Анотація до роботи:

Горішного М.Б. Екологічне значення зелених сіркових бактерій в утилізації сірководню. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія (біологічні науки). – Інститут агроекології УААН України, Київ, 2008.

Вперше досліджено антропогенний вплив на ситуацію в озері “Яворівське”. На основі відомих значень гранично допустимих концентрацій певних сполук, та в порівнянні з природним контрольним водоймищем, встановлено, що вода озера “Яворівське” за багатьма показниками є мало придатна для існування живих організмів.

Встановлено, що домінуючими мікроорганізмами у воді та мулі озера “Яворівське” є типові сапрофіти та олігонітрофіли. В мулі виявлена значна кількість сульфатвідновлюваних бактерій. Чисельність фототрофних сіркових бактерій у воді та мулі озера значно перевищує кількість цих організмів у контрольній водоймі. З води озера “Яворівське” виділено чисту культуру зелених фотосинтезувальних сіркобактерій які здійснюють детоксикацію сірководню. Виділені бактерії ідентифіковані як C. limicolа Ya-2002.

Досліджено, що клітини C. limicolа Ya-2002, містять наступні пігменти: бактеріохлорофіли с і d та каротиноїди хлоробактин і ізореніератин.

Показано, що максимальний ріст культури спостерігався при опроміненні червоним світлом довжиною хвилі 700-800нм за інтенсивності освітлення в 40лк. Інтенсивність освітлення культури викликає зміни у фотосинтетичному апараті клітин, зокрема у структурі хлоросом.

Встановлено, що клітини бактерій C. limicola Ya-2002 не використовують глюкозу, фруктозу, галактозу як джерело вуглецю та донор електронів. З усіх досліджуваних органічних джерел вуглецю, лише ацетат і піруват стимулюють ріст культури, за наявності СО2 та Н2S в середовищі.

C. limicola Ya-2002 здатні використовувати амонійний та амінний азот. За відсутності цих джерел бактерії здатні до азотфіксації. Нітратна форма азоту не використовується бактеріями. Додавання нітратів до середовища пригнічує процес азотофіксації.

Досліджено, що інтенсивність детоксикації сірководню зеленими сіркобактеріями зростала при одночасному внесенні у середовище пірувату та ацетату за умов наявності гідрокарбонату натрію. При культивуваннi C. limicola Ya-2002 в середовищі з вуглекислотою, піруватом та ацетатом і освітленні культури променями з довжиною хвилі 700-800 нм інтенсивністю 40 лк, спостерігалось максимальне використання сірководню 0,028 мМ/год/100мг клітин. Додаткове внесення Н2S у середовище культивування відновлювало ріст культури. Основним індуктором використання сірководню клітинами
C. limicola Ya-2002 є світло.

Показано, що у C. limicola Ya-2002 першим вуглеводним продуктом в процесі асиміляції вуглекислоти є глюкоза, яка на світлі швидко перетворюється у глікоген, що був виділений з клітин C. limicola Ya-2002 та ідентифікований за допомогою інфрачервоної спектрометрії.

Вперше, досліджено умови нагромадження глікогену клітинами і показано, що ключову роль у цьому процесі відіграє освітлення культури, наявність СО2 та сірководню.

Вивчено, що синтезований клітинами глікоген відіграє важливу роль при зміні умов існування бактерій (світло-темрява). Відмиті клітини бактерій при інкубації на світлі не використовували глікоген, в той час як за умов темряви він швидко розщеплювався, а в середовищі нагромаджувались продукти його катаболізму – карбонові кислоти, серед яких переважав ацетат.

У дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано та комплексними дослідженнями показана екологічна роль фотосинтезувальних зелених сіркових бактерій в утилізації токсичного сірководню, концентрація якого в сотні разів перевищує ГДК у воді озера “Яворівське”.

1. Аналіз води озера “Яворівське”, показав, що вода містить підвищені кількості іонів К⁺ та Na⁺ в порівнянні з ГДК. Кількість сульфатів у 3,4 раза, а сірководню у 140 раз перевищує ГДК.

2. Чисельність мікроорганізмів основних таксономічних груп озера “Яворівське” бактерій і грибів, відповідно, становить 98,2 млн. КУО/мл та 16,5 млн КУО/мл води. Серед бактерій різних еколого-трофічних груп виявили олігонітрофіли 54,2 млн КУО/мл, нітрифікатори 3,5 млн КУО/мл, сульфатвідновлювальні бактерії 0,011 млн КУО/мл. Кількість фототрофних сіркобактерій становила 0,003 млн КУО/мл, що у 3 – 6 разів перевищує їхню кількість у контрольній водоймі.

3. Вперше із води озера виділена чиста культура зелених сіркобактерій, яка за морфофізіологічними ознаками ідентифікована як Chlorobium limicola Ya-2002. Бактерії не ростуть в темряві і за типом метаболізму є фотолітоавтотрофи, здійснюють аноксигенний фотосинтез, використовуючи сірководень як донор електронів. У клітинах бактерій містяться бактеріохлорофіли с і d, із пігментів каротиноїдної природи ідентифіковані хлоробактин і ізореніератин.

4. Вивчена аутекологія штаму C. limicola Ya-2002, оптимальні умови росту і розвитку якого: температура – 28-30⁰ С, рН – 6,8-7,0, відсутність вільного кисню у середовищі.

5. Найбільш інтенсивно в процесі фотосинтезу бактерії використовують промені світла з довжиною хвилі 700-800 нм. Донором електронів при цьому служить сірководень. Тіосульфат і сірка, як донори електронів не використовуються. Глюкоза, фруктоза, галактоза, мальтоза не використовуються бактеріями як джерело вуглецю. Піруват і ацетат стимулюють ріст бактерій. Як джерело азоту C. limicola Ya-2002 використовують амонійний і амінний азот. За їх відсутності бактерії здійснюють азотфіксацію. Нітрати пригнічують засвоєння атмосферного азоту.

6. Встановлено, що в процесі росту C. limicola Ya-2002 ефективно окислює сірководень. В присутності бактерій детоксикація Н₂S відбувалась у 7-8 разів швидше, ніж за їх відсутності. Найбільш ефективно окислення сірководню відбувається у середовищі з СО2, піруватом і ацетатом за невисокої інтенсивності освітлення. Додаткове внесення сірководню в процесі росту культури, стимулює її ріст. Концентрації сірководню більше 6мМ пригнічують ріст культури і викликають її відмирання.

7. Максимальна біомаса бактерій утворюється за наявності в середовищі 10 г/л СО2. Першим продуктом, асиміляції вуглекислоти, що нагромаджується в клітинах є глюкоза. ЇЇ присутність в клітинах виявлена протягом всього періоду росту. Максимальне нагромадження глюкози спостерігається за інтенсивності освітлення 40 лк та наявності донора електронів

8. В клітинах C. limicola Ya-2002 в процесі детоксикації сірководню, глюкоза перетворюється в глікоген, який нагромаджується як запасна речовина. За оптимальних умов фотосинтезу клітини нагромаджують до 120 мг глікогену / г клітин. Ступінь спорідненості глікогену C. limicola Ya-2002 з глікогеном печінки бика складає 90-95%.

9. Вперше встановлена, важлива регуляторна функція глікогену у підтриманні життєздатності клітин за різних екологічних умов. В дослідах з відмитими клітинами показано, що рівень глікогену в клітинах за умов темряви швидко понижується. В інкубаційному середовищі при цьому нагромаджуються – карбонові кислоти серед яких основним компонентом є ацетат. За умов освітлення рівень глікогену в клітинах не змінюється і карбонові кислоти у середовищі не виявляються.

Публікації автора:

1. Горішний М.Б. , Гудзь С.П., Федорович А.М Вплив факторів середовища на ріст і утворення полісахариду Chlorobium limicola // Вісн. Ужгород. ун-ту. Серія біологічна. 2007. Вип 20. С. 14-17 (Узагальнення літературних джерел, проведення експериментальної роботи, участь у написанні статті).

2. Горішний М.Б., Гудзь С.П., Гнатуш С.О Синтез та дисиміляція глюкози зеленими фотосинтезуючими сіркобактеріями Chlorobium limicolа // Вісн. Львів. ун-ту. Серія біологічна. – 2007. – Вип. 44. – С. 115-120 (Проведення експериментальної роботи, аналіз та узагальнення літературних джерел, аналіз результатів, участь у написанні статті).

3. Горішний М.Б, Гудзь С.П, Гнатуш С.О. Вплив факторів середовища на швидкість використання H2S Chlorobium limicola // Агроекологічний журнал. – 2007. Вип. 20. – С 22-27 (Аналіз та узагальнення літературних даних, проведення мікробіологічних досліджень, узагальнення та інтерпретація результатів, участь у написанні статті).

4. Горішний М.Б, Гудзь С.П. Вплив факторів середовища на швидкість використання сульфіду зеленими сіркобактеріями // Наукова конференція студентів аспірантів “Екологічні проблеми регіонів України’’. – Одеса, 2007. – С. 121.

5. Горішний М.Б, Гудзь С.П. Про здатність Chlorobium limicola нагромаджувати полісахариди // Міжнародна конференція студентів і аспірантів”Молодь та поступ в біології” – Львів, 2007 – С. 354.

6. Gorishniy M. Gudz C. Influence of environmental factors of the growth green sulfur bacteria Chlorobium limicola.//”Modern problem of microbiology and biotechnology”. – Оdеsа, 2007. – P 60.

7.Горішний М.Б, Гудзь С.П.Cинтез полісахаридів зеленими фотосинтезуючими сіркобактеріями Chlorobium limicola // ”Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution”. – Оdеsа, 2007. – P 40 .

8. Горішний М.Б, Гудзь С.П Метаболізм СО₂ в клітинах зелених фотосинтезуючих сіркових бактерій Chlorobium limicolа Ya-2002 // 11-Пущінська школа конференція. – Пущено Росія. 2007. – С. 297.

9.Горішний М.Б, Гудзь С.П Синтез та дисиміляція глюкози зеленими фотосинтезуючими сіркобактеріями Chlorobium limicolа // Біологія: від молекули до біосфери. – Харків 2007. – С. 186.