Перспективные виды микроводорослей для биодеградации поллютантов водных экосистем юга Западной Сибири

Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о том, что в системах биологической очистки используются различные сообщества организмов, куда входят бактерии, микроводоросли, зоопланктон, высшие растения, рыбы, которые работают как функциональные единицы гидробиоценоза. Согласно теоретическим представлениям, сформированным еще в первой половине прошлого столетия, в основе самоочищения воды лежит естественный круговорот веществ, реализуемый организмами разных трофических уровней [1]. Особая роль при этом отводится микроорганизмам, обладающим исключительной поливариантностью биохимических свойств, разнообразием трофометаболи-ческих связей, сложной пространственной организацией. Именно это в искусственных сооружениях обеспечивает устойчивость очищаемой экосистемы к залповым поступлениям высоких концентраций токсических соединений и полноту их утилизации [2, 3]. Несмотря на огромное количество исследований, посвященных изучению процессов биологической очистки воды, до сих пор не раскрыты многие аспекты функционирования очищающих экосистем. В большинстве работ рассматривается лишь гетеротрофный компонент – бактерии, мицелиальные грибы, дрожжи, и не учитывается роль других постоянно встречающихся групп организмов.

Современные технологии очистки сточных вод требуют поиска организмов, максимально эффективно утилизирующих поллютанты, и конструирования стабильных ремедиационных ценозов для обеспечения устойчивого процесса биодеградации всех загрязняющих веществ, синтезированных человеком. В этом плане перспективными выглядят альго-бактериальные ассоциации, имеющие огромный биотехнологический

потенциал. Микроводоросли успешно используются для интенсификации процесса утилизации поллютантов предприятий пищевой, текстильной, химической, угольной и металлургической промышленности, отходов птицефабрик и животноводческих комплексов [2, 4-7]. Положительное значение микроводорослей в реабилитации водных техногенных экосистем состоит в фотосинтетической аэрации, продукции биологически активных веществ, обладающих стимулирующим или ингибирующим действием, а также способностью принимать непосредственное участие в утилизации некоторых поллютантов путем аккумуляции, трансформации и минерализации [5]. Поскольку системы биологической очистки сточных вод функционируют, как правило, в природных условиях, то на развитие и направленность метаболизма водорослей влияют, прежде всего, такие слабо контролируемые человеком факторы окружающей среды, как интенсивность света и температура, а также pH, соотношение азота и фосфора, наличие обменных форм микроэлементов [8-10].

Исследование альгофлоры хозяйственнобытовых, промышленных и животноводческих стоков показывает доминирующее положение видов отделов Chlorophyta, Bacillariophyta, Cyanophyta и Euglenophyta. Преобладание тех или иных таксонов водорослей зависит от типа сточных вод, присутствия токсикантов, технологической схемы очистки, климатических условий [5, 11-15]. Наиболее перспективными считаются виды зеленых и синезеленых водорослей, способные быстро адаптироваться к колебаниям pH, температуры, высоким концентрациям токсических соединений, закрепляться на различных носителях благодаря обильному выделению полисахаридов и образованию биопленок. В Томском госуниверситете в 2009 г. начаты работы по изучению таксономического состава и роли микроводорослей в очистке сточных вод на территории Западной Сибири с целью выделения штаммов, активных при низких температурах.

В различные времена года были отобраны пробы планктона, перифитона и активного ила 3 очистных сооружений сточных вод – ЗАО «Свинокомплекс Томский», ООО «ЛПО «Томлесдрев» и станции очистки сточных вод г. Куйбышева Новосибирской области. Микроводоросли выделяли через накопительные культуры на стандартных минеральных средах Кратца-Майерса, Куль, Громова №6 и методом отстаивания. Выращивание проводили при периодическом встряхивании в колбах Эрленмейера объемом 250 мл в следующих контролируемых режимах:

• 1)    для психрофильных форм – температура ночью +8°С, днем +12 С, интенсивность освещения 2000-3000 лк, световой фотопериод 12 часов;

• 2)    для мезофильных форм – среднесуточная температура +22°С, интенсивность освещения 40005000 лк, световой фотопериод 12 часов.

Исходные пробы выдерживали в климатостате в течение нескольких месяцев, где отслеживали сукцессионные перестройки отобранных биоценозов. Определение таксономической принадлежности микроводорослей проводили сравнительно-морфологическим методом с помощью светового микроскопа “Micros MC 50” (Австрия) и монографий: «Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР», «Определитель пресноводных водорослей СССР» (2-ой, 7-ой, 8-ой, 10/1-ый выпуски), «Die Binnengewässer» (16-ый том, часть 7/1).

Наибольшее видовое разнообразие микроводорослей сточных вод ЗАО «Свинокомплекс Томский» было отмечено в «чистом» пруду-накопителе в летне-осенний период, где доминирующее положение занимали хлорококковые Chlo-rella vulgaris , Micractinium pusillum , Scenedesmus acuminatus , S. quadricauda (табл. 1). В состав пленки, формирующейся на стенках коллекторных труб, входили диатомовые и зеленые микроводоросли, среди которых преобладали Ulothrix variabi-lis и Cladophora sp. Альгофлора «грязного» пруда-накопителя была представлена единичными Chlo-rella vulgaris и Chlamydomonas sp. , что, вероятно, связано с большой концентрацией органических веществ и значительной мутностью воды.

Сточные воды ООО «ЛПО «Томлесдрев» характеризуются содержанием формальдегидных смол, используемых при изготовлении мебели, метанола, нефтепродуктов. Выявленный видовой состав водорослей этих очистных сооружений характеризуется преимущественным развитием синезеленых водорослей, входящих в перифитон железобетонных конструкций. Эдификаторами перифитона в первичных и вторичных отстойниках выступили Phormidium sp. , Ph. ambiguum , Oscillatoria brevis . Осенью в иловых картах отмечалось цветение воды, вызванное Chlorella vulgaris .

Изучение собранного материала показало, что водоросли в основном представлены двумя экологическими группами – планктоном и перифитоном, формирующимися уже на этапе механической очистки. Следует отметить сильную морфологическую изменчивость некоторых хлорококковых микроводорослей сточных вод. Так, Micractinium pusillum утратил столь характерные ему щетинки и ценобиальную структуру, которые являются одним из главных диагностических признаков. Некоторые виды Scenedesmus в накопительных культурах становились одноклеточными, округлялись, и все это довольно затрудняло их идентификацию. Подобный феномен был описан ранее [16, 17]. Приведенные в табл. 1 виды микроводорослей согласуются с данными альгологов-флористов, полученными при исследовании аналогичных типов сточных вод [5, 14].

Таблица 1. Таксономический состав доминирующих видов водорослей, выделенных из очистных систем сточных вод

Примечание: место выделения: СВТ – ЗАО «Свинокомплекс Томский», ТЛД – ООО «ЛПО «Томлесдрев», СОСВК – станция очистки сточных вод г. Куйбышева

Выводы: наиболее перспективными в биоремедиации водных экосистем юга Западной Сибири являются часто встречающиеся и доминирующие виды родов зеленых – Chlorella, Scene-desmus, Ankistrodesmus, Micractinium и синезеленых – Phormidium, Oscillatoria, микроводорослей. В дальнейшем планируется изучение диапазона устойчивости получаемых аксеничных штаммов водорослей к различным концентрациям широко распространенных поллютантов и оценка скорости их утилизации в зависимости от условий культивирования.

Авторы выражают искреннюю благодарность научному сотруднику лаборатории альгологии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, к.б.н. В.М. Андреевой за помощь в определении микроводорослей.