Фосфатаккумулирующие бактерии пригородных и сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.07, кандидат биологических наук Чикин, Сергей Михайлович

• Чикин, Сергей Михайлович
• кандидат биологических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Чикин, Сергей Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биотические и абиотические факторы самоочищения поверхностных и подземных вод в условиях антропогенного воздействия.

1.1 .Антропогенное воздействие на водные экосистемы и его биоиндикация.

1.2. Динамика растворенного и взвешенного вещества автохтонного и аллохтонного происхождения.

1.3.Взаимосвязь продукционно-деструкционных процессов с физикохимическими условиями.

2. Характерные особенности биологической очистки сточных вод.

3. Фосфатаккумулирующие бактерии и их деятельность в очистке вод.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фосфатаккумулирующие бактерии пригородных и сточных вод»

Ахпуальшмггь проблемы. Ажгроиогешюе воздействие на поверхностные и подземные воды (эвтрофирование или загрязнение) за последние десятилетия заняло место центральной проблемы гидробиологии (Вянберг, 1977). В проблеме чистой воды одним из перспективных направлений является изучение природных факторов самоочищения с целью направленной регуляции их действия. При изучении роли микроорганизмов в процессах самоочищения на первый план выступают метаболическая характеристика организмов in situ, описание природных популяций, наблюдения за их развитием и изменчивостью во внешней среде обитания (Кузнецов и др., 1985).

С другой стороны, эффективное решение проблем эвтрофирования континентальных вод видится в проведении мероприятий на территории водосборного бассейна путем, прежде всего, изъятия загрязняющих веществ из канализационных стоков с помощью специальных методов очистки. Успехи в разработке прогрессивных биотехнологий по совместному удалению из смеск хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод соединений фосфора и других биогенных элементов связывают, в частности, с обнаружением в начале 70-х годов способности широко распространенных на биологических очистных сооружениях (БОС) фосфатаккумулирующих микроорганизмов накапливать в своих клетках полифосфаты металлов (Levin et al., 1972; Кулаев, 1975).

Ч подобных БОС с прерывистой аэрацией и большими объемами рецир-кулируемого активного ила и. очищаемых, сточных вод исключительно важное значение придается фосфатаоумулируювдим бактериям (ФАБ) рода.Acineio-bacter (Fuhs, Chen, 1975). Они используют в качестве ростового субстрата в основном ацетат, продуцируют экзополисахариды и другие поверхностно-активные вещества, образуют вязкие растворы и хлопочки активного ила (Красвояевцева и. др., 1991; Vasiliev et al, 1994). Кроме того, из известных фосфатаккумулирующих организмов (гетеротрофных в автотрофных бактерий, водорослей и грибов) на. БОС могут быть многочисленны также представителя родов Pseudomonas, Aeromonas, Plavobacienurn, Klebsiella, Escherichia в Khodococcm (Harold, 1966; Wood, Clark:, 1988). Закономерности зюывзиил разнородных природных и. сточных йод микроорганизмами, обладающими способностью накапливать внутриклеточные гранулы волютина, требуют, однако, дальнейшего изучения.

Целью данной работы являлось систематическое исследование закономерностей распространения ФАБ в поверхностных, подземных и сточных водах Пермского Прикамья.

Основные задачи меследошшмй:

1., Провести количественный учет ФАБ (методом прямого счета клеток с вол sol иновыми гранулами, .вызывающих красную метахромазию толуидмяово-го синего) в разнокачественных природных и сточных водах Пермского Прикамья.

2. Выявить основные факторы, способствующие или препятствующие распространению ФАБ в водах разного генезиса,

3. Оценюъ роль ФАБ к процессах самоочищения природных а сточных вод.

4. Разработать метод определения продукции бактерий т situ (но прямому счету с ингибироваиием зукариот, выедающих пресноводную микрофлору) в водной массе и донных отложениях водоемов разного типа.

Основные лоложен'мже, выносимые на защиту:

1. ФАБ являются неотъемлемой составной частью сообществ зимошшой и автохтонной микрофлоры водоемов со щелочной реакцией среды, накапливающей внутриклеточные полифосфаты в фазе замедленного роста, что сопровождается снижением удельной активности гетеротрофной фиксации углекислоты in situ и утратой значительной частью клеток способности развиваться на. богатых питательных средах.

2. ФАБ принадлежит существенная роль в шрешрованим водной микрофлоры в осаждаемый органо-минералъный комплекс, который принимает непосредственное участие в самоочищении природных и сточных вод от за-1 щзняющих веществ.

Научнам I9BM3IU работы. Впервые по определенному плану изучены закономерности распространения ФАБ в поверхностных, подземных и стопных водах Пермскою Прикамья методом прямого счета с прокрашиванием внутриклеточных гранул волютина. Разработан и применен метод определения продукции бактерий in situ по прямому счету и ингибированием эукариот ней-траль.ным красным в водной массе и дойных отложениях водоемов разного типа.

Абсолютное и относительное количество клеток с волютином обычно повышается но мере увеличения общей численности бактерий в аэрируемых щелочных средах с рН 7.1 - 9.4, до IS - 56% от 0.2.438 мдн.кд./мд. Существенное влияние на распространение ФАБ в водах, разного генезиса оказывает прос1ранственно-временная динамика соотношения концентраций соединений фосфора и железа. Распространению ФАБ, агрегированных с частицами активного ила БОС, способствуют простейшие и черви, выедающие преимущественно свободноплавающую микрофлору. ФАБ не представляют собой обособленную физиологическую группу, а являются неотъемлемой частью естественных сообществ зимогенной и автохтонной микрофлоры.

На основе собственных и литературных данных рассмотрены подходы к сценке самоочищающей способности природных и сточных вод разного генезиса через естественные процессы образования осаждаемого органо-минерального комплекса при взаимодействии биогеохимических циклов углерода, железа и фосфора, что существенно для дальнейгией разработки теоретических основ функгщонированш водных экосистем. Представлены натурные доказательства того, что в процессы осадкообразования в аэрируемых щелочных средах с рН 7.1 - 9.4 (кроме гидрологических и гидрохимических факторов, различных представителей бентоса, фито- и зоопланктона) весомый .вклад вносит зимогенная и автохтонная микрофлора, накапливающая внутриклеточные 5 юлифосфаты металлов в фазе замедленного роста до момента, отмирания, снижающая удельную активность гетеротрофной фиксации С~СОр in situ, утрачивающая способность развиваться на богатых питательных средах: в лабораторных условиях, агрегирующаяся в детритные скопления и осаждаемый ор» гано-минеральный комплекс.

Пржгмесше значение. Полученные результаты диссертационной работы важны для оценки интенсивности процессов самоочищения и качества питьевых вод, для прогнозирования характера изменений гидрохимических и гидробиологических показателей в природных и техногенных водных экосистемах. Данная работа, показывает в каких условиях идет образование осаждаемого органо-минерального комплекса и какие организмы в этом процессе участвуют, включая микрофлору с внутриклеточными полифосфатами' металлов Это дает возможность заранее предсказать, в каких условиях может наступить агрегирование органических и минеральных, веществ, и какие технологические мероприятия необходимо проводить для предотвращения или сти мулирования массового распространения определенных гидробионтов, в част-^ ' * »'« » j ющих бактерий.

Апробация работы м публикации. Материалы диссертации были представлены на региональной научно» ческой конференции «Экологическая безопасность населения в зонах градопромышленных агломераций Урала» (Пермь, 1995), Международной конференции «Перспективы развития естественных наук на Западном Урале» (Пермь, 1996), Международной конференции «Микробное биоразнообргпие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы» (Пермь. 1996), Международном Симпозиуме: «Чистая вода. России-97» (Екатеринбург, 1997), Международной конференции: «Проблемы загрязнения окружающей среды» (Москва, 1998). По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Представленный экспериментальный материал был получен в рамках работ по бюджетной теме "Изучение гидрохимических и биологических процессов биогеохимических циклов биогенных элементов в водных экосистемах" (Ks Государственной регистрации 01. 9. 70 005278) и в рамках проекта РФФИ на 1996-1998 гг. "Микробиологическое и гидрохимическое исследование процессов вторичного загрязнения природных и сточных вод Пермского промузла" (грант № 96-04-51043).

В заключении приношу сердечную благодарность Александру Ивановичу Саратову за научное руководство и доброжелательную помощь в работе. Выражаю глубокую признательность коллегам и соавторам совместных работ' Рнчардасу Альгевичу Пашкаускасу, Ольге Михайловне Банниковой, Александру Петровичу Соломенному, Галине Аркадьевне Козловой, а также сотрудникам института оказывавшим помощь и содействие в сборе, оформлении и обработке материала Лилии Васильевне Плясуновой, Михаилу Андреевичу Шишкину, Владимиру Анатольевичу Гусеву, Елене Григорьевне Мульменко.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ