе отырып фауна және флораның функционалды активтілігінің толықтай депрессиясын тудырады 2; 3.
Аумақтың мұнаймен ластануының алғашқы сағатында оның ыдырауына физико-химиялық процесстер басымдылық көрсетеді. Ыдырау қарқындылығы мұнай түріне, оның тығыздығына, тұтқырлығына, жылулық коэффициентіне, судағы коллоидтардың болуына, ауа температурасына және күн сәулесінің түсуіне байланысты.
Жаз мезгілінде су бетіндегі мұнай өнімдерінен, бірінші тәулікте 80,4% техникалық бензин (бензин толығымен ұшып кетеді), 22% керосин, 2-15% мұнай және 0,3% мазуттың ұшқыш компоненттері буланып кетеді. Оныншы күнде булану нөлге дейін төмендейді.
Төгілген мұнай топырақпен адсорбцияланады, ал теңіз суына түскен мұнай фракцияланып, нәтижесінде, күрделі гетерогенді жүйе қалыптасады. Дәл осы уақытта мұнайдың физикалық өзгерістерімен қатар, химиялық өзгерістері де жүзеге асады: еруге қабілетті қаныққан алифаттық, сонымен қатар, алициклді ароматты көмірсутектер беткі қабатта қалады. Еріген мұнай құрамына төменгі молекулалы ароматты, қаныққан ароматты көмірсутектер, эмульгацияланған мұнай (негізінде ароматтық және ациклді көмірсутектерден тұрады) кіреді.
Физико-химиялық процесстер мұнай және мұнай өнімдерінен суды тазалауда маңызды рөл атқарады, бірақ толық деструкция жүзеге аспайды. Ол тек мұнай тотықтырушы микроорганизмдер қатысуымен жүруі мүмкін.
Мұнай көмірсутектерін қолданатын микроорганизмдер су және топырақ биоценозының негізгі компоненті болып табылады. Мұнай тотықтырушы микроорганизмдердің әртүрлі биоценоздарда, түрлі жағдайда өмір сүруін көптеген ғалымдар зерттеген. Қазіргі таңда мұнай көмірсутектерін тотықтыру қабілеті бар 100-ден аса бактерия туыстары, ашытқылар, жіпшелі саңырауқұлақтар бөлініп алынған. Мысалы, Corynebakterium, Brevibakterium, Arthrobakter секілді деструктор-микроорганизмдер Аляска және Жаңа Шотландия жағалауларынан, Нью-Джерси ағысынан бөлініп алынған 4-7.
Мұнай және мұнай өнімдерінің көп мөлшерде төгілу барысы су қоймаларда, ағыстарда қара қабаттың түзілуін тудырады. Жиналған мұнайдың ыдырауы бірнеше аптаға созылуы мүмкін. Өзен немесе су қоймаларда судың жоғарғы өсімдіктерінің болуы мұнаймен ластанудың тасымалдау процесі жылдамдайды, сәйкесінше мұнайдың тотығу уақыты қысқарады (0,06-0,2 мм қабат қалыңдығында 5-10 күнге дейін) 8-10. Табиғи жағдайда мұнай және мұнай өнімдерінің ыдырауы – түрлі таксономиялық топтарға жататын микроорганизмдердің іс-әрекеті екенін бірнеше ғалымдар дәлелдеді 11-13; 14; 15; 16.
Мұнай тотықтырушы микроорганизмдердің өсуі және дамуы үшін, су қоймаларына минералды элементтердің қосылуы оңтайлы әсер етеді. Оның себебі, микроорганизмдердің көмірсу және энергия көзі болатын көмірсутек субстраттары, әдетте азот және фосфорға өте аз болады. Бұл элементтері жоқ суларда мұнай өнімдердің тотығуы байқалмаған. Изъюрованың айтуынша, суда қоректік заттардың жеткілікті болуы, су бетіндегі 2мм қалыңдықта мұнай қабаты 1-2 айда тазарады және бактериялық тотығу сәтті жүреді. Фосфат, нитрат немесе аммониға бай теңіз суында мұнай биодеградациясы өте жылдам жүрген.
Спонти (1979) амурлық суда мұнай өнімдерінің ыдырау процесін бақылау арқылы, алғашқы үш тәулік ішінде (23°С) жақсы жүретінін байқаған. Осы уақыт аралығында 70-80% мұнай өнімдерінің (дизельді отын) тотығуы жүрген. Алғашында (0,5 тәулік кезінде) тотығу жылдамдығы өсе бастады. Одан кейін жылдам тотығу процесі жүрді (1,5-2 тәулік), сосын тотығу төмендей бастады 11-20. Автордың пайымдауынша, төрт тәулік өткен соң тек қиын тотығатын бөліктер қалады. 4-30°С температурада микроорганизмдердің таза және аралас дақылдарының мұнайдың түрлі сапаларын қолдануы жөнінде Джобсон әріптестерімен (Jobson et al., 1972) бірге зерттеді. Ең алғаш рет, бактериалдық әсердің кез-келген мұнай түріне әсері оның жылдам қоюланғандығынан және массасының артқанынан байқауға болады (21 тәулік инкубациялау кезінде 0,827-ден 1,046-дейін ). Мезофильді бактериялар С25 н-алкандарды қолданды, ал психрофильді аралас дақылдар н-алкандардың С31-ге дейін ұзын тізбегін қолданады 14; 8; 9; 10.
Азарович (Azarowicz, 1975) мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған суларды тазалауды Candida lipolytica, C.tropicalis және C.utilis ашытқылар көмегімен инокуляциялау жолын ұсынды. Дақылдарды құрғақ азот және фосфор көздері бар препарат түрінде енгізді 20-23; 16.
Тіпті шөлді жерлердің топырағында көмірсутегін тотықтырушы бактериялардың болатындығын Таусон И.В. мәлімдейді. Топырақтың мұнаймен ластанған жерлерінде бұл организмдер өздерінің дамуы үшін жағымды жағдай табады. Тұнбаларда кездесетін мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді жіктеген авторлар, олардың қыс мезгіліне қарағанда жазда көп болатындығын ашты 24. Жылдың суық мезгілінде көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер аз кездеседі.
Мұнай ағысындағы микробиологиялық деградация деңгейі бірнеше факторлармен анықталады, мұнда негізінен мұнайдың құрамы маңызды: мұнайдың тұрақтылығын тармақталған алкандар, ароматты көмірсутектер және асфальтендер қамтамасыз етеді. Микроб белсенділігінің көрсеткіші ретінде глюкозаны қолдану және оның метаболизмін зерттегенде, кувейн, луизин мұнайлары және бункерлік отын түрлі деңгейде токсикалық қасиеттерінің бар екені анықталды. Өңделген мұнайлар, бункерлік және дизельді отындар басқа мұнай түрлеріне қарағанда улы болып табылады. Сонымен қатар, мұнайдың 300мгл жоғары концентрациясы табиғи микроб популяциясының активтілігін тежейді.
Мұнаймен ластанудың кері әсері ең бірінші сатыда көрінеді, ол көптеген улы компоненттердің болуымен байланысты. Көмірсутектердің улылығының азаюына байланысты мынадай тәртіп бойынша жіктеу дәлелденген: ароматты көмірсутектер – циклопарафиндер – олефиндер – парафиндер 25.
Теңіздегі мұнай көмірсутектерінің микробты тотығу процесі түрлі факторлар әсерінен жылдамдайды немесе тежеледі. Мұнаймен ластанған аумақтарды тазалау барысында, ең алдымен мұнай тотықтырушы микроорганизмдерге әсер ететін факторларды толықтай білу қажет. Олар : біріншіден температура, оттегі көлемі, биогенді элементтер және т.б.
Ауыр мұнай типтері жеңілге қарағанда биодеградацияға әлдеқайда күрделі түседі. Ауыр мұнайлардың массасы микроорганизмдер әрекетінде бар-жоғы 25-50% , 20°С-де биодеградация және булану нәтижесінде – 50%, ал жеңіл мұнайда – 80% -ға дейін, 10°С-де ауыр мұнайлар массасының жоғалуы – 30-40%, жеңілдерде – 50-60%.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде, мұнай тотықтырушы микроорганизмдердің pH 6,0-7,5 аралығында белсенді өсетіндігі дәлелденген. Зерттелген культуралардың 50% атап айтқанда, Pseudomonas liquefacins, Ps. liquida, Ps. nebulosum,Ps. Liquefacins maidis, Bacterium jophagum және т.б. осы pH аралығында тәжірибеге алынған 200мг мұнайдың 177 мг қолданған. Кейбір микроорганизмдер түрлерінде (Bacterium aliphaticum, Bacterium aliphaticum liquefacins, Bacterium formosum) мұнайды максимум қолдануы және максималды өсу әртүрлі pH аралығында болады. Бұл бактериялардың суспензияларының тығыздығы pH 5-7 аралығында өзгеріссіз болады. Дегенмен, pH 5-те мұнайдан суды қарқынды тазартып отырды. pH 4 болғанда микроорганизмдер әлсіз өсті, ал суды тазарту қабілеті pH 6 болғанда немесе pH 7-ге қарағанда өте төмен көрсеткіште болды, 20°С температурада және сілтілік реакцияда (pH 9) көптеген зерттеуші микроорганизмдер мұнайды қолдану жылдамдығы және өсу белсенділігі бойынша pH 7-8-ге қарағанда әлдеқайда төмен болған 26.
Зерттеушілердің айтуынша, мұнай-деструкциялаушы микроорганизмдерінің қарқынды тазалауы үшін ең қолайлы жағдай мезофильді жағдай (20-28°С) болып табылады. 6-15 °С температурада мұнай трансформациясының қарқындылығы 2,5-4 есеге дейін төмендейді, ал 37°С бактериялардың өсуі тежеледі. Ал 45°С температурада микроорганизмдердің іс-әрекеті толықтай тежеліп мұнайдың ыдырау процесі жүрмей қалады.
Әдебиеттерде мұнай өнімдерінің микроорганизмдермен пайдаланылуының биохимиясына арналған зерттеулерге қатысты мақалалар көп болғанымен, бұл процестің біршама жақтары, әсіресе кинетикасы мен механизмі әлі толық ашылмаған. Және жекелеген авторлардың мәліметтері сәйкес емес. Бұл эксперимент жүргізу әдістерінің, мұнай өнімдерінің қасиеттері мен құрамының, микроорганизм түрлерінің әртүрлілігімен түсіндіріледі. Мәселен, Керстен Д.К. 27 көмірсутегін тотықтыратын бактериялардың екі типін ажыратады :
- тек көмірсутегілері бар минералды орталарда дамитын және басқа органикалық қосылыстарды пайдаланбайтындар.
- көмірсутегілері бар минералды орталарда және басқа органикалық қосылыстары бар орталарда дамитындар. Соңғылары көбірек кездеседі.
Кей ғалымдар мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді үш топқа бөледі:
1. н-алкандарды ыдырататындар
2. ароматты көмірсутектерді тотықтыратындар
3. изоалкандарды және көптеген көмірсутегілерді қолдануға қабілеттілер.
Жоғарыда айтылғандай, мұнай деструкциясына қатысатын микроорганизмдерді зерттеу аса қызығушылықты тудырады.
Теңіз суынан көміртек көзі ретінде С7, С9 – С16 қалыпты алкандарды қолданатын Pseudomonas штамдары бар. Бірақ олардың бірден бірі С8 құрылымын тотықтыра алмайды. Дегенмен, көп зерттеулер барысында, қалыпты С5 – С16 көміртектерін тотықтыру қабілеті бар, бірақ циклді қосылыстарды қиын қабылдайтын Ps. aeruginosa 2 штамын бөліп алды. Шеткі радикалы аз (мысалы 2-метил-С14H29; 3-метил – С18Н37), көміртек тізбегі ұзын көмірсутектер кейбір микроорганизмдермен тотыға алады.
Борзенков өз әріптестерімен бірге, Вьетнам, Батыс Сібір және Татарстанның мұнай кен-орындарынан бөлініп алынған көмірсутек тотықтырушы микроорганиздердің қасиеттерін зерттеді. Кен орындарынан бөлініп алынған көмірсутек тотықтырушы бактериялардың он бір штамы – Rhodococcus, Gordonia, Dietzia, Pseudomonas туыстарының өкілдері және мезофильдер екені анықталды. Родококктар 15% NaCl бар ортада өсетін галотолерантты микроорганизмдер болып шықты. Барлық штамдар шикі мұнайдың н-алкандарын тотықтырды. н-алкандардың С – С құрылымын деструкциялауда Pseudomonas туыстастарының бактериялары белсенділік көрсетті. Жоғары минералданған суларда (150мгл) родококктар 28; 29 және галофильді архебактериялар Halobacterium және Haloferax 30; 31. Бар екені анықталды. Ал жоғары температуралы (45°С) кен орындарда термофильді Geobacillus бактериялары басымдылық көрсетті 32. Штамдардың сегізі Грам оң болды 33. “Белый тигр” кен орындарынан бөлініп алынған штамдарды 16рРНК секвенирлеу нәтижесінде Грам теріс Pseudomonas : Ps. stutrezi, Ps. aeruginosa202 және Ps. pseudoalcaligenes5 болып идентифицирленді 34. Зерттелген микроорганизмдердің барлығы ацетат, пропионат, бутират, этанол және сахарозаның тотығуы арқасында өсті. Ps. aeruginosa202 С – С тізбекті н-алкандарды, ал Ps. pseudoalcaligenes5 С – С синтездеді. Бұл н-алкандардың микроорганизмдермен түрлі деңгейде қолданатының дәлелі 35. н-алкандардың клетка ішілік синтезінің механизмі теория жүзінде қарастырылған 36.
Зерттеушілер арасында көміртегі тізбегінің ұзындығы С5-тен С10-ға дейінгі көмірсутектерді микроорганизмдердің пайдалануы қиындықтар туғызады деген пікір қалыптасқан 37. Сонымен қатар жеңіл н-алкандар кейбір бактериялардың және ашытқылардың дамуын тежейді деген мәліметтер бар. Және де Micobacterium lacticum-ның жалғыз көміртегі көзі ретінде метан, пропан, бутан , октан, декан, додекан, пентадеканды қолданатыны, тек бензолда өспейтіндігі жөнінде деректер жазылған.
Түрлі микроорганизмдердің 2000-дай культураларын зерттегенде, Pseudomonas, Arthrobacter, Flavobacterium туыстастарының өкілдері көміртегі көзі ретінде қалыпты алкандары бар қоректік ортада өсетіндігі зерттелді. Авторлардың айтуы бойынша, көмірсутегілерді қолдану полисахаридтерді (целлюлоза, крахмал немесе т.б.) немесе белоктарды ыдырату секілді токсономикалық белгі болып табылады 24.
Төменгі балқитын н-алкандарды қолдану арқылы өсу, негізінен Pseudomonas туыстастарының бактерияларына тән. Бұл жағдайды авторлар көбінде сұйық жеңіл көмірсутектер бактерия клеткаларының липидтерін ерітетіндігімен байланыстырады 25. Кей авторлардың ойынша, төменгі қайнайтын н-алкандар цитоплазмалық мембрананың қатпарлануын тудырады. Фредерикс П.М және Фукс Г.В. осы ойды қолдайды, оны көмірсутек молекуласында көміртегі тізбегінің ұзындығының әртүрлі болуымен түсіндіреді. Кестер мен Фостер бұл феноменді жекелеген көмірсутектердің улылығымен немесе олардың метаболизм өнімдерін микроорганизмдердің пайдалана алмауымен түсіндіруге болады деп есептейді. Мак-Кенна Е.Ж. және Каллио Р.Е. жеңіл қайнайтын н-алкандардың буының жоғары порциалды қысымы микроорганизмдерге кері әсер етуі мүмкіндігін көрсетеді.
Короннели Т.В.8 удың мұнаймен ластануы кезінде, яғни су бетінде қабат немесе жеке дақтардың пайда болғанында мұнайдың қабаттарын пайдалана отырып, н-алкандарды тотықтыру қабілеті бар артробактер және микобактерлердің көмірсутек деструкциясында пайдасының зор екендігін айтады.
Микроорганизмдердің көмірсутектерді игеру механизмі жайлы көп еңбектер бар. Мысалы, Дэвис Ж.В. н-алкандарды тотықтырудың мүмкін болатын үш жолын көрсетеді:
1. Спирт, альдегид және монокарбон қышқылын түзе отырып метил топтарын монотермиальды тотықтыру;
2. Сәйкес метилкетонның екіншілік спиртін түзу арқылы монотермиальды тотықтырудың варианты ретінде тотықтыру;
3. Дитерминалды тотықтыру, онда н-алканның термиальды топтары майлы дикарбон қышқылын түзе отырып тотығады.
Фостер Ж.В. көптеген микроорганизмдер үшін н-алкан тізбегінің соңғы көміртегі атомының тотығуымен сипатталатын көмірсутектердің монотермиальды тотығуы тән деп есептейді. Нәтижесінде, біріншілік спирт, альдегид, монокарбонды қышқыл түзіледі 38. Басқа зерттеушілерде н-парафиндердің тотығу жол монотермиальды болуы мүмкін деп есептейді. Сенез гептаны бар ортада өсірілген Pseudomonas клеткаларының көмірсутек, біріншілік спирт, альдегид және май қышқылына бейімделгендігін, ал сәйкес дикарбон қышқылына бейімделмегендігін дәлелдейтін тәжірибелер нәтижелерін келтіреді. Автор мұны көмірсутектердің монотермиальды тотығуына дәлел ретінде қарастырады. Қазіргі таңда, көмірсутектерді оксигеназды жолмен тотықтыратын микроорганизмдердің бар екендігі мәлім болды. Мұнайдың ароматты көмірсутегілерін қолданатын микроорганизмдер жөнінде ғалымдар еңбектері өте көп.
Ароматты көмірсутектер (фенол, толуол) тірі организмдерге өте төмен концентрацияда (0,6%) әсер етеді 39. 2%-тен артық болса, алкан және алкенге қарағанда экотоксикалық қабілеті жоғары болады 32. Ароматты көмірсутектерді ыдырататын көптеген микроорганизм штамдары н-алканда дамымайды. Дегенмен, Коновальчик-Мазер және Сенез бөліп алған Ps. aeruginosa бұл қосылыс бар ортада өсетіні дәлелденген.
Дели С. өз еңбегінде ароматты заттардың ферментативті ыдырауы жөнінде бірнеше дәлелдемелер көрсетті 39. Сақинаның ыдырағанын құрамында кем дегенде екі гидроксильді тобы барын құрылымының түзілуінен байқауға болады. Көмірсутегілердің тотығуы ароматты сақиналардың дигидроксильдеу процесінен байқауға болады. Бензол, нафталин, толуол, этилбензол секілді ароматты көмірсутектер сәйкесінше цис- және диоксидигидро туындыларына (дигидродиолдарға) дейін тотығады. Олар өз кезегінде дегидрогеназаның қатысуымен дифенолдарға (катехолға) айналады. Дели С. Жапон ғалымдарының еңбектерінің негізінде, ароматты сақинаның диоксигеназды ыдырауының үш типін бөлді.
Түрлі теңіздерде, су қоймаларда мұнай көмірсутектерін тотықтыратын бірнеше бактериялар бар. Солардың ішінде көп мөлшерде Pseudomonas туыстастарының бактериялары бөлініп алынды. Pseudomonas туыстастарының бактерияларының мұнай көмірсутектерін тотықтыруы жөнінде бірнеше жұмыстар жүргізілген 40.
Батыс Украинаның мұнай кен орны топырағынан нафталин қабылдағыш бактериялар бөліп алынған. Олар: Ps. aeruginosa, Ps. fluorescens, Ps. putida, Ps. boreopolis штамдары болып табылады. Тәжірибе барысында бөгде микроорганизмдерге қарағанда бұл культуралар көмірсу көзі ретінде тек нафталинді қолданатыны байқалынды.
Красильникова Н.А. және оның әріптестерінің мәліметтері бойынша, Қара теңіздің беткі қабатында мұнайды активті қолданатын Pseudomonas және Mycobacterium туыстастарының бактериялары басым екені белгілі.
Ресей елінің түрлі климаттық аумақтарының микрофлорасын зерттеу нәтижесінде, мұнай тотықтырушы микроорганизмдердің мұнай және алкандардың қатты эмульгациялануы үшін белсенді заттарды бөліп шығаратыны анықталған 41. Баренц теңізінің мұнай тотықтырушы микроорганизмдері бес туысқа жатқызылды: Bacterium, Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Pseudobacterium. Квасников Е.И. және т.б. Қара теңіздің мұнай өнімдері бар қалдықты суынан жүзге жуық культураларды бөліп алды. Ол культуралар көбінде Micrococcus, Pseudomonas, Brevibacterium, Rhodacoccus, Acinetobacter туыстастарына жатқызылды.
И.С.Андреева әріптестерімен психротолерантты штамм-деструкторлармен көмірсутегілерді утилиздеу барысында, Сібірдің түрлі аудандарынан мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді бөліп алды. Олардың негізінде штамм ассоциациясы құрылды. Бұл ассоциация галотолерантты, психротолерантты, топырақтың аборигенді микрофлорасына қатысты антогонизмнің болмауы секілді түрлі кен-орндарынан (64-92% 6 тәулік дақылдау ішінде) мұнайдың н-алкандарын утилиздейді. Эндогенді мұнай тотықтырушы микрофлораның көмегімен су қоймаларының және топырақтың деградациясы солтүстік аумақта баяу жүреді және кейбір факторлар әсерінен тіпті тоқтап қалады(төменгі температура, аэрацияның жеткіліксіз болуы және қажет биогенді элементтердің болмауы) 37; 42; 43. Бөлінген штамдар мұнайы бар Е8 синтетикалық қоректік ортасында жақсы өскен, сонымен қатар, олардың 4-6°С, 22-24°С температурада инкубациялау арқылы мұнай тотықтырғыш қабілетіне сұрыптау жүргізілген. Алынған штамм-деструкторлар Yarrowia, Arthrobakter, Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Micobacterium, Actinomices , Nocardia және т.б. туыстастардың өкілдері болып идентификацияланды. Штамдардың басты ерекшелігі болып, мұнай және мұнай өнімдерін төменгі температурада деструкциялау болып табылады 43; 44; 45; 39.
Плешакова Е.В. және т.б. мұнай тотықтырушы биопрепараттарды аборигенді көмірсутек тотықтырушы микрофлораның реттеу жолымен алды. Ол үшін түрлі көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдердің оптимальды комбинациядағы стимульдеуші қоспалары таңдалынды: минералды қоспалар (10,0 гл), мұнай (5,0гл) және синтетикалық жуғыш зат (0,2гл). Жүргізілген зерттеулер мұнай өнімдерімен ластанған топырақтардың тазалауын жеделдету үшін, аборигенді көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдермен қаныққан дайын “биопрепаратты” қолдануға болатындығын дәлелдеді 46-52.
Т.Н.Назина және т.б. ғалымдар жоғары температуралық Даган (ҚХР) мұнай кен орындарының аэробты органотрофты бактерияларының филогенетикалық түрлілігін зерттеді. Зерттеу барысында кен орындарынан 22 термофильді және мезофильді аэробты органотрофты микроорганизмдердің таза дақылдарын бөліп алды.
Соңғы он жылда, жерасты экожүйелерінің микрофлорасын зерттеу аса қызығушылықты тудырып отыр 53;54. Мұнай кен орындарынан сульфат-, темір-, марганецсинтездеуші бактериялар және метаногендер көптеп бөлінуде 53. Дегенмен кей аэробты микроорганизмдерде мұнай кен орындарында кездеседі. Олар су асты гидродинамикасының арқасында енуі мүмкін.
Түрлі және активті мезофильді микрофлора Дацин мұнай кен орындарынан (ҚХР) табылды. Молекулалық биология әдісімен бұл бактериялардың Bacillus, Pseudomonas, Gordonia, Dietzia, Brevibacillus, Rhodococcus, Kocuria, Celluolmonas, Clavibacter, Acinetobacter екені дәлелденді. Бактериялар тұзды ортада, жоғары температурада өсіп, шикі мұнайды, қанттарды, спирттерді, май қышқылдарын қолданған.
Мұнай кен орындарынан бөлінген Bacillus және Geobacillus туыстастарының бактериялары термофильді болып шықты 26. Аэробты термофильді бактериялар Вирджиния штатынан (АҚШ) көмірсутегілер бар судың 2 км тереңдіктен бөлініп алынды.
Алынған нәтижелерге сай, жоғары температуралық Даган мұнай кен орындарының термофильді бактериялары Geobacillus туыстастарына жатқызылды және алғаш рет мұнай кен орындарынан Thermoactinomices актинобактерия туыстары табылды. Сонымен қатар, мезофильді бактериялар Micrococcus, Micobacterium, Cellulmonas, Pseudomonas, Acinetobacter туыстарына жатқызылды.
Т.Ю.Измалкова әріптестерімен бірге Pseudomonas fluorescens штамдарының нафталин биодеградациясындағы генетикалық жүйенің әртүрлілігін зерттеді. Ресей Федерациясының мұнаймен ластанған әр аумағынан нафталинді ыдыратуға қабілетті Pseudomonas fluorescens-тің он сегіз штамы бөлініп алынды. Pseudomonas fluorescens-тің он үш штамында 20-120 жұп нуклеотид мөлшерде плазмидалар табылған. Олардың ішінде бес плазмида конъюгативті және нафталин мен салицилат утилизациясына жауап беретін катоболитті гендерден тұрады. Жұмыс нәтижесі бойынша нафталиннің биодеградациясына қатысатын nahAc және nahG гендері анықталды.
Гафаров А.Б. және т.б. ғалымдар тікелей және жиынтықты дақылдау әдістерімен мұнай кен орындарынан ароматты қосылыстардың он алты штам-деструктордың және ферментерда отыз тәулік ішінде үздіксіз дақылдау әдісімен он жеті штам-деструктор бөліп алды. Тікелей егу әдісінде жиынтықты дақылдау әдісіне қарағанда ароматты қосылыстардың деструкторлары көбірек бөлінген. Сонымен қатар, лабораториялық биореактордан көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер консорциумы бөлінді.
Қазіргі таңда мұнай және мұнай өнімдерінің ластануы судың, топырақтың микрофлорасын құртуда. Мәселен, тәулігіне 200-500 мың баррель мұнай өндіретін Үлкен мұнай химиялық зауыт жылына 10 мың м3 қалдық шығарады 33. Қалдықтар құрамына биодеградацияға төзімді қосылыстар енуі мүмкін. Мысалы, полициклді ароматты көмірсутегілер, жеңіл ұшқыш ароматты қосылыстар, олардың метилденген туындылары, мұның барлығы да канцерогенді және уытты болып келеді 55. Бөлінген штамдар өз аумақтарының климаттық жағдайларына сай мұнай және мұнай өнімдерін жақсы ыдыратқан 56.
Шет елдерде топырақ құрамындағы мұнай өнімдерінің қалыпты мөлшері 1-3 гкг, ал экологиялық қауіптің төнуі топырақ құрамында 20гкг мөлшерден басталады екен.
Әдебиеттерді қорытындылай келгенде түрлі көмірсутегілерді тотықтыру қабілеті жоғары микроорганизмдер ішінен Pseudomonas туыстастарының бактериялары әлдеқайда белсенділігімен ерекшеленеді. Бұл туыс микроорганизмдері табиғатта өте кең таралған. Олардың табиғаттағы көмірсутек қосылыстарын қабылдай алатындығы кез-келген экологиялық жағдайда өсе беретінін көрсетеді. Олар теңіздерде, су ағысында, тоғандарда, (Ps. desmoliticum), топырақтарда, мұнай кен орындарында (Ps. aeruginosa, Ps. fluorescens және т.б.) кездеседі.

1.2 Мұнаймен ластанған экожүйелерді тазалауда қолданылатын биопрепараттар

Қазіргі кезде, әлемде қоршаған ортаны мұнай және мұнай өнімдерінен тазалауда мұнай көмірсутектерін қолдану қабілеті бар жоғары белсенді микроорганизм-деструкторларға негізделген биотехнологиялық тазалау әдістері қолданылуда. Көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер топырақ және су биоценозының негізгі компоненті болғандықтан, олардың катоболиттік белсенділігі мұнаймен ластанған табиғи субстраттарды тазалауда әдеттегі жағдай болып табылады.
Топырақта негізінен бактериялар, актиномицеттер, ашытқы саңырауқұлақтары, балдырлар, қарапайым организмдермен бірге бактериофагтар да кездеседі. Жоғарыда айтып өтдей, микроорганизмдердің топырақта таралуына ортадағы қоректік заттардың, сонымен бірге температураның да маңызы зор.
Сонымен қатар, отын-энергетикалық өндіріс кешенінің негізгі экологиялық мәселелерінің бірі мұнай және мұнай өнімдерінің тасымалы немесе оларды өндіру барысында түрлі келеңсіз жағдайлардың орын алуы болып табылады.
Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған топырақтарды микроорганизмдер көмегімен 3 жол арқылы жылдамдатуға болады екен. Олар:
1. топырақ немесе су микрофлорасының метаболиттік активтілігіне сәйкес, ортаның физико-химиялық жағдайларын өзгерту арқылы.
2. ластанған топырақ немесе суға арнайы таңдалынып алынған мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді енгізу арқылы.
3. аралас микроорганизмдердің активті штамдарын және олардың өсуі үшін қажет активаторларды қосу арқылы.
Аталған соңғы екі әдіс, қазіргі таңда өте перспективті және тиімді болып отыр. Себебі активті мұнай тотықтырушы микроорганизмдер негізінде жасалған биопрепараттар көмегімен мұнаймен ластанған топырағы бар аумақтарды кең көлемде тазалауға мүмкіндік бар.
Қоршаған ортада мұнай көмірсутектерін деструкциялау үшін микроорганизмдердің көптеген түрлері қолданылады, солардың қатарында : Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Arthrobacter, Flavobacterium, Rhodacoccus, Acinetobacter, Alcaligenes, Mycobacterium, Nocardia, Candida ашытқы туыстары және т.б. туыстары бар 57;58.
Мұнай өндірісінің қалдықтарымен ластанған топырақ пен су қоймаларын тазалау экологияның өзекті мәселелеріне айналуда. Мұнай көмірсутектері биологиялық активтілігіне байланысты жоғары токсинді, қауіпті ластаушы заттарға жатады. Дүние жүзінде жыл сайын 50 млн тоннадай мұнай қоршаған ортаға түсіп отырады 59.
Қазақстанда жыл сайын 50 мың тоннадан астам мұнай қалдықтары және 200 мың гектардан астам мұнаймен ластанған топырақ түзіліп отырады 59.

Биоремедиацияның негізгі 2 түрі бар:
биостимуляция (биогенді элементтерді, оттегіні, т.б. қосу нәтижесінде жергілікті микрофлораның деградациялық қабілеттіліктерін белсендіру);
биоқосу (табиғи немесе ген-инженерлік штамм-деструкторларды қосу).
Биостимуляция өз кезегінде екіге бөлінеді:
1) Табиғи микрофлораны биостимулдеу. Бұл әдіс ластанған су қоймалары мен топырақта кездесетін, ластаушы заттарды ыдрата алатын, бірақ негізгі биогенді элементтердің (азот, фосфор, калий, т.б. қосылыстары) жетіспеушілігінен белсенділіктері төмен табиғи микрофлораның өсуін белсендіруге негізделген.
Активті штамдарды қосу негізіндегі биостимуляция. Бұл әдістің ерекшелігі бар, ластанған су қоймалары мен топырақтың табиғи микрофлорасын биостимуляциясы алдымен зертханалық немесе өндірістік жағдайларда жүргізіледі. Мұнда ластаушы затты тиімді ыдырата алатын микроорганизмдерді сұрыптап алады. Белсендірілген микрофлораны тағы басқа ластаушыларды ыдырату деңгейін жоғарлататын қосымша заттармен бірге ластанған объектіге қосады 59.
Мұнай өнімдерінің көп компоненттен тұруы микроорганизмдер көмегімен биодеструкциялау қиындығын тудырады. Сондықтан әртүрлі деградацияға қабілеті бар микроорганизмдер ассоциациясын құру ластанған экожүйелер биоремедиациясында перспективалы бағыт болып табылады. Бұл фактор көптеген ғалымдардың мұнаймен ластанған су және топырақтарды тазалауда кеңінен қолданылатын биопрепараттарды жасау барысында дәлелденген. Қолайсыз климаттық жағдай кезінде ластанған ортада мұнай деструкциялаушы микроорганизмдер интродукциясы өте қажет болып табылады.
Мәселен, “Деворойл” биопрепаратында Pseudomonas-Rhodococcus ассоциациясы қолданылады. Бұл биопрепаратты қазіргі кезде кең көлемде қолдануда.
Соңғы он жыл ішінде бірнеше препараттар – “Путидойл”, “Олеворин”, “Нафтокс”, “Микромицет”, “Родобел” секілді препараттар өндіріске енді. Бұл препараттар құрамына жиырмадан аса түрлі мұнай тотықтырушы микроорганизмдер, бактериялар, саңырауқұлақтар, ашытқылардан тұратын монокультуралар немесе ассоциациялар кіреді. Шет елдерде мұнай компаниялары мұнаймен ластанған топырақтарды өңдеу үшін биопрепараттарды қолданады. Мәселен Еуропа және АҚШ елдерінде мұнай өндіру зауыттарының ағынды суларын тазалау үшін табиғи штамдардың бейімдеушілік жолы арқылы алынған Phenobac атты бактериалдық биопрепараттарды қолданған. Олар ортаның түрлі жағдайына өз қасиеттерін сақтай алатын көмірсутек тотықтырушы бактериялардың аралас кульлураларынан тұрады.
Қазіргі таңда, мұнаймен ластанған топырақтарды тазалау барысында Pseudomonas туысының бактерияларының қатысымен бірнеше препараттар жасалынып, әлем бойынша қолданыс табуда. Мысалы, “Эконадин” биопрепараты қоңыр түсті ұнтақ, дисперсті, гидрофобты болып табылады. Бұл препарат органикалық субстрат – шымда иммобилизденген Pseudomonas fluorescens-тің екі штамм ассоциациясынан құралған. Препарат құрамында деструктор-микроорганизмнің мөлшері 1*109 клеткаг құрайды. Сорбциялық тығыздығы мұнай өнімінің түріне байланысты 1:10 – 1:50 аралығында. “Эконадин” препараты Ресей Федерациясының және Украинаның патенттерімен қорғалған, ТМД елдерінде мұнаймен ластанған аумақтарды тазалауға арналған алдыңғы қатарлы бактериалдық препарат болып табылады. Препарат негізі ретінде Pseudomonas fluorescens-тің таңдап алыну себебі өте көп. Ең алдымен олардың түрлі қасиеттері зерттелді, әсіресе мұнай көмірсутектерін жақсы тотықтыру қабілеті. Штамдардың адам өміріне, өсімдіктерге, гидробионаттарға қатысты патогенді еместігі бойынша таңдалынып алынды.
Табиғатта барлық мұнай тотықтырушы микроорганизмдер арасында кең таралғандары Pseudomonas туысының бактериялары. Олар әлемдік мұхиттың, су қоймалардың, топырақтың әдеттегі микрофлорасының бірі.
Бұл туыстың 50-ден астам түрлері қоршаған ортадағы мұнайды ыдырату процесіне белсенді қатысады. Олар : Pseudomonas aerugenoza, Ps. putida, Ps. fluorescens және т.б. Ps. fluorescens штамын топырақтан, су қоймаларынан бөлініп алынған. Ең қызықтысы, осы түрдің 66 штамының “Трускавецкая” минералды суынан бөлініп алынуы. Псевдомонадалардың аэробты және оттегінің аз жағдайында да жоғары көмірсутек тотықтырушы қабілетінің болуы мұнаймен ластанған топырақ және суларды тазалауда қолдануға көп мүмкіндік береді.
“Эконадин” препаратының артықшылығы, оның қарапайымдылығы және де тек мұнай өнімдерін ғана емес, түрлі биорезистентті поллютанттардан тазалау қабілетінің болуы. Сонымен қатар, бірқатар өзіндік ерекшелігіне буферлік қасиеті, ортаның pH 7,0-7,2 аралығында ұстап тұру қабілеті жатады. Препаратты қолдану барысында оның фитопатогенді микроорганизмдерге антогонистік белсенділік көрсететіндігі дәлелденген.
Azospirillum туысының бірлестік ризобактериялары кейбір штамдарында мұнайды деградациялау қабілеттіліктері анықталды 59.
Мұнай деградацияға әр түрлі төзімділік деңгейлері бар көмірсутектердің қоспасынан тұрады, сондықтан бірқатар бактериялар, ашытқылар мен микробалдырлардан тұратын микроорганизмдер қауымдастығын қолдану тиімді болып саналады
Штамдарды бөліп алу объектісі табиғи орта немесе мұнай өнімдерінің өзі болып табылады.
Кей әдебиеттер қатарына сүйенер болсақ, мұнай көмірсутектерінің активті деструкторларына псевдомонадалар және родококктар жатады. Олар мұнаймен ластанған экожүйелер микробиоценозының негізгі компонентінің басым бөлігін құрайды. Сондықтан мұнаймен ластанған объектілердің биоремедиация және биомониторинг жүйесі үшін Pseudomonas және Rhodococcus туыстарының белгілі штамдарын қолдану қажеттігі туындайды. Мәселен, Грищенков В.Г. әріптестерімен мазутпен ластанған топырақтан оның биодеструкциясына қабілетті бактерия штамдарын бөліп алды. Штамдардың көбі Pseudomonas туысына жатқызылды. Идентификация нәтижесінде кей культуралар Rhodococcus және Xantomonas туыстастарының өкілдері екені анықталды.
Ғалымдар мұнай концентрациясы жоғары ортадан бағытталған селекция жолымен 10-14 тәулік ішінде 3000мгл концентрацияда мұнай және ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.