ГорностаеваЕА

Горностаева Елена Анатольевна
Научный руководитель: Домрачева Л.И., д.б.н., профессор
ФГБОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия,
г. Киров, Россия,
2014
1

Загрязнение тяжелыми металлами
наблюдается не только в почве
техногенных территорий, но и в
агросистемах, мигрируя в растения.
Поэтому актуальна проблема,
связанная с биоремедиацией почв,
а в частности, поиска
микроорганизмов, которые
выполняли бы защитные функции.
2

Цианобактерии –
распространенная группа
микроорганизмов, которая
встречается и в воде, и в
почве, способная к
фотосинтезу и
азотфиксации.

Это древнейшие
организмы, которые
могут адаптироваться к
экстремальным условиям
и обезвреживать
различные ксенобиотики.
3
Показать биосорбционные и биоремедиационные
способности ЦБ Nostoc linckia.

Задачи:
1. Показать физиологический отклик ЦБ N. linckia на
действие ТМ;
 2. Указать на сорбционные возможности N.linckia;
 3. Доказать эффективность цианобактериальной
обработки семян при фиторемедиации почв,
загрязненных ТМ.

4

Для данных опытов был использован штамм
цианобактерии Nostoc linckia (Roth.) Born and Flah.
№ 271 из музея фототрофных микроорганизмов
кафедры биологии растений, селекции и
семеноводства, микробиологии Вятской ГСХА.
Рис. 1. Цианобактерии Nostoc linckia
5



Использовали 2-хмесячную культуру.
Для опыта определяли оптимальный титр Nostoc linckia.
Для этого исследовали отклик исследуемой ЦБ
интенсивностью биохемилюминесценции.
Табл. 1. Определение оптимального титра ЦБ Nostoc linckia
Титр,
109 кл/мл
С токсикантом,
J (мВ)
Без токсиканта,
J (мВ)
0,61
1751 ± 176
2286 ± 51
0,31
776 ± 91
2367 ± 56
0,15
486 ± 8
1869 ± 67
0,08
726 ± 38
1503 ± 80
1,22
2128 ± 151
2310 ± 48
6
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1,22⋅109
0,61⋅109
0,31⋅109
кл/мл
кл/мл
кл/мл
0,15⋅109 0,075⋅109
кл/мл
кл/мл
Рис. 2. Содержание хлорофилла а в культуре Nostoc linckia при разном
титре клеток, мг/мл

В результате, по интенсивности биохемилюминесценции
и содержанию хлорофилла а, был выбран оптимальный
титр ЦБ, равный 0,15⋅109 кл/мл.
7

Было выявлено действие ионов меди (II) на Nostoc linckia в
области концентраций близких к ПДК (ПДК=0,1 мг/дм3).
Табл. 2. Биохемилюминесценция Nostoc linckia при внесении
ионов меди (II)
Концентрации
ионов меди (II),
мг/дм3
С токсикантом,
J (мВ)
С токсикантом,
J (мВ)
0,1
1720 ± 49
0,2
995 ± 5
0,4
1869 ± 67
2009 ± 14
0,8
1507 ± 13
1,0
2021±36
8

В следующем опыте был проработан более широкий
диапазон концентраций, в том числе с разным временем
экспозиции поллютанта в культуре Nostoc linckia -12 и 24 ч.
180
160
140
120
100
24 ч
80
60
12 ч
40
20
0
контроль 0,1 мг/дм3 1 мг/дм3 10 мг/дм3
Рис. 3. Определение биохемилюминесценции Nostoc linckia при
разной концентрации ионов меди (II), J (мВ)
9

В качестве поллютанта использовали ионы Ni (II) (в виде соли
NiSO4⋅7 H2O) с концентрацией 2 и 20 мг/л.
Рис. 4. Nostoc linckia до
гомогенизации: а) контроль; б)
после воздействия ионов Ni (II) с
концентрацией 2 мг/л; в) после
воздействия ионов Ni (II) с
концентрацией 20 мг/л.
Рис. 5. Nostoc linckia после
гомогенизации: а) контроль; б)
после воздействия ионов Ni (II) с
концентрацией 2 мг/л; в) после
воздействия ионов Ni (II) с
концентрацией 20 мг/л.
10

Уровень извлечения никеля из культуральной жидкости
биомассой N. linckia определяли через 14 суток.
Табл. 3. Уровень извлечения никеля из культуральной жидкости
биомассой N. linckia, %
Вариант
Метод ААС
Ni, 2 мг/л
34,65±7,62
Ni, 20 мг/л
58,87±12,95
11

В качестве объекта исследования была использована
горчица белая (Sinapis alba L.).
Полевой опыт был заложен
на опытном поле ВГСХА в
2012 г. Фоновое
содержание ТМ в почве в
контрольных вариантах
составило 0,22±0,02 мг/кг.
Почва на данной
территории дерновоподзолистая,
среднесуглинистая: рН –
5,3, гумус – 1, 74%.
12




Для опыта была
использована 3-х недельная
культура ЦБ.
Подсчёт численности клеток
проводили в камере Горяева.
Инокулят доводили до титра
8,3·108 клеток/мл путем
разбавления
дистиллированной водой.
Перед посевом семена
предварительно замачивали
в инокуляте в течение 12 ч.
13
Контроль
(без
обработки
ЦБ)
Обработка Nostoc linckia
Контроль
(без обработки CuSO4)
1 ПДК CuSO4
(3мг/кг)
•В качестве поллютанта
использована медь в виде соли
(CuSO4·5Н2О).
50 ПДК CuSO4
(150мг/кг)
100 ПДК CuSO4
(300 мг/кг)
• Растворы токсикантов вносили в почву после посадки
семян, растворенными в воде, проливая 10-15 см
верхнего горизонта.
14


Площадь учетной делянки – 0,24 м2. Повторность опыта
3-х кратная.
Уборку урожая проводили через 11 недель после посева.
• Содержание ТМ в почве, семенах и
вегетативной
массе
определяли
методом ААС.
15
6
4
5
4
3.9
3.6
4
3
4
2.8
2.4
2.5
2.9
3
2.7
2.3
3
3.2
2.1 1.9
2
1
0
Без
Обработка
Без
Обработка
Без
Обработка
Без
Обработка
обработки N.linckia обработки N.linckia обработки N.linckia обработки N.linckia
Контроль
Cu (II) 3 мг/кг
Cu (II) 150 мг/кг
Вегетативная масса
Cu (II) 300 мг/кг
Семена
Рис. 6. Содержание меди в семенах и вегетативной массе горчицы, мг/кг
16



Наиболее тесная корреляция наблюдается в вариантах
без обработки горчицы ЦБ (r = 0,7).
В вариантах с инокуляцией семян горчицы в
цианобактериальной массе коэффициент корреляции
Пирсона равен 0,2.
Вывод: N.linckia оказывает неоднозначное влияние на
Sinapis alba, то обеспечивая защитную функцию
растениям, то, наоборот, усиливая всасывание меди в
наземную часть растений.
17




1 опыт:
Не обнаружено закономерных различий в интенсивности
биохемилюминесценции при воздействии меди в
интервалах низких концентраций.
При широком диапазоне концентраций ТМ наблюдается
общее уменьшение интенсивности
биохемилюминесценции через 24 ч, где оно планомерно
уменьшается с увеличением концентраций ТМ.
В дальнейшем используемый штамм ЦБ возможно
использовать для биотестирования и биоиндикации
техногенных территорий.
18





2 опыт:
Благодаря высокому уровню сорбции N. linckia по
отношению к Ni ЦБ можно рассматривать как
перспективный объект для разработки методов
цианобактериальной очистки жидкостей от ТМ.
3 опыт:
Полевой опыт показал, что содержание меди в семенах
во всех случаях больше, чем в вегетативной массе.
При концентрации 150 мг/кг, как и в контроле,
наблюдается протекторное действие со стороны N.
linckia.


На уровне 1 и 100 ПДК отмечено увеличение извлечения
Sinapis alba в комплексе с ЦБ ионов меди (II). Данный факт
говорит об усилении фиторемедиационных способностей
растения.
Данные микроорганизмы являются перспективными
объектами для ремедиации почв, загрязненных ТМ.
19
20