1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 5, 2023

Почвоведение, 2023, № 5, стр. 586-593

Исследование микробного состава бентонитов двух месторождений

Д. Д. Кошелева a, *, В. С. Чепцов a, А. Л. Степанов a, И. И. Толпешта a, В. В. Крупская a, b

a МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

b Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия

* E-mail: koshadasheleva@gmail.com

Поступила в редакцию 20.10.2022
После доработки 14.12.2022
Принята к публикации 28.12.2022

Аннотация

Бентонитовые глины обладают большой площадью удельной поверхности и большим объемом порового пространства, что определяет их высокую сорбционную способность и позволяет использовать в качестве одного из барьеров при строительстве захоронений радиационно-активных отходов. Ожидается, что глубокие геологические хранилища будут функционировать тысячи лет, поэтому актуальна проблема прогнозирования изменений, которые могут произойти с ними за это время. В процессе функционирования хранилищ бентониты могут изменять свои свойства за счет воздействия на них микроорганизмов. В работе проанализирована структура микробного сообщества бентонитов двух месторождений: 10-й Хутор (Россия) и Таганское (Казахстан) – при различных температурах (25 и 60°С) инкубации. В бентоните месторождения 10-й Хутор при инкубации при 60°С выявлено 10 филумов и 92 рода бактерий, а при 25°С – 12 филумов и 94 рода. В бентоните Таганского месторождения при температуре инкубирования 60°С выявлено 14 филумов и 87 родов, а при 25°С – 15 филумов и 123 рода. В образцах преобладали бактерии типов Proteobacteria и Firmicutes. Сделан вывод, что основным фактором, влияющим на формирование микробного сообщества в исследованных бентонитах, является температура, а не химический и минеральный состав исследованных бентонитов.

Ключевые слова: глинистые минералы, микробные сообщества, хранилища радиоактивных отходов, Proteobacteria, Firmicutes

Список литературы

  1. Belousov P.E., Krupskaya V.V., Zakusin S.V., Zhigarev V.V. bentonite clays from 10th khutor deposite: features of genesis, composition and adsorption properties // RUDN J. Engineering Researches. 2017. V. 18. № 1. P. 135–143. https://doi.org/10.22363/2312-8143-2017-18-1-135-143

  2. Belousov P.E., Krupskaya V.V. Bentonite clays of Russia and neighboring countries // Georesursy. 2019. V. 21. № 3. P. 79–90. https://doi.org/10.18599/grs.2019.3.79-90

  3. Bucher F., Müller–Vonmoos M. Bentonite as a containment barrier for the disposal of highly radioactive wastes // Appl. Clay Sci. 1989. V. 4. № 2. P. 157–177. https://doi.org/10.1016/0169-1317(89)90006-9

  4. Delage P., Cui Y.J., Tang A.M. Clays in radioactive waste disposal // J. Rock Mechanics Geotechnical Engineer. 2010. V. 2. № 2. P. 111–123. https://doi.org/10.3724/SP.J.1235.2010.00111

  5. Efimova D., Tyakht A., Popenko A., Vasilyev A., Altukhov I., Dovidchenko N., Odintsova V. et al. Knomics-Biota – a system for exploratory analysis of human gut microbiota data // BioData Min. 2018. V. 11. № 1. P. 25. https://doi.org/10.1186/s13040-018-0187-3

  6. Esnault L., Jullien M., Mustin C., Bildstein O., Libert M. Metallic corrosion processes reactivation sustained by iron-reducing bacteria: Implication on long-term stability of protective layers // Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 2011. V. 36. № 17–18. P. 1624–1629. https://doi.org/10.1016/j.pce.2011.10.018

  7. Fardeau M.-L., Barsotti V., Cayol J.-L., Guasco S., Michotey V., Joseph M., Bonin P. et al. Caldinitratiruptor microaerophilus, gen. nov., sp. nov. isolated from a French hot spring (Chaudes-Aigues, Massif Central): a novel cultivated facultative microaerophilic anaerobic thermophile pertaining to the Symbiobacterium branch within the Firmicutes // Extremophiles. 2010. V. 14. № 3. P. 241–247. https://doi.org/10.1007/s00792-010-0302-y

  8. Grigoryan A.A., Jalique D.R., Medihala P., Stroes-Gascoyne S., Wolfaardt G.M., McKelvie J., Korber D.R. Bacterial diversity and production of sulfide in microcosms containing uncompacted bentonites // Heliyon. 2018. V. 4. № 8. P. e00722. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00722

  9. Hallbeck L., Pedersen K. Characterization of microbial processes in deep aquifers of the Fennoscandian Shield // Appl. Geochem. 2008. V. 23. № 7. P. 1796–1819. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2008.02.012

  10. Haynes H.M., Pearce C.I., Boothman C., Lloyd J.R. Response of bentonite microbial communities to stresses relevant to geodisposal of radioactive waste // Chem. Geol. 2018. V. 501. P. 58–67. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.10.004

  11. Hugerth L.W., Wefer H.A., Lundin S., Jakobsson H.E., Lindberg M., Rodin S., Engstrand L. et al. DegePrime, a Program for Degenerate Primer Design for Broad-Taxonomic-Range PCR in Microbial Ecology Studies // Appl. Environ. Microbiol / Ed. Löffler F.E. 2014. V. 80. № 16. P. 5116–5123. https://doi.org/10.1128/AEM.01403-14

  12. Kale R.C., Kapil B., Ravi K. Response of compacted bentonite to hyperalkalinity and thermal history // Sci. Rep. 2021. V. 11. № 1. P. 15483. https://doi.org/10.1038/s41598-021-95023-5

  13. Kim J.-S., Kwon S.-K., Sanchez M., Cho G.-C. Geological storage of high-level nuclear waste // KSCE J. Civil Engineering. 2011. V. 15. № 4. P. 721–737. https://doi.org/10.1007/s12205-011-0012-8

  14. Krupskaya V.V., Zakusin S.V., Tyupina E.A., Dorzhieva O.V., Chernov M.S., Bychkova Ya.V. Transformation of the montmorillonite structure and its adsorption properties due to the thermochemical treatment // Geochem. Int. 2019. T. 57. № 3. P. 314–330.https://doi.org/10.1134/S0016702919030066

  15. Liu H., Dang X., Zhang H., Dong J., Zhang Z., Wang C., Zhang R. et al. Microbial diversity in bentonite, a potential buffer material for deep geological disposal of radioactive waste // IOP Conf Ser. Earth Environ. Sci. 2019. V. 227. № 2. P. 022010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/227/2/022010

  16. Lopez–Fernandez M., Cherkouk A., Vilchez–Vargas R., Jauregui R., Pieper D., Boon N., Sanchez–Castro I. et al. Bacterial Diversity in Bentonites, Engineered Barrier for Deep Geological Disposal of Radioactive Wastes // Microbiol. Ecol. 2015. V. 70. № 4. P. 922–935. https://doi.org/10.1007/s00248-015-0630-7

  17. Meleshyn A. Microbial processes relevant for the long-term performance of high-level radioactive waste repositories in clays // Geological Society, London, Special Publications. 2014. V. 400. № 1. P. 179–194. https://doi.org/10.1144/SP400.6

  18. Meleshyn A.Yu., Zakusin S.V., Krupskaya V.V. Swelling Pressure and Permeability of Compacted Bentonite from 10th Khutor Deposit (Russia) // Minerals. 2021. V. 11. № 7. P. 742. https://doi.org/10.3390/min11070742

  19. Merkel A.Yu., Tarnovetskii I.Yu., Podosokorskaya O.A., Toshchakov S.V. Analysis of 16S rRNA Primer Systems for Profiling of Thermophilic Microbial Communities // Microbiology (N.Y.). 2019. V. 88. № 6. P. 671–680. https://doi.org/10.1134/S0026261719060110

  20. Moreno J., López–González J.A., Arcos-Nievas M.A., Suárez-Estrella F., Jurado M.M., Estrella-González M.J., López M.J. Revisiting the succession of microbial populations throughout composting: A matter of thermotolerance // Sci. Total Environ. 2021. V. 773. P. 145587. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145587

  21. Nandakumar R., Shahjahan A.K.M., Yuan X.L., Dickstein E.R., Groth D.E., Clark C.A., Cartwright R.D. et al. Burkholderia glumae and B. gladioli Cause Bacterial Panicle Blight in Rice in the Southern United States // Plant Dis. 2009. V. 93. № 9. P. 896–905. https://doi.org/10.1094/PDIS-93-9-0896

  22. Nicholson W.L., Munakata N., Horneck G., Melosh H.J., Setlow P. Resistance of Bacillus Endospores to Extreme Terrestrial and Extraterrestrial Environments // Microbiol. Molecular Biol. Rev. 2000. V. 64. № 3. P. 548–572. https://doi.org/10.1128/MMBR.64.3.548-572.2000

  23. Pannekens M., Kroll L., Müller H., Mbow F.T., Meckenstock R.U. Oil reservoirs, an exceptional habitat for microorganisms // N. Biotechnol. 2019. V. 49. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2018.11.006

  24. Pedersen K. Microbial processes in radioactive waste disposal. 2000. https://www.researchgate.net/publication/ 264450697_Microbial_Processes_in_Radioactive_Waste_ Disposal

  25. Ranjani A., Dhanasekaran D., Gopinath P.M. An Introduction to Actinobacteria // Actinobacteria – Basics and Biotechnological Applications. InTech, 2016. https://doi.org/10.5772/62329

  26. Schloss P.D., Westcott S.L., Ryabin T., Hall J.R., Hartmann M., Hollister E.B., Lesniewski R.A. et al. Introducing mothur: Open-Source, Platform-Independent, Community-Supported Software for Describing and Comparing Microbial Communities // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75. № 23. P. 7537–7541. https://doi.org/10.1128/AEM.01541-09

  27. Smart N.R., Rance A.P., Reddy B., Hallbeck L., Pedersen K., Johansson A.J. In situ evaluation of model copper-cast iron canisters for spent nuclear fuel: a case of microbiologically influenced corrosion (MIC) // Corrosion Engineering, Sci. Technol. 2014. V. 49. № 6. P. 548–553. https://doi.org/10.1179/1743278214Y.0000000213

  28. Steinberg J.P., Burd E.M. Other Gram-Negative and Gram-Variable Bacilli // Mandell, Douglas, and Bennett’s Principles and Practice of Infectious Diseases. 2014. V. 2. P. 2667–2683. https://doi.org/10.1016/B978-1-4557-4801-3.00238-1

  29. Stipanicev M., Turcu F., Esnault L., Schweitzer E.W., Kilian R., Basseguy R. Corrosion behavior of carbon steel in presence of sulfate-reducing bacteria in seawater environment // Electrochim. Acta. 2013. V. 113. P. 390–406. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.059

  30. Stroes-Gascoyne S., Hamon C.J., Dixon D.A., Martino J.B. Microbial analysis of samples from the tunnel sealing experiment at AECL’s Underground Research Laboratory // Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 2007. V. 32. № 1–7. P. 219–231. https://doi.org/10.1016/j.pce.2006.01.002

  31. Taborowski T. et al. Bacterial presence and activity in compacted bentonites. Mölnlycke, 2019. https://igdtp. eu/wp-content/uploads/2019/05/MIND-2019-04-D2.4-BacterialPresenceActivityInCompactedBentonites-v2.pdf

  32. Wersin P., Johnson L.H., McKinley I.G. Performance of the bentonite barrier at temperatures beyond 100°C: A critical review // Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 2007. V. 32. № 8–14. P. 780–788. https://doi.org/10.1016/j.pce.2006.02.051

  33. Willems A. The family Comamonadaceae // The Prokaryotes: Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria. 2014. V. 9783642301971. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30197-1_238

  34. http://info.geology.gov.kz/

  35. https://mothur.org/wiki/miseq_sop

  36. https://mothur.org/wiki/silva_reference_files/

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал