|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Молекулярный анализ микроорганизмов цикла азота нефтезагрязненных почв и использование его потенциала в целях биоремедиацииНИР
Molecular analysis of nitrogen cycle microorganisms in oil-contaminated soils and application its potential for bioremediation
- Руководитель НИР: Степанов А.Л.
- Ответственные исполнители: Бабич Т.Л., Белов А.А., Головченко А.В., Каримов Т.Д., Манучарова Н.А., Назина Т.Н., Поздняков Л.А., Трофимов С.Я., Чепцов В.С.
- Подразделение: Кафедра биологии почв
- Срок исполнения: 28 октября 2020 г. - 31 декабря 2022 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 19-29-05197
- Номер ЦИТИС: 119111490076-4
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Почва и почвенный покров России как основа её устойчивого развития.
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.35.51 Антропогенные воздействия на экосистемы
-
Ключевые слова:
окисление углеводородов, анаэробные процессы, нефтепродукты, экология, почвоведение, биоремедиация, цикл азота
oxidation of hydrocarbons, ecology, bioremediation, oil products, soil science, anaerobic processes, nitrogen cycle -
Описание:
Междисциплинарный проект группы специалистов в области почвоведения, экологии и микробиологии направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с разобщением биологического цикла азота в почвах под влиянием нефтезагрязнения и поиска новых, научно обоснованных подходов биоремедиации почв и микробной деструкции нефти. Интерес к исследованию микробной трансформации азота в нефтезагрязненных почвах определяется решением практических вопросов - доступностью азота в условиях пониженной концентрации кислорода, что является проблемой низкой эффективности бактериальных препаратов нефтедеструкторов. Анализ современной литературы свидетельствует о высоком микробном потенциале деструкции нефти в почве, который катастрофически снижается из-за формирования анаэробных условий в результате промышленного разлива нефти и нефтепродуктов. В ходе работы предполагается проверить возможность нитрифицирующих архей, обладающих особым метаболическим путем окисления аммония, проводить нитрификацию в условиях пониженной концентрации кислорода (Сошникова с соавт., 2016; Hink et al., 2018), что позволит нефтеокисляющим прокариотам продолжить эффективное окисление нефти с использованием нитратов в качестве конечного акцептора электронов в дыхательной цепи («нитратное дыхание»). Настоящее исследование позволит создать научные основы решения прикладной задачи – повышения эффективности биоремедиации почв от нефтепродуктов. С помощью методов молекулярной биологии будет дана характеристика микробиомов (включая некультивируемых архей окислительного звена цикла азота) в разных типах нефтезагрязненных почв; определены условия при которых происходит образование или поглощение окислов азота, как акцепторов электронов при окислении нефти; проведен сравнительный анализ архейных сообществ почв в условиях загрязнения нефтью. Результаты исследований дадут новую количественную информацию о распространении и активности таумархеот в нефтезагрязненных почвах России, позволят разработать новые подходы биоремедиации почв от нефтяного загрязнения.
-
Abstract:
The interdisciplinary project of a group of specialists in the field of soil science, ecology and microbiology is aimed to solving the fundamental problem associated with the biological nitrogen cycle in soils under the influence of oil pollution and the search for new, scientifically based approaches to soil bioremediation and microbial destruction of oil. The interest in studying the microbial transformation of nitrogen in oil-polluted soils is determined by the solution of practical issues — the availability of nitrogen under conditions of low oxygen concentration, which is a problem of the low effectiveness of oil destructors bacteria. Analysis of the literature indicates a high microbial potential for the destruction of oil in the soil, which is reduced due to the formation of anaerobic conditions as a result of an industrial oil pollution. In the course of the work, it is proposed to test of nitrifying archaea, which have a special metabolic pathway for ammonium oxidation, to carry out nitrification under conditions of low oxygen concentration (Soshnikova et al., 2016; Hink et al., 2018), which will allow oil-oxidizing prokaryotes to continue effective oxidation of oil using nitrates as the final electron acceptor in the respiratory chain ("nitrate respiration"). This study will create a scientific basis for solving an problem - increasing the efficiency of soil bioremediation from oil products. Using molecular biology techniques, microbiomes (including non-cultivated archaea of the oxidative link of the nitrogen cycle) will be characterized in different types of oil-contaminated soils; the conditions under which the formation or absorption of nitrogen oxides, as electron acceptors, occurs during the oxidation of oil; a comparative analysis of the archaean communities of soils under conditions of oil pollution The research results will provide new quantitative information on the distribution and activity of taumarchaea in the oil-contaminated soils, and will allow developing new approaches to soil bioremediation from oil pollution.
-
Планируемые результаты:
публикация научных статей
-
Научный задел:
опубликованные статьи по теме НИР
- Добавил в систему: Степанов Алексей Львович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 10 июля 2019 г.-10 июля 2020 г. | этап 1 |
| Результаты этапа: | ||
| 2 | 4 ноября 2020 г.-4 ноября 2021 г. | Высокопроизводительное секвенирование ДНК и характеристику почвенных микробиомов, ответственных за трансформацию соединений азота в нефтезагрязненных торфяных почвах |
| Результаты этапа: Дерново-подзолистые и торфяные почвы составляют значимую часть почвенного покрова России и занимают до 26% всей площади территории. Нефть и нефтепродукты являются основными загрязняющими веществами для почв этих типов. Целью данного этапа работы было определение филогенетического и функционального разнообразия микроорганизмов дерново-подзолистой и торфяной почвы, загрязненной и незагрязненной углеводородами, выявление присутствия архей в составе микробного комплекса нефтезагрязненных почв. В библиотеках гена 16S рРНК из нефтезагрязненных образцов дерново-подзолистой почвы были выявлены последовательности представителей доменов Bacteria и Archaea (Манучарова с соавт., 2021). В составе почвенных сообществ преобладали бактерии филумов Proteobacteria (53.1%), Acidobacteria (19.0%), Actinobacteria (12.2%), Gemmatimonadetes (6.8%), Bacteroidetes (3.1%) и Firmicutes (1.5%). Обнаружены представители филумов Nitrospirae (2.1%), Verrucomicrobia (1.2%) и архей (0.2%). На родовом уровне в нефтезагрязненных образцах преобладали альфапротеобактерии рода Sphingomonas (34.7%) и Acidobacteria (13.3%). Нефтезагрязненные почвы были также проанализированы на наличие ферментов цикла азота, участвующих в диссимиляционном восстановлении нитратов до молекулярного азота и нитратредукции с образованием аммония, а также в ассимиляционном восстановлении нитрата до аммония (Manucharova et al., 2021). Установлено, что в нефтезагрязненных образцах представленность фермента нитратредуктазы, катализирущего восстановление нитрата до нитрита в процессах денитрификации и диссимиляционной нитратредукции, была сравнительно высокой, как и представленность остальных ферментов этих путей, катализирующих восстановление нитрита до молекулярного азота и аммония, соответственно. Наибольший вклад в преобразование азота в сообществах нефтезагрязненных почв вносили Alphaproteobacteria родов Sphingomonas, Bradyrhizobium и Pseudolabrys, среди которых известны виды, способные к денитрификации. Важно отметить, что источником энергии (окисляемым субстратом) для этих микроорганизмов служили нефтепродукты. В соответствии с представленностью в библиотеке рибосомальных генов, бактерии родов Brevundimonas, Stenotrophomonas и Streptomyces характеризовались наибольшей потенциальной активностью в преобразовании соединений азота, деградации хлоралканов, хлоралкенов и бензоата. Продолжена работа по изучению микробных сообществ торфяных почв, наиболее распространенных в регионах активной нефтедобычи. Проведено комплексное исследование микробной биомассы полных профилей низинных торфяников различного генезиса с целью оценки микробного потенциала биодеградации нефти (Головченко с соавт., 2021). Запасы микробной биомассы в расчете на трехметровый профиль торфа, оказались высоки. Микробная биомасса была представлена как прокариотной, так и эукариотной составляющими. Их соотношение менялось по профилю. В деятельном слое торфяников преобладала эукариотная биомасса, в инертном слое – преимущественно прокариотная. Структура прокариотной биомассы была однотипной по всему профилю. В ней доминировали бактерии, на долю актиномицетного мицелия приходилось не более 15%. Высокая активность микроорганизмов цикла азота (фиксация азота и денитрификация) наблюдались по всему профилю нефтезагрязненных торфов: активность нитрогеназы была максимальна в средней части торфяных отложений, а активность денитрификации оставалась высокой в большей части профиля. Полученные результаты указывают на значимый потенциал микробной трансформации нефти в торфяных почвах при отсутствии кислорода за счет использования окисленных соединений азота в качестве конечных акцепторов электронов при деструкции нефти и нефтепродуктов в торфяных почвах. | ||
| 3 | 8 февраля 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Обработка и обобщения полученных результатов. Подготовка публикаций |
| Результаты этапа: Проведен сравнительный анализ архейных сообществ почв в условиях загрязнения нефтью. Результаты исследований дают современное представление о распространении и активности таумархеот в нефтезагрязненных почвах России, что позволит разработать новые подходы биоремедиации почв от нефтяного загрязнения. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".