109637 (Микробная утилизация полиароматических углеводородов), страница 5

7.2.2.Микробная деструкция смеси ПАУ

Анализ литературных данных показал, что основная масса работ по деструкции ПАУ посвящена изучению деструкции одного вещества или смеси ПАУ/6,11,14/, содержащей не более 5 компонентов. Однако в реальных условиях спектр ПАУ-экотоксикантов гораздо шире. Данные по деструкции многокомпонентных смесей ПАУ в доступной литературе отсутствуют. Между тем изучение процессов деструкции смеси экотоксикантов имеет очень важное значение для разработки процессов биоремедиации.

Для изучения деструкции смеси ПАУ нами в качестве модельного субстрата была выбрана древесина шпал. Использование этого субстрата значительно упрощало работу так как отпадала необходимость работать с креозотом непосредственно.

Для приготовления ферментационной среды субстрат измельчали до фрагментов размером около 5 мм и увлажняли жидкой средой Чапека с сахарозой (см.разд.7.1.). Посевной материал выращивали в чашках Петри на такой же среде. Объем ферментационной среды составлял 250гр., посевной материал вносился в количестве 10-ти % от объема среды. Температура культивирования составляла 25^оС, пробы отбирались на 14-е и 20-е сутки инкубации. Содержание ПАУ в экспериментальных образцах определяли методом хромато-масс-спектроскопии (см.разд.7.1.). Результаты анализа представлены в таблице 5:

таблица 5

Анализ экспериментальных данных по деструкции ПАУ, приведенные в табл.45 показал, что различные по строению ПАУ разрушаются Trichoderma lignorum с различной скоростью. Простые ПАУ, такие как нафталин, антрацен, фенантрен в большей степени подвержены деструкции, чем многоядерные. Литературные /40/ данные свидетельствуют, что микробная деструкция нафталина ферментами оксигеназами происходит последовательно и начинается с гидроксилирования только одного аромтического кольца (см. рис.6.).

В соответствии с правилом последовательного окисления только одного ароматического кольца сложные 4х-5ти ядерные ПАУ в меньшей степени подвержены полному распаду. Необходимо отметить, что на момент отбора проб для анализа в субстратах под воздействием микробных ферментов происходят сложные процессы изменения количественного соотношения ПАУ. Возможно этот процесс обусловлен явлением конденсации частично окисленных углеводородов. Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты с увеличением срока культивации.

Исследования проводились с использованием ранее описанных методов и сред, однако были внесены некоторые изменения:

1.Применялись более крупные фрагменты, чем ранее. Линейные размеры фрагментов составляли 10х10х20 см (кубики).

2.При формировании среды в ферментационных емкостях объемом 10 литров было произведено разбавление пропитанных креозотом кубиков чистыми кубиками, щепой и опилками в соотношении 1:1.

Посевной материал вносился в количестве 10%. Температура инкубации составляла 28^ОС. Субстрат периодически увлажняли разбавленным водопроводной водой неохмеленным пивным суслом (2% сахаров).

Культура Trichoderma lignorum № 37 активно колонизирует поверхность кубиков, причем начальное прикрепление и активное размножение начинается с чистых, не содержащих ПАУ кубиков. Такая последовательность, по-видимому, связана с адаптацией культуры и накоплением в среде активных ферментов. К исходу 20-х суток культура колонизирует до 70% поверхности субстрата.

Отбор проб производился на 30-е и 40-е сутки инкубации. Определение содержания ПАУ в образцах проводили в соответствии с раннее указанным методом. Результаты анализа представлены в таблице 6:

таблица 6

Как видно из представленных данных на 30-е сутки процесса микробной деструкции сохраняется накопление ПАУ, отмеченное раннее. Увеличивается количественное содержание инденопирена (контрольный образец-1 мг/кг, 30-е сутки- 49 мг/кг), бензперилена, дибензантрацена и бенз[к]флуорантена. По сравнению с раннее полученными результатами на 30-е сутки обнаружено дополнительное увеличение содержания бенз[в]флуорантена (в 5 раз), незначительное увеличение пирена,

флуорантена и антрацена. Это объясняется перераспределением вещества между компонентами смеси ПАУ в процессе микробной переработки и меньшей скоростью деструкции, обусловленной переходом к более крупным фрагментам субстрата- кубикам.

По видимому для более полного разрушения ПАУ требуется более длительный срок ферментации. Результат анализов проб отобранных по истечении 40 суток убедительно показал, что только содержание инденопирена сохраняется на прежнем уровне (контрольный образец-1 мг/кг, 40-е сутки-1,3 мг/кг). Содержание всех остальных компонентов смеси к исходу 40-х суток резко снизилось и достигло минимальных значений. На 40-е сутки инкубации исчезает, отмеченное раннее явление накопления полиядернях компонентов смеси, связанное с конденсацией продуктов частичной деструкции.

Параллельно нами был изучен процесс деструкции смеси ПАУ грибом Phanerochaete chrysosporium. Этот микроорганизм является самым перспективным среди микромицетов деструктором ароматических ксенобиотиков, ему посвящено огромное количество работ. Однако сведений по деструкции им многокомпонентных смесей ПАУ в литературе так же не оказалось. В этой связи имело смысл изучить данный вопрос. В соответствии с раннее описанными методиками был изучен процесс деструкции ПАУ. В качестве субстрата использовали кубики, анализ содержания ПАУ проводили методом хромато-масс-спектроскопии. Результаты исследования представлены в таблице 7.

Как следует из приведенных экспериментальных данных, гриб Phanerochaete chrysosporium активно разрушает ПАУ. Причем важно отметить, что раннеее наблюдаемое явление перераспределения ПАУ сохраняется и в случае Phanerochaete chrysosporium (инденопирен, бензперилен, дибензантрацен). Вместе с тем к исходу 40-х суток содержание ПАУ в субстрате резко снижается.

Таким образом подтверждается принцип последовательного окисления ПАУ и общность механизмов деструкции этих веществ у различных микроорганизмов.

таблица 7

7.2.3.Применение облучения (l=257,3 нм) для предобработки ПАУ-содержащих субстратов