Создание научной основы новой комплексной биотехнологии для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в зоне засушливого климата

Проект имел своей целью создание научной основы комплексной биотехнологии, способной быстро и экологически грамотно решить проблему ликвидации аварийного нефтеразлива в условиях засушливого климата. Итогом явилось обоснование использования растительно-бактериально-грибного комплекса для очистки почвы от нефтяного загрязнения в условиях засушливого климата, что было достигнуто серией лабораторных исследований, постановкой ряда масштабных вегетационных экспериментов и завершающим микрополевым опытом, моделирующим применение разработанных приемов в реальных погодных условиях южного Поволжья. В основе разработанной технологии лежит применение так называемых «биокомпозитов», представляющих собой (1) бактериальную культуру Azospirillum brasilense, иммобилизованную на биочаре (древесном угле) и (2) гриб базидиомицет Pleurotus ostreatus – на измельченной соломе. «Биокомпозиты» вносятся в загрязненную нефтью почву под растения сорго веничное (Sorghum bicolor L. Moench) и люцерну серповидную (Medicago falcatа L.). Работы проводились в соответствии с поставленными задачами, которые были решены полностью. На первом этапе в условиях вегетационного эксперимента, моделирующего засуху, была проведена оценка эффективности фиторемедиации нефтезагрязненной почвы с использованием различных комбинаций растений сорго веничного, люцерны серповидной и чистого биочара. В результате 10-недельного культивирования максимальная достигнутая убыль нефти составила 29%. Полученные результаты легли в основу эксперимента следующего этапа с использованием созданных «биокомпозитов» на основе бактерии и гриба, эффективность удаления нефти возросла до 42% за 9 недель. На заключительном этапе в ходе микрополевого опыта в реальных погодных условиях засушливого лета использование отработанных технологических приемов позволило достичь результата 58% за 8 недель. При этом на основании проведенных биотестов показано снижение фитотоксичности очищаемой почвы. Важнейшим аспектом исследований явился анализ межорганизменных взаимодействий названных биологических объектов с целью лучшего понимания процессов, происходящих при их совместном использовании. В тестах на выявление синергизма/антагонизма и фитотоксичности бактерий и грибов получено подтверждение возможности совместного использования азоспириллы и гриба для инокуляции ими растений сорго и люцерны. Исследован деструктивный потенциал организмов в отношении углеводородов нефти. С использованием бинарных культур (A. brasilense + P. ostreatus) были отмечены синергические эффекты при деградации смесей ПАУ (антрацена, флуорантена, пирена и флуорена), которые зависели от температуры и состава среды. Идентифицированы продукты грибной и бактериальной деградации ПАУ, определена динамика активности внеклеточных лакказ и пероксидаз. С применением штаммо-специфичных праймеров показана высокая выживаемость штамма-интродуцента A. brasilense SR80 как в чистой, так и в нефтезагрязненной почве на протяжении двухмесячного вегетационного эксперимента. С целью оценки ремедиационного потенциала почвы показана высокая обогащенность заволжского каштанозема функциональными генами алкановой монооксигеназы (аlkB) и диоксигеназ, участвующих в превращении ароматических углеводородов, в том числе ПАУ (phd, pdo, nid, nah, pah). Завершающие работы были направлены на поиск способа утилизации биомассы растений, выращенных на загрязненной территории. Нами предложено два варианта использования биомассы сорго веничного. Первый - для получения биочара с целью его последующего использования в качестве основы бактериального «биокомпозита», это было апробировано на первом этапе проекта. Второй - для получения биотоплива, что в настоящее время представляется актуальным направлением в развитии зеленых технологий. Сорго обладает высокой сахаристостью, что обусловливает получение из него сиропа и спирта. Нами установлено, что присутствие нефти не снижало содержание сахаров в растительной массе, а присутствие азоспириллы достоверно увеличивало этот показатель. Полученные результаты позволяют рекомендовать дальнейшее использование биомассы сорго, выращенного на загрязненной нефтью почвы, для получения биотоплива. Таким образом, можно считать, что разработанные приемы комплексной технологии биоремедиации нефтезагрязненной почвы отличаются оригинальностью и эффективностью и могут найти применение в регионах с засушливым климатом. Всего опубликовано 9 статей, из которых 8 индексированы WoS и/или Scopus, две – в журналах Q2, одна - Q1 с импакт-фактором 5,4. Опубликовано 17 тезисов докладов. Результаты исследований представлены на 8 конференциях различного уровня в виде 15 устных (пленарных и секционных) и 3 стендовых докладов. Проведен патентный поиск аналогов предлагаемого технического решения разработанной технологии, который позволит в дальнейшем оформить заявку на патент.