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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

Альбина Васильевна Огнистая

Дальневосточный федеральный университет; Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: alya_lokshina@mail.ru

аспирант

Россия, Владивосток

Татьяна Игоревна Дункай

Дальневосточный федеральный университет; Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН

Email: tdunkai@yandex.ru

аспирант

Россия, Владивосток

Иван Гундарович Тананаев

Дальневосточный федеральный университет

Email: geokhi@mail.ru

член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор департамента ядерных технологий Дальневосточного Федерального университета

Россия, Владивосток

Жанна Васильевна Маркина

Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН

Email: zhannav@mail.ru

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий

Россия, Владивосток

Список литературы

  1. 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. EDN: AQWGAP
  2. Христофорова, Н.К. Современное экологическое состояние залива Петра Великого Японского моря: монография / ответственный редактор: Н. К. Христофорова. Дальневосточный федеральный университет. - Владивосток, 2012. - 440 с. EDN: QKUZXF
  3. Бузолева, Л.С. Микробиологическая оценка качества природных вод, летняя учебно-полевая практика: учеб. пособ. / Л.С. Бузолева. - Владивосток, 2011. - 88 с.
  4. Воронин, Е.С. Ветеринарная биология и иммунология / Е.С. Воронин, В.Н. Кисленко, Н.М. Колычев // Электронный дидактический комплекс. - М., 2006. - URL: https://nsau.edu.ru/images/vetfac/images/ebooks/microbiology/stu/bacter/ecologia/toksbact.htm.
  5. Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2021. М.: Наука, 2022. - 230 с.
  6. Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2019 [Под ред. Коршенко А.Н.]. - М.: Наука, 2020. - 232 с.
  7. 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. EDN: WSAHEN
  8. 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. EDN: UFEZRN
  9. 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. EDN: ZCHVLD
  10. Growth response of six strains of Heterosigmaakashiwo to varying temperature, salinity and irradiance conditions / R. Martínez, E. Orive, A.S. Laza-Martínez Seoane //j. Plankton Res. 2010. № 32. Р. 529-538.
  11. 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.
  12. Dursun F., Taş 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. Bruins M.R., Kapil S., Oehme F.W. Microbial resistance to metals in the environment // Ecotoxicol Environ Saf. 2000 Vol. 45 (3). P. 198-207.
  19. 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. EDN: QDTMKT
  20. 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.
  21. 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. EDN: XZJPJX
  22. Bissen M., Frimmel F. Arsenic-a review. Part I: occurrence, toxicity, speciation, mobility // Acta hydrochimica et hydrobiologica. 2003. Vol. 31. №1. P. 9-18.
  23. 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.
  24. 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. EDN: ZCDLUN
  25. 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. EDN: UTTQFF
  26. 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.
  27. 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. EDN: TBMAYI
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.
  31. Thomas M., Benov L. The contribution of superoxide radical to cadmium toxicity in E. coli // Biol. Trace Elem. Res. 2018. №181. Р. 361-368. EDN: RTFHLK
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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. EDN: AYSLRZ
  37. 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. EDN: QKNBHR
  38. 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. Quénard, M.A. Mandrand // Environmental health perspectives. 1994. Vol. 102. P. 297-300.
  39. 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.
  40. 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. EDN: LJVYDB
  41. Maier R.J., Benoit S.L. Role of nickel in microbial pathogenesis // Inorganics. 2019. Vol. 7(7). 80p. EDN: ZHYKSU
  42. 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. EDN: XYSPCY
  43. 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. EDN: MUYVQL
  44. 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.
  45. Rajbanshi A. Study on heavy metal resistant bacteria is Guhewori sewage treatment plant // J our nature. 2008. №6. P. 52-57.
  46. Arundhati P., Paul A.K. Nickel uptake and intracellular localization in Cupriaviduspauculuskps 201 // Adv bioscibiotechnol. 2010. №1. Р. 276-280.
  47. 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. EDN: OZTKNX
  48. 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.
  49. 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.
  50. 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. EDN: WMABOE
  51. 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. EDN: XPLFXN
  52. 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.
  53. 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.
  54. El-Naggar A.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.
  55. 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.
  56. 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.
  57. 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.
  58. 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. EDN: UTKZRU
  59. 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.
  60. 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.
  61. 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.
  62. 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. EDN: UTTQOB
  63. 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, Guéneuguès A., Jouenne T // Limnology and oceanography. 2014. №52. 349 р.
  64. 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. EDN: UTNRPP
  65. 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.
  66. 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. EDN: OLPMVV
  67. 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.
  68. Of iron valence on the growth, photosynthesis, and fatty acid composition of Phaeodactylumtricornutum / H. Wang, Q. Su, Y. Zhuang, C. Wu, S. Tong, B. Guan, Y. Zhao, H. Qiao //j. Mar. Sci. Eng. 2023. №11. 316 р.
  69. 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.
  70. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Огнистая А.В., Дункай Т.И., Тананаев И.Г., Маркина Ж.В., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах