بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات اصلی در استخرهای پرورش آبزیان تولید ترکیبات گوگردی مضر از جمله سولفید هیدروژن توس متابولیسم باکتریهای احیا کننده سولفات است. امروزه استفاده از باکتریهای اکسید کننده گوگرد به عنوان روشی موثر و مقرون به صرفه برای حذف سولفید هیدروژن در مزارع پرورش ماهی پیشنهاد شده است. از این رو، برای حذف بیولوژیکی این گاز جداسازی، شناسایی و بررسی عملکرد موثرترین باکتری اکسید کننده سولفید هیدروژن از آب و رسوب مزارع بسیار ضروری به نظر میرسد. برای رسیدن به این هدف بطور متداول از محی کشتهای مختلف استفاده میگردد. علیرغم مزایای استفاده از محی کشتهای مختلف برای انتخاب بهترین باکتری به منظور استفاده در مکملهای کود زیستی، چالشهای زیادی در این زمینه وجود دارد. یکی از مهمترین چالشها این است که تنها یک درصدمیکروارگانیسمهای سخت رشد چندین تکنیک و روش جدید از جمله محفظه انتشار - Diffusion chamber - ، تراشه جداسازی - Isolation chip - ، متاژنومیکس - Metagenomics - و متاترانسکریپتومیکس - Metatranscriptomics - توسعه پیدا کرده است.
کلمات کلیدی: باکتریهای احیا کننده گوگرد، سولفید هیدروژن، جداسازی باکتریهای اکسید کننده گوگرد، میکروارگانیسمهای سخت رشد
.1 مقدمه
گوگرد یکی از مهمترین عناصر فراوان روی کره زمین است که اساسا در صخرهها و رسوبات به شکل پیریت - FeS2 - و گچ - CaSO4 - و درآب دریا به صورت سولفات - SO42- - وجود دارد 1@، .>2 در مقایسهبا محی های طبیعی، مقدار ماده آلی استخرهای پرورش آبزیان به علت ورود مواد غذایی، مدفوع، کود و غیره بیشتر است .>3@افزایش مواد آلی در استخرها سبب ایجاد شرای بیهوازی1 در رسوب و لایههای پایینی آب میگردد .>1@ در چنین شرایطی باکتریهای احیا کننده سولفات2 برای تجزیه مواد آلی از هیدروژن و ترکیبات آلی - اتانول، فرمات، لاکتات، پیروات، مالات، بوتیرات و غیره - بعنوان منبع انرژی و از سولفات به عنوان پایانه گیرنده الکترون استفاده میکنند که منجر به تولید سولفید هیدروژن میشود .>4@
افزایش تولید سولفید هیدروژن در استخرهای پرورش آبزیان سبب ایجاد مشکلاتی نظیر مرگ و میر 5@ و >6، کاهش رشد >7@ و تولید مثل >8@، بوی نامطبوع و افزایش نرخ مصرف اکسیژن میگردد .>6@ مطالعات نشان داده است که مقدار بالاتر از 0/007mg/l سولفید هیدروژن تاثیر منفی بر رشد ماهیان جوان آب شیرین - از جمله Fahtead، Goldfish و - Bluegill دارد و همچنین غلظت کشندگی - LC50 - این گاز برای این ماهیان 0/09mg/l میباشد .>9@ غلظتسولفید هیدروژن به pH، دما و شوری بستگی دارد و عمدتا تحت تاثیر pH است.>10@معمولا برای کنترل میزان سولفید هیدروژن در استخرهای پرورش آبزیان از فرایندهای فیزیکوشیمیایی شامل هوادهی و تعویض آب، آهک پاشی و اکسیداسیون شیمیایی - به عنوان مثال پراکسید هیدروژن و هیدروکسید آهن - استفاده میشود .>11@ از جمله معایب این روشها میتوان به تلفات ناگهانی ماهیان، هزینههای زیاد انرژی، تولید آلودگیهای ثانویه و نیاز به مواد شیمیایی گران قیمت اشاره نمود که مقرون به صرفه نمیباشند 5@ و .>12
استفاده از میکروارگانیزمها - باکتریها، اکتینوماسیتها و قارچها - به عنوان استراتژی پایدار، موثر و دوستدار محی زیست میتواند جایگزینی مناسب برای روشهای حذف سولفید هیدروژن از استخرهای پرورش آبزیان باشد 12@ و .>13 در بین میکروارگانیزمها، باکتریهای فتوتروفیک و کموتروفیک نقش مهمتری در اکسید کردن سولفید هیدروژن ایفا میکنند .>1@ اکسیداسیون فتوتروفیک سولفید فرایندی بیهوازی است که توس باکتری گوگردی سبز3 مثل Chlorobium و باکتری گوگردی ارغوانی 4 مانند chromatium انجام میشود 1@ و .>14این باکتریها از سولفیدهیدروژن - H2S/HS- - ، عنصر گوگرد - S0 - و گاهی تیوسولفات - S2O32- - به عنوان دهنده الکترون برای احیای کربن دی اکسید - CO2 - استفاده میکنند - رابطه .>14@ - 1
باکتریهای فتوتروفیک غیراکسیژنزا chlorobi، chromatiaceae و Ectothiorhodospiraceae طی اکسیداسیون سولفید یا تیوسولفات، گوگرد عنصری تولید شده را به صورت گرانولهایی در درون سلول یا بیرون سلول ذخیره میکنند .>14@ در حالی که اکسیدکنندههای کمولیتوتروفیک سولفید که به آنها باکتریهای گوگردی بیرنگ نیز گفته میشود، از ترکیبات معدنی گوگردی مثل سولفید هیدروژن، گوگرد، سولفیت و تیوسولفات و در بعضی مواردترکیبات آلی گوگردی مانند متانتیول، دی متیل سولفیدو دی متیل دی سولفید3 بهعنوان دهنده الکترون و منبع انرژی برای رشد استفاده میکنند 1@ و .>15 بیشتر باکتریهای کمولیتوتروفهای هوازی هستند و از اکسیژن به عنوان پایانه گیرنده الکترون استفاده می کنند - رابطه . - 2 با این حال، بعضی گونهها میتوانند به طور بیهوازی از نیترات و نیتریت به عنوان پایانه گیرنده الکترون استفاده کنند - رابطه - 3 .>1@
در سالهای اخیر،مطالعات زیادی به نقش مهم میکروارگانیسمهای اکسیدکننده گوگرد در چرخه گوگرد اکوسیستم آبی شامل مانگرو 1@ و >16، دریای بالتیک 17@ و >18 اشاره داشتند. استفاده از باکتری اکسیدکننده گوگرد برای حذف سولفید هیدروژن از پساب کارخانههای صنعتی نیز بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است 19@ و .>20 اما با وجود مزیتهای باکتریهای اکسید کننده سولفید هیدروژن، مطالعات بسیار کمی در مورد جداسازی، شناسایی و استفاده از این باکتریها به منظور حذف سولفید هیدروژن از استخرهای پرورش آبزیان انجام شده است 21 @ و .>22معمولا برای جداسازی و شناسایی باکتریهای اکسید کننده گوگرد تحت شرای آزمایشگاهی از محی کشتهای مختلفی استفاده میشود.>23@این درحالی است که 99 درصد ازمیکروارگانیسمهای محیطی در محی کشتهای مصنوعی غیر قابلکشت هستند .>24@ با توجه به این که تمام ارگانیسمها باید قادر به رشد و تقسیم باشند بنابراین میکروارگانیسمهای غیرقابل کشت درشرای مناسب توانایی رشدرا دارند. دلایلمختلفی برای عدم رشداکثر میکروارگانیسمها در روشهای وابسته به محی کشت از جمله pH نادرست،دوره انکوباسیون نامناسب،استفاده ازمحی کشتهای غنی، عدم آگاهی ازنیازهای غذایی - منابع کربن، نیتروژن و غیره - ، وابستگی به سایر میکروارگانیسمها، رشد به صورت میکروکلنی وجود دارد
