ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 81 – 87
S. A. Aitkeldiyeva, E. R. Faizulina, O. N. Auezova, L. G. Tatarkina, A. M. Nurmukhanbetova
RSE "Institute of Microbiology and Virology" SC MES RK, Almaty, Kazakhstan.
E-mail: [email protected]
EVALUATION OF THE MICROBIOLOGICAL CONDITION
номицеты. Среди тионовых бактерий отмечено значительное содержание Thiobacillus denitrificans. Осталь- ные виды тионовых и сульфатредуцирующих бактерий были малочисленными.
Ключевые слова: биокоррозия, железобетонные конструкции, коррозионно-опасные микроорганизмы, тионовые и сульфатредуцирующие бактерии, гетеротрофные микроорганизмы, мицелиальные грибы, акти- номицеты.
Введение. Проблема защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессив- ных химических и биологических воздействий окружающей среды в настоящее время становится весьма актуальной. В общественных зданиях и сооружениях, в частности, в метрополитенах, в зонах с высокой влажностью и определенными климатическими условиями микробиологическая коррозия становится важным фактором, влияющим на надежность и долговечность железобетон- ных конструкций, которые являются одними из наиболее часто применяемых строительных материалов. Однако наряду со своими уникальными физико-механическими свойствами они гиг- роскопичны и кислотоустойчивы. За счет этого железобетонные материалы подвержены био- коррозии, то есть разрушению под воздействием многочисленных микроорганизмов-деструкторов [1-3]. Биологическая коррозия – это процессы повреждения металлов, металлоконструкций и других строительных материалов, вызванные продуктами жизнедеятельности живых организмов, поселяющихся на поверхности строительных конструкций. Значительную роль при биокоррозии играют многочисленные бактерии и микроскопические грибы, для развития и размножения ко- торых при определенных условиях эксплуатации зданий и сооружений создается благоприятная среда [4, 5].
Опасность и интенсивность биокоррозии усугубляется хозяйственной деятельностью, в результате чего могут возникать затопления помещений, протечки и другие аварийные ситуации.
Сведения о роли микробиологического фактора в коррозии металлов и других материалов с каж- дым годом накапливаются, обобщаются, подсчитываются убытки, наносимые экономике. Много- численность видов микробной коррозии свидетельствует о необычайно широком распространении этого явления в различных сферах деятельности человека [6, 7].
В 2011 г. открылась первая ветка Алматинского метрополитена, строительство которого было начато в 1988 г. В 1993–1994 гг. были проведены первые предварительные исследования грунтов в строящихся тоннелях. Результаты показали, что из коррозионно-опасных микроорганизмов в значительном количестве встречались денитрифицирующие микроорганизмы (до 106 кл/г). Было сделано предположение, что при наличии соответствующих условий эта группа микроорганизмов может способствовать развитию коррозионных процессов в метрополитене [8].
Проведение микробиологических мониторинговых исследований на объектах Алматинского метрополитена может способствовать своевременному обнаружению коррозионно-опасной микро- флоры и принятию срочных мер по ее устранению.
Цель исследования – изучение и оценка степени зараженности коррозионно-опасной микро- флорой Алматинского метрополитена в условиях эксплуатации в летне-осенний период.
Материалы и методы исследования. Объектами исследований являлись образцы соскобов с поврежденных поверхностей железобетонных конструкций метрополитена.
Выделение коррозионно-опасных микроорганизмов проводилось методом посева отобранных образцов на селективные питательные среды [9, 10].
Посев осуществляли путем высева 0,1 мл суспензии из разведений 1:10 – 1:107 в чашки Петри с соответствующей средой и инкубировали в термостате при 28 С в течение 5-10 дней.
Для выделения бактерий Thiobacillus thioparus использовали среду Бейеринка. О наличии бактерий судили по подкислению и помутнению среды, а также обнаружению при микроскопи- ровании среды мелких палочковидных клеток с закругленными концами размером 0,5 – 0,8 мик- рон (мк) по ширине и 0,9 – 1,4 мк по длине.
Для обнаружения бактерий Thiobacillus thiooxidans посевы производили в среду Ваксмана. О наличии бактерий судили по подкислению и помутнению среды, а также обнаружению при микроскопировании мелких палочковидных клеток размером 0,5 – 0,8 микрона (мк) по ширине и 1,0 – 2,0 мк по длине.
Для обнаружения бактерий Thiobacillus ferrooxidans использовали среду 9К. О наличии бактерий судили по изменению окраски среды. При развитии этой группы бактерий среда стано-
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 вится оранжевой в результате образования сернокислого окисного железа. При микроскопирова- нии обнаруживаются короткие палочки размером 0,3 – 0,4 мкм шириной и 0,7 – 1,7 мкм длиной.
Для обнаружения бактерий Thiobacillus denitrificans использовали среду Баалсруда. О наличии бактерий судили по газообразованию, появлению нитритов и помутнению среды. Для обнаруже- ния нитритов использовалась цветная качественная реакция с реактивом Грисса. При добавлении этого реактива к среде появляется розовое окрашивание раствора, свидетельствующее о присутст- вии нитритов. Микроскопирование суспензии из пробирок, где обнаружено газообразование и появление нитритов, позволяет увидеть палочки шириной 0,4 – 0,5 мк и длиной 1 мк .
Сульфатредуцирующие бактерии (СРБ) выделяли на среде Постгейта. О наличии СРБ судили по почернению среды.
Гетеротрофные бактерии учитывали на питательном агаре (Titan media, Индия), актиноми- цеты – на крахмал-аммиачном агаре (КАА), дрожжи – на глюкозо-пептонном агаре (ГПА), микромицеты – на среде Чапека 3.
Для определения рН среды использовали иономер марки «Consort» С931.
Результаты исследований
Обследование образцов соскобов с поврежденных поверхностей железобетонных конструк- ций метрополитена проводили в летне-осенний период на четырех станциях (рисунок). Летом бы- ло отобрано 12 образцов соскобов, в осенний период – 20. На всех станциях материал строитель- ных конструкций и микроклиматические условия (температура, влажность, продуваемость и т.д.) были практически одинаковые.
Рисунок – Поврежденные поверхности железобетонных конструкций
Результаты исследования показали, что в летний период кислотность всех отобранных образцов была нейтральной и щелочной (рН 7,3–10,5). Численность наиболее коррозионно- опасных микроорганизмов – тионовых и сульфатредуцирующих бактерий представлена в таблице 1.
Самой многочисленной группой из тионовых бактерий были Thiobacillus denitrificans. Они
встречались практически во всех исследуемых пробах. Их численность составляла 102–105 кл/г.
Наибольшее их число выявлено в образце №8 (соскоб со стены вентиляционной шахты), отобран- ном на станции «Райымбек». В этой же пробе в незначительном количестве учитывались бактерии Thiobacillus thioparus.
Бактерии Thiobacillus ferrooxidans обнаружены только в одной пробе, при этом их числен- ность была незначительной (десятки клеток в 1 г).
Таблица 1– Численность тионовых и сульфатредуцирующих бактерий в образцах, отобранных в летний период
№
проб Название
станций рН среды Виды микроорганизмов, НВЧ кл/г
T. ferrooxidans T. thiooxidans T. denitrificans T. thioparus СРБ 1
Жибек Жолы
8,4 – – 2,5×104 – –
2 10,5 – – – – –
3 7,7 – – 2,0×102 – –
4 7,7 – – 6,0×10 – –
5 7,9 – – 9,0×104 – –
6 7,5 – – 1,2×102 – –
7 Алмалы 7,3 9×10 – 1,3×102 – –
8
Райымбек
9,1 – – 5,0×105 единицы 2,5×10
9 7,5 – – 2,5×103 – –
10 9,7 – – 2,5×102 – –
11 Байконур 9,6 – – 2,5×103 – 2,5×103
12 8,6 – – – – единицы
Бактерии Thiobacillus thiooxidans не обнаружены ни в одной пробе, что связано с щелочной реакцией среды исследуемых объектов.
Сульфатредуцирующие бактерии отмечены в одной пробе со станции «Райымбек» и двух пробах, отобранных на станции «Байконур». При этом их численность была невысокой – от еди- ниц до тысяч клеток в 1 г соскоба.
В этих же образцах помимо тионовых и сульфатредуцирующих бактерий исследовалась и гетеротрофная микрофлора (таблица 2).
Самой многочисленной группой гетеротрофов были бактерии, они присутствовали во всех образцах. В пробе №4, отобранной на станции «Жибек Жолы», встречались только гетеротрофные
Таблица 2 – Численность гетеротрофных микроорганизмов в образцах, отобранных в летний период
№
проб Бактерии,
КОЕ/г Актиномицеты,
КОЕ/ г Дрожжи,
КОЕ/г Мицелиальные грибы,
КОЕ/г Денитрифицирующие гетеротрофы, НВЧ кл/г (мл) 1 (3,4±0,1)×107 (1,1±0,2)×104 (2,7±0,4)×107 (8,2±0,6)×104 2,5×105
2 единицы единицы – единицы –
3 (8,6±0,7)×105 (5,5±0,5)×104 – (2,3±0,3)×103 6,0×103
4 (4,1±0,1)×103 – – – единицы
5 (4,1±0,4)×106 (6,4±0,6)×105 – (1,2 ±0,4)×104 6,0×104 6 (1,9±0,2)×106 (1,9±0,3)×104 единицы (2,2±0,3)×103 2,5×105
7 (1,7±0,09)×107 - – (6,6±0,2)×106 2,5×107
8 (1,1±0,07)×105 (1,0±0,07)×105 – (3,4±0,09)×105 6,0×103 9 (8,5±0,2)×103 (1,4±0,3)×104 – (2,5±0,4)×104 2,5×103
10 (3,5±0,1)×102 – – единицы 6,0×10
11 (3,1±0,4)×105 (3,9±0,4)×105 (1,9±0,3)×103 (7,0±0,9)×103 2,5×103 12 (1,2±0,08)×106 (3,8±0,4)×105 – (3,0±0,8)×102 2,5×104
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 бактерии, но их численность была невысокой. В остальных образцах, помимо бактерий, отмеча- лись актиномицеты, мицелиальные грибы и денитрифицирующие микроорганизмы. Численность актиномицетов составляла 104-105 кл/г, мицелиальных грибов – 102-106 кл/г, гетеротрофных де- нитрифицирующих микроорганизмов – 103-107 кл/г. Дрожжи учитывались только в трех пробах со станций «Жибек Жолы» и «Байконур».
На тех же станциях метрополитена проводилось обследование поврежденных железобетон- ных покрытий в осенний период. Результаты исследования показали, что в этот период кислот- ность большинства отобранных образцов была нейтральной и щелочной (рН 7,0-11,2). Так же, как и летом среди тионовых бактерий преобладали Thiobacillus denitrificans, но их численность была несколько выше (таблица 3). Наибольшее их число 105 кл/г выявлено в образце №1, отобранном на станции «Жибек Жолы», который представлял собой соскоб с поврежденной стены в перспек- тивном переходе.
Таблица 3 – Численность тионовых и сульфатредуцирующих бактерий в образцах, отобранных в осенний период
№
проб Название
станций рН среды
Виды микроорганизмов,(НВЧ кл/г)
T. ferrooxidans T. thiooxidans T. denitrificans T. thioparus СРБ 1
Жибек Жолы
7,1 единицы – 2,5×105 – единицы
2 10,4 – 6×103 – 25
3 7,0 25 – 2,5×104 единицы –
4 7,0 – 1,3×104 – –
5 7,0 единицы – 6×104 – единицы
6 11,2 – 2,5×103 25 –
7 7,3 – 2,5×104 – единицы
8 Алмалы 7,0 25 – 2,5×102 – 25
9 8,9 единицы – 1,3×104 единицы 60
10
Райымбек
7,2 1,3×102 – единицы
11 7,0 единицы – 2,5×104 – –
12 10,8 – – 1,3×103 – –
13 7,0 единицы – 6,0×102 – –
14
Байконур
6,8 единицы – 1,3×103 – 25
15 8,1 – 2,5×103 единицы –
16 7,0 – – 2,5×103 – 60
17 7,2 – – – единицы
18 6,9 единицы – – – –
19 7,0 – – 1,3×102 единицы единицы
20 7,0 единицы – – – –
Представители Thiobacillus thiooxidans не выявлялись. Это связано с тем, что все отобранные образцы имели нейтральную или щелочную реакцию, а для развития этой группы микроорга- низмов необходима кислая среда. Бактерии Thiobacillus ferrooxidans и Thiobacillus thioparus учитывались чаще, чем летом, но также в единичных количествах. Сульфатредуцирующие бак- терии отмечены в 11 пробах. В основном они встречались в соскобах, отобранных на станциях
«Жибек Жолы», «Алмалы» и «Байконур». При этом их численность была невысокой – от единиц до десятков клеток в 1 г соскоба.
Как и в предыдущий сезон, преобладающей группой были гетеротрофные бактерий – 105-107 КОЕ/г (таблица 4). Во всех изученных образцах присутствовали денитрифицирующие
микроорганизмы, особенно много их учтено на станции «Алмалы» (104-105 кл/г). Важно подчерк- нуть, что практически во всех образцах как летом, так и осенью встречались мицелиальные грибы, которые, как известно, резко ухудшают эксплуатационные характеристики тех материалов, на которых растут. Особенно много микромицетов было учтено на станциях «Алмалы» и «Байконур» – миллионы клеток в 1 г образца. На всех исследованных станциях были обнаружены актиномицеты.
Таблица 4 – Численность гетеротрофных микроорганизмов в образцах, отобранных в осенний период
№ проб
Бактерии (КОЕ/г)
Актиномицеты (КОЕ/г)
Дрожжи (КОЕ/г)
Мицелиальные грибы (КОЕ/г)
Денитрифицирующие гетеротрофы, НВЧ кл/г 1 (5,4±0,5)×105 (1,3±0,1)×103 единицы (2,1±0,1)×103 2,5×103
2 (9,5±0,8)×106 (7,3±0,9)×103 единицы 6×103
3 (2,1±0,2)×107 (2,7±0,1)×105 (2,5±0,2)×105 (2,0±0,3)×104 6×103 4 (2,9±0,3)×106 (1,0±0,1)×104 (4,1±0,5)×103 (2,1±0,3)×103 2,5×103 5 (4,2±0,6)×106 (1,2±0,1)×104 единицы (6,3±0,4)×102 6×102
6 (3,5±0,6)×105 (3,2±0,3)×103 единицы 1,3×102
7 (2,2±0,2)×107 (3,0±0,2)×104 (1,7±0,1)×102 2,5×104
8 (1,6±0,1)×106 единицы (2,1±0,2)×105 6×105
9 (2,8±0,3)×107 (3,4±0,2)×104 (3,6±0,3)×104 2,5×106
10 (1,5±0,1)×105 единицы единицы 2,5×102
11 (3,7±0,4)×105 единицы (2,0±0,2)×102 (1,6±0,1)×102 1,3×103
12 (8,7±0,6)×104 – 1,3×103
13 (2,6±0,2)×107 (4,3±0,3)×104 единицы (1,4±0,1)×103 6×103 14 (1,2±0,1)×107 (1,6±0,1)×105 (1,4±0,1)×103 (4,5±0,3)×105 2,5×105
15 (6,3±0,1)×105 (1,6±0,1)×102 6,0×103
16 (7,1±0,7)×106 (1,0±0,1)×104 (1,0±0,1)×102 (6,5±0,1)×103 6,0×104 17 (2,6±0,2)×106 (1,7±0,1)×103 (2,0±0,1)×103 2,5×102 18 (2,4±0,2)×107 единицы (2,3±0,4)×103 (2,8±0,2)×105 2,5×106 19 (1,9±0,1)×106 (1,7±0,1)×103 единицы (2,6±0,3)×106 6,0×103
20 (5,6±0,4)×105 единицы (1,8±0,2)×102 2,5×104
Дрожжи встречались реже, но в одном образце на станции «Жибек Жолы» их численность дохо- дила до 250 000 кл/г.
Выводы. Таким образом, проведенные исследования показали, что в соскобах, отобранных с поврежденных участков железобетонных сооружений метрополитена, присутствовали все физио- логические группы гетеротрофных микроорганизмов. Доминирующими были бактерии. Также многочисленны денитрифицирующие микроорганизмы, мицелиальные грибы и актиномицеты.
Среди тионовых бактерий отмечено значительное содержание Thiobacillus denitrificans. Остальные виды тионовых и сульфатредуцирующих бактерий были малочисленными.
Таким образом, проведенные микробиологические исследования показали, что в Алматин- ском метрополитене существуют предпосылки для развития коррозионно-опасных микроорга- низмов, что может повлечь за собой нарушение целостности железобетонных конструкций при создании благоприятных для их жизнедеятельности условий.
Источник финансирования исследований. Министерство образования и науки Республики Казах- стан.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Рожанская А.Н., Пиляшенко-Новохатный А.И., Пуриш Л.М., Дурчева В.Н., Козлова И.А. Оценка биокорро- зионного состояния железобетона наземных промышленных конструкций // Микробиол. журнал. – 2001. – Т. 63, № 3. – С. 71-77.
[2] Степанова В.Ф., Розенталь Н.К., Цехний Г.В. Повышение долговечности и экологической безопасности зданий и сооружений в условиях воздействия агрессивных, в том числе биологически активных сред // www.gbi- magazine.ru/index.php/n3.../667-2011-09-08-13-18-45.
[3] Каневская И.Г. Биологическое повреждение промышленных материалов. – Киев: Наукова думка, 1989. – 192 с.
[4] Videla Héctor A., Herrera Liz K. Microbiologically influenced corrosion: looking to the future // International Micro- biology. – 2005. – Vol. 8. – P. 169-180.
[5] Айткельдиева С.А. Роль микроорганизмов в коррозии металлов // Биотехнология. Теория и практика. – 2002. –
№ 1. – С. 90-98.
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 [6] Жданова Г.В., Ковальчук Ю.Л. Биологическая коррозия конструкционных материалов предприятий атомной энергетики // Коррозия: материалы, защита. – 2009. – № 3. – С. 36-40.
[7] Stott J.F.D. Corrosion in Microbial Environments // Shreir's Corrosion. – 2010. – Vol. 2. – P. 1169-1190.
[8] Айткельдиева С.А., Абдрашитова С.А. Микробиологическое обследование станций строящегося метро г. Алма- ты // Известия МН-АН РК. Сер биол. и мед. – 2000. – № 4. – С. 7-11.
[9] Кузнецов С.И., Романенко В.И. Микробиологическое изучение внутренних водоемов (лабораторное руководство). – Ленинград, 1963. – 130 с.
[10] Практикум по микробиологии / Под ред. А. Н. Нетрусова. – М.: Academia, 2005. – 597 с.
REFERENCES
[1] Rozhanskaya A.N., Pilyashenko-Novohatnyj A.I., Purish L.M., Durcheva V.N., Kozlova I.A. Mikrobiol. Zhurnal, 2001, 3, 71-77 (in Russian).
[2] Stepanova V.F., Rozental' N.K., Cekhnij G.V. // www.gbi-magazine.ru/index.php/n3.../667-2011-09-08-13-18-45 (in Russian).
[3] Kanevskaya I.G. Biologicheskoe povrezhdenie promyshlennyh materialov, Kiev: Naukova dumka, 1989, 192 (in Russian).
[4] Videla Héctor A., Herrera Liz K. International Microbiology, 2005, 8, 169-180.
[5] Ajtkel'dieva S.A. Biotekhnologiya. Teoriya i praktika, 2002, 1, 90-98. (in Russian).
[6] Zhdanova G.V., Koval'chuk Yu.L. Korroziya: materialy, zashchita, 2009, 3, 36-40 (in Russian).
[7] Stott J.F.D. Shreir's Corrosion, 2010, 2, 1169-1190.
[8] Ajtkel'dieva S.A., Abdrashitova S.A. Izvestiya MN-AN RK. Ser biol. i med., 2000, 4, 7-11 (in Russian).
[9] Kuznecov S.I., Romanenko V.I. Mikrobiologicheskoe izuchenie vnutrennih vodoemov (laboratornoe rukovodstvo), 1963, 130 (in Russian).
[10] Praktikum po mikrobiologii /pod red. A.N. Netrusova, 2005, 597 (in Russian).
С. А. Айткельдиева, Э. Р. Файзулина, О. Н. Ауэзова, Л. Г. Татаркина, А. М. Нурмуханбетова
РМК «Микробиология жəне вирусология институты » ҒК БҒМ ҚР, Алматы, Қазақстан АЛМАТЫ МЕТРОПОЛИТЕНІНІҢ ТЕМІРБЕТОН КОНСТРУКЦИЯЛАРЫ МЕН
ҚҰРЫЛЫСТАРЫНЫҢ МИКРОБИОЛОГИЯЛЫҚ ЖАҒДАЙЫН БАҒАЛАУ
Аннотация. Қазіргі таңда ғимараттар мен құрылыстарды қоршаған ортаның агрессивті химиялық жəне биологиялық əсерлерінен қорғау тым өзекті мəселесі болып табылады. Микробиологиялық коррозия темір- бетонды конструкциялардың сенімділігі мен төзімділігіне əсер ететін маңызды факторлардың бірі болып келеді. Алматы метрополитенінің нысандарында микробиологиялық мониторингті зерттеулерді жүргізу кор- розиялық-қауіпті микрофлораны уақытылы анықтауға мүмкіндік береді. Метрополитеннің «Жібек жолы»,
«Алмалы», «Райымбек батыр» жəне «Байқоңыр» төрт бекетінің бетонды жəне темірбетонды конструкция- ларының зақымдалған беттерінен алынған қырынды үлгілеріне зерттеу жұмыстары жазғы-күзгі кезеңдерде жүргізілді. Зерттеу жұмыстары көрсеткендей, барлық үлгілердің қышқылдығы бейтарап жəне сілтілі болған.
Метрополитеннің зақымдалған темірбетонды құрылыстарының телімдерінен алынған қырындыларда барлық физиологиялық топтың гетеротрофты микроорганизмдерінің болғандығы анықталды. Бактериялар басым болған. Сонымен қатар, денитрифицирлеуші микроорганизмдер, жіпшумақты саңырауқұлақтар мен актино- мицеттер де көп болған. Тионды бактериялардың ішінде Thiobacillus denitrificans елеулі мөлшерде байқал- ған. Қалған тион бактериялардың түрлері мен сульфатредуцирлеуші бактериялар аз мөлшерде болған.
Түйін сөздер: биокоррозия, темірбетонды конструкциялар, коррозиялық-қауіпті микроорганизмдер, тионды жəне сульфатредуцирлеуші бактериялар, гетеротрофты микроорганизмдер, жіпшумақты саңырау- құлақтар, актиномицеттер.
Сведения об авторах:
Айткельдиева Светлана Айткельдиевна – д.б.н., г.н.с., лаб. экологии микроорганизмов, РГП на ПХВ
«Институт микробиологии и вирусологии» КН МОН РК, e-mail: [email protected]
Файзулина Эльмира Рамазановна – к.б.н., и.о. зав. лаб. экологии микроорганизмов, e-mail:
Ауэзова Ольга Николаевна – н.с., лаб. экологии микроорганизмов, e-mail: [email protected] Татаркина Лариса Геннадьевна – н.с., лаб. экологии микроорганизмов, e-mail: [email protected] Нурмуханбетова Арай Муратовна – м.н.с., лаб. экологии микроорганизмов, e-mail: [email protected]
N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 88 – 92
I. O. Baytulin, S. G. Nesterova, Z. A. Inelova Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan.
E-mail: [email protected], svetlana.nesterova@ kaznu.kz, zarina.inelova@ kaznu.kz