بخشی از مقاله
چکیده
باکتری سودوموناس آئروژینوزا قادر به تولید بیوسورفکتانت آنیونی رامنولیپید می باشد. این باکتری توانایی تجزیه هیدروکربن ها که یکی از مهمترین آلایندههای خاک و آب به شمار میرود را نیز دارد.در این مقاله تاثیر نانوذرات بر تولید بیوسورفکتانت و تجزیه زیستی هیدروکربنها توسط باکتری سودوموناس آئروژینوزا مورد بررسی قرار گرفته است. برای اندازه گیری غلظت رامنولیپید تولیدی از روش کدورت سنجی استفاده گردید و مقدار تجزیه زیستی هیدروکربن با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی اندازه گیری شده است. نتایج نشان داد که نانوذرات آهن در غلظت های پایین بر رشد این باکتری تاثیر مثبت داشته و تولید بیوسورفکتانت و سرعت تجزیه زیستی هیدروکربن را تا حد زیادی بالا می برد اما اگر غلظت نانوذره از حدی بالاتر رود به دلیل ایجاد رادیکال های آزاد و تنش ناشی از اکسیداسیون، استحکام دیواره سلولی باکتری از بین رفته و بر رشد باکتری تاثیر منفی خواهد داشت.
کلمات کلیدی:تجزیه زیستی، نانو ذرات آلومینا، سودوموناس آئروژینوزا ، بیوسورفکتانت، هیدروکربن
مقدمه
ترکیبات هیدروکربنی یکی از مهم ترین آلاینده های خاک و آب محسوب می شود. این ترکیبات هنوز در پساب های خروجی از صنعت وجود دارد و به دلیل سمی بودن برای محیط زیست مشکل ایجاد می کند. استفاده از روش های فیزیکی و شیمیایی برای حذف کامل هیدروکربن های آلاینده محیط زیست مؤثر نیست.یکی از روش هایی که برای حذف این آلاینده ها مورد توجه قرار گرفته است استفاده از میکروارگانیسم هاست زیرا میکروارگانیسم ها فرآیند تجزیه هیدروکربن ها را کامل انجام داده و محصولات غیر سمی تولید می کنند. همچنین استفاده از میکروارگانیسم ها با محیط زیست سازگار بوده و از نظر اقتصادی به صرفه است.مطالعات اخیر نشان داده که تجزیه زیستی هوازی ترکیبات هیدروکربنی امکان پذیر است.[7]
به منظور افزایش بازدهی تجزیه زیستی مطالعات زیادی در مورد چالش هایی که در تجزیه زیستی وجود دارد مانند کم بودن سرعت تجزیه و کمبود منابع الکترون دهنده برای میکروارگانیسم ها انجام شده است که در اغلب آنها استفاده از ترکیبات فعال سطحی و به خصوص بیوسورفکتانت ها مورد توجه قرار گرفته است. باکتری سودوموناس آئروژینوزا علاوه بر قابلیت تجزیه طیف وسیعی از ترکیبات هیدروکربنی قادر به تولید بیوسورفکتانت نیز می باشد. مهمترین مزیت بیوسورفکتانت ها نسبت به سورفکتانت های سنتزی این است که با محیط زیست سازگار بوده ، سمیت کمی داشته و تجزیه پذیر اند.[6] اما فاکتورهایی که استفاده از بیوسورفکتانت را محدود می کند بازدهی نسبتا پایین تولید در سویه های بومی و نیز هزینه زیاد تخلیص آنها است. بنابراین ابداع روشی که منجر به افزایش بازدهی تولید با هزینه کمتر شود ضروری می باشد.[14]
مطالعه برهم کنش نانوذرات فلزی با باکتری ها یکی از موضوعات جالب در سال های اخیر است، زیرا کاربرد زیادی در داروسازی و حفاظت محیط زیست دارد.[8] نانوذرات به ذرات ریزی اطلاق می شود که اندازه آن از 100 نانومتر کمتر است. از خصوصیات ویژه این ذرات، اندازه کوچک و زیاد بودن نسبت سطح به حجم آن ها می باشد که در حذف و خنثی سازی مواد آلاینده از محیط های آلوده کاربرد زیادی دارد.تاکنون انواع مختلفی از نانوذرات برای تصفیه آب و خاک آلوده مورد آزمایش قرار گرفته است. ازمیان همه مواد نانوذرات آهن ،جزو رایج ترین مواد مورد استفاده برای فرایندهای تصفیه خاک و آب های زیرزمینی می باشد. .مشاهدات نشان داده که نانوذرات آهن صفرظرفیتی برای میکروارگانیسم ها سمی بوده در حالی که نانوذراتی که از نظر شیمیایی پایا هستند یا اصلاح شده اند اثر سمیت کمتری دارند.[9]
در واکنش های حذف آلودگی، نانوذرات آهن به عنوان الکترون دهنده در واکنش ها شرکت می کنند همچنین نانوذرات آهن به عنوان یک کاتالیست عمل کرده و سرعت واکنش های کاهشی را افزایش می دهد.[5]تاثیر انواع مختلف نانوذره فلزی مانند آهن، نقره، طلا و تیتانیم روی رشد باکتری ها مطالعه شده است..[3] گاهی استفاده از نانوذرات دوفلزی رشد میکروارگانیسم وتجزیه زیستی را تا حد زیادی بالا می برد برای مثال می توان از نانوذرات نیکل-آهن به جای نانوذرات آهن استفاده کرد.[7] تاثیر نانوذرات فلزی روی رشد باکتری بسته به نوع نانوذره، غلظت، زمان برهم کنش و نوع باکتری متفاوت است .[13] استفاده از نانوذرات، به منظور افزایش سرعت رشد میکروارگانیسم های تجزیه کننده هیدروکربن ها و تولید کننده بیوسورفکتانت روشی مناسب با بازدهی بالا و از نظر اقتصادی به صرفه برای حذف آلودگی ها از منابع آب و خاک به شمار می رود.[16] در این تحقیق تاثیر نانوذره آلومینا بر باکتری سودوموناس آئروژینوزا و میزان تولید بیوسورفکتانت و تجزیه هیدروکربن بررسی شده است.
شرح پژوهش
سویه مورد استفاده در این تحقیق ، گونه TB3 از باکتری سودوموناس آئروژینوزا می باشد که قبلا از نمونه های خاکهای آلوده نفتی جداسازی و به طور کامل شناسایی شده است.[2] این گونه پس از کشت در محیط نوترینت براث1 به مدت 12 ساعت به مقدار %5 حجمی به ارلن مایر 500 میلی لیتری که شامل 150 میلی لیتر محیط کشت مایع نمکی است تلقیح می شود. محیط کشت نمکی شامل اجزای زیر می باشد - گرم/ لیتر - : 0/2سولفات منیزیوم ،0/02کلسیم کلرید ،0/05کلرید آهن ،1پتاسیم دی هیدروژن فسفات ، 1دی پتاسیم دی هیدروژن فسفات ،0/2 پتاسیم نیترات و 1 کنجاله سویا. محیط کشت ذکر شده را آماده کرده و در دمای 121 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه درون اتوکلاو قرار می دهیم تا استریل شود.بعد از تلقیح غلظت های0، 0/001 ،0/01، 0/1و 1 - گرم/لیتر - نانوذره را به محیط اضافه کرده به سپس به هر ارلن مایر به میزان 1/5 درصد حجمی نرمال پارافین به عنوان منبع کربن اضافه می کنیم .
نرمال پارافین مورد استفاده شامل مخلوطی از آلکانهای نرمال و عمدتااز 9 تا 15 اتم کربن می باشد. فلاسکها به مدت 72 ساعت در شیکر انکوباتور با دمای 37 درجه سانتیگراد و 150 دور در دقیقه قرار داده می شوند. برای اندازه گیری میزان تجزیه هیدروکربن از کروماتوگرافی گازی استفاده می شود.به این ترتیب که بعد از 72 ساعت، نمونه ها به منظور جداسازی میکروارگانیسم ها درون سانتریفیوژ با 5600 دور در دقیقه قرار داده می شوند.سپس با استفاده از کلروفرم به عنوان حلال، نرمال پارافین استخراج و به دستگاه کروماتوگرافی تزریق می گردد.گاز حامل در ستون کروماتوگرافی نیتروژن می باشد که با شدت جریان - 2میلی لیتر/ دقیقه - در ستون HP5 حرکت می کند. دتکتور این دستگاه FID می باشد و دمای نمونه از 50 درجه سانتیگراد تا 270 درجه سانتیگراد با شیب 20 درجه سانتیگراد در دقیقه تغییر می کند.
برای اندازه گیری مقدار بیوسورفکتانت تولیدی از روش کدورت سنجی استفاده می شود. سورفکتانت ها بر اساس نوع و بار الکتریکی گروه آبدوست موجود در ساختارشان به دسته های آنیونی ، کاتیونی،غیر یونی و آمفوتریک تقسیم بندی می شوند.بیوسورفکتانت تولیدی توسط گونه سودوموناس آئروژینوزا رامنولیپید می باشد که یک سورفکتانت آنیونی است. یکی از روش های بدست آوردن غلظت بیوسورفکتانت تولیدی ، تیتراسیون با استفاده از کدورت سنجی است.در این روش با عبور دادن نور از نمونه کدورت آن مشخص می شود در نزدیکی نقطه هم ارزی سورفکتانت و ماده ای که با آن تیتراسیون انجام می شود واکنش داده و منجر به تشکیل رسوب و تغییر زیادی در کدورت نمونه می شود.در اکثر مواقع رسوب دوباره حل شده و کدورت پایین می آید.در این تحقیق رامنولیپید با سورفکتانت کاتیونی هیامین تیتر شده است.[10]
نتیجه گیری
نتایج آزمایش های انجام شده در شکل 1 و 2 به صورت نمودار آورده شده است . با توجه به شکل 1 مشاهده می شودکه میزان تجزیه هیدروکربن با افزایش غلظت نانوذره آلومینا ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. با افزایش غلظت نانوذره تا - 0/01گرم/لیتر - میزان تجزیه هیدروکربن از 20 در صد به 33 درصد می رسد و سپس با افزایش غلظت نانوذره تا 0/15 - گرم/لیتر - میزان تجزیه هیدروکربن کاهش می یابد.میزان تولید بیوسورفکتانت بر مبنای غلظت نانوذره در شکل 2 نشان داده شده است . همانطور که مشاهده می شود با افزایش غلظت نانوذره میزان تولید بیوسورفکتانت ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. با افزایش غلظت نانوذره تا 0/01 - گرم/لیتر -
