ВКР_Родькин

1.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
БАКАЛАВРА
по теме:
«РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ
БИОРЕМЕДИАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ»
Автор работы
С.С. Родькин
Руководитель
к.б.н., доцент
В.И. Кудряшова

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ
В условиях роста промышленного производства и увеличения масштабов добычи углеводородов проблема
загрязнения почв приобретает глобальный характер. Одним из наиболее распространённых типов загрязнения является
загрязнение нефтепродуктами, возникающее как вследствие аварийных разливов, так и в процессе повседневной
деятельности нефтегазового комплекса. По данным современных исследований, нефтяные углеводороды являются
одним из основных источников деградации почвенного покрова, оказывая токсическое воздействие на экосистемы и
здоровье человека.
В настоящее время особый интерес исследователей заключается в разработке новых методов, которые могли
бы повысить эффективность биоремедиации. Это свидетельствует о том, что направление биоремедиации находится в
стадии активного развития и требует дальнейших теоретических исследований.

3.

Цель выпускной квалификационной работы – изучение
новых методов биоремедиации загрязненных почв.
В связи с поставленной целью были сформулированы
следующие задачи исследования:
1) рассмотреть общие виды почвенных загрязнений,
2) проанализировать влияние нефтяного загрязнения на физикохимические свойства почвы,
3) изучить общие вопросы, связанные с биоремедиацией,
4) ознакомиться с новыми перспективными направлениями
очистки почвы от загрязнений.
3

4.

ПОНЯТИЕ «БИОРЕМЕДИАЦИЯ»: ХАРАКТЕРИСТИКА, ВИДЫ, МЕТОДЫ
Биоремедиация – лечение жизнью (bios – жизнь, remediatio – лечение) – это комплекс методов
очистки почв и вод, основанный на использовании биохимического потенциала микроорганизмов
(бактерий, грибов), водорослей, высших растений. Важнейшее преимущество этих технологий
заключается в их безопасности для окружающей среды: они основаны на процессах самоочищения
живой природы, и, как правило, при этом отсутствуют вторичные отходы, образующиеся при других
методах ремедиации.
Факторы
Микроорганизмы
Естественные биологические процессы
микроорганизмов
Требуемые условия
Аэробные или анаэробные
Катаболизм и анаболизм
Факторы окружающей среды
Температура, рН, содержание кислорода,
акцептор/донор электронов
Питательные вещества
Углерод, азот, кислород и т.д.
Влажность почвы
25 % – 28 % водоудерживающей способности
Тип почвы
Низкое содержание глины или ила
Таблица 1 – Показатели факторов биоремедиации
4

5.

Рисунок 1 – Подходы, используемые в биоремедиации и ее классификация*
5

6.

Рисунок 2 – Классификация нефтяных углеводородов
6

7.

Таблица 2 – Воздействие нефтепродуктов на живые организмы почвы
Концентрация нефти
Оказываемый эффект
0,7-50 мл/кг
Возникают первые нарушения в микробном сообществе
50-300 мл/кг
Происходит резкое снижение видового разнообразия и
смена состава Оказываемый
микробного
сообщества
эффект
Концентрация нефти
>300 мл/кг
Возникают первые
нарушения
в микробном роста
Наблюдается
полное
подавление
0,7-50 мл/кг
и
развития
сообществе
микроорганизмов
в загрязненной
почве
Происходит резкое снижение
видового разнообразия
50-300 мл/кг
и смена состава микробного сообщества
По нормативу содержание
нефти
в почве
пределах 1 мг/кг
>300 мл/кг
Наблюдается
полное подавление
роста в
и развития
микроорганизмов в загрязненной почве
оценивают как допустимое,
1-2 мг/кг – низкое, 2-3 – среднее, 3-5
– высокое и более 5 – очень высокое, хотя обоснование этих
критериев отсутствует.
7

8.

8

9.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БИОРЕМЕДИАЦИИ
9

10.

Не менее перспективным считается направление использования генетически модифицированных
микроорганизмов, обладающих широкими метаболическими возможностями.
Генетически модифицированные
микроорганизмы
Escherichia coli AtzA
Pseudomonas fluorescens HK4
Burkholderia cepacia L.S.2.4
Pseudomonas fluorescens
F113rifpcbrmBP1::gfp- mut3
Pseudomonas putida KT2442
(pNF142::TmMo-d-OTc)
Burkholderia cepacia VMI468
Rhodococcus sp. RHA1 (pRHD34::fcb)
Клонированный ген
Интересующее соединение
Атразин хлорогидролаза
lux CDABE
pTOD плазмид
оперон bph, gfp
Атразин
Нафтален
Толуол
Хлорированные бифенилы
pNF142 плазмид, gfp
Нафтален
pTOM-Bu61 плазмид
оперон fcbABC
Толуол
хлорбипфенил
Rhodococcus sp. RHA1 (pRHD34::fcb)
оперон fcbABC
2(4)-хлорбензоат, 2(4)хлорбипфенил
Pseudomonas putida PaW85
Comamonas testosteroni SB3
Pseudomonas putida PaW340 (pDH5)
pWW0 плазмид
pNB2::dsRed плазмид
pDH5 плазмид
Нефтепродукты
3-хлороанилин
4-хлорбензойная кислота
10

11.

Концентрация нефти
0,7-50 мл/кг
Оказываемый эффект
Возникают
первые
нарушения
в
микробном
сообществе
50-300 мл/кг
Происходит резкое снижение видового разнообразия
и смена состава микробного сообщества
>300 мл/кг
Наблюдается полное подавление роста и развития
микроорганизмов в загрязненной почве
Рисунок 3 – Доступные омиксные методы для выявления потенциала
устранения новых загрязнителей в почвенных микробных
сообществах
11

12.

12

13.

Нанотехнологии также находят широкое применение в современных биоремедиационных практиках.
Наночастицы металлов, таких как железо или серебро, используются для активации редокс-процессов, разложения
устойчивых органических соединений и восстановления хлорорганических загрязнителей. Наноматериалы способны
улучшать транспорт кислорода в плотных почвенных массах, а углеродные наноструктуры увеличивают адсорбцию
загрязнителей, тем самым приближая их к зонам активности микроорганизмов. Комбинация наночастиц с
биологическими системами позволяет получать гибридные технологии, значительно ускоряющие очистку почв и
водных объектов.
13

14.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Биоремедиация представляет собой метод очистки окружающей среды от загрязнений,
основанный на интенсификации естественных процессов биодеградации.
Таким
образом, благодаря
углубленному пониманию
структуры микробных
сообществ и их
Метод
Основной механизм
Преимущества
Ограничения/риски
реакции на природную среду
и загрязняющие
расширению
знаний вэффект
области
генетики
Оптимизация
условий для местных вещества;
Дешевизна, экологичность,
подходит Ограниченный
при отсутствии
Биостимуляция
для больших площадей
штаммов
микроорганизмов с цельюмикробов
повышения их способности
к разложениюнужных
поллютантов;
проведению
Низкая выживаемость без
эффективных эффективных
Высокая скорость
процесса,
полевых
испытаний новых,Добавление
экономически
методов
биоремедиации;
а возможные
также выделению
Bioaugmentation
иммобилизации;
риски
штаммов/консорциумов
расширение спектра загрязнителей
специальных участков для проведения долгосрочных исследований био-конкуренции
– открываются широкие
Создание организмов с повышенной Максимальная эффективность,
Регуляторные ограничения; вопросы
возможности
для достижения
значительного
прогресса
в
данной
сфере.
Нет сомнений в том, что
Генетическая инженерия
ферментативной активностью
расширенные возможности
биобезопасности
биоремедиация прокладывает
путьрастворимости
к созданию
экологически
благополучной
среды.
Повышение
и био-более
Подходят
для нефтепродуктов;
Необходим контроль
концентрации,
Биосурфактанты
доступности
загрязнителей
безопасны
стоимость
Независимо от того,
какой
именно аспект
биоремедиации применяется,
данная технология
Высокая точность, возможность
Омics-технологии
активности микробоввыгодный
и среды
Высокая стоимость грунтовых
исследований
предлагает
эффективный иАнализ
экономически
способрешений
очистки загрязненных
вод и
индивидуальных
Повышенная устойчивость
и
почв.
Ее преимущества, Защита
как и стабилизация
правило,микробов
перевешивают
недостатки,
о Требуются
чем специальные
свидетельствуют
как
Иммобилизация клеток
носители
долговечность
количество объектов, где применяется эта технология,
так и ее растущая популярность. И вновь мы
Высокая эффективность в сточных
Биоэлектрохимические
системы биоремедиации
Стимуляция редокс-процессов
Сложность оборудования
обязаны
технологии
возможностью
очищать загрязненную
окружающую среду;
водах
Каталитическое или поддерживающее Ускорение процессов, улучшение
Потребность в оценке экологической
следовательно,
Нанобиотехнологии она может служить действенным инструментом экологического управления.
Фиторемедиация с микробными
инокулятами
действие наноматериалов
стабильности
безопасности
Синергия растений и микроорганизмов
Экологичность, подходит для больших Низкая скорость по сравнению с
территорий
микробными методами
14

15.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
25