EEEP 2/2015
I. ЕКОСИСТЕМИ И БИОРАЗНООБРАЗИЕ
Изолиране, идентификация, морфология и адхезионни свойства на микроорганизми от антарктически почви и лишеи
Ц. Игнатова-Иванова, Н. Чипев, М. Димитрова, С. Етем, К. Йорданова 5-11
II. ЕКОЛОГИЧНИ БИОТЕХНОЛОГИИ
Подобряване технико-икономическите показатели на методите за синтез на зеолити от летяща пепел
Д. Згурева, С. Бойчева 12-18
Конструиране на нов совалков вектор PZT1 с гостоприемници Escherichia coli и етанол-образуващия Zymomonas mobilis
Л. Попова, К. Петров, П. Петрова 19-23
III. ЕКОЛОГИЧЕН МОНИТОРИНГ И ОЦЕНКА НА ВЪЗДЕЙСТВИЕТО ВЪРХУ ОКОЛНАТА СРЕДА
Биотехнология за пречистване на отпадни води с ефективно отстраняване на азот и участие на anammox-бактерии, разработена за Зимните олимпийски игри в Сочи 2014
A. Ножевникова, Ю. Лити, M. Зъбов 24-29
Мониторинг на атмосферния метан с използване на диал схема на мощни импулсни лазерни диоди
С. Пенчев, В. Пенчева, Л. Михов 30-34
IV. ВЕИ И БИОГОРИВА
Генериране на енергия в микробиоло­гични горивни клетки с модицирани катоди
Б. Мидюрова, Б. Бонев, В. Ненов 35-40
V. КОСМИЧЕСКИ ТЕХНОЛОГИИ И ОКОЛНА СРЕДА
Състояние и динамика на горската растителност в област Хасково – изследване, базирано на вегетационни индекси, климатични данни и данни за слънчевата активност
Д. Аветисян, Р. Недков, Д. Гочев 41-51
VI. ЛЕСОБИОЛОГИЯ
Форма на шишарковите люспи и относително положение на различни произходи от обикновен смърч в опитно насаждение
А. Александров, П. Попов, Е. Недкова 52-58
VII. АГРОЕКОЛОГИЯ
Системно индуцирана растителна устой­чивост като стратегия за контрол на паразити алтернатива на пестициди
Ж. Удалова, С. Зиновиева 59-66
Биофилмови реактори за получаване на биопестициди
Й. Ников 67-78
Ц. Игнатова-Иванова, Н. Чипев, М. Димитрова, С. Етем, К. Йорданова
ISOLATION, IDENTIFICATION, MORPHOLOGICAL AND ADHESION PROPERTIES OF MICROORGANISMS FROM ANTARCTIC SOILS AND LICHENS
Ts. Ignatova-Ivanova, N. Chipev, M. Dimitrova, S. Etem, K. Jordanova,
Резюме. В настоящата статия представяме резултати, получени от изолиране на микроорганизми от Антарктически почви и лишеи. Почвените и лишейните проби са взети от остров Ливингстън. За изолиране на различни групи микроорганизми бяха използвани различни хранителни среди. Изолираните микроорганизми бяха подложени на макроморфологичен и микроморфологичен анализ. В допълнение изследвахме адхезионните свойства на микроорганизмите чрез СЕМ система JSM 5510. Резултатите показват, че независимо от суровите условия за живот Антарктида притежава едно голямо природно богатство от различни видове микроорганизми, част от които живеят във взаимоотношения с лишеите, които се срещат там. Някои от изолираните микроорганизми проявяват добра адхезионна способност. Предстои да бъде направена и видова идентификация на намерените видове микроорганизми по изолирана от нас ДНК чрез Thermo Scientific Gene JET Genomic DNA Purification Kit от фирма Pirogen LTD–София.
Ключови думи: Антарктида, остров Ливингстон, микроорганизми, адхезионни свойства, СЕМ система JSM 5510
Abstract. In the present study we present the results from the isolation and study of microorganisms from Antarctic soils and lichens. The soil and lichen samples were gathered from the Livingston Island, South Shetland Islands. For the isolation of the different microorganism, different nutritious media were used. The isolated microorganisms were macro-morphologically and micro-morphologically studied. We also investigated the adhesion properties of defined microorganisms by using the SEM system JSM 5510. Our results demonstrated that the Antarctic continent is a habitat for a diversity of species of microorganisms despite the harsh living conditions. Some of the investigated species showed very good adhesion properties. Isolation of DNA was carried out by the company Progen LTD–Sofia using the Thermo Scientific Gene JET Genomic DNA Purification Kit. The DNA samples will be used for the exact species identification of the microorganisms. A databank including full inventory of the isolated species will be created.
Keywords: Antarctica, Livingston Island, microorganisms, adhesion properties, SЕМ JSM 5510.
Деница Згурева, Силвия Бойчева
Novel technical and economical superior approach for synthesis of zeolites from coal fly ash
Резюме. Опазването на околната среда е най-актуалният въпрос на съвременния свят, породен от непрестанно нарастващата консумация на технологични ресурси. Един от нерешените в глобален мащаб екологични проблеми е свръхпроизводството на парникови газове, от които в най-големи количества се емитира въглероден диоксид (СО2).
Основен дял в генерирането на CO2 заемат инсталациите за производство на електроенергия (около 40 % от общогенерираните въглеродни емисии). През последните години се разработват интензивно технологии за улавяне и подземно депониране на СО2 от продуктите на горене. Към момента се развиват три основни подхода за улавяне на СО2 при горивни процеси: чрез модифициране на горивния процес, преди и след изгаряне на горивата. За съществуващи горивни инсталации, технически и икономически най-целесъобразна е следгоривната технология, която се основава на абсорбцията на СО2 от органични съединения (най-често амини), свързано с високи енергийни разходи за десорбционния процес и токсичните характеристики на тези вещества. Разработването на подходящи твърдофазни адсорбенти ще реши тези два негативни аспекта.
В предишни изследвания сме разгледали възможността за синтез на зеолити от летяща пепел, получена при изгарянето на български лигнитни въглища и последващото им приложение като адсорбенти на въглеродни емисии. От изследваните методи за получаване на високопорьозни зеолити от тип А и Х, най-добри резултати са постигнати при два подхода: хидротермална активация с етап на предварително стапяне при 550 оС и атмосферна самокристализация. При всички експерименти, като алкален реагент е използван натриев хидроксид (NaOH). Предимство на първия метод на синтез е бързото получаване на крайна зеолитна структура- 24 часа, а основен негов недостатък е разхода на големи количества енергия. При втория подход не се влага никаква допълнителна енергия, но изисква продължителен период до достигане на богата на зеолит Х крайна фаза - 12 месеца.
Настоящето изследване предлага алтернативен хибриден метод на синтез, който обединява предимствата на описаните по-горе подходи, като елиминира основните им недостатъци чрез реализиране на схемата: атмосферна самокристализация с прилагане на етап на предварително стапяне. По този начин се спестява енергията, необходима за хидротермалната активация, а с етапа на предварително стапяне при 550 оС се съкращава четирикратно времето, необходимо за атмосферна самокристализация. Постигнатите резултати подобряват технико-икономическите показатели на процеса на зеолитизация на летящата пепел, с което се намалява себестойността на технологията за следгоривно улавяне на единица маса СО2.
Ключови думи: синтез на зеолити, адсорбция, въглеродни емисии
Abstract. The present paper is aimed on the preparation of zeolites from lignite coal fly ash using a superior synthesis approach that combines the advantages of different established technological schemes. The novel method is directed to improvement of the energy efficiency and the raw material economy, and at the same time resulting in better quality material. Fly ash zeolites of Na-X type were synthesized applying fusion stage of fly ash/NaOH mixtures followed by atmospheric self-crystallization. The obtained zeolite structure was investigated by X-ray diffraction for different periods of crystallization of the reaction mixtures under atmospheric conditions. Comparative studies of three different methods for synthesis of Na-X were performed taking into account the specific energy and the raw material consumption. It was considered that adsorbents of zeolite X type can be obtained by different ways of alkaline conversion of coal fly ash, and that is why the most important issues for the scale production of these materials are the economical aspects of the synthesis.
Keywords: synthesis of zeolites; adsorption; carbon emissions
Луиза Попова, Калоян Петров, Пенка Петрова
CONSTRUCTION OF A NEW SHUTTLE VECTOR PZT1 APPLICABLE TO HOSTS ESCHERICHIA COLI AND THE ETHANOL PRODUCING ZYMOMONAS MOBILIS
Luiza Popova, Kaloyan Petrov, Penka Petrova
Резюме. Zymomonas mobilis е бактерия с огромен потенциал като продуцент на етанол. Субстратният му спектър, обаче, е твърде ограничен – ферментира само глюкоза, захароза и фруктоза. Нуждата от разширяването му изисква създаването на подходящи системи за генно клониране. В настоящата работа е конструиран нов совалков вектор с гостоприемници Escherichia coli DH5α и Zymomonas mobilis DSM 424. Векторът е производен на pCR2.1-TOPOTM (E. coli) и съдържа амплифициран и клониран (dso ori и repA gene) на 2.7 kb плазмид на Z. mobilis. Като репортерен ген в совалката под контрола на промотора Plac е клониран генът amyl, кодиращ α-амилаза в Bacillus licheniformis щам 44MB82/G. Получените резултати показват добра стабилност на совалковият вектор pZT1 и в гостоприемника, като при E. coli DH5α се наблюдава и силна амилазна активност поради успешната извънклетъчна експресия на репортерния ген. Zymomonas mobilis DSM 424 поддържа pZT1 в клетката, но не се наблюдава амилазна активност, което показва, че промоторът Plac не е подходящ за генна експресия в този микроорганизъм.
Ключови думи: совалкови вектори, Escherichia coli, Zymomonas mobilis, амилаза
Abstract. Zymomonas mobilis is a bacterium with high potential to produce ethanol via fermentation of glucose, sucrose or fructose. The need for broadening of its substrate spectrum requires the development of suitable host-vectors systems for gene cloning. Here we report the construction of a new shuttle vector, applicable to hosts Escherichia coli DH5α and Zymomonas mobilis DSM424. It was based on pCR2.1-TOPOTM (E. coli) and contained the amplified and cloned replicon fragment (dso ori and repA gene) of 2.7 kb plasmid of Z. mobilis. As a reporter gene, cloned under Plac promoter control, was used amyBL encoding α-amylase in Bacillus licheniformis strain 44MB82/G. The obtained results revealed good stability of the shuttle vector pZT1 in both hosts, as E. coli DH5α possessed also a high amylase activity due to the extracellular expression of the reporter gene. Z. mobilis DSM424 was able to maintain the shuttle vector, but amyBL was very poorly expressed, thus indicating that Plac promoter is rather not suitable for gene expression in this organism.
Key words: Shuttle vectors, Escherichia coli, Zymomonas mobilis, Amylase
A.Н. Ножевникова, Ю.В. Лити, M.Г. Зъбов
BIOTECHNOLOGY OF WASTEWATER TREATMENT WITH THE EFFECTIVE REMOVAL OF NITROGEN DUE TO THE PARTICIPATION OF ANAMMOX-BACTERIA, DEVELOPED FOR THE 2014 WINTER OLYMPICS IN SOCHI
A.N. Nozhevnikova, Yu.V. Litty, M.G. Zubov
Резюме. Процесът на анаеробно амониево окисление (ANAMMOX) се извършва от новооткритите anammox бактерии. Те имат редица морфологични, физиологични и биохимични свойства,с които не разполагат останалите бактерии. За използване на строителни обекти за Зимните олимпийски игри 2014 в Сочи, е разработена нова биотехнология за пречистване на отпадни води с имобилизация на микробна активна утайка и ефективно отстраняване на азота с участието на anammox-бактерии, и е създаден компактна, природосъобразна пречиствателни станция (КПСПС) от сглобяеми структури. Принципите на новата технология и дизайн на пълномащабни 100-1000 m3 / ден "BCH-ECOS" станции са основани на резултатите от лабораторния опит от микробиологичните изследвания и експериментални промишлени проучвания, които са потвърдили перспективите за приложение на анаеробното амониево окисление (anammox). Новата технология включва предварителна обработка на постъпващата суровина вода чрез коагулация, за да се утаят разтворените вещества. Значителна част от фосфорни съединения се утаява в същото време. Аерирана вода, с високо съдържание на нитрати и нитрити, се рециклира в последния коридор на аериращия резервоар в денитрифициращия реактор, който се намира в началото на биологично третиране и се получава богата на амоняк вода. Условия за развитие на азот елиминиращи денитрифициращи и anammox-бактерии са създадени по този начин в анаеробен денитрифициращ биореактор. Четкообразен носител се използва на всички етапи на биологична обработка за имобилизиране на активната микробна утайка. Пречистената вода минава през гъст четкообразен носещ филтър и гранулиран антрацитен филтър. Качеството на пречистената вода надхвърля изискванията за заустване във водни обекти.
Key words: anammox-бактерии, ефективно отстраняване на азот, биотехнология на пречистване на отпадни води, имобилизирана активна утайка
Abstract. The process of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) is carried out by newly discovered anammox bacteria. They have a number of morphological, physiological and biochemical properties that other bacteria lack. For use on construction sites of the Winter Olympics 2014 in Sochi, there has been developed a new biotechnology of wastewater treatment with immobilization of microbial activated sludge and efficient removal of nitrogen with the participation of anammox-bacteria, and has been created a compact, environmentally friendly wastewater treatment plants (WWTP) prefabricated in block structures. The principles of the new technology and the design of full-scale 100-1000 m3/day "BCH-ECOS" plants were based on the results of laboratory-scale microbiological studies and experimental-industrial trials that have confirmed the application perspectives of anaerobic ammonium oxidation (anammox). The new technology involves a pretreatment of incoming raw water by coagulation in order to precipitate the suspended solids. A significant part of phosphorus compounds is being precipitated at the same time. Aerated water, high in nitrate and nitrite, is recycled from the last corridor of aeration tank into the denitrifying reactor, which is located at the beginning of biological treatment and receives ammonia-rich water. Conditions for the development of nitrogen removing denitrifying and anammox-bacteria are thereby created in the anaerobic denitrifying bioreactor. Brush-shaped carrier is applied at all stages of biological treatment for immobilization of active microbial sludge. Treated water passes through the dense brush-shaped carrier filters and granular anthracite filters. The quality of the treated water exceeds the requirements for discharging into water bodies.
Key words: anammox-bacteria, effective nitrogen removal, biotechnology of wastewater treatment, immobilized activated sludge
С.Пенчев, В. Пенчева, Л. Михов
MONITORING OF ATMOSPHERIC METHANE EMPLOYING DIAL SCHEME ON POWERFUL PULSED LASER DIODES
Soya Penchev, Vasilka Pencheva, Luben Mihov
Резюме. Предложен е ДИАЛ метод за определяне на концентрацията на атмосферния метан. Спектралните свойства на лазерното лъчение на мощни импулсни лазерни диоди са оптимизирани в молекулярния абсорбционен спектър 1.55-1.625 mm на този основен парников газ. Характерната широка линия на лазерните диоди модулирана от избрания абсорбционен спектър еизследвана чрез компютърна конволюция на основата на силата на резонансните линии спектрална в база данни HITRAN. Лидарната схема е изключително компактна, с ниска енергийна консумация и се предполага да има голям потенциал за екологичен мониторинг.
Keywords: Ecological monitoring, atmospheric methane, powerful laser diodes
Abstract. DIAL method is proposed for determination of the abundance of atmospheric methane. The spectral properties of laser radiation of high- power pulsed laser diodes are optimised within the molecular absorption bands of 1.55- 1,625 mm of this major greenhouse gas. The characteristic broad laser line of the selected laser diodes modulated by the selected explicit absorption spectrum is explored by computational convolution based on HITRAN reference data on spectral linestrengths. The lidar scheme is ultimately compact, of low- energy consumption and suggests a large potential for ecological monitoring.
ГЕНЕРИРАНЕ НА ЕНЕРГИЯ В МИКРОБИОЛОГИЧНИ ГОРИВНИ КЛЕТКИ С МОДИЦИРАНИ КАТОДИ
Мидюрова Б., Бонев Б., Ненов В.
POWER GENERATION USING MODIFIED CATHODES IN AIR-CATHODE MICROBIAL FUEL CELL
Blagovesta Midyurova, Bogdan Bonev, Valentin Nenov
Резюме. Микробиологичните горивни клетки (МКГ) с въздушни катоди са обещаваща възможност за осигуряване на устойчив добив на енергия, подобряване конструкцията на клетките и избягване на внасянето на химически реагенти като външни електрон акцептори. Протоните и електроните получени в резултат на метаболизиране на органика в анодното пространство от електрогенни бактерии свързват кислорода от въздуха до молекула вода.
Целта на изследването е установяване влиянието на различни видове катоди върху поведението на МГК. За нуждите на експеримента са използвани следните материали: мембрани (VITO, PTFE), активен въглен (AC) и въглеродно платно. В резултат на проведените експерименти бе установено, че при отворена потенциална верига се получават максимални стойности на напрежението 289.8 mV при катод PTFE:AC=40:60 и 179.1 mV при катод PTFE: AC = 20:80, респективно.
Ключови думи: микробиологични горивни клетки, въздушен катод
Abstract. The microbiological fuel cell with air cathode is a promising alternative for sustainable power generation, improvement the MFC construction and elimination of external electron acceptors of chemical nature. Protons, electrons and oxygen from air reacting at the cathode produce molecules of water.
The work reports development of different kind cathodes based on the usage of membranes (VITO), PTFE, activated carbon and carbon cloth. The experiments with different cathodes were developed of comparison their ability to generate electricity in a single-chamber MFCs in batch mode. Maximum voltage is obtained as follows: 289.8 mV by using PTFE: AC=40:60 and 179.1 mV by using PTFE: AC = 20:80, respectively. Key words: microbial fuel cells, air- cathode
СИСТЕМНО ИНДУЦИРАНА РАСТИТЕЛНА УСТОЙЧИВОСТ КАТО СТРАТЕГИЯ ЗА КОНТРОЛ НА ПАРАЗИТИ АЛТЕРНАТИВА НА ПЕСТИЦИДИ
Жанна В. Удалова, Сбетлана В. Зиновиева
SYSTEMIC INDUCED PLANT RESISTANCE AS A CONTROL STRATEGY TO PARASITES ALTERNATIVE TO PESTICIDES
Zhanna Udalova, Svetlana Zinovieva
Резюме: Биогенните индуктори предизвикват системна устойчивост на растенията към паразитни нематоди - Meloidogyne incognita и Globodera rostochiensis (намаляване на паразитната инвазия на корените; инхибиране на жизнената дейност на паразита; спад в размножаването и количеството на агентите (ларви и яйца), способни да заразяват растенията). Добавянето на сигнална молекула (салицилова и жасмонова киселина) към индукторите увеличи тяхната активност като имуномодулатори. В настоящото изследване бяха изследвани механизмите на индуцирана растителна устойчивост към нематоди. Получените данни показват, че механизмите, природни и индуцирани от биогенни индуктори към устойчивост на домати към нематода имат същия произход. Тези характеристики отговарят на всички изисквания на новото поколение методи за растителна защита и използването на биогенни индуктори за повишаване на устойчивостта на растенията към паразитни нематоди може да е обещаващо.
Ключови думи: нематоди, системна придобита резистентност, индуктори, сигнални молекули, хитозан, салицилова киселина, жасмонова киселина
Abstract. Biogenic elicitors induce systemic resistance of plants to plant parasitic nematodes - Meloidogyne incognita and Globodera rostochiensis ( decrease in the parasitic invasion of the roots; an inhibition of the vital activity of the parasite; a decrease in fertility and the amount of agents sources (larvae and eggs) capable of infecting the plants). The addition of signal molecules (salicylic and jasmonic acid) to elicitors increased their activity as immunomodulators. In present investigation the mechanisms of induced plant resistance nematode were studied. The data obtained suggest that the mechanisms natural and induced by biogenic elicitors tomato resistance to the nematode have the same origin. These features meet all requirements of the new generation of methods of plant protection and the use of biogenic elicitors to raise plant resistance to parasitic nematodes may be promising.
Key words: nematodes, systemic acquired resistance, elicitors, signal molecules, chitosan, salicylic acid, jasmonic acid
Йордан Ников
NON-FOAMING FILM REACTORS FOR PRODUCTION OF BIOPESTICIDES
Iordan Nikov
Резюме. Биологичното третиране с използване на естествени молекули предствлява една щадяща природата алтернатива. В тази работа се фокусираме върху гъвкавото използване на продукти на Bacillus subtilis и по-специално на lipopeptides surfactin и fengicin като биопестициди. Предложени са два типа реактори за получаване на surfactin и fengicin или на тяхна смес. Дадени са примери на пряко използвване на тези липопептиди. Използвани са свободни и имобилизирани клетки. Показано е, че kLa (коефициента на масопренос на кислорода) е ключов параметър контролиращ продуктивността и селективността на биологичната резакция. Варирайки условията за пренос на кислород синтезът може да се ориентира към смесена продукция или към монопродуциране на surfactin/fengycin. Фракцията на surfactin към общото количесвтво на продуцираните липопептиди и максималната продукция на surfactin се увеличават с увеличаването на kLa (концентрацията на surfactin е около 2 g /l при kLa = 0.04–0.08 s-1), докато максималната продукция на surfactin (концентрация на surfactin около 3 g /l) бе получена при умерено подаване на кислород (kLa = 0.01 s-1).
Ключови думи: биопестициди, surfactin, fengicin, дисков реактор (RDR), инверсно втечнено легло, kLa
Abstract. Biological treatment through the use of natural molecules has presented as an ecofriendly alternative. Here, we focus on the versatile utilization of Bacillus subtilis based products, more especially the lipopeptides surfactin and fengicin, as biopesticides. The present work proposes two types of reactors for surfactin and fengicin production or its mixture and some examples of direct applications of these lipopeptides. Free and immobilized cells were used. It was demonstrated that kLa (oxygen transfer coefficient) is the key parameter controlling the productivity and the selectivity of the bioreaction. Varying the oxygen transfer conditions, the synthesis could be oriented to mixed production or to surfactin/fengycin mono-production. The fraction of surfactin towards total lipopeptides produced and the maximal surfactin production both increased with kLa increase (surfactin concentration about 2 g /l at kLa = 0.04–0.08 s-1), while the maximal fengycin production (fengycin concentration about 0.3 g/l) was obtained at moderate oxygen supply (kLa = 0.01 s-1). Key words: biopesticides, surfactin, fengicin, disk reactor (RDR), inverse fluidized bed, kLa