Исследование влияния тяжелых металлов на микробиоценозы залива Петра Великого Японского моря на примере микроводорослей и бактерий в условиях лабораторного эксперимента

Автор: Огнистая А.В., Дункай Т.И., Тананаев И.Г., Маркина Ж.В.

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 1 т.25, 2023 года.

Бесплатный доступ

Оценено влияние свинца, кадмия, никеля, цинка и железа в концентрациях, соответствующих ПДК и 2ПДК на свойства экзометаболитов микроводоросли Heterosigma akashiwo в отношении бактерий, выделенных из разных районов зал. Петра Великого Японского моря. Полученные результаты показали метал-устойчивость 8 бактерий из 18 тестируемых. Обнаружено разное действие экзометаболитов H. akashiwo, культивируемой на тяжелых металлах (ТМ), в отношении бактерий резистентным к данным веществам. Выявлена стимуляция роста условно-патогенных бактерий Vibrio sp., Escherichia sp., Escherichia coli, Staphylococcus lentus, Enterococcus sp., Staphylococcus pasteuri экзометаболитами. В нескольких случаях зафиксировано снижение численности бактерий Pseudomonas sp., при добавлении метаболитов микроводоросли, выращенных с кадмием, свинцом и никелем при 10 и 20 мкг/л, для Bacillus sp. при 20 мкг/л свинца, 10 мкг/л и 20 мкг/л кадмия, а также при 50 и 100 мкг/л железа. В итоге наибольшее действие на влияние экзометаболитов в отношении бактерий оказали кадмий, свинец и железо.

Еще

Свинец, кадмий, цинк, железо, микроводоросли, бактерии, экзометаболиты

Короткий адрес: https://sciup.org/148326095

IDR: 148326095 | DOI: 10.37313/1990-5378-2023-25-1-128-138

Список литературы Исследование влияния тяжелых металлов на микробиоценозы залива Петра Великого Японского моря на примере микроводорослей и бактерий в условиях лабораторного эксперимента

Davis A., Shokouhian M., Shubei N. Loading estimates of lead, copper, cadmium, and zinc in urban runoff from specific sources // Chemosphere. 2001. № 44. Р. 997-1009.
Христофорова, Н.К. Современное экологическое состояние залива Петра Великого Японского моря: монография / ответственный редактор: Н. К. Христофорова. Дальневосточный федеральный университет. - Владивосток, 2012. - 440 с.
Бузолева, Л.С. Микробиологическая оценка качества природных вод, летняя учебно-полевая практика: учеб. пособ. / Л.С. Бузолева. - Владивосток, 2011. - 88 с.
Воронин, Е.С. Ветеринарная биология и иммунология / Е.С. Воронин, В.Н. Кисленко, Н.М. Колычев // Электронный дидактический комплекс. - М., 200б. - URL: https://nsau.edu.ru/images/vetfac/ images/ebooks/microbiology/stu/bacter/ecologia/ toksbact.htm (дата обращения 25.01.2023).
Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2021. М.: Наука, 2022. - 230 с.
Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2019 [Под ред. Коршенко А.Н.]. - М.: Наука, 2020. - 232 с.
Ramanan R., Kim B.H., Cho D.H. Algae-bacteria interactions: Evolution, ecology and emerging applications // Biotechnology Advances. 2016.Vol. 34. Is 1. P. 14-29.
Фокина, А.И. Тяжёлые металлы как фактор изменения метаболизма у микроорганизмов (обзор) / А.И. Фокина, Т.Я. Ащихмина, Л.И. Домрачева, Е.А. Горностаева // Теоретическая и прикладная экология. - 2015. - №2. - С. 5-18.
Капков, В.И. Использование морских одноклеточных водорослей в биологическом мониторинге / В.И. Капков, Е.В. Шошина, О.А. Беленикина // Вестник Мурманского государственного технического университета. - 2017. - № 20(2). - С. 308-315.
Growth response ofsix strains ofHeterosigmaakashiwo to varying temperature, salinity and irradiance conditions / R. Martínez, E. Orive, A.S. Laza-Martínez Seoane // J. Plankton Res. 2010. № 32. Р. 529-538.
Broad salinity tolerance as a refuge from predation in the harmful raphidophyte alga Heterosigmaakashiwo (Raphidophyceae) / S.L. Strom, E.L. Harvey, K.A. Fredrickson, S. Menden-Deuer // J. Phycol. 2013. №49. P. 20-31.
Dursun F., Ta§ S., Koray T. Spring bloom of the raphidophycean Heterosigmaakashiwo in the golden horn estuary at the northeast of sea of marmara // Ege J. Fish. Aquat. Sci. 2016. Vol. 33. P. 201-207.
Guillard R.R.L., Ryther J.H. Studies of marine planktonic diatoms. 1. Cyclotella nana Hustedt and Detonula con fervacea (Cleve) Gran // Canadian Journal of Microbiology. 1962.Vol.8. (2). P. 229-239.
Comparison of several methods effective lipid extraction from microalgae / J.Y. Lee, C. Yoo, S.Y. Jun, C.Y. Ahn, H.M. Oh // Bioresour. Technol. 2010. №101. P. 75-77.
The effect of microalgae extraction on bacterial species isolated from seminal fluid of sexually -active males in Baghdad / A. Hashimi, N. Shahrazad, R.F. Mansur // J. Genet. Environ. Resour. Conserv. 2016. №4 (2). P. 171-177.
Christensen G.D., Simpson W.A., Younger J.J. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of staphylococci to medical devices // J Clin. Microbiology. 1985. №22 (6). P. 996 -1006.
O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis // Molecular Microbiology. 1998. Vol.28. №3. Р. 449-461.
BruinsM.R., KapilS., OehmeF.W. Microbial resistance to metals in the environment // Ecotoxicol Environ Saf. 2000 Vol. 45 (3). P. 198-207.
Безвербная, И.П. Отклик микроорганизмов прибрежных акваторий Приморья на присутствие в среде тяжелых металлов: Автореф. дис. ... канд. биол. наук / И.П. Безвербная. - Владивосток, 2002. - 18 с.
Kumar M., Upreti R.K. Impact of lead stress and adaptation in Escherichia coli // Ecotoxicology and environmental safety. 2000. Vol. 47. Is.3. P. 246-252.
Fashola M.O., Ngole-Jeme V.M., Babalola O.O. Heavy metal pollution from gold mines: Environmental effects and bacterial strategies for resistance // International journal of environmental research and public health. 2016. Vol. 13. №11. 1047 p.
BissenM.,FrimmelF.Arsenic—a review.Part I: occurrence, toxicity, speciation, mobility // Acta hydrochimica et hydrobiologica. 2003. Vol. 31. №1. P. 9-18.
Довлетярова, Э.А. Изменение биохимической активности бацилл под влиянием свинцового загрязнения дерново-подзолистой почвы / Э.А. Довлетярова // Докл. ТСХА (Московская с.х. акад. им. Тимирязева). - 2004. - № 276. - С. 342-346.
Сысоев, А.А. Влияние ионов свинца и РОВ на рост, развитие и аденилатный энергетический заряд микроводорослей в культурах / А.А. Сысоев, И.В. Сысоева // Вопросы современной альгологии. -2017. - № 1(13). - 24 с.
Impact of heavy metals from flue gas integration with microalgae production / K. Napan, L. Teng, J.C. Quinn, B.D. Wood // Algal Res. 2015. №8. Р. 83-88.
Gopalakrishnan V., Ramamurthy D. Dyeing industry effluent system as lipid production medium of Neochloris sp. for biodiesel feedstock preparation // Biomed. Res. Int. 2014.Р. 529-560.
Effect of metals, metalloids and metallic nanoparticles on microalgae growth and industrial product biosynthesis: A Review / K. Miazek, W. Iwanek, C. Remacle, A. Richel, D. Goffin // Int J Mol Sci. 2015. Vol.16 (10). Р.23929-69.
Secondary metabolites production combined with lead bioremediation by Halamphora sp. marine diatom microalgae and their physiological response / D.B.I. Moussa, S. Boukhriss, K. Athmouni, H. Ayadi // Int J Aquac Fish Sci .2022. № 8 (2). Р. 025-036.
Tripathi V.N., Strivastova S. Ni2+-uptake in Pseudomonas putida strain S4: A possible role of Mg2+-uptake pump // J. Biosci. 2006. Vol. 31. № 1. P. 61-67.
Paperi R., Micheletti E., Phillppis R. Optimizatiuon of copper sorbing-desorbing cycles with confined cultures of the exopolysaccaride-praducing cyanobacterium Cyanospiracapsulatan // J. Appl. Microbiol. 2006. Vol. 101. № 6. P. 1351-1356.
Thomas M., Benov L. The contribution of superoxide radical to cadmium toxicity in E. coli // Biol. Trace Elem. Res. 2018. №181. Р. 361-368.
Cadmium pollution impact on the bacterial community structure of arable soil and the isolation of the cadmium resistant bacteria / Y. Xiaoxia, Z.J. Tong, L. Xiaoqing, S.L. Xin // Frontiers in Microbiology. 2021. Vol. 12. P. 1664-302X.
Ecological responses of bacterial assembly and functions to steep Cd gradient in a typical Cd-contaminated farmland ecosystem / Y. Deng, S.D. Fu, E.K. Sarkodie, S.F. Zhang // Ecotoxicol Environ Saf. 2022. №229. 113067 р.
Effects of Cd contamination on paddy soil microbial biomass and enzyme activities and rice physiological indices / L. Zeng, M. Liao, C. Huang, Y. Luo // Biodivers Sci. 2005. №13(6). Р. 555-65.
Peng Y., Xiaojie L., Jinhua L. Effects of cadmium stress on microbial community diversity in soil potted with sasa argentea striatus // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. 300 р.
Effect of biochars and microorganisms on cadmium accumulation in rice grains grown in Cd-contaminated soil / P. Suksabye, A. Pimthong, P. Dhurakit, P. Mekvichitsaeng, P. Thiravetyan // Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. №23. Р. 962-973.
Сомов, Г.П. Адаптация патогенных бактерий к абиотическим факторам окружающей среды / Г. П. Сомов, Л. С. Бузолева. - Рос. акад. мед. наук. Сиб. отд-ние, НИИ эпидемиологии и микробиологии. - Владивосток: Примполиграфкомб., 2004. - 167 с.
Effect of nickel on the fermentative growth of Escherichia coli k-12 and comparison of nickel and cobalt toxicity on the aerobic and anaerobic growth / L.F. Wu, C. Navarro, K. Pina, M. Ouenard, M.A. Mandrand // Environmental health perspectives. 1994. Vol. 102. P. 297-300.
Hausinger R.P., Zamble D.B. Microbial physiology of nikel and cobalt // Molecular microbiology of heavy metals / Eds. Nies Springer-Verlag. 2007.P. 287-320.
Comparative genomics of regulation of heavy metal resistance in Eubacteria / E.A. Permina, A.E. Kazakov, O.V. Kalinina, M.S. Gelfand // BMC Microbiol. 2006. Vol.6. P. 49-60.
Maier R.J., Benoit S.L. Role of nickel in microbial pathogenesis // Inorganics. 2019. Vol. 7(7). 80p.
Alboghobeish H., Tahmourespour A., Doudi M. The study of nickel resistant bacteria (NiRB) isolated from wastewaters polluted with different industrial sources // J Environ Health Sci Eng. 2014. Vol.12(1). 44 p.
Ахметов, Л.И. Токсичность никеля для тионовых бактерий / Л.И. Ахметов, А.Г. Быков, М.Б. Вайнштейн, Т.З. Есикова, А.Е.Филонов, Л.Н. Крылова, С. Мортазави // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2010. -Vol. (1). - P. 167-174.
Hernandz B., Dorian A. Zinc and lead biosorption by Delftiatsuruhatensis: a bacterial strain resistant to metals isolated from mine tailings // J water Resource Protec. 2012. №4. P. 1-11.
Rajbanshi A. Study on heavy metal resistant bacteria is Guhewori sewage treatment plant // J our nature. 2008. №6. P. 52-57.
Arundhati P., Paul A.K. Nickel uptake and intracellular localization in Cupriaviduspauculuskps 201 // Adv bioscibiotechnol. 2010. №1. Р. 276-280.
Mohammady N.G., Fathy A.A. Humic acid mitigates viability reduction, lipids and fatty acids of Dunaliella salina and Nannochloropsissalina grown under nickel stress // Int. J. Bot. 2007. №3. Р. 64-70.
Responses of cyanobacterium Anabaena doliolum during nickel stress / M.K. Shukla, R.D. Tripathi, N. Sharma, S. Dwivedi, S. Mishra, R. Singh, O.P. Shukla, U.N. Rai // J. Environ. Biol. 2009. №30. Р. 871-876.
In vitro test of inhibition effect of extracts from three seaweed species distributed at Black Sea on different pathogens potentially dangerous for aquaponics / I. Sirakov, K. Velichkova, N. Rusenova, T. Dinev // Biotechnol Lett. 2019. Vol. 24 (1). P. 176-183.
Ознобихина, А.О. Модельное биотестирование влияния солей тяжёлых металлов на жизнеспособность клубеньковых бактерий Rhizobiummeliloti / А.О. Ознобихина, А.Ю. Першаков, Д.И. Ерёмин // Самарский научный вестник. - 2019. - Т. 8, - № 3 (28). - С. 69-72.
Королькова, Д.С. Определение минимальных подавляющих концентраций солей цинка на рост пробиотических штаммов бактерий рода Bacillus / Д.С. Королькова, М.Л. Русяева, И.В. Коробова // Международный студенческий научный вестник. - 2018. - № 4. - 3 с.
Pringault O., Viret H., Duran R. Interactions between Zn and bacteria in marine tropical coastal sediments // Environmental science and pollution research international. 2011. №19. Р.879-92.
Suryawati B. Zinc homeostasis mechanism and its role in bacterial virulence capacity // The 8th annual basic science international conference. AIP Conf. Proc. 2021. Р. 070021-1-070021-7.
El-NaggarA.H. Growth and some metabolic activities of Chlorella and Scenedesmus in relation to heavy metal pollution in Gharbia Governorate // Botany Department, Faculty of Science. 1993. 278 р.
De-Filippis L.E., Hampp R., Ziegler H. The effects of sub-lethal concentrations of zinc, cadmium and mercury on Euglena growth and pigments // Planzen Physiol. 1981a. №101. Р. 37-47.
De-Filippis L.E., Hampp R., Ziegler H. The effects of sub-lethal concentrations of zinc, cadmium and mercury on Euglena II. Respiration, photosynthesis and photochemical activities // Arch Microbiol.1981b. Р.128-404.
Rai L.C., Singh A.K., Mallick N. Studies on photosynthesis, the associated electron transport system and some physiological variables of Chlorella vulgaris under heavy metal stress // J Plant Physiol.1991. №137. Р. 419-424.
Изучение микроорганизмов, окисляющих железо, для возможного использования в биотехнологии очистки воды / К.Т. Нгун, Д.А. Рагузина, Е.В. Плешакова, М.В. Решетников // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18, № 2. С. 204-210.
Effects of iron limitation on growth and carbon metabolism in oceanic and coastal heterotrophic bacteria / M. Fourquez, A. Devez, A. Schaumann, A. Gueneugues, T. Jouenne // Limnology and Oceanography Bulletin. 2014. №59 (2). Р. 349-360.
Effect of iron concentration on the growth rate of Pseudomonas syringae and the expression of virulence factors in hrp-inducing minimal medium / B.J. Kim, J.H. Park, T.H. Park, P.A. Bronstein, D.J. Schneider, S.W. Cartinhour, M.L. Shuler // Appl Environ Microbiol. 2009. №75(9). Р. 2720-6.
Specific effect of trace metals on marine heterotrophic microbial activity and diversity: key role of iron and zinc and hydrocarbon-degrading bacteria / F. Baltar, A. Gutiérrez-Rodríguez, M. Meyer, I. Skudelny, S. Sander, B. Thomson, S. Nodder, R. Middag, S.E. Morales // Front Microbiol. 2018. №19. 3190 р.
Microstructures and functional groups of Nannochloropsis sp. cells with arsenic adsorption and lipid accumulation / J. Cheng, Z. Yang, K. Li, J. Zhou, K. Cen // Bioresour. Technol. 2015. №194. Р. 305-311.
Effects of iron limitation on growth and carbon metabolism in oceanic and coastal heterotrophic bacteria / A. Devez, M. Fourquez, S. Blain, I. Obernosterer, A. Shaumann, Guéneugues A., Jouenne T // Limnology and oceanography. 2014. №52. 349 р.
The effect of iron on growth, lipid accumulation, and gene expression profile of the freshwater microalga Chlorella sorokiniana // M. Wan, X. Jin, J. Xia, J.N. Rosenberg, G. Yu, Z. Nie // Appl MicrobiolBiotechnol. 2014. № 98. Р. 9473-9481.
The effect of iron concentration on the growth rate of Chlamydomonas reinhardtii / J.C. Seo, J.F. Tang, M.J. Wagstaff // The Expedition. 2013. Vol. 3. Р. 9-16.
Yeesang C., Cheirsilp B. Effect of nitrogen, salt, and iron content in the growth medium and light intensity on lipid production by microalgae isolated from freshwater sources in Thailand // Biores Technol. 2011. №102. Р. 3034-3040.
Enhancement of lipid accumulation in Scenedesmus obliquus by optimizing CO2 and Fe3+ levels for biodiesel production / H.H.A. El-Baky, G.S. E.B. Bouaid, M. Martinez, J. Aracil // Biores Technol. 2012. №119. Р. 429-432.
Of iron valence on the growth, photosynthesis, and fatty acid composition of Phaeodactylumtricornutum / H. Wang, O. Su, Y. Zhuang, C. Wu, S. Tong, B. Guan, Y. Zhao, H. Qiao // J. Mar. Sci. Eng. 2023. №11. 316 р.
Influence of Fe+2 on the biomass, pigments, and essential fatty acids of Arthrospira platensis / M.M. El-Sheekh, J.M. Salman, R.A. Grmasha // Biomass Conv. Bioref. 2022.
Rizwan M., Mujtaba G., Lee K. Effects of iron sources on the growth and lipid carbohydrate production of marine microalga Dunaliella tertiolecta // BiotechnolBioproc. 2017. № 22. Р. 68-75.

Еще

Статья научная