BioScience Blog – Научный Биологический блог

Цель настоящего исследования — оптимизация процесса мобилизации и десорбции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из почвы под действием Rhodococcus-биосурфактантов.

В работе использовали модельную почву (об. %): песок – 50, глина – 30, грунтосмесь — 20, в которую вносили смесь ПАУ (Sigma): нафталин — 0,34; 4-метилдибензотиофен – 0,34; дибензотиофен – 0,17; фенантрен – 0,13; антрацен — 0,13; аценафтен — 0,13; бензо[а]пирен — 0,04 г/кг почвы. Отмывание ПАУ параллельно проводили с использованием Rhodococcus-биосурфактантов (1500 мг/л) и синтетического сурфактанта Твина 60 (99 мг/л) при температуре 24оС. Данные концентрации (био)сурфактантов в три раза превышают их критические концентрации мицеллообразования. Rhodococcus-биосурфактанты гликолипидной природы получали методом [1] при выращивании R.
ruber ИЭГМ 231 в среде с н-додеканом (3 об. %).

Эксперименты по десорбции ПАУ из модельной почвы проводили в стеклянных колонках длиной 57 и диаметром 3 см. В качестве контролей использовали дистиллированную воду и незагрязненную модельную почву, обработанную (био)сурфактантами в тех же условиях. Схема высокоэффективной жидкостной экстракции ПАУ из почвы включала использование соотношения 1 : 10 почвы и ацетонитрила с последующим нагреванием смеси на водяной бане (95-97ºС, 5 мин) в закрытых тефлоновых пробирках. Общее содержание ПАУ определяли модифицированным экспрессным методом с помощью спектрофотометра Lambda EZ210, Perkin-Elmer (λ=254, 288 нм). Структурный анализ экстрагированных ПАУ проводили методом ГХ-МС с помощью газового хроматографа Agilent 6890N с квадрупольным масс-спектрометрическим детектором Agilent MSD 5973N, Agilent Technologies, США. Эксперименты проводили в трехкратной повторности.

Как видно из табл. 1, (био)сурфактанты способствуют извлечению ПАУ до 82 %, что в два раза превышает таковое по сравнению с контролем. Следует отметить, что наиболее предпочтительно для отмывания ПАУ применение Rhodococcus-биосурфактантов, так как они имеют ряд преимуществ перед синтетическими аналогами, как то: экологическая безопасность, биодеградабельность, высокая активность в экстремальных условиях окружающей среды [1].

Примечание. Исходное содержание ПАУ в почве — 1282 мг/кг. Статистически достоверно (p < 0,05) по сравнению с контролем.

По нашим данным, вымывание индивидуальных ПАУ из почвы под действием (био)сурфактантов происходит неравномерно и зависит от химической структуры используемых ПАУ. Так, под действием Rhodococcus-биосурфактантов происходит вымывание антрацена до 40,0, аценафтена до 43,5, дибензотиофена до 88,2, 4-метилдибензотиофена до 88,2, нафталина до 81,5 и фенантрена до 34,4 %; тогда как под действием Твина 60 наблюдается вымывание антрацена до 55,4, аценафтена до 70,8, дибензотиофена до 85,3, 4-метилдибензотиофена до 82,3, нафталина до 85,0 и фенантрена до 45,4 % (рис. 1).

Рис. 1. Содержание индивидуальных ПАУ в почве после десорбции (био)сурфактантами по данным ГХ-МС анализа.

ПАУ: 1 – антрацен; 2 – аценафтен; 3 – бензо[а]пирен; 4 – дибензотиофен; 5-4-метилдибензотиофен; 6-нафталин; 7-фенантрен. Варианты опыта: а — без обработки; б — после обработки Твином 60; в — после обработки Rhodococcus-биосурфактантами.

При этом бензо[а]пирен не регистрировался ни в чвепо, ни в сливах во всех вариантах эксперимента. Данный факт, по-видимому, объясняется изменением химической структуры бензо[а]пирена вследствие взаимодействия с компонентами почвы и/или молекулами (био)сурфактантов. В частности, в экстрактах нами были обнаружены окисленные формы бензо[а]пирена, а также неидентифицируемые соединения.

Проведенные исследования показали, что эффективность сапроцес мобилизации и десорбции индивидуальных ПАУ под действием Rhodococcus-биосурфактантов сопоставима, а для некоторых углеводородов превышает таковую под воздействием известных синтетических и биогенных сурфактантов, в частности рамнолипидов псевдомонад, по данным отдельных авторов [2,3], считающихся наиболее высоко эффективными отмывающими агентами.

Работа поддержана грантом программы фундаментальных исследований РАН "Биологическое разнообразие" и НАТО (ESP.NR.NRCLG 982051).

Литература

1.                    Ivshina I. B. et al. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species // W. J. Microbiol. Biotechnol. – 1998. – V. 14. – P. 711-717.

2.              Franzetti A. et al. Potential applications of surface active compounds by Gordonia
sp. strain BS29 in soil remediation technologies // Chemosphere. – 2009. – doi:10.1016/ j.chemosphere.2008.12.052.

3.                               Urum K. et al. Optimum conditions for washing of crude oil-contaminated soil with biosurfactant solutions // T. I. Chem. Eng.-Lond. – 2003. – V. 81B.-P.203-209.