Углеводородокисляющие микроорганизмы – перспективные объекты экологической биотехнологии
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
>
2.1 Роль микробиологической трансформации в процессах деградации чужеродных соединений
В последнее время накапливается все больше данных о том, что микробиологическая трансформация играет существенную роль в процессах обезвреживания и полной деградации чужеродных веществ, загрязняющих среду в результате деятельности человека. Попадая в почву или воду, эти соединения видоизменяются или распадаются до конечных продуктов в основном в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения и поглощения высшими растениями. Микробиологические процессы имеют важное значение, в частности, в деградации пестицидов вносимых в почву в больших количествах. Поэтому микробиологическая трансформация и деградация пестицидов с точки зрения экологической проблемы имеет целенаправленное использование для очистки окружающей среды.
Существуют четыре возможных пути превращения пестицидов:
1)энзиматическое воздействие, которое ведет к полной потере ингибиторных свойств, так называемая детоксикация, или инактивация;
2)трансформация пестицидов в токсические вещества - процесс, именуемый активацией;
3)трансформация, результатом которой является превращение пестицида в соединение с другим спектром ингибирующего действия;
4)трансформация с образованием соединения-стимулятора.
Во всех случаях анализ продуктов превращения пестицидов, безусловно, очень важен, так как промежуточные единения в свою очередь влияют на микробную популяцию, урожай и т.д.
Современный этап исследований микробиологического воздействия на пестициды характеризуется выраженным интересом к метаболическим путям их деградации, закономерностям накопления промежуточных продуктов и их свойствам. В связи с накоплением интермедиатов производится детальное исследование кооперативного действия почвенной микрофлоры на чужеродные соединения так называемого комменсализма.
Пристальное внимание уделяется кометаболизму как феномену регуляции ферментативной активности микроорганизмов, позволяющему мобилизовать потенциальные возможности микроорганизмов.
Кометаболизм играет существенную роль в деградации микроорганизмами многих пестицидов, в том числе и тех, которые ранее были внесены в список устойчивых. Например, ДДТ и его аналоги, а также полихлорароматика (2,3,6-ТБК и 2,4,5-Т) были описаны как устойчивые вещества, поскольку не удавалось выделить микроорганизмы, использующие их как субстрат для роста. В условиях кометаболизма появилась возможность осуществить частичную деградацию этих соединений. Кометаболизм гербицидов, например галогепированных производных бензола, чистыми культурами может привести к образованию промежуточных продуктов - фенолов и катехолов, которые в свою очередь могут метаболизироваться другими бактериальными формами. Если кометаболизм гербицидов осуществляется смесью культур с внесением дополнительного субстрата как источника углерода и энергии, то можно осуществить полную минерализацию гербицида.
углеводородокисляющий микроорганизм гриб кометаболизм
2.2 Трансформация феноксиуксусных кислот
Хлорзамещенные феноксиуксусные кислоты введены в качестве селективных гербицидов в конце Второй мировой войны. Они применяются для борьбы с сорняками на хлебных посевах и газонах. Особенно широкое применение нашли 2,4 -дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д), 2-метил-4-хлорфеноксиуксусная кислота (2М-4Х), 2,4,5-трихлорфеноксиуксусиая кислота (2,4,5-Т).
Первые работы по микробному превращению феноксиалкановых кислот касались в основном устойчивости этих соединений и воздействию микроорганизмов. Было показано, что 2,4-Д разлагается быстро, а 2М-4Х и 2,4,5-Т - медленно. Автоклавирование ингибирует этот процесс, а тепло, влага и органические вещества ускоряют разложение гербицидов.
Способность использовать феноксиалкановые кислоты в качестве единственного источника углерода характерна для многих представителей почвенной микрофлоры. Это в основном представители родов Achrornobacter, Arthrobacter, Flavobacterium, Pseudomonas, Corynebacteriurn. Концентрации феноксиуксусных кислот, разлагаемые микроорганизмами, могут быть достаточно высокими от 300 мг/л до 2,0 г/л и выше.
В зависимости от таксономического положения микроорганизмов пути метаболизма феноксиалкановых кислот различны. В настоящее время известно два пути: через оксифеноксиуксусные кислоты и через фенолы. Эти пути представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Пути метаболизма: через оксифеноксиуксусные кислоты и через фенолы
2.3 Трансформация феноксиалкилкарбоновых кислот
В метаболизме высших ?- и ?-кислот существенную роль играет -окисление. Расщепление 2,4-дихлорфеноксиалкилкарбоновых кислот бактериями рода Flavobacterium происходит двумя путями:
) - окисление боковой алифатической цепи;
) расщепление эфирной связи.
При -окислении ?-дихлорфеноксиалкилкарбоновых кислот с четным числом атомов в боковой цепи наблюдается ступенчатое отщепление двууглеродных фрагментов и образуются простые феноксиалкановые кислоты. Этот механизм отражён на рисунке 4.
Рисунок 4 - Ступенчатое отщепление двууглеродных фрагментов при -окислении ?-дихлорфеноксиалкилкарбоновых кислот
При -окислении алифатической боковой цепи с нечетным числом углеродных атомов образуется 2,4-дихлорфеноксиформиат, спонтанно разлагающийся в соответствующие фенолы. Реакции данного преоб