Селекція штамів - деструкторів забруднювачів

Реакції біодеградації залежать від умов навколишнього середовища, що можуть змінюватись або бути постійними, тому мікроорганізми та їх асоціації повинні бути захищенні від таких змін, що можна досягнути селекцією та мутацією мікроорганізмів (з 1974), а також клонуванням з rec-ДНК.

Селекція штамів - деструкторів забруднювачів:

• хемостатна селекція;

• білкова інженерія ферментів біодеградаціі;

• конструювання штамів-деструкторів in vitro з Д-плазмідами біодеградації;

• генно-інженерні маніпуляції з біомаркерним та біорепортерним генами.

Біологічним шляхом можуть бути розкладені багато складних органічних речовин та деякі неорганічні (аміак, нітрити, нітрати, сульфати тощо), проте багато речовин біологічним шляхом окисляються або дуже повільно або не піддаються розкладу (вуглеводи, складні ефіри, „жорсткі” поверхнево активні речовини, барвники тощо )

Ефективність методів екологічної біотехнології обумовлена еволюційною здатністю мікробних асоціацій екосистем утилізувати і розкладати полютанти. Відомо, що у разі повторного потрапляння речовини в екосистему період її розкладання зменшується внаслідок адаптації мікробної асоціації. Склад останньої еволюціонує в бік збільшення вмісту мікрофлори, здатної розкладати цю речовину. Наявність нової речовини реконструює мікроорганізми шляхом зміни і передачі генетичної інформації так, що останні набувають здатності утилізувати новий субстрат.

Встановлено, що речовини антропогенного походження, що раніше не розкладались, можуть бути утилізовані, якщо вони структурно схожі на речовини, які утилізуються в природних екосистемах мікробними асоціаціями. Деякі мікроорганізми здатні змінити молекулу речовини-полютанта таким чином, що вона потім розкладається під дією інших мікробів.

Фототрофи в системі моніторингу забруднення водойм

Фототорофні організми, насамперед, важливі для визначення порушення природного балансу токсичних для живих організмів тяжких металів, так як вони є первинною ланкою трофічного ланцюга водойм і є прицілом для токсичних антропогенних впливів.

В екофізіологічних лабораторних дослідженнях спостерігається висока чутливість прокаріотних та еукаріотних клітин фітотрофів до дії важких металів. При цьому багато культур ціанобактерій та мікроводоростей, реагуючи на токсичні впливи, достатньо стійкі, життєздатні, а при призупиненні поступлення в середовище важких металів, можуть вернутися у вихідний стан, до того ж асоціації макрофітобентосу можуть накопичувати важкі метали, що дає можливість застосувати їх як індикатори та біохімічні монітори забруднення полютантами.

Біологічний моніторинг здійснюється фототрофними тест-об’єктами (ціанобактерії, мікроводорості, фітопланктон, макрофітобентос) з надійними та простими фізіологічними відкликами тест-параметрів (число клітин, біомаса, морфологія, рухливість, параметри росту, пігментний склад, швидкість фотосинтезу та дихання, біохімія, накопичення важких металів) при різних діючих факторах (фізичні, хімічні, екологічні) мікробіологічними (виділення культур з природних умов), біотехнологічними (створення систем цільового культивування) та екологічними методами.

Біологічний моніторинг фототрофними тест-об’єктами забруднень важкими металами включає такі етапи:

• розробка структури біологічного моніторингу збруднення водного середовища важкими металами та іншими полютантами;

• проведення екофізіологічних робіт по дії важких металів на культури фототрофних мікроорганізмів при різних умовах культивування;

• розробка методів біотестування та апробація їх в природних умовах проведення польових екофізіологічних експериментів дії металів на клітини водоростей-макрофітів;

• польові дослідження дії антропогених забрудненнь на асоціації морського фітобентосу та розробка методів біоіндикації;

• виявлення зв’язку між накопиченням металів та віком макрофітів, вивчення особливостей розподілу металів у різних частинах рослин для оцінки біоакумуляції по сезонах та роках в конкретних місцях.

Біоочищення стічних вод.

Лекція 8.

Показники забруднення води.

Групи стічних вод залежно від складу домішок.

Хімічний склад домішок стічних вод.

Категорії промислових відходів стічних вод.

Хімічні,фізико-хімічні, біотехнологічні методи очищення

БІООчищення стічних вод.

Під забрудненням водних ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймищах у зв'язку з скиданням в них рідких, твердих та газоподібних речовин, які створюють чи можуть створити незручності, роблячи воду у водоймищах небезпечною для використання, завдають збитку народному господарству, здоров'ю і безпеці населення.

Виробничі та агропромислові стоки є найбільшим джерелом забруднення навколишнього середовища. Стоки тваринницьких ферм, у зв'язку з інтенсифікацією тваринництва все більш дають про себе знати, забруднюючи водоймища та ґрунти сільськогосподарської галузі.

Основні забруднення води - це агро і промислово забруднені стоки, а також біологічні забруднення (бактерії, віруси, гриби, водорості) у комунально-побутових, медико-санітарних відходах, що потрапляють у стоки.

Скидання неочищених каналізаційних стоків у водоймища не лише небезпечне через можливість інфекційних захворювань, але і може стати причиною зниження вмісту розчиненого у воді кисню та деградації водних екосистем.

Органічні речовини, присутні в стоках, охоче поїдаются редуцентами і детрітофагами, які поглинають кисень в процесі дихання. Коли детриту надлишок, ці організми споживають розчинений кисень швидше, ніж він поповнює систему, і його запаси виснажуються. Концентрацію органіки в каналізаційних стоках часто виражають біологічною потребою в кисні (БПК), тобто кількістю кисню, яка буде потрібно редуцентам, щоб розкласти речовину, що поступила.

Виснаження запасів розчиненого кисню не завдає шкоди самим бактеріям-редуцентам, оскільки вони здатні до анаеробного дихання і бродіння. Анаеробні (позбавлені кисню) водоймища не тільки не можуть підтримувати життя риб, молюсків і ракоподібних, але і погано пахнуть, оскільки у багатьох продуктів безкисневого метаболізму вельми неприємний запах, що зумовлює, відповідно, такий характерний запах каналізаційних стоків.

Крім того, виснаження запасів розчиненого кисню може збільшити небезпеку мікробного зараження. Багато патогенних організмів набагато довше живуть в анаеробних умовах. У середовищі, багатому киснем, вони швидко гинуть або з'їдаються іншими організмами.