научная статья по теме БИОСОРБЦИЯ 241AM ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА И ЕГО БИОХИМИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ В МИЦЕЛИИ PLEUROTUS OSTREATUS Математика

Текст научной статьи на тему «БИОСОРБЦИЯ 241AM ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА И ЕГО БИОХИМИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ В МИЦЕЛИИ PLEUROTUS OSTREATUS»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 4, с. 472-474

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 582.284:577.128

БИОСОРБЦИЯ ^^ ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА И ЕГО БИОХИМИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ В МИЦЕЛИИ Неигвгж вБггеагж

© 2015 г. Д. В. Дементьев, Т. А. Зотина, Н. С. Мануковский, Г. С. Калачёва, А. Я. Болсуновский

Представлено академиком РАН И.И. Гительзоном 30.06.2014 г. Поступило 17.07.2014 г.

БО1: 10.7868/80869565215040234

Проблема очистки технологических и природных вод от техногенных радионуклидов не теряет актуальности. В рамках данной проблемы значительное внимание уделяется поиску эффективных и недорогих биологических сорбентов, способных извлекать радионуклиды из низкоактивных жидких отходов [1, 2]. К числу наиболее токсичных техногенных радионуклидов относятся трансурановые элементы. Одним из распространенных трансурановых радионуклидов является 241Ат (Т1//2 = 432.2 г.) — продукт распада 241Ри (Т1/2 = 14.4 г.). Высокая радиотоксичность 241Ат обусловлена большим периодом полураспада, способностью излучать а-частицы (Еа = 5443 кэВ — 13%, 5486 кэВ - 84.5%; Еу = 59.6 кэВ - 35.9%) и накапливаться в костях и печени животных [3]. Ранее была продемонстрирована возможность эффективной сорбции америция из растворов клетками дрожжей Басскаготусез оегеу181ае [4] и мицелием низшего гриба Ек^орш arrкizus [1]. В представляемой работе впервые установлено, что живой мицелий Р1еигоШз оз^еаШз может эффективно (>70%) сорбировать растворенный 241Ат в своей биомассе. Впервые показано, что основная доля (90%) накопленного в мицелии 241Ат связана со структурными полисахаридами клеточных стенок. Удельная активность радионуклида в полисахаридах клеточных стенок была в 3.5 раза выше, чем в исходной биомассе мицелия Р. оз^еаШз.

Биомасса плодовых тел и мицелия высших грибов, в том числе различных видов вешенки (род Р1еигоШз), рассматривается как эффективный сорбент металлов из водных растворов [5, 6]. Представители рода Р1еигоШз массово культивируются в пищевых целях. Биомасса этих грибов широкодоступна и в перспективе может быть

Институт биофизики

Сибирского отделения Российской Академии наук, Красноярск

применена в качестве сорбента для извлечения техногенных радионуклидов из растворов. Задача нашей работы: оценить эффективность биосорбции 241Ат из водного раствора живым мицелием Р1еигоШз оз^еаШз и исследовать распределение 241Ат по биохимическим фракциям биомассы.

В экспериментах использовали культуру гриба Р1еигоШз оз^еаШз (1асд.:РЯ.) Китт. Мицелий гриба выращивали на среде следующего состава: КН2Р04 ■ 2Н2О - 1 г/л; ШС1 - 0.1 г/л; М§804 ■ ■ 7Н20 - 0.5 г/л; СаСО3 - 0.1 г/л; аспарагина моногидрат - 1 г/л; К3С6Н507 - 1 г/л; Мп804 -0.01 г/л; кофейная кислота - 0.05 г/л; глюкоза -20 г/л, вода водопроводная 1 литр (рН 6.0). В стерильную питательную среду добавляли раствор 241Ат в 2 М НМ03 ("НТЦ РИМЭКС", Россия), чтобы получить начальную активность, равную 100, 200 и 400 Бк/л, а затем вносили мицелий гриба, проросший в зерне пшеницы. В контрольные колбы вместо раствора 241Ат вносили эквимо-лярный раствор азотной кислоты, после чего величина рН среды снижалась до 4.3. После внесения посевного материала колбы инкубировали в термостате при температуре 25°С в темноте.

Отбор проб мицелия проводили на 17-е сут, когда площадь мицелия достигла 2/3 площади поверхности среды и грибы находились в фазе линейного роста. В этот момент величина рН среды составляла 5.6 ± 0.2 (п = 3), сырая масса мицелия -6.58 ± 1.23 г (п = 3). Следующий отбор мицелия производили на 31-е сут, когда прирост площади мицелия прекратился и культура находилась в стационарной фазе роста, а величина рН среды составляла 5.4 ± 0.5 (п = 3), сырая масса мицелия -8.67 ± 0.31 г (п = 3). Биомассу мицелия собирали на сетку с размером ячеек 0.8 мм и промывали дистиллированной водой. Питательную среду фильтровали через бумажный фильтр с размером пор 3.5 мкм ("синяя лента") и промывали дистиллированной водой. Смывы с биомассы мицелия, сетки и

БИОСОРБЦИЯ 241Am ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА

473

Содержание 241Am, % 100

80 60 40 20

0

17 31

Возраст мицелия, сут

Рис. 1. Распределения 241Лш между компонентами системы в зависимости от возраста мицелия; 1 — фильтрат питательной среды, 2 — фильтр с фрагментами мицелия (>3.5 мкм), 3 — мицелий (>0.8 мм);

здесь и на рис. 2 — X ± ББ.

фильтра добавляли к фильтрату питательной среды. Стенки колб ополаскивали 4 М HNO3.

Высушенный при 80°С и измельченный в порошок мицелий использовали для последовательной экстракции липидов и белка [7, 8]. В итоге были получены три фракции: экстракт липидов, щелочной экстракт и остаток биомассы, который состоял из структурных полисахаридов клеточных стенок. Содержание общего азота в пробах исходной биомассы и фракциях определяли методом Къельдаля, общих углеводов — антроновым методом. Содержание белка рассчитывали как произведение содержания общего азота на 6.25.

Активность 241Am измеряли в мицелии, в фильтре, в фильтрате, смыве со стенок колб, а также во фракциях биомассы на сцинтилляцион-ном у-счетчике Wallac 1480 Wizard 3" ("PerkinElm-er", Финляндия). Время измерения устанавливали таким образом, чтобы ошибка счета не превышала 10%. Удельную активность 241Am в биомассе мицелия рассчитывали на сырую массу, данные

представляли в виде X ± SD.

Накопление 241Am в биомассе мицелия. Биомасса мицелия P. ostreatus адсорбировала из питательной среды 74% внесенного 241Am. Зависимости величины сорбции 241Am от возраста гриба не было зарегистрировано, несмотря на прирост биомассы между 17-ми и 31-ми сут после посева. В питательной среде осталось 7.5—10% активности, а на фильтрах, содержащих мелкие фрагменты мицелия, задержалось 15—18% активности радионуклида (рис. 1). Содержание 241Am в смывах со стенок колб не превышало пределов обнаружения. Высокая эффективность адсорбции тяжелых ме-

Удельная активность 241Am, Бк/г 4 г

50

100 150 200 250 300 350 400 450 Начальная удельная активность 241 Am в питательной среде, Бк/л

Рис. 2. Зависимость удельной активности 241Лш в мицелии Р. оБ^вМт от начального содержания радио -нуклида в питательной среде.

таллов (более 90%) ранее была показана для сухой биомассы мицелия Р. озКвМш (рН 2—6) [5], а также для сахаромицетов (рН 4—5) [9].

Одним из ключевых параметров, определяющих эффективность сорбции 241Лш биомассой, является величина рН среды. Максимальная эффективность адсорбции 241Лш биомассой дрожжей и простейших грибов (99%) достигалась при величинах рН в диапазоне от 1 до 3 [1, 4]. При увеличении величины рН до 5 коэффициент адсорбции 241Лш дрожжами снижался до 10%, а мицелием простейших грибов — до 87%. Таким образом, при относительно высоких величинах рН питательной среды (5.5) эффективность сорбции 241Лш живым мицелием Р. озйеаЛш, полученная в наших экспериментах, была относительно высокой.

Удельная активность 241Лш в сырой массе мицелия Р. озКваШБ составляла 0.8—3.4 Бк/г (22—99 Бк/г сухой массы). Сорбционная емкость биомассы фикомицетов Я. аггЫи в отношении 241Лш может достигать 79 МБк/г сухой массы [10]. В диапазоне использованных нами в эксперименте с Р. озКваШз концентраций 241Лш мы наблюдали линейную зависимость накопления радионуклида в мицелии с коэффициентом пропорциональности 0.01 (рис. 2). Таким образом, используемые нами концентрации 241Лш были далеки от предела насыщения системы.

Биохимическое фракционирование 241Лш в биомассе мицелия. Содержание липидов, общего азота и сахаров в мицелии Р. озКваШз (табл. 1), выращенном нами на жидкой питательной среде, не отличалось существенно от состава мицелия, выращенного на оптимальной твердой питательной среде [5, 11].

Распределение 241Лш во фракциях биомассы мицелия Р. озКваШз, собранного на 17 и 31 сут, существенно не различалось, что позволило нам объединить результаты фракционирования. Содержание липидов в биомассе мицелия составило

474

ДЕМЕНТЬЕВ и др.

Таблица 1. Биохимический состав мицелия P. ostreatus (X ± SD, n = 3)

Компонент биомассы Содержание, %

Липиды 7.4 ± 0.2

Общий азот 2.47 ± 0.02

Белок 15.4 ± 0.1

Общие углеводы 38.5 ± 0.5

Структурные полисахариды клеточных стенок 25.3 ± 1.2

Таблица 2. Содержание 241Ат, белка и углеводов во фракциях биомассы мицелия Р. оз^еаШя, % от общего

содержания в исходной биомассе (X ± БВ)

Фракции биомассы 241Am Общий азот Общие углеводы

Экстракт липидов 1.1 ± 0.3 - -

Экстракт белка 8.6 ± 2.5 97 ± 6 34.0 ± 2.7

Остаток биомассы (структурные полисахариды клеточных стенок) 90.4 ± 2.3 16.8 ± 1.8

Число повторностей 5 3 3

7.4% (табл. 1), в липидной фракции мы зарегистрировали около 1% 241Ат (табл. 2). Содержание 241Ат в липидной фракции биомассы водных растений [8] и простейших грибов и дрожжей [1, 4] было также незначительным. В щелочном экстракте биомассы мицелия, в котором был обнаружен весь клеточный белок, а также треть общих углеводов (табл. 2), зарегистрировали 8.6% 241Ат. Для простейших грибов ранее отмечалось, что карбоксильные группы полисахаридов играют большую роль в сорбции 241Ат, чем белки [1]. В щелочном экстракте биомассы макрофитов также содержалась невысокая доля (8-24%) 241Ат [8]. Остаток биомассы мицелия после последовательной экстракции липидов и белка состоял главным образом из структурных полисахаридов клеточных стенок. Его доля в биомассе составляла 25%, а содержание в нем 241Ат было максимальным - 90%. В структурных полисахаридах клеточных стенок водных растений также накапливалась максимальная доля 241Ат - 76-92% [8]. Удельную активность полисахаридов клеточных стенок Р. оз^еаШз можно оценить как 79-355 Бк/г сухой массы.

Таким образом, структурные полисахариды клеточных стенок мицелия Р. оз^еаШз обладают значительно большим сродством к 241Ат, чем белки и ли-пиды. Основные полисахариды клеточных стенок грибов, хитин и хитозан [11], являются главными донорами -ЫН групп, играющих ключевую роль в связывании металлов. Следовательно, сорбцион-ная емкость биомассы мицелия Р. оз^еаШз в отношении 241Ат обусловлена содержанием в нем структурных полисахаридов, что подразумевает ее слабую зависимость от метаболизма и, вероятно, позволит достигать эф

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком