Роль макрофитов в очистке поверхности воды от нефтяного загрязнения счет разрушения загрязнения

ВОСКОБОЙНИКОВ Г.М., ИЛЬИНСКИЙ В.В., ЛОПУШАНСКАЯ Е.М., ПУГОВКИН Д.В.
Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, Россия, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия, ФГУП «ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева», Россия

Ранее была отмечена высокая устойчивость фукусовых водорослей к нефтяному загрязнению (Воскобойников и др., 2004; Степаньян, Воскобойников, 2006).

Показано, что, даже находясь длительное время под воздействием нефтепродуктов, Fucus vesiculosus сохраняет способность к фотосинтезу, росту, синтезу полисахаридов. Была высказана гипотеза о роли макрофитов в очистке акватории от нефтепродуктов не только за счет удержания нефтепродуктов по аналогии с боновыми заграждениями, а и о включении в метаболизм, а также нейтрализации нефтепродуктов за счет образования симбиотической ассоциации водорослей и углеводородокисляющий бактерий.

В экспериментах в море и бассейнах нами была выявлена высокая способность фукусовых водорослей при правильном размещении на субстратах в поверхностном слое воды задерживать распространение пленки нефтепродуктов.

Анализы показали, что массовая доля нефтепродуктов в водорослях из зоны постоянного загрязнения (30 суток – содержание нефтепродуктов в воде: составляет 6956 мг/кг, из них 3238 мг/кг снято с поверхности, а 3718 мг/кг экстрагировано из тканей водорослей. Через неделю после извлечения водорослей из загрязненного места и помещения во влажную камеру при температуре, аналогичной среде обитания, массовая доля нефтепродуктов составила 1084 мг/кг, из них 832 мг/кг, с поверхности и 252 мг/кг извлечено из тканей водорослей.

Через 2 недели массовая доля нефтепродуктов в грязных водорослях составила 807 мг/кг. Таким образом, подтверждается высказанное нами ранее предположение о роли макрофитов в очистке поверхности воды от нефтяного загрязнения не только за счет сорбции и механического удержания нефтяной пленки, но и за счет разрушения этого загрязнения. Очевидно, что разрушение нефтяных углеводородов может происходить либо в результате их включения в метаболизм фукуса либо за счет биодеградации углеводородокисляющими бактериями, либо за счет этих процессов вместе.

Экспериментально нами было проверено, действительно ли эпифитные углеводородокисляющие бактерии (ЭУБ), обитающие на поверхности талломов фукуса, способны к биодеградации нефтяных углеводородов (НУ). Для этого фрагменты талломов фукуса были подвергнуты ультразвуковой обработке с целью удаления находящихся на них бактерий. Предварительно талломы фукуса обмывали стерильным раствором хлористого натрия (3%) и затем помещали в стерильный стеклянный стакан на 100 мл, содержащий 50 мл стерильной минеральной среды ММС. Условия УЗ-обработки – время обработки 1 мин, ток 0,4А, частота УЗ - 22 кГц.

Фукус после УЗ-обработки удаляли из стакана со средой, а среду, содержащую десорбированные с фукуса ЭУБ, помещали в качалочные колбы объемом 0,5 л, содержащие 150 мл среды ММС. Затем в эти инокулированные колбы со средой вносили стерильное дизтопливо (ДТ) в качестве единственного источника углерода и энергии в кол-ве 1 мл. Колбы помещали на качалку и инкубировали при комнатной т-ре (200С) в течении 3 недель.

Экстракцию ДТ из колб проводили 100 мл четыреххлористого углерода в делительной воронке в течении 30 минут. Экстракты отстаивали в течение суток, затем сливали нижний слой экстрагента, пропускали его через колонку с окисью алюминия и анализировали на спектрофотометре "SP-1100" (Pye Unicam, Англия) в диапазоне 2500 - 3500 см-1.

В результате установлено:

1. ЭУБ, обитающие на талломах фукуса, способны к деструкции нефтепродукта в условиях лабораторного эксперимента. Максимальное потребление ДТ бактериями за 3 недели экспозиции составило 49% от контроля.

2. ЭУБ, обитающие на талломах фукуса, выделенного из загрязненной нефтепродуктами акватории потребляли на 7 – 9% ДТ больше по сравнению с бактериями, обитающими на фукусе, извлеченном из чистой акватории. Это свидетельствует об их более высокой потенциальной углеводородокисляющей активности.

Таким образом, экспериментально удалось показать, что эпифитные бактерии, обитающие на талломах фукуса, способны к деструкции НУ, причем ЭУБ, десорбированные с поверхности фукуса, отобранного в загрязненной нефтепродуктами акватории (порт г. Мурманска), способны разрушить большее количество НУ, чем ЭУБ, десорбированные с фукуса, обитавшего в незагрязненной нефтепродуктами акватории (прибрежье пос. Белокаменка).

На втором этапе нами была определена численность культивируемых (способных к росту на питательных средах) ЭУБ, обитающих на талломах фукуса, извлеченных из загрязненной нефтепродуктами и из чистой акватории. Для этого сначала был подобран оптимальный метод удаления (десорбции) бактерий с талломов фукуса. Сравнивали три разных метода – ультразвуковую обработку талломов на установке УЗДН-1, обработку талломов на миксере-диспергаторе IKA ULTRA-TURRAX Tube Drive с насадкой-диспергатором DT-20 (Германия), а также ручное удаление бактериального налета с поверхности талломов фукуса при помощи стерильных ватных тампонов. Последний метод оказался наиболее эффективным и был использован нами в дальнейших работах по определению численности ЭУБ на талломах фукуса.

Тампонированию были подвергнуты фукусы, отобранные в загрязненной нефтепродуктами акватории и в акватории свободной от данного вида загрязнений. В результате было обнаружено, что численность ЭУБ на фукусе из загрязненной акватории значительно превышает таковую на фукусе из чистой акватории и эта разница может составлять 2 – 4 порядка.

Таким образом, к настоящему времени не вызывает сомнения, что на поверхности фукуса действительно обитают ЭУБ, способные к разрушению НУ, причем их численность на фукусах, обитающих в загрязненной нефтепродуктами акватории значительно выше, чем на фукусах из незагрязненного этими поллютантами места. Это позволяет предполагать непосредственное участие ЭУБ в процессах естественного очищения вод от нефтяных загрязнений, протекающих в районе фукусовых плантаций.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Президиума РАН «Программа инноваций и разработок», Глобального фонда экологических исследований.

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции