1.Реферат
Работа посвящена актуальной проблеме современной экологической биотехнологии - микробной утилизации полиароматических углеводородов (ПАУ). В рамках работы проведены: поиск и селекция штаммов ПАУ- резистентных грибов, подбор питательных сред и адаптация к ним отобранных штаммов, исследованы процессы деструкции смеси ПАУ грибами Trichoderma linorum и Phanerochaete chrysosporium, а также процесс фотолиза смеси ПАУ. Предложена модификация среды Ван-Итерсона для выделения и селекции грибов-деструкторов целлюлозы, резистентных к ПАУ.
2.Содержание
3.Введение.........................................................................................................................
3.1.Актуальность проблемы...........................................................................................
3.2.Состояние разработки проблемы.............................................................................
3.3.Научная новизна работы............................................................................................
4.Аналитический обзор....................................................................................................
4.1.Вредные ароматические вещества-аналоги
компонентов древесины...................................................................................................
4.1.1.Химический состав и структура древесины.........................................................
4.1.1.1.Целлюлоза..............................................................................................................
4.1.1.2.Лигнин.....................................................................................................................
4.1.1.3.Экстрактивные вещества......................................................................................
4.1.2.Карбонизация древесины. Процессы образования
конденсированных ароматических систем......................................................................
4.1.3.Полиароматические соединения каменноугольной смолы.................................
4.2.Лигнин и ПАУ-разрушающие микроорганизмы.......................................................
4.2.1.Воздействие грибов белой гнили............................................................................
4.2.2.Воздействие грибов мягкой гнили..........................................................................
4.2.3.Действие бактерий.....................................................................................................
5.Цели и задачи исследования..........................................................................................
6.Патентный поиск...............................................................................................................
7.Экспериментальная часть.................................................................................................
7.1.Материалы и методы......................................................................................................
7.1.1.Материалы....................................................................................................................
7.1.1.1.Штаммы микроорганизмов....................................................................................
7.1.1.2.Питательные среды.................................................................................................
7.1.1.3.Субстраты.................................................................................................................
7.1.1.4.Пробы........................................................................................................................
7.1.2.Методы.........................................................................................................................
7.1.2.1.Выделение культур микромицетов.......................................................................
7.1.2.2.Изучение морфологических и физиолого-
биохимических свойств микромицетов............................................................................
7.1.2.3.Отбор штаммов-деструкторов ПАУ....................................................................
7.1.2.4.Твердофазное культивирование микроорганизмов............................................
7.1.2.5.Фотолитическая обработка субстратов...............................................................
7.1.2.6.Определение ПАУ в твердой фазе........................................................................
7.2.Результаты и обсуждение.............................................................................................
7.2.1.Направленный поиск микромицетов-деструкторов ПАУ.....................................
7.2.2.Микробная деструкция смеси ПАУ..........................................................................
7.2.3.Применение облучения ( l=257,3 нм ) для предобработки
ПАУ-содержащих субстратов.............................................................................................
7.2.4.Происхождение микроорганизмов-деструкторов ПАУ........................................
7.2.5.Анализ возможности создания систем по утилизации
твердых ПАУ-содержащих отходов...................................................................................
8.Стандартизация....................................................................................................................
9.Охрана труда и окружающей среды.................................................................................
9.1.Характеристика опасных и вредных производственных факторов..........................
9.2.Пожаробезопасность......................................................................................................
9.3.Санитария и гигиена..........................................................................................................
9.4.Безопасная работа в лаборатории..................................................................................
9.5.Меры первой помощи при несчастных случаях в лаборатории................................
9.6.Охрана окружающей среды............................................................................................
10.Технико-экономическая оценка результатов исследования......................................
10.1.Анализ возможности реализации результатов исследования..................................
10.1.1.Сегментация рынка.....................................................................................................
10.1.2.Позиционирование товара.........................................................................................
10.2.Расчет затрат на проведение исследовательской работы.......................................
10.2.1.Расчет текущих затрат...............................................................................................
10.2.2.Расчет затрат на проведение дополнительных работ............................................
11.Выводы и предложения...................................................................................................
12.Список использованной литературы......................................................................
3.Введение
3.1.Актуальность проблемы
Интенсивное развитие химической и обрабатывающей промышленности привело к интенсивному накоплению в природных биоценозах значительных количеств токсичных веществ, что, в свою очередь, обусловило развитие исследований в области охраны окружающей среды. Ведущее значение в изучении проблемы экологической безопасности играет биотехнология, так как все основные реакции детоксикации или частичной химической модификации токсичного субстрата связаны с метаболической активностью микроорганизмов.
Вместе с тем, в решении экологических проблем до последнего времени (5-7 лет назад) доминировало традиционное направление-мониторинг объектов окружающей среды и определение ПДК экотоксикантов. Сегодня ведутся работы по использованию штаммов-деструкторов экотоксикантов в очистных сооружениях /1/, но вопросы биодеградации токсичных веществ непосредственно в природных биоценозах (биоремедиации) и создания промышленных технологий, позволяющих очищать природные ландшафты от техногенных загрязнений разработаны недостаточно.
Среди веществ-экотоксикантов полиароматические соединения занимают одно из первых мест по урону, наносимому окружающей среде. Спектр этих веществ чрезвычайно разнообразен. Их утилизация сводится в основном к захоронению на специальных полигонах. Токсичность, канцерогенность и мутагенность этих веществ общеизвестна /2/.
Все эти вещества имеют в своей структуре бензольное кольцо, которое содержится в природном полимере лигнине, являющимся, наряду с целлюлозой, одним из основных компонентов древесины. Показано /3/, что почвенные микроорганизмы способны разрушать лигнин и размыкать, входящее в его структуру, бензольное кольцо. Вполне возможно, что некоторые из этих микроорганизмов, в процессе селекции могут приобрести способность утилизировать ПАУ качестве косубстратов или единственных источников углерода и энергии.
В этой связи представляется перспективной селекция древоразрушающих микроорганизмов в направлении создания штаммов-деструкторов ароматических экотоксикантов, способных разрушать эти вещества в природных биоценозах и промышленных очистных сооружениях.
3.2.Состояние разработки проблемы
В России и СНГ: В России и СНГ (в основном на Украине) активно ведутся работы по поиску штаммов-деструкторов отходов коксохимической промышленности /4/. Изучаются молекулярно-биологические аспекты деструкции ПАУ. Следует отметить, что большинство работ выполнено с использованием бактерий рода Pseudomonas. Сведений об использовании грибов в процессах детоксикации в отечественной литературе очень мало. Процессам биоремедиации техногенно загрязненных территорий так же не уделяется должного внимания (из за мягкого экологического законодательства).
В других странах: Анализ доступной литературы показал, что в США и Европе (особенно в ФРГ) ведутся многочисленные исследования по биодеградации полиароматических экотоксикантов непосредственно в природных биоценозах. /5-7/. Можно выделить следующие подходы к решению проблемы, в свете которых ведутся разработки:
1.В почву единовременно или через определенные интервалы вносится суспензия микроорганизмов, которые разлагают вещества-загрязнители.
2.В почву вносится специальная питательная среда, содержащая азот, фосфор, микроэлементы и стимуляторы роста микроорганизмов. В состав смеси входят добавки, способствующие солюбилизации гидрофобных соединений. При использовании таких сред почвенная микрофлора разлагает экотоксиканты значительно быстрее. Исследователи ФРГ активно разработывают это направление /8/.
3.Совместно используются питательные среды и микроорганизмы и/или производится предобработка субстрата. Американские ученые показали эффективность предобработки экотоксикантов УФ-светом с последующей их утилизацией грибом Phanerochaete chrysosporium и запатентовали данный процесс /9/.
В США и странах Европы исследованы процессы разрушения таких конденсированных систем как нафталин, антрацен, фенантрен, пирен и др./10,11/. Исследованы генетические аспекты деградации ароматических экотоксикантов /12,13/. Однако исследования носят узко специализированный характер-изучаются процессы деструкции одного вещества (в случае смеси исследуется лишь суммарное содержание веществ либо число компонентов, не превышающее 3-5). Данные по процессам, идущим при биодеградации и фотолизе многокомпонентных (более 10-ти веществ) смесей полиароматических углеводородов отсутствуют как в отечественной так и зарубежной литературе.