Сульфатредукуючі, тіонові, денітрифікуючі бактерії в прибережній зоні чорного моря і їхня роль у трансформації нафтових вуглеводнів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ПІВДЕННИХ МОРІВ

ім. О.О. КОВАЛЕВСЬКОГО

УДК 574.5/.6 (262. 5)

03.00.17- гідробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧІ, ТІОНОВІ, ДЕНІТРИФІКУЮЧІ БАКТЕРІЇ В ПРИБЕРЕЖНІЙ ЗОНІ ЧОРНОГО МОРЯ І ЇХНЯ РОЛЬ У ТРАНСФОРМАЦІЇ НАФТОВИХ ВУГЛЕВОДНІВ

Бурдіян Наталія Віталіївна

Севастополь - 2011



Дисертація є рукописом

Робота виконана в Інституті біології південних морів ім. О. О. Ковалевського Національної академії наук України, м. Севастополь

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Миронов Олег Глібович, Інститут біології південних морівім. О. О. Ковалевського НАН України, завідувач відділу морської санітарної гідробіології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Солдатов Олександр Олександрович, Інститут біології південних морів ім. О. О. Ковалевського НАН України, завідувач відділу фізіології тварин і біохімії

доктор біологічних наук Олійник Галина Миколаївна Інститут гідробіології НАН України старший науковий співробітник

Захист відбудеться «21» 09 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.214.01 Інституту біології південних морів ім. О. О. Ковалевського НАН України за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту біології південних морів ім. О. О. Ковалевського НАНУ за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2

Автореферат розісланий «10» 08 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 50.214.01 доктор біологічних наук В. І. Рябушко



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Нафта і її похідні є одними з найпоширеніших забруднюючих речовин морського середовища. Останні аварійні розливи нафтопродуктів у Керченській протоці (2007 р.) і Мексиканській затоці (2010 р.) вказують на особливу актуальність досліджень процесів самоочищення прибережної зони моря і, зокрема, біотрансформації вуглеводнів нафти. Основною ланкою в цьому процесі є мікроорганізми, здатні використовувати нафту як єдине джерело вуглецю й енергії. При сучасному масштабі надходження в море органіки антропогенної природи в донних осадках і прибережних наносах починають переважати анаеробні процеси перетворення органічної речовини, якi значно знижують швидкість його окиснення. Провідна роль у процесі анаеробної деструкції належить сульфатредукуючим, тіоновим, денiтрифікуючим бактеріям. Ці бактерії беруть участь і у процесах перетворення вуглеводнів нафти в морському середовищі (Квасников и др., 1981, Shelton et al., 1975, та ін.). В 80-х роках минулого сторіччя у відділі морської санітарної гідробіології Інституту біології південних морів НАН України вивчали деякі групи анаеробних бактерій біля узбережжя Криму та в західній частині Чорного моря (Миронов, 1988). У контактній зоні «суша-море» і, зокрема, прибережних наносах, дослідження анаеробних бактерій не проводилися.

У цьому зв'язку вивчення чисельності й особливостей поширення сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих груп бактерій у донних осадках і прибережних наносах, а також використання зазначеними мікроорганізмами вуглеводнів нафти як єдиного джерела вуглецю й енергії є складовою частиною рiшення проблеми самоочищення прибережної зони моря від вуглеводнів нафти.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах фундаментальних досліджень за держбюджетними темами ІнБПМ НАН України «Вивчення біогеохімічних закономірностей формування потоків радіоактивних, мінеральних, органічних речовин природного і техногенного походження й обумовленого ними екологічного ризику для популяцій критичних видів у Чорному морі»: «Потоки нафтових вуглеводнів і органічних речовин основних класів в акваторії контактної зони «суша-море» (№ ДР 0103U001050, 2003-2007); «Розробка методів контролю стану морського середовища і технологій її оздоровлення в районах активного природовикористання»: «Систематизація по цілеспрямованому використанню морських організмів для контролю стану морського середовища й оздоровлення акваторій. Вибір акваторій для розміщення гідробіологічних систем» (№ ДР 0107U005583, 2007-2009). У перерахованих темах дисертант брав участь як виконавець.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи було визначити чисельність і особливості поширення морських сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій у прибережних наносах і донних осадках і виявити їхню роль у трансформації нафтових вуглеводнів.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішували наступні завдання: морський сульфатредукуючий тіоновий нафтовий

з'ясувати поширення і кількісний вміст сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій у прибережних наносах і донних осадках акваторії Севастополя;

експериментально вивчити динаміку чисельності бактерій в умовах відсутності гідродинамічного впливу;

дослідити ріст тіонових та денітрифікуючих бактерій в експериментально створених анаеробних і аеробних умовах;

дослiдити здатність сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій використовувати вуглеводні нафти як єдине джерело вуглецю й енергії;

оцінити залежність чисельності досліджуваних груп бактерій від рівня нафтового забруднення

Об'єкт дослідження - сульфатредукуючі, тіонові, денiтрифікуючі бактерії в прибережних наносах і донних осадках акваторії Севастополя.

Предмет дослідження - роль сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій у процесах самоочищення прибережної зони моря від вуглеводнів нафти.

Методи дослідження: комплексні методи гідробіології і морської мікробіології (для виділення із донних осадків і прибережних наносів сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій), загальної мікробіології (для оцінки морфологічних, культуральних і фізіолого-біохімічних особливостей), математичної статистики (для аналізу й оцінки вірогідності отриманих даних).

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в прибережних наносах акваторії Севастополя визначені чисельність й особливості поширення сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій. Виявлено здатність сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій, що живуть у прибережних наносах і донних осадках, використовувати вуглеводні нафтового походження як єдине джерело вуглецю й енергії.

Практичне значення одержаних результатів. Дані щодо кількісного складу, особливостей просторового розподілу і ролі сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих груп бактерій у деструкції нафтових вуглеводнів використовуються в моніторингових дослідженнях екологічного стану прибережних зон Чорного моря. Облік анаеробних і факультативно-анаеробних груп бактерій обов'язковий для оцінки здатності акваторії до самоочищення та розробки комплексних заходів щодо очищення прибережної зони моря від забруднення нафтовими вуглеводнями.

Особистий внесок здобувача. Дисертант брав безпосередню участь у зборі, обробці й аналізі матеріалів. Здобувачем здійснювалися постановка наукових завдань, методичні розробки, проведення лабораторних експериментів, що підтверджується самостійністю публікацій основних матеріалів роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації були представлені на II Міжнароднiй науковiй конференції, присвяченiй 140-річчю Одеського національного університету ім. I.I. Мечникова (Одеса, 2005); IV з'їзді Українського гідробіологічного товариства (Феодосія, 2005); Міжнародній науковій конференції "Проблеми біологічної океанографії ХХ століття” (Севастополь, 2006); Другiй міжнароднiй науковiй конференції cтудентів і аспірантів ”Молодь та поступ біології” (Львів, 2006); Міжнародній науковій конференції “Фундаментальні дослідження найважливіших проблем природничих наук на основі інтеграційних процесів в освiтi і науці” (Севастополь, 2006); IV Всеукраїнськiй науково-практичнiй конференції молодих учених з проблем Чорного та Азовського морів “Понт Евксінський - IV” (Севастополь, 2005); VIII Міжнароднiй науковiй конференції «Водні екосистеми, організми, інновації - 8.» (Москва, 2006); III міжнароднiй науковiй конференцiї cтудентів i аспірантів ”Молодь та поступ біології” (Львів, 2007); V Всеукраїнськiй науково-практичнiй конференції молодих учених з проблем Чорного та Азовського морів “Понт Евксінський - V” (Севастополь, 2007); II Міжнароднiй науковiй конференції «Сучасні проблеми гідробіології. Перспективи, шляхи та методи рішень» (Херсон, 2008); VI Міжнароднiй науково-практичнiй конференції молодих учених, присвяченiй екологічним проблемам водних екосистем «Понт Евксінський - VI» (Севастополь, 2009); Міжнароднiй науково-практичнiй конференції «Біорiзноманiття та сталий розвиток» (Сімферополь, 2010); V з'їзді Українського гідробіологічного товариства (Житомир, 2010); наукових семінарах відділу морської санітарної гідробіології ІнБПМ НАН України (2005-2011).

Публікації. За матеріалами дисертації опублікованi 22 науковi працi (16 - без співавторів). Наукові результати повною мірою викладені в 9 статтях, опублікованих у наукових виданнях, рекомендованих ВАК України і колективнiй монографії; 12 - у матеріалах національних і міжнародних конференцій. Права співавторів публікацій не порушенi.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел (116 вітчизняних видань і 66 іноземних). Робота викладена на 157 сторінках машинописного тексту, ілюстрована 27 таблицями і 48 рисунками.

Подяки. Автор висловлює глибоку подяку науковому керівникові і наставникові - доктору біологічних наук, професору, завідувачу відділу морської санітарної гідробіології ІнБПМ НАН України О. Г. Миронову, а також колективу відділу морської санітарної гідробіології за допомогу в процесі виконання роботи. Особливу подяку автор висловлює доктору біологічних наук, професору А. В. Гаєвській за цінні поради та рекомендації. Здобувач вважає приємним обов`язком подякувати за важливі зауваження доктору біологічних наук, професору, члену-кореспонденту НАН України В.М. Єгорову.

ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У розділі наведені дані про бактеріальне окиснення нафти в різних умовах аерації та особливості біотрансформації нафтових вуглеводнів у прибережній зоні моря. Розглянуто поширення сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій у морському середовищі. Окремо викладений матеріал про участь цих груп бактерій в анаеробній деструкції нафтових вуглеводнів. Обґрунтована необхідність виконання досліджень за темою дисертаційної роботи.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Збір проб прибережних наносів здійснювався на шести станціях (рис. 1а). Під час вибору місць розташування станцій керувалися тим, щоб обрані райони розрізнялися інтенсивністю забруднення, ступенем антропогенного навантаження, віддаленістю від відкритої частини моря та гранулометричним складом прибережних наносів. Станції 1 і 2 розташовані в бухті Севастопольській: ст. 1 - на південній стороні (район колишнього дитячого пляжу), ст. 2 - на північній стороні, безпосередньо біля діючого причалу. Ст. 3 - на узбережжі відкритого моря (район пляжу Учкуївка). В бухті Кругла: ст. 4 - вихід із бухти; ст. 5 - у районі вершини; ст. 6 - на західному узбережжі (територія дитячого пляжу). На станціях 1- 4 прибережні наноси представлені дрібним гравієм з домішкою уламків стулок молюсків, на ст. 5 і 6 - мулистим піском. З грудня 2002 по січень 2005 р. відбір проб прибережних наносів здійснювали щомісяця на ст. 1 - 4 і 5. З липня 2005 і по грудень 2006 р. виконували щомісячний відбір проб на ст. 2 і 3. На цих станціях були взяті також разові проби в лютому, травні, червні і липні 2007 р. та у лютому, квітні і липні 2008 р. З січня 2005 і по грудень 2006 р. щомісячний відбір проб здійснювали на ст. 6. Донні осадки відбиралися в бухтах і районі зовнішнього рейду акваторії Севастополя влітку 2003, 2006 й 2009 рр. (рис. 1б).

а б

Рис. 1. Схема розташування станцій відбору проб прибережних наносів (а) і донних осадків (б)

Проби прибережних наносів відбирали стерильним шпателем з поверхневого шару (не глибше 5 см) на лінії урiзу; донні осадки - стерильним шпателем із проби, відібраної дночерпаком Петерсена (площа захвату 0,025 м2).

Всього опрацьовано 240 проб морських прибережних наносів, 76 - донних осадків, проведено 2 експерименти тривалістю 4,5 й 11 міс., виділена 91 бактеріальна культура (включаючи накопичувальні).

Окислювально-відновний потенціал вимірювали іонометром И-102, температуру повітря і морської води - ртутним термометром, стан моря, наявність та характер атмосферних опадів - візуально.

Кількість мікроорганізмів у пробі визначали методом граничних розведень (Нетрусов, 2005) з наступним посівом 1 мл кожного розведення у відповідні поживні середовища. Середовища готували з урахуванням солоності морської води. Чисельність сульфатредукуючих бактерій визначали на середовищі Постгейта (Романенко, 1974). У якості відновлювача до середовища додавали 3% розчин сірчастокислого натрію. Кількість денітрифікаторів ураховували на середовищі Гільтая (Егоров, 1976), тіонових бактерій на середовищі Сорокіна (1962). Найімовірнішу чисельність мікроорганізмів в одиниці об'єму розраховували за допомогою таблиці Мак-Креді, заснованої на методі варіаційної статистики (Нетрусов, 2005).

Паралельно з кількісним обліком мікроорганізмів виділяли чисті і накопичувальні культури бактерій. Морфологічні, культуральні та фізіолого-біохімічні властивості мікроорганізмів вивчали по посібниках М. С. Єгорова (1976), Г.І. Каравайко (1972), О. І. Нетрусова (2005).

Здатність та інтенсивність росту бактеріальних культур на різних джерелах вуглецю визначали посівом виділених культур на середовище Діанової - Ворошилової з наступним додаванням джерел вуглецю (нафта, дизельне паливо (соляр), мазут) (Миронов и др., 1995).

Чисельність і динаміку росту тіонових та денітрифікуючих груп бактерій вивчали в лабораторних експериментально створених аеробних і анаеробних умовах. Експеримент тривав 4,5 міс.

Для вивчення динаміки чисельності бактерій в умовах відсутності гідродинамічного впливу в лабораторних умовах використовували непроточні акваріуми (V - 0,17 м3), куди поміщали зразки прибережних наносів зі ст. 1 і донних осадків, відібраних у центральній частині акваторії б. Севастопольської на глибині 14 м. У процесі експерименту щомісяця відбирали проби із середньої частини прибережних наносів, донних осадків і верхнього окисленого шару донних осадків і визначали чисельність бактерій. На початку та по закінченні експерименту в досліджуваному матеріалі визначали концентрацію хлороформекстрагованих речовин (ХР) ваговим методом і нафтових вуглеводнів (НВ) методом інфрачервоної спектрофотометрії. Визначення ХР і НВ проводилися Т. В. Шадріною (ІнБПМ).

ЧИСЕЛЬНІСТЬ І ПОШИРЕННЯ СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧИХ, ТІОНОВИХ ТА ДЕНІТРИФІКУЮЧИХ БАКТЕРІЙ У ПРИБЕРЕЖНИХ НАНОСАХ АКВАТОРІЇ СЕВАСТОПОЛЯ

Бухта Севастопольська (Приморський бульвар) - ст. 1. Чисельність (кл./г) сульфатредукуючих бактерій (СРБ) коливалася від 0,4 до 150; тіонових (ТБ) - від 45 до 9,5*105; денітрифікуючих (ДНБ) - від 45 до 2,5*106. У 80% позитивних проб чисельність СРБ змінювалася від 0,4 до 2 кл./г. Кількісні показники тіонових бактерій в 57% проб становили 103-105 кл./г, а ДНБ, відповідно, в 54% проб: 102 - 103.

Бухта Севастопольська (Північна сторона) - ст. 2. Чисельність (кл./г) СРБ коливалася від 0,4 до 150; ТБ - від 2,5*103 до 9,5*107; ДНБ - від 250 до 2,5*105. В 50 % проб чисельність СРБ становила 25 і вище клітин на 1 г наносів, тіонових - в 65% проб змінювалася від 104 до 107 кл./г, а денітрифікуючих - в 77% проб коливалася від 103 до 104 кл./г.

Відкрите узбережжя (пляж Учкуївка) - ст. 3. Чисельність (кл./г) СРБ варіювала від 0,4 до 45; ТБ - від 45 до 9,5*105; ДНБ - від 1 до 2,5*105. В 80% проб чисельність сульфатредукуючих бактерій коливалася від 0,4 до 1,5 кл./г, а тіонових - від 102 до 104 кл./г. Кількісні показники денітрифікуючих в 62 % проб становили 102 - 104 кл. /г.

Бухта Кругла (вихід із бухти) - ст. 4. Чисельність (кл./г) СРБ коливалася від 0,4 до 250; ТБ - від 150 до 9,5*106; ДНБ - від 95 до 2,5*107. В 67% позитивних проб чисельність СРБ змінювалася від 0,4 до 3 кл./г, відповідно, ТБ - в 80% проб: 103 - 106; ДНБ - в 62% проб: 103 - 105.

Бухта Кругла (вершина бухти) - ст. 5. Чисельність (кл./г) СРБ коливалася в широких межах: від 1 до 9,5*103 кл./г; ТБ - від 1,5*104 до 3,0*106; ДНБ - від 1,5*103 до 9,5*106. В 64% проб кількість сульфатредукуючих бактерій становила від десятків до тисяч клітин на 1 г наносу, тіонових бактерій - в 80% проб перебувала в межах 104-105, а чисельність денітрифікуючих бактерій в 77% проб змінювалася від 104 до 106 кл. /г.

У бухті Севастопольській на ст. 1 ріст сульфатредукуючих бактерій зафіксований в 34% проб, а на ст. 2 - в 69%. Можливо, близькість діючого причалу з неминучим забрудненням прибережних наносів нафтопродуктами є додатковим джерелом органічної речовини алохтонного походження на ст. 2. За кількістю позитивних проб район відкритого моря (ст. 3) схожий зі ст. 4, перехідний від відкритого моря до закритих районів; бактерії виділені, відповідно, в 50% і 46 % проб. У прибережних наносах ст. 5 СРБ виявлені в 99% проб. Якщо для ст. 1, 3 і 4 характерна мінімальна чисельність СРБ у прибережних наносах, то показники на ст. 5 перевищують показники інших станцій. Як видно, наявність замуленого піску і слабка дія хвиль у районі ст. 5 обмежують кисневе постачання до прибережних наносів і створюють сприятливі умови для розвитку анаеробів.

Тіонові бактерії виділені в 100% проб. Відносно стабільний вміст ТБ спостерігався лише в прибережних наносах ст. 5. Найменший вміст ТБ виявлений, як у прибережних наносах Севастопольської бухти (ст. 1), так і в районі відкритого моря (ст. 3). Максимальна чисельність ТБ визначена на ст. 2, найбільш забрудненої ХР і НВ.

Денітрифікуючі бактерії виявлені в 100% проб. Для прибережних наносів ст. 1, 3 і 4 характерний широкий діапазон чисельності ДНБ. Відносно стабільний вміст ДНБ на ст. 2 можна пояснити постійно підвищеним рівнем ХР і НВ в прибережних наносах. У районі вершини бухти Круглої (ст. 5) відзначено високий вміст бактерій протягом періоду дослідження. Мінімальна чисельність, визначена на ст. 5, перевищує такі показники в прибережних наносах інших станцій, у той же час максимуми на ст. 5 не вище аналогічних значень на ст. 1 і 4.

Кількісний облік виділених мікроорганізмів показав превалювання чисельності тіонових бактерій, порівняно з сульфатредукуючими, при цьому аналогічне співвідношення зазначених груп бактерій відзначалося і в донних осадках.

Високі значення чисельності характерні для групи тіонових і денітрифікуючих бактерій, однак показники чисельності ТБ на порядок вищі і більш стабільні, ніж такі ДНБ.

Аналіз динаміки чисельності тіонових і денітрифікуючих бактерій на ст. 2 і 3 за весь період досліджень показав порівняно однорідний характер (рис. 2-3). Що стосується СРБ, то істотне збільшення чисельності цієї групи, починаючи від травня 2006 р., може свідчити про інтенсифікацію анаеробних процесів в прибережних наносах даних районів (рис. 4).

Рис. 2. Динаміка чисельності тіонових і денітрифікуючих бактерій в прибережних наносах бухти Севастопольської на ст. 2 з грудня 2002 по червень 2008 р.



Рис. 3. Динаміка чисельності тіонових і денітрифікуючих бактерій в прибережних наносах пляжу Учкуївка на ст. 3 з грудня 2002 по липень 2008 р.

Рис. 4. Динаміка чисельності сульфатредукуючих бактерій в прибережних наносах на ст. 2 і 3 з грудня 2002 по липень 2008 р.

Наступний етап дослідження полягав у вивченні динаміки чисельності аналізованих бактерій на ст. 2, 3 і 6, які відрізняються рівнем антропогенного навантаження. Зокрема, в прибережних наносах ст. 2 визначена найбільша концентрація ХР і НВ (ХР -108,2 мг/100г; НВ - 28,6 мг/100 г), найменша - на ст. 3 (ХР - 1,5 мг/100г; НВ - сліди). На ст. 6 концентрація ХР - 27,5 мг/100г; НВ- 6,5 мг/100г (Кирюхина, 2004). Проби зі ст. 2 і 3 являли собою, в основному, гравій з невеликою домішкою уламків стулок молюсків, у пробах зі ст. 6 переважала фракція піску. Відомо (Миронов и др., 2004), що умови замуленого піску більш сприятливі для розвитку анаеробів, ніж гравійні відкладення. У той же час аналіз чисельності СРБ на ст. 2 і 6, що розрізняються гранулометричним складом, виявив, що більшість показників на ст. 2 перебували в межах одного порядку або перевищували такі на ст. 6. У цьому випадку це пояснюється підвищеною концентрацією ХР на ст. 2. Чисельність СРБ на ст. 2 і 6 перевищувала таку на ст.3, з найменшою концентрацією ХР. На всіх трьох станціях верхні межі діапазону чисельності тіонових бактерій збігаються. Однак більшість показників кількісного складу ТБ на ст. 2 на порядок перевищують показники інших двох станцій. Кількісні показники ДНБ, отримані на ст. 2 і 6, перевищують такі на ст. 3. У той же час в прибережних наносах на ст. 2 відзначений більш стабільний вміст ДНБ, ніж на інших розглянутих станціях. Як й у попередніх випадках, це можна пояснити високим рівнем концентрації органіки алохтонного походження в ґрунті ст. 2.

За період спостережень (з грудня 2002 по липень 2008 р.) діапазон температури становив: води від +80 до + 260 С, повітря від -10 до +300 С. Формування як порівняно високої, так і низької бактеріальної чисельності відбувалося при широкому діапазоні температурних значень.

Проведений вимір окисно-відновного потенціалу (ОВП) безпосередньо у прибережних наносах ст. 2 й 3 показав, що бактерії розвивалися в окисних умовах середовища (Еh: від +30 до +480). Як відомо (Гусев, 1998), спільний розвиток з облігатними аеробами, які активно споживають кисень, викликає утворення зон з низькою концентрацією останнього, що створює можливість для розвитку анаеробних видів. В прибережних наносах відкритого моря (ст. 3) кореляційна залежність між значеннями ОВП і чисельністю СРБ більш виражена (r = - 0,75), ніж у бухті на ст. 2, де r = - 0,51. Між величиною ОВП в прибережних наносах і чисельністю як ТБ, так і ДНБ взаємозв'язку не виявлено, що пояснюється різним відношенням до кисню досліджуваних груп бактерій.

Результати наших досліджень показали, що хвильове перемішування, атмосферні опади впливають на чисельність зазначених бактерій в прибережних наносах, однак більш істотним чинником є наявність органічних сполук і процесів, що приводять до створення анаеробних умов.

У цілому, визначивши чисельність й особливості розподілу сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій в прибережних наносах акваторії Севастополя, необхідно відзначити, що кількість даних мікроорганізмів залежить не тільки від місця розташування і гранулометричного складу прибережних наносів, а й адекватно відображає рівень забруднення органічними речовинами аллохтонного й автохтонного походження.

СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧІ, ТІОНОВІ ТА ДЕНІТРИФІКУЮЧІ БАКТЕРІЇ В ДОННИХ ОСАДКАХ СЕВАСТОПОЛЬСЬКИХ БУХТ І ПРИЛЯГАЮЧОЇ АКВАТОРІЇ

Бухта Севастопольська. У вершинній частині бухти чисельність сульфатредукуючих бактерій коливалася від 1 до 6 кл./г; тіонових- від 95 до 250 кл./г; денітрифікуючих - 25 кл./г. У центральній частині й усті бухти, відповідно, СРБ - від 0,7 до 150 кл./г; ТБ - від 25 до 950 кл./г; ДНБ - від 0,4 до 25 кл./г. Донні осадки вершинної частини бухти Артилерійської характеризувалися високим вмістом бактерій: СРБ - 2,5*103 кл./г, ТБ - 9,5*105 кл./г, ДНБ - 1,5*104 кл./г. У бухті Південній коливання бактеріальної чисельності становили: СРБ - від 0,6 до 250 кл./г; ТБ - від 950 до 1,5*104 кл./г; ДНБ - від 45 до 1,5*103 кл./г.

Бухта Карантинна. Чисельність СРБ коливалася від 3,5 до 150 кл./г, ТБ - від 250 до 750 кл./г, ДНБ - від 250 до 450 кл./г.

Бухта Стрілецька. Коливання чисельності СРБ становили від 25 до 200 кл./г; ТБ - від 150 до 4,5*103 кл./г; ДНБ - від 25 до 450 кл./г.

Бухта Кругла. Чисельність СРБ в усті бухти змінювалася від 0,6 до 25 кл./г; ТБ - від 9,5*103 до 4,5*104 кл./г; ДНБ - 2,5*103 кл./г. Кількість сульфатредукуючих бактерій на вершині бухти становила 2*103 кл./г, тіонових- 1,5*105 кл./г, денітрифікуючих - 250 кл./г.

Бухта Очеретяна. Чисельність СРБ коливалася від 0,6 до 9,5*103 кл./г; ТБ - від 450 до 20*103 кл./г; ДНБ - від 95 до 2,5*103 кл./г.

Бухта Козача. Чисельність СРБ змінювалася від 0,6 до 200 кл./г; ТБ - від 450 до 2,5*104 кл./г; ДНБ - від 45 до 2,5*103 кл./г.

Район відкритого узбережжя (пляж Учкуївка). Кількість СРБ становила 150 кл./г, ТБ - 4,5*103 кл./г, а ДНБ - від 95 до 250 кл./г.

За період досліджень виявлено повсюдне поширення сульфатредукуючих бактерій. Установлено, що в донних осадках вершин бухт Артилерійської, Круглої і Очеретяної, підданих значному антропогенному навантаженню, спостерігаються стабільно високі показники чисельності СРБ (103). Найменші показники (0-1,5 кл./г) визначалися в районі зовнішнього рейду бухти Севастопольської, на інших станціях відзначений широкий розкид у показниках чисельності (від 0,6 до 9,5*103 кл./г).

Тіонові бактерії в донних осадках висіяні в 100 % проб, чисельність коливалася від 25 до 9,5*105 кл./г. Стабільно висока концентрація ТБ (від 2,5*103 до 9,5*105 кл./г) спостерігалася на станціях у бухті Артилерійській, Стрілецькій, Круглій, Козачій та районі відкритого узбережжя. Порівняно низькі значення чисельності тіонових характерні для донних осадків вершинної частини бухти Севастопольської.

Денітрифікуючі бактерії висіяні в 100% проб; чисельність коливалася в широкому діапазоні: від 0,4 до 15*103 кл./г. Стабільно висока концентрація бактерій відзначена у вершинній частині бухти Козачої. Найбільша чисельність (103-104) виявлена у вершинній частині бухт Артилерійської, Очеретяної і Козачої, усті бухти Круглої. Найменша - у вершинній і центральній частинах б. Севастопольської.

Слід зазначити збільшення поширення СРБ і ДНБ у донних осадках регіону Севастополя. Так, улітку 1985р. в акваторії Севастополя СРБ були виділені лише в 80% проб, відібраних у вершинах бухт і на станціях, розташованих біля узбережжя, а ДНБ, відповідно, в 45% проб (Лебедь, 1988). Зростання чисельності й поширення аналізованих груп бактерій у донних осадках вказує на створенні в них відбудовних умов середовища, коли значно сповільнюються процеси розкладання органічної речовини.

Досліджувані мікроорганізми виділені з донних осадків з різними показниками окисно-відновного потенціалу (ОВП), Eh: від + 356 до -189 (мв) і із глибин водної товщі від 1 до 20м (Кирюхіна, 2004). На прикладі Севастопольської бухти проаналізований розподіл мікроорганізмів залежно від показників ОВП, рН і глибини. Між величиною ОВП і чисельністю аналізованих бактерій виявлена негативна кореляційна залежність. Коефіцієнт кореляції для СРБ становив r = - 0,5, для ТБ і ДНБ, відповідно, r = - 0,47 і r = -0,51. Достовірну залежність між значеннями рН середовища й чисельністю спостережуваних мікроорганізмів не відзначено. Визначено, що чисельність бактерій зростає зі зменшенням глибини (коефіцієнт кореляції для СРБ дорівнював: r = - 0,57; ТБ - r = - 0,48; ДНБ - r = - 0,51).

ФОРМУВАННЯ АНАЕРОБНОГО МІКРОБНОГО УГРУПОВАННЯ В УМОВАХ ВІДСУТНОСТІ ГІДРОДИНАМІЧНОГО ВПЛИВУ

Формування анаеробного мікробного угруповання в прибережних наносах і різних шарах донних осадків, в умовах, які виключають хвильовий вплив і приплив свіжої органічної речовини, досліджували по Бурдіну (1985).

Результати експерименту показали, що чисельність бактерій в прибережних наносах (кл./г) коливалась: СРБ - від 0,3 до 25; ТБ - від 2*103 до 2,5*106; ДНБ - від 75 до 4,5*105. Відповідно, у поверхневому шарі донних осадків: СРБ - від 0,4 до 450; ТБ - від 2*103 до 2,5*106; ДНБ - від 9,5*102 до 9,5*104; у нижньому шарі осадків: СРБ - від 0,6 до 2,5*103; ТБ - від 1,5*103 до 2,5*106; ДНБ - від 45 до 2,5*105 (рис. 6).

а

в

с

Рис. 6. Динаміка чисельності сульфатредукуючих (а), тіонових (в) та денітрифікуючих (с) бактерій в експерименті з липня 2003 по травень 2004 р.

Хімічний аналіз зразків прибережних наносів і донних осадків (табл.1) в експериментальних умовах показав, що мікробіологічні процеси, які в них відбуваються, беруть участь у перетворенні НВ і ХР.

Таблиця 1 - Концентрація ХР, НВ (мг/100 г) в донних осадках і прибережних наносах на початку та наприкінці експерименту

Донні осадки	ХР	НВ	Прибережні наноси	ХР	НВ
Початок експерименту	1180,0	920,0	Початок експерименту	13,0	5,6
Закінчення експерименту	880,0	264,0	Закінчення експерименту	0,4	0,9

РІСТ ТІОНОВИХ І ДЕНІТРИФІКУЮЧИХ БАКТЕРІЙ В АНАЕРОБНИХ І АЕРОБНИХ УМОВАХ

Активний гідродинамічний режим у зоні прибою приводить до багаторазової зміни й утворення в прибережних наносах аеробних і анаеробних зон. З огляду на розходження відносно молекулярного кисню в групі тіонових та денітрифікуючих бактерій, був проведений експеримент за метою визначення здатності зазначених груп бактерій до росту в аеробних та анаеробних умовах. Для експерименту відібрали проби прибережних наносів зі ст. 2 і 6, що розрізняються гранулометричним складом і концентрацією НВ.



а в

Рис. 7. Динаміка чисельності тіонових бактерій із проб прибережних наносів на ст. 2 (а) і ст.6 (в) в анаеробних і аеробних умовах

а в

Рис. 8. Динаміка чисельності денітрифікуючих бактерій із проб прибережних наносів на ст. 2 (а) і ст.6 (в) в анаеробних і аеробних умовах

Результати експерименту показали (рис. 7), що чисельність анаеробних і аеробних тіонових бактерій відрізнялася здебільшого на один - два порядки. В анаеробних умовах у пробах з обох станцій відзначено зростання чисельності ТБ (з 102 до 107 кл./г).

Чисельність денітрифікуючих бактерій протягом експерименту в аеробних умовах відрізнялася від їхньої кількості в анаеробних: у більшості визначень на один - два порядки (рис.8).

Таким чином, у прибережних наносах з різним гранулометричним складом і концентрацією НВ живуть представники груп тіонових та денітрифікуючих бактерій, адаптовані до розвитку в умовах нестабільного кисневого режиму.

УЧАСТЬ СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧИХ, ТІОНОВИХ І ДЕНІТРИФІКУЮЧИХ БАКТЕРІЙ У ПРОЦЕСАХ САМООЧИЩЕННЯ МОРСЬКОГО СЕРЕДОВИЩА ВІД ВУГЛЕВОДНІВ НАФТИ

Для порівняння здатності виділеної мікрофлори до росту на різних джерелах вуглецю був проведений посів накопичувальних культур бактерій на середовище Діанової-Ворошилової з додаванням нафти, дизельного палива (ДП) і мазуту.

Таблиця 2 - Ріст накопичувальних культур бактерій з різними джерелами вуглецю

	СРБ	ТБ	ДНБ
	Джерело вуглецю
	Нафта	ДП	Мазут	Нафта	ДП	Мазут	Нафта	ДП	Мазут
Ст.2 (прибережні наноси)	+*	+*	+*	+++	++	++	+++	+++	+++
Ст. 3 (прибережні наноси)	+*	+*	+*	+++	+	+	+++	+++	+++
Донні осадки (б. Артилерійська)	+*	+*	+*	+++	+	+++	+++	+++	+++

Примітка: «+++» - рясний ріст; «++» - помірний; «+» - слабкий; «+*» - наявність росту.

З результатів визначень видно (табл.2), що всі мікроорганізми використовували вуглеводні нафти як єдине джерело вуглецю й енергії.

Здатність даних бактерій використовувати нафту і її похідні визначали на підставі виявлення бактерій в прибережних наносах з різним рівнем нафтового забруднення, тому відбір проб здійснювали на ст. 2 і 3, розташованих, відповідно, у бухті і на відкритому узбережжі. Із проб, відібраних на ст. 2, ізольовано 27 штамів тіонових бактерій, а на ст. 3 -25 штамів. Вміст культур, що беруть участь у трансформації вуглеводнів нафти на ст. 2 становив 78% - від загальної кількості культур, відповідно, на ст. 3 - 60%; ріст на дизельному паливі відзначений в 63% культур ст. 2 і 48% культур ст. 3. Більша частина культур, ізольованих з наносів ст. 2, активно росла на дизельному паливі (рис. 9). Станція розташована поблизу діючого катерного причалу й, можливо, є більш забрудненою дизельним паливом, як найбільш затребуваним видом палива для морських суден. Із прибережних наносів на ст. 2 виділено 19 штамів денітрифікуючих бактерій. Ріст на нафті відзначений в 47 % від виділених культур, на дизельному паливі - 42%. Рясний ріст на нафті та дизельному паливі відзначений в однаковій кількості культур зі ст. 2 (рис. 10). На ст. 3 отримано 11 штамів ДНБ. Більшість культур, ізольованих із проб ст. 3, була не здатна до окиснення дизельного палива; тільки 36% культур росло на цьому джерелі вуглеводню. Ріст на нафті відзначений в 64% виділених культур. Культури ст. 3 більш рясно росли на нафті, ніж на дизельному паливі (рис.10).

Рис. 9. Ріст штамів тіонових бактерій на різних джерелах вуглецю



Рис. 10. Ріст штамів денітрифікуючих бактерій на різних джерелах вуглецю

Рясний ріст на досліджуваному матеріалі частіше відзначався у культур, виділених на ст. 2, що, можливо спричинено більшою адаптацією бактерій до підвищених концентрацій вуглеводнів нафти на цій станції. Таким чином, тільки 69 % культур ТБ і 47% культур ДНБ використовували нафту, ще менший відсоток від загального числа культур (58% ТБ і 37% ДНБ) - дизельне паливо. Цей факт варто враховувати при розрахунку періодів мікробіального самоочищення прибережних наносів від вуглеводнів нафти.

Для оцінки залежності чисельності бактерій від рівня нафтового забруднення розрахована кореляційна залежність між чисельністю аналізованих бактерій і кількістю НВ в донних осадках Севастопольської бухти, де дослідженнями охоплена найбільша кількість станцій. До того ж, донні ділянки в цій бухті розрізняються по концентрацією НВ. Коефіцієнт кореляції для СРБ дорівнює 0,75; для ТБ - r = 0,83; ДНБ - r = - 0,34. Також проаналізована залежність чисельності досліджуваних бактерій від загального вмісту НВ в прибережних наносах на ст. 1-5. Аналіз показав, що чисельність СРБ у прибережних наносах з найбільшою концентрацією НВ (ст. 2 і 5) була в чітко виражених прямих зв'язках з вуглеводнями нафти (відповідно, r = 0,7 і 0,82). На станціях 1 і 3, де НВ представлені у слідових кількостях - відсутність, а на ст. 4 - слабо позитивний зв'язок (r = 0,44). На відміну від СРБ, зв'язку між тіоновими і денітрифікуючими бактеріями та концентрацією НВ в прибережних наносах не спостерігалося. Відсутність очевидного взаємозв'язку, можливо, пояснюється тим, що не всі види мікроорганізмів, які існують в контактнiй зонi «суша-море» і належать до даних груп бактерій, здатні використовувати НВ як єдине джерело вуглецю й енергії.



ВИСНОВКИ

1. Уперше отримані дані про чисельність й особливості розподілу сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій в прибережних наносах регіону Севастополя. Коливання чисельності сульфатредукуючих бактерій становили від 0,4 до 9,5*103 кл./г, тіонових - від 45 до 9,5*107 кл./г, денітрифікуючих - від 1 до 2,5*107 кл./г. Зазначені групи бактерій повсюдно поширені в прибережних наносах з різними фізико-хімічними характеристиками, однак найбільшу чисельність бактерій виявлено на станціях, підданих сильному антропогенному навантаженню.

2. Охарактеризовано кількісний вміст сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій у донних осадках бухт і ділянках відкритого моря регіону Севастополя. Чисельність сульфатредукуючих бактерій коливалася від 0,6 до 9,5*103 кл./г, тіонових - від 25 до 9,5*105 кл./г, денітрифікуючих - від 0,4 до 1,5*104 кл./г. Зазначені бактерії поширені повсюдно, їхня чисельність широко варіює, разом з тим на деяких станціях спостерігається стабільний бактеріологічний режим.

3. Експериментально показано, що у відсутності гідродинамічного впливу в прибережних наносах і донних осадках найбільш активно розвиваються тіонові бактерії. Стабільний розвиток денітрифікуючих бактерій виявлено тільки протягом 7 місяців, далі відбувається зменшення їхньої чисельності. Широка варіабельність у кількісних показниках характерна для сульфатредукуючих бактерій. Зміна числа бактерій відбувається на тлі значного зниження концентрацій нафтових вуглеводнів; це показує, що за участю аналізованих груп бактерій протікають мікробіологічні процеси, які призводять до перетворення нафтових вуглеводнів.

4. Експериментально встановлено, що в прибережних наносах з різним гранулометрическим складом і концентрацією ХР і НВ живуть представники груп тіонових і денітрифікуючих бактерій, здатні розвиватися в умовах нестабільного кисневого режиму. Цей факт необхідно враховувати для оцінки участі цих груп бактерій у трансформації нафтових вуглеводнів.

5. Накопичувальні культури сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій, ізольовані із прибережних наносів і донних осадків здатні використовувати вуглеводні нафти як єдине джерело вуглецю й енергії, що відображає участь цих груп мікроорганізмів у біодеградації нафтових вуглеводнів у прибережній зоні.

6. Із прибережних наносів виділено 52 штами групи тіонових бактерій і 30 штамів групи денітрифікуючих бактерій. Виділені культури здатні використовувати нафту і дизельне паливо як єдине джерело вуглецю й енергії. На вуглеводнях нафти росло 69% штамів тіонових і 47% штамів денітрифікуючих бактерій, ріст на дизельному паливі відзначено в 58% штамів тіонових і 37% денітрифікуючих.

7. Значущі позитивні коефіцієнти кореляції між чисельністю сульфатредукуючих бактерій і вмістом нафтових вуглеводнів в прибережних наносах і донних осадках підтверджують участь сульфатредукуючих бактерій у трансформації вуглеводнів нафтового походження.

8. Чисельність тіонових бактерій у донних осадках і прибережних наносах перевищує таку сульфатредукуючих (від сотень до тисяч (кл./г)), що свідчить про наявність бактеріального (тіонового) фільтра, перешкоджаючого проникненню сірководню в прилеглі шари води і ґрунту.



СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бурдиян Н. В. Анаэробная микрофлора донных осадков Севастопольских бухт / Н. В. Бурдиян // Экология моря. - 2004. - Вып. 66. - С. 22-24.

2. Бурдиян Н. В. Тионовые, сульфатредуцирующие, денитрифицирующие бактерии в экспериментальных условиях / Н. В. Бурдиян // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біология. Спеціальний випуск “Гідроекологія” - 2005. - № 4 (27). - С. 31-32.

3. Бурдиян Н. В. Тионовые и сульфатредуцирующие бактерии в прибрежных наносах региона Севастополя (Чёрное море) / Н. В. Бурдиян, С. И. Рубцова, О. И. Беляева //Морск. экол. журн.- 2005. - Отд. Вып. № 1. - С. 7 - 12.

4. Рубцова С. И. Аэробно-анаэробные процессы самоочищения контактных зон «суша - море» в акватории Севастопольских бухт / С. И. Рубцова, Н. В. Бурдиян, О. И. Беляева // Учёные записки ТНУ, серия «Биология, химия». - Том 19 (58). № 1. 2006. - С. 161 - 169.

5. Бурдиян Н. В. Влияние некоторых абиотических факторов на закономерность распространения и численность сульфатредуцирующих и углеводородокисляющих бактерий в прибрежных наносах региона Севастополя (Черное море) / Н. В. Бурдиян, С. И. Рубцова // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: материалы междунар. науч. конф. - Ростов-на-Дону, 2006. - С. 52 - 54.

6. Бурдиян Н. В. Экспериментальное изучение развития тионовых и денитрифицирующих бактерий в анаэробных и аэробных условиях / Н. В. Бурдиян // Экология моря. - 2007. - Вып. 73. - С. 24 - 27.

7. Бурдиян Н. В. Сульфатредуцирующая группа бактерий в прибрежных наносах бухты Круглой (Севастополь, Чёрное море) / Н. В. Бурдиян // Экология моря. -2007.- Вып. 74.- С. 10 - 12.

8. Бурдиян Н. В. Способность бактерий тионовой группы использовать углеводороды нефти как единственный источник углерода и энергии /Н. В. Бурдиян // Экология моря -2009.- Вып. 79.- С. 67-69.

9. Бурдиян Н. В. Сульфатредуцирующая микрофлора прибрежной акватории региона Севастополя (Чёрное море) /Н. В. Бурдиян // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біология. Спеціальний випуск “Гідроекологія” - 2010. - № 3 (44). - С. 34-38.

10. Бурдиян Н. В. Тионовые, денитрифицирующие, сульфатредуцирующие бактерии в прибрежных наносах региона Севастополя. /Н. В. Бурдиян// Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке: межд. науч. конф.: тезисы докл. - Севастополь, 2006. - С. 123 - 124.

11. Бурдиян Н. В. Численность тионовой группы бактерий в экспериментальных и полевых условиях /Н. В. Бурдиян// «Водные экосистемы, организмы, инновации - 8»: тезисы докл. VIII межд. науч. конф. - Москва, 2006. - С. 12.

12. Бурдиян Н. В. Динамика численности тионовой группы бактерий в прибрежных наносах Севастопольской бухты (Чёрное море) /Н. В. Бурдиян //Современные проблемы гидробиологии. Перспективы, пути и методы решений, вторая межд. конф. 26- 29 августа 2008 г.: материалы второй межд. конф. - Херсон, 2008. - С. 82 - 83.

13. Санитарно-биологические исследования в прибрежной акватории региона Севастополя. / Под общ. ред. Миронова О. Г.: НАН Украины, ИнБЮМ, Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика. - 2009. - 192 с.

14. Бурдиян Н. В. Анаэробная микрофлора прибрежной акватории региона Севастополя (Чёрное море) /Н. В. Бурдиян//Биоразнообразие и устойчивое развитие: тезисы докладов межд. науч.- практ. конф., Симферополь, 19-22 мая 2010 г. - Симферополь, 2010. - С. 21-23.

АНОТАЦІЯ

Бурдіян Н.В. - Сульфатредукуючі, тіонові, денiтрифікуючі бактерії в прибережній зоні Чорного моря і їхня роль у трансформації нафтових вуглеводнів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спецiальнicтю 03.00.17 - гідробіологія. - Інститут біології південних морів НАН України, Севастополь, 2011.

Отримані дані про чисельність і особливості розподілу сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій в прибережних наносах і донних осадках акваторії Севастополя (Чорне море).

Встановлено, що досліджувані групи бактерій поширені повсюдно. В прибережних наносах коливання чисельності сульфатредукуючих бактерій становила від 0,4 до 9,5*103 кл./г; тіонових - від 45 до 9,5*107 кл./г; денітрифікуючих - від 1 до 2,5*107 кл./г. Чисельність сульфатредукуючих бактерій у донних осадках коливалася від 0,6 до 9,5*103 кл./г; тіонових - від 25 до 9,5*105 кл./г; денітрифікуючих - від 0,4 до 1,5*104 кл./г. Найбільша чисельність всіх груп бактерій виявлена в районах, які мали значне антропогенне навантаження. Кількість тіонових бактерій в прибережних наносах і донних осадках перевищує таку сульфатредукуючих від сотень до тисяч (кл./г).

В експериментальних умовах досліджено формування анаеробного угруповання при відсутністю гідродинамічного впливу. Виявлено, що мікробіологічні процеси перетворення нафтових вуглеводнів відбуваються за участю аналізованих груп бактерій.

Встановлено, що в прибережних наносах з різним гранулометричним складом і концентрацією нафтових вуглеводнів живуть представники груп тіонових та денітрифікуючих бактерій, здатні розвиватися в умовах нестабільного кисневого режиму.

Визначена здатність накопичувальних культур сульфатредукуючих, тіонових та денітрифікуючих бактерій, ізольованих з прибережних наносів і донних осадків, використовувати вуглеводні нафти як єдине джерело вуглецю та енергії. Із прибережних наносів виділено 52 штами тіонових бактерій і 30 штамів денітрифікуючих бактерій. Від загальної кількості виділених штамів на вуглеводнях нафти росло 69% тіонових та 47% денітрифікуючих штамів; зростання на дизельному паливі відзначено у 58% тіонових та 37% денітрифікуючих штамів.

Розраховано кореляційну залежність між чисельністю аналізованих бактерій і концентрацією нафтових вуглеводнів у донних осадках і прибережних наносах.

Ключові слова: анаеробні бактерії, прибережні наноси, донні осадки, нафта, Чорне море.



АННОТАЦИЯ

Бурдиян Н.В. - Сульфатредуцирующие, тионовые, денитрифицирующие бактерии в прибрежной зоне Чёрного моря и их роль в трансформации нефтяных углеводородов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17 - гидробиология. - Институт биологии южных морей НАН Украины, Севастополь, 2011.

Получены данные по численности и особенности распределения сульфатредуцирующих, тионовых и денитрифицирующих бактерий в прибрежных наносах и донных осадках акватории Севастополя (Чёрное море).

Установлено, что исследуемые группы бактерий распространены повсеместно. В прибрежных наносах колебания численности сульфатредуцирующих бактерий составляли от 0,4 до 9,5*103 кл./г; тионовых - от 45 до 9,5*107 кл./г; денитрифицирующих - от 1 до 2,5*107 кл./г. Численность сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках колебалась от 0,6 до 9,5*103 кл./г; тионовых - от 25 до 9,5*105 кл./г; денитрифицирующих - от 0,4 до 1,5*104 кл./г. Наибольшая численность всех групп бактерий выявлена в районах, подверженных значительной антропогенной нагрузке. Количество тионовых бактерий в прибрежных наносах и донных осадках превышает таковое сульфатредуцирующих от сотен до тысяч (кл./г).

В экспериментальных условиях исследовано формирование анаэробного сообщества при отсутствии гидродинамического воздействия. Выявлено, что микробиологические процессы преобразования нефтяных углеводородов протекают при участии анализируемых групп бактерий.

Установлено, что в прибрежных наносах с различным гранулометрическим составом и концентрацией нефтяных углеводородов обитают представители групп тионовых и денитрифицирующих бактерий, способные развиваться в условиях нестабильного кислородного режима.

Определена способность накопительных культур сульфатредуцирующих, тионовых и денитрифицирующих бактерий, изолированных из прибрежных наносов и донных осадков, использовать углеводороды нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. Из прибрежных наносов выделено 52 штамма тионовых бактерий и 30 штаммов денитрифицирующих бактерий. На углеводородах нефти росло 69 % штаммов тионовых и 47 % штаммов денитрифицирующих бактерий; рост на дизельном топливе отмечен у 58 % штаммов тионовых и 37 % штаммов денитрифицирующих бактерий.

Рассчитана корреляционная зависимость между численностью анализируемых бактерий и концентрацией нефтяных углеводородов в донных осадках и прибрежных наносах.

Ключевые слова: анаэробные бактерии, прибрежные наносы, донные осадки, нефть, Чёрное море.



SUMMARY

Burdiyan N.V. - Sulfate-reducing, thiobacteria and denitrifying bacteria in the coastal zone of the Black Sea and their role in oil hydrocarbon transformation. - Manuscript.

Ph.D. Thesis (Biology, 03.00.17 - hydrobiology). - The A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas, National Academy of Sciences of Ukraine, Sevastopol, 2011.

The abundance and distribution of sulfate-reducing, thiobacteria and denitrifying bacteria inhabiting coastal and sea-bed sediments of Sevastopol (Black Sea) were investigated.

The general presence of the examined bacterial groups has been proven. In the coastal sediments the abundance of sulfate-reducing, thiobacteria and denitrifying bacteria varied from 0.4 to 9.5*103, 45 to 9.5*107 and 1 to 2.5*107 cell/g, respectively; and in the bottom substrates from 0.6 to 9.5*103, 26 to 9.5*105 and 0.4 to 1.5*104 cell/g, respectively. Each bacterial group developed largest abundance in the localities receiving heavy human loads; thiobacteria outnumbered sulfate-reducing by hundreds to thousands cells/g.

Experiments were conducted to find out how the anaerobic community would form in the absence of hydrodynamic load. It was found that the three investigated bacterial groups are involved in microbial conversion of oil hydrocarbons.

The study has shown that the coastal sediments which differ in granulometric composition and in oil hydrocarbon concentrations harbor some thiobacteria and denitrifying bacteria tolerant to changeable oxygen regime.

The capacity to utilize oil hydrocarbons as the only carbon and energy supply was tested in continuous cultures of the sulfate-reducing, thiobacteria and denitrifying bacteria isolated from the coastal and sea-floor sediments. 52 thiobacteria and 30 denitrifying bacterial strains were isolated from the near-shore substrate, of which 69 and 47%, respectively, grew on oil hydrocarbons and 58 and 37%, respectively, on diesel oil.

Correlation between bacterial abundances and oil hydrocarbon concentrations measured in the sea-bed and coastal sediments was computed.

Key words: anaerobic bacteria, coastal and sea-bed sediments, oil, Black Sea.

Размещено на Allbest.ru