БІОРЕМЕДІАЦІЙНИЙ ПОТЕНЦІАЛ НЕОРГАНІЧНИХ ЗАЛІЗОВМІСНИХ КОАГУЛЯНТІВ ЗАДЛЯ КОНТРОЛЮ РОСТУ ЦІАНОБАКТЕРІЙ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2025.02.252Ключові слова:
ціанобактерії, Nostoc commune, коагулянти, FeSO₄, Fe-EDTA, флокуляція, токсичність, екологічна безпекаАнотація
Ціанобактерії є одними з найдавніших фотосинтезуючих організмів на Землі та відіграють ключову роль у водних екосистемах як продуценти органічної сировини. Проте за сприятливих умов вони можуть масово розмножуватися, спричиняючи явище «цвітіння води», яке погіршує якість води, знижує рівень кисню та становить загрозу для водних організмів і людини. Крім того, ціанобактерії виробляють вторинні метаболіти, включно з ціанотоксинами, які належать до різних груп – нейротоксинів, гепатотоксинів, дерматотоксинів та цитотоксинів. Найбільш поширеними є мікроцистини, анатоксини та циліндроспермопсини, які здатні завдавати шкоди печінці, нервовій системі та навіть сприяти розвитку онкологічних захворювань. Це робить проблему цвітіння води особливо актуальною для питних джерел.
Для боротьби з цим явищем застосовують фізичні, біологічні та хімічні методи. До хімічних підходів належить коагуляція – ефективний спосіб осадження ціанобактерій та зниження концентрації внутрішньоклітинних токсинів. Коагулянти на основі заліза, такі як сульфат заліза (FeSO₄) та хелатна форма Fe-EDTA, взаємодіють із клітинами цианобактерій, сприяючи їх агрегації та утворенню флокул. При цьому ефективність процесу залежить від pH, концентрації коагулянту, виду ціанобактерій та хімічного складу води.
Метою дослідження було оцінити вплив FeSO₄ та Fe-EDTA на культуру Nostoc commune. Культуру вирощували на середовищі Фітцджеральда до концентрації 5,4×10⁶ кл/мл, і після додавання коагулянтів оцінювали зміни щільності культури, рН, морфології клітин, а також співвідношення живих і мертвих клітин. Результати показали, що Fe-EDTA забезпечував ефективне формування стабільних флокул і суттєве зменшення кількості клітин без значної загибелі, тоді як FeSO₄ спричиняв значну токсичність (51,9% мертвих клітин) та нестійкі флокули. Застосування Fe-EDTA навіть у максимальних концентраціях призводило до загибелі менше ніж 19% клітин, що робить його більш безпечним для екосистеми.
Отже, хелатна форма заліза Fe-EDTA є перспективним коагулянтом для контролю чисельності ціанобактерій, оскільки поєднує високу ефективність осадження клітин із мінімальним ризиком вивільнення ціанотоксинів у воду. Це дозволяє підтримувати екологічний баланс водойм і забезпечує безпечне застосування у водоочищенні.
Посилання
1. Addison, E. L., Gerlach, K. T., Spellman, C. D., Santilli, G., Fairbrother, A. R., Shepard, Z., Goodwill, J. E. (2021). Physicochemical implications of cyanobacteria oxidation with Fe(VI). Chemosphere, 266, 128956.
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128956
2. Ahmad, A. L., Yasin, N. M., Derek, C. J. C., & Lim, J. K. (2011). Optimization of microalgae coagulation process using chitosan. Chemical Engineering Journal, 173(3), 879-882. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.07.070
3. Andrews, S. C., Robinson, A. K., & Rodríguez-Quiñones, F. (2003). Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiology Reviews, 27(2-3), 215– 237
4. Bláha, L., Babica, P., & Maršálek, B. (2009). Toxins produced in cyanobacterial water blooms - toxicity and risks. Interdisciplinary toxicology, 2(2), 36–41. https://doi.org/10.2478/v10102-009-0006-2
5. Boopathi, T., & Ki, J. S. (2014). mpact of environmental factors on the regulation of cyanotoxin production. Toxins, 6(7), 1951–1978. https://doi.org/10.3390/toxins6071951
6. El Bouaidi, W., Libralato, G., Douma, M., Ounas, A., Yaacoubi, A., Lofrano, G., Albarano, L., Guida, M., & Loudiki, M. (2022). A review of plantbased coagulants for turbidity and cyanobacteria blooms removal. Environmental science and pollution research international, 29(28), 42601–42615. https://doi.org/10.1007/s11356-022-20036-0
7. Erratt, K. J., Creed, I. F., & Trick, C. G. (2022). Harmonizing science and management options to reduce risks of cyanobacteria. Harmful algae, 116, 102264. https://doi.org/10.1016/j.hal.2022.102264
8. Gu, P., Li, Q., Zhang, W., Zheng, Z., & Luo, X. (2019). Effects of different metal ions (Ca, Cu, Pb, Cd) on formation of cyanobacterial blooms. Ecotoxicology and Environmental Safety, 109976. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109976
9. Ho, L., Sawade, E., & Newcombe, G. (2012). Biological treatment options for cyanobacteria metabolite removal – A review. Water Research, 46(5), 1536–1548. https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.11.018
10. Huertas, M. J., & Mallén-Ponce, M. J. (2022). Dark side of cyanobacteria: searching for strategies to control blooms. Microbial biotechnology, 15(5), 1321–1323. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13982
11. Rodgers K.J., Main B.J., Samardzic K. (2018). Cyanobacterial Neurotoxins: Their Occurrence and Mechanisms of Toxicity. Neurotox Res, 33(1):168-177. https://doi.org/10.1007/s12640-017-9757-2
12. Shortle, J. S., Mihelcic, J. R., Zhang, Q., & Arabi, M. (2020). Nutrient control in water bodies: A systems approach. Journal of environmental quality, 49(3), 517–533. https://doi.org/10.1002/jeq2.20022
13. Yang, X., Wang, S., Pi, K., Ge, H., Zhang, S., & Gerson, A. R. (2024). Coagulation as an effective method for cyanobacterial bloom control: A review. Water environment research: a research publication of the Water Environment Federation, 96(3), e11002. https://doi.org/10.1002/wer.11002
14. Zhang, T., He, J., & Luo, X. (2017). Effect of Fe and EDTA on Freshwater Cyanobacteria Bloom Formation. Water, 9(5), 326. https://doi.org/10.3390/w9050326
