Введение
Глава 1. Воздействие нефти и нефтепродуктов на почву 21
1.1. Последствия загрязнения почвы нефтяными углеводородами 21
1.1.1. Изменение морфологии и физико-химических свойств почвы под действием нефти 21
1.1.2. Влияние нефтяного загрязнения на биологическое разнообразие в почвенной среде 24
1.1.3. Реакция растений на поступление нефти в почву 28
1.2. Рекультивация нефтезагрязненных почв 31
1.2.1. Технический этап рекультивации 33
1.2.2. Биологический этап рекультивации 35
1.2.2.1. Технологии биоремедиации нефтезагрязненной почвы 37
1.2.2.2. Очистка нефтезагрязненной почвы с помощью биопрепаратов 38
1.2.2.3. Фиторемедиация 42
Глава 2. Воздействие нефти и нефтепродуктов на водную среду . 46
2.1. Особенности нефтяного загрязнения воды 46
2.2. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на различные объекты гидросферы 48
2.3. Методы очистки водоемов от разливов нефти 53
2.4. Очистка водных объектов от нефти и нефтепродуктов с помощью микроорганизмов 56
Глава 3. Биологическая очистка производственных сточных вод от углеводородов 61
Глава 4. Отходы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и методы снижения их отрицательного воздействия на окружающую среду 68
4.1. Виды нефтесодержащих отходов 69
4.2. Методы переработки нефтешламов 71
4.3. Микробиологические методы обезвреживания нефтесодержащих отходов 73
Глава 5. Микроорганизмы в процессах очистки окружающей среды от углеводородного загрязнения 77
5.1. Разнообразие углеводородокисляющих микроорганизмов 77
5.2. Применение бактерий рода Acinetobacter для деструкции нефти и нефтепродуктов в почве и воде 79
5.3. Деградация углеводородсодержащих веществ бактериями рода Ochrobactrum 83
5.4. Очистка почвы и воды от нефти и нефтепродуктов с использованием бактерий рода Pseudomonas 88
Глава 6. Применение микроорганизмов с заданными свойствами для деградации нефти и нефтепродуктов в окружающей среде 93
6.1. Применение биосурфактантов и микроорганизмов, их продуцирующих, для очистки почвы и воды от углеводородного загрязнения 93
6.2. Азотфиксирующие микроорганизмы и их участие в процессах биоремедиации нефтезагрязненных объектов 99
6.3. Психротолерантные микроорганизмы для очистки экосистем от нефтяного загрязнения в условиях умеренного и холодного климата 103
6.4. Микробно-растительные ассоциации как перспективное направление экологической биотехнологии 108
Основная часть
Глава 7. Материалы и методы исследований 119
7.1. Штаммы микроорганизмов 119
7.2. Питательные среды для культивирования микроорганизмов 119
7.3. Скрининг микроорганизмов-деструкторов углеводородов 120
7.4. Скрининг бактерий-антагонистов фитопатогенных грибов 121
7.5. Изучение культурально-морфологических и физиологобиохимических свойств выделенных культур 122
7.6. Идентификация штаммов микроорганизмов молекулярно-генетическими методами 123
7.6.1. Выделение ДНК 123
7.6.2. Определение нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК 123
7.6.3. Определение нуклеотидной последовательности гена, кодирующего -субъединицу ДНК-гиразы (gyrB) 124
7.6.4. Определение нуклеотидной последовательности гена, кодирующего -субъединицу РНК-полимеразы (rpoB) 125
7.6.5. Определение нуклеотидной последовательности гена, кодирующего -субъединицу РНК-полимеразы (rpoD) 126
7.6.6. Сравнительный анализ и выравнивание нуклеотидных последовательностей генов 126
7.6.7. Построение дендрограмм филогенетического сходства 127
7.6.8. Определение содержания ГЦ-пар в молекуле ДНК 127
7.6.9. ДНК-ДНК-гибридизация 127
7.7. Идентификация штаммов микроорганизмов хемотаксономическими методами 129
7.7.1. Анализ жирных кислот клеточной стенки 129
7.7.2. Определение состава изопреноидных хинонов 130
7.7.3. Изучение профиля клеточных белков 131
7.8. Исследование окислительной активности 131
7.9. Определение способности к фиксации атмосферного азота 132
7.9.1. Оценка нитрогеназной активности 132
7.9.2. Выявление потенциальной активности азотфиксации в почве 133
7.10. Исследование поверхностно-активных свойств 133
7.10.1. Поверхностное натяжение 134
7.10.2. Индекс эмульгирования 134
7.11. Изучение способности к синтезу фитогормональных веществ 135
7.12. Определение токсических свойств чистых культур микроорганизмов 135
7.13. Определение эффективности процесса биодеструкции нефти и нефтепродуктов 136
7.13.1. Измерение массовой концентрации нефтепродуктов в почве 136
7.13.2. Определение численности микроорганизмов основных эколого-трофических групп 136
7.13.3. Степень деструкции нефтепродуктов 136
7.14. Определение фитотоксичности отбеливающей глины 137
7.15. Лабораторные опыты по проверке эффективности применения изучаемых микроорганизмов для очистки от загрязнения нефтью и нефтепродуктами 137
7.15.1. Очистка сточной воды, содержащей нефтепродукты, с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 5 137
7.15.1.1. Исследование возможности роста консорциума микроорганизмов на отдельных компонентах загрязнителя, присутствующих в сточной воде 137
7.15.1.2. Изучение эффективности процесса очистки сточной воды 138
7.15.1.3. Измерение массовой концентрации нефтепродуктов в сточной воде 138
7.15.2. Биоремедиация грунтов, загрязненных нефтью, с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 138
7.15.3. Очистка песка, загрязненного нефтью, штаммом P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 139
7.15.4. Проверка способности комбинаций микроорганизмов с различной функциональной активностью к деструкции нефти и стимуляции роста и развития растений 139
7.16. Полевые испытания технологий очистки почв, грунтов, водной поверхности от нефтяного загрязнения, а также обезвреживания нефтесодержащих отходов 141
7.16.1. Обезвреживание нефтешлама с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 141
7.16.2. Очистка почвы от нефти в условиях низких положительных температур штаммом P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 142
7.16.3. Биорекультивация нефтезагрязненной отбеливающей глины с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2, а также штамма P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 142
7.16.4. Биорекультивация почвы после нефтяного разлива с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2, а также штамма P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 144
7.16.5. Очистка водной поверхности, загрязненной нефтью, с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 145
7.17. Статистические методы обработки результатов исследований 145
Результаты и обсуждение
Глава 8. Выделение и идентификация микроорганизмов, перспективных с точки зрения биотехнологии 146
8.1. Описание микроорганизмов консорциума 146
8.1.1. Выделение, культурально-морфологические и физиолого- биохимические свойства микроорганизмов консорциума 146
8.1.2. Генотипическая характеристика штаммов, образующих консорциум . 151
8.1.2.1. Анализ нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК 151
8.1.2.2. Анализ нуклеотидных последовательностей гена gyrB 153
8.1.3. Хемотаксономические особенности микроорганизмов консорциума 157
8.1.3.1. Состав жирных кислот клеточной стенки 157
8.1.3.2. Белковые профили клеток микроорганизмов консорциума 162
8.2. Описание штамма Pseudomonas sp. ИБ 1.1 165
8.2.1. Выделение, культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства 165
8.2.2. Генотипическая характеристика штамма Pseudomonas sp. ИБ 1.1 167
8.2.2.1. Анализ нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК 167
8.2.2.2. Анализ нуклеотидных последовательностей генов rpoB, rpoD и gyrB . 168
8.2.2.3. ДНК-ДНК-гибридизация 170
8.2.2.4. Содержание ГЦ-пар в молекуле ДНК 170
8.2.3. Хемотаксономические особенности штамма Pseudomonas sp. ИБ 1.1 . 170
8.2.3.1. Анализ жирных кислот 170
8.2.3.2. Анализ хинонов 172
8.2.4. Описание вида Pseudomonas turukhanskensis sp. nov 172
8.3. Описание штамма Pseudomonas sp. ИБ-4 174
8.3.1. Выделение, культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства 174
8.3.2. Генотипическая характеристика штамма Pseudomonas sp. ИБ-4 . 175
8.3.2.1. Анализ нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК 175
8.3.2.2. Анализ нуклеотидной последовательности гена gyrB 177
8.3.2.3. ДНК-ДНК-гибридизация 178
8.3.2.4. Содержание ГЦ-пар 178
8.3.3. Хемотаксономические особенности штамма Pseudomonas sp. ИБ-4 178
8.3.3.1. Анализ жирных кислот 178
8.3.3.2. Анализ хинонов 179
8.3.3.3. Профиль клеточных белков 179
8.4. Профиль жирных кислот штамма P. ehimensis IB 739 182
Глава 9. Свойства микроорганизмов, образующих консорциум, а также штаммов P. turukhanskensis ИБ 1.1Т и P. koreensis ИБ-4 185
9.1. Окислительная активность консорциума, входящих в его состав микроорганизмов и штамма P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 185
9.2. Нитрогеназная активность штаммов O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2, P. turukhanskensis ИБ 1.1Т и P. koreensis ИБ-4 188
9.3. Потенциальная нитрогеназная активность почвы, инокулированной штаммом О. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 и P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 193
9.4. Способность штамма P. koreensis ИБ-4 к продукции фитогормонов 195
9.5. Поверхностно-активные свойства штамма A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 196
9.6. Фитотоксичность бактериальных штаммов 198
Глава 10. Лабораторные эксперименты по проверке эффективности применения изученных микроорганизмов для очистки различных объектов от загрязнения нефтяными углеводородами 200
10.1. Очистка сточной воды, содержащей углеводороды, с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 200
10.1.1. Исследование возможности роста консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 на индивидуальных загрязняющих компонентах, присутствующих в сточной воде 201
10.1.2. Изучение эффективности процесса очистки сточной воды с помощью консорциума микроорганизмов 201
10.2. Биоремедиация нефтезагрязненных грунтов месторождений Жетыбай и Каламкас с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 203
10.3. Биоремедиация нефтезагрязненного песка штаммом P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 205
10.4. Проверка возможности применения комбинаций бактерий с различной функциональной активностью для снижения содержания нефти в почве и активизации роста и развития растений 208
Глава 11. Полевые эксперименты по проверке эффективности применения выделенных микроорганизмов для очистки почв, грунтов, водной поверхности от нефтяного загрязнения, а также обезвреживания нефтесодержащих отходов 216
11.1. Обезвреживание нефтешлама с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 216
11.2. Очистка почвы от нефти в условиях низких положительных температур штаммом P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 218
11.3. Биологическая рекультивация отхода нефтехимического предприятия с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2, а также штамма P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 221
11.4. Биорекультивация почвы после нефтяного разлива с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2, а также штамма P. turukhanskensis ИБ 1.1Т 228
11.5. Очистка водной поверхности болота, загрязненного нефтью, с помощью консорциума микроорганизмов A. calcoaceticus ИБ ДТ-5.1/1 и O. intermedium ИБ ДТ-5.3/2 233
Глава 12. Технология производства биопрепаратов нефтедеструкторов серии «Ленойл» 236
12.1. Описание биопрепаратов-нефтедеструкторов серии «Ленойл» 236
12.2. Технические условия на биопрепараты-нефтедеструкторы серии «Ленойл» 237
12.3. Внутренние технологические регламенты промышленного производства биопрепаратов-нефтедеструкторов серии «Ленойл» 239
12.4. Технологическая схема промышленного производства биопрепаратов-нефтедеструкторов серии «Ленойл» 241
Глава 13. Технология применения биопрепаратов нефтедеструкторов серии «Ленойл» 246
13.1. Подготовительные мероприятия технологии применения биопрепарата-нефтедеструктора серии «Ленойл» . 246
13.2. Приготовление рабочей суспензии биопрепарата 247
13.3. Технические средства для реализации технологии применения биопрепаратов-нефтедеструкторов серии «Ленойл» 247
13.4. Воздействие природно-климатических и почвенно-географических условий при использовании биопрепаратов серии «Ленойл» для биологической рекультивации почв, загрязненных нефтью 248
Заключение 249
Выводы 255
Рекомендации по использованию результатов 258
Исследования список литературы 259
Приложения 369
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации 430
