2

ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

YEREVAN STATE UNIVERSITY ____________________________________________

СТУДЕНЧЕСКОЕ НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО

STUDENT SCIENTIFIC SOCIETY

ISSN 1829-4367

СБОРНИК НАУЧНЫХ СТАТЕЙ СНО ЕГУ

МАТЕРИАЛЫ ЕЖЕГОДНОЙ НАУЧНОЙ СЕССИИ 2015 ГОДА

COLLECTION OF SCIENTIFIC ARTICLES OF YSU SSS

PROCEEDINGS OF THE ANNUAL SCIENTIFIC SESSION OF 2015

1.1 (11)

Естественные и физико-математические науки

Natural and Physical-Mathematical Sciences

ЕРЕВАН - YEREVAN

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЕГУ - YSU PRESS

2016

3

ԵՐԵՎԱՆԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

ՈՒՍԱՆՈՂԱԿԱՆ ԳԻՏԱԿԱՆ ԸՆԿԵՐՈՒԹՅՈՒՆ

ISSN 1829-4367

ԵՊՀ ՈՒԳԸ ԳԻՏԱԿԱՆ ՀՈԴՎԱԾՆԵՐԻ ԺՈՂՈՎԱԾՈՒ

2015 Թ. ՏԱՐԵԿԱՆ ԳԻՏԱԿԱՆ ՆՍՏԱՇՐՋԱՆԻ ՆՅՈՒԹԵՐ

1.1 (11)

Բնական և ֆիզիկամաթեմատիկական

գիտություններ

ԵՐԵՎԱՆ

ԵՊՀ ՀՐԱՏԱՐԱԿՉՈՒԹՅՈՒՆ

2016

4

Հրատարակվում է ԵՊՀ գիտական խորհրդի որոշմամբ

Издается по решению Ученого совета ЕГУ

Published by the resolution of the Academic Council of YSU

Խմբագրական խորհուրդ` Редакционная коллегия:

ա.գ.դ., պրոֆ. Թ. Վարդանյան ա.գ.դ., պրոֆ. Մ. Թորոսյան ե.գ.դ., պրոֆ. Ռ. Մինասյան ֆ.մ.գ.դ., դոց. Ս. Մելքոնյան ա.գ.թ., դոց. Ն. Հարությունյան ա.գ.թ., դոց. Ա. Պոտոսյան ա.գ.թ., դոց. Ս. Սուվարյան ա.գ.թ., դոց. Տ. Սարգսյան կ.գ.թ., դոց. Հ. Փանոսյան ֆ.մ.գ.թ., դոց. Ա. Մակարյան ֆ.մ.գ.թ., դոց. Ռ. Մարգարյան ա.գ.թ. Գ. Ալեքսանյան տ.գ.թ. Ս. Քելյան ֆ.մ.գ.թ. Մ. Հայրապետյան ք.գ.թ. Հ. Սիմոնյան

д.г.н., проф. Т. Варданян д.г.н., проф. М. Торосян д.г.н., проф. Р. Минасян д.ф.м.н., доц. С. Мелконян к.г.н., доц. Н. Арутюнян к.г.н., доц. А. Потосян к.г.н., доц. С. Суварян к.г.н., доц. Т. Саргсян к.б.н., доц. О. Паносян к.ф.м.н., доц. А. Макарян к.ф.м.н., доц. Р. Маргарян к.г.н. Г. Алексанян к.т.н. С. Келян к.ф.м.н. М. Айрапетян к.х.н. А. Симонян

Editorial Board

DSc, Prof. T. Vardanyan DSc, Prof. M. Torosyan DSc, Prof. R. Minasyan DSc, Associate Prof. S. Melkonyan PhD, Associate Prof. N. Harutyunyan PhD, Associate Prof. A. Potosyan PhD, Associate Prof. S. Suvaryan PhD, Associate Prof. T. Sargsyan PhD, Associate Prof. H. Panosyan PhD, Associate Prof. A. Makaryan PhD, Associate Prof. R. Margaryan PhD G. Aleksanyan PhD S. Kelyan PhD M. Hayrapetyan PhD H. Simonyan

Հրատարակիչ՝ ԵՊՀ հրատարակչություն

Հասցե՝ ՀՀ, ք. Երևան, Ալ. Մանուկյան 1, (+374 10) 55 55 70, publishing@ysu.am

Հրատարակության նախապատրաստող ստորաբաժանում՝ ԵՊՀ ուսանողական գիտական ընկերություն

Հասցե՝ ՀՀ, ք. Երևան, Ալ. Մանուկյան 1, (+374 60) 71 01 94,

Էլ. փոստ՝ sss@ysu.am

ԵՊՀ ՈՒԳԸ հրատարակումների կայք՝ www.ssspub.ysu.am.

Ժողովածուն հրատարակվում է Հայաստանի երիտասարդական

հիմնադրամի ֆինանսական աջակցությամբ:

102

Արփինե Պողոսյան*, Լիլիթ Գաբրիելյան** ԵՊՀ, Կենսաբանության ֆակուլտետ

* մագիստրանտ, **դասախոս, կ.գ.թ., դոց. Էլ. փոստ` arpine.poghosyan@yahoo.com

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՔԱՅԻՆ ԱՂԲՅՈՒՐՆԵՐԻՑ ՄԵԿՈՒՍԱՑՎԱԾ Rhodobacter sphaeroides

ԲԱԿՏԵՐԻԱՆԵՐՈՒՄ ԿԵՆՍԱՋՐԱԾՆԻ ՖՈՏՈԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅԱՆ ԱՌԱՆՁՆԱՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ ՏԱՐԲԵՐ ՎԵՐԱԿԱՆԳՆԻՉՆԵՐԻ ԵՎ ՕՔՍԻԴԻՉՆԵՐԻ ԱՌԿԱՅՈՒԹՅԱՄԲ

Ներածություն: Մոլեկուլային ջրածինը (H2) համարվում է էկոլոգիապես մաքուր վառելանյութ, որն

այրվելիս չի աղտոտում միջավայրը վնասակար նյութերով: Ներկայումս մեծ հետաքրքրություն է ներկա-յացնում կենսածին H2-ի (կենսաջրածնի) ստացումը [Gabrielyan, Trchounian, 2009; Hallenbeck et al., 2012; Basak et al., 2014]: H2 են արտադրում կարգաբանական տարբեր խմբերի պատկանող օրգա-նիզմները` քեմոտրոֆ բակտերիաները, ֆոտոտրոֆ ծիրանագույն և կանաչ բակտերիաները, ցիանա-բակտերիաները, մի շարք ջրիմուռներ: Ֆոտոսինթեզողների միայն 2 խումբ է ունակ H2 սինթեզելու. միկրոջրիմուռները և ցիանոբակտերիաները` ուղղակի և անուղղակի կենսաֆոտոլիզի արդյունքում, և ծիրանագույն բակտերիաները` օրգանական թթուների ֆոտոխմորման արդյունքում` օքսիդացնելով օր-գանական միացությունները (Gabrielyan, Trchounian, 2009; Basak et al., 2014):

H2-ի արտադրությունն օքսիդավերականգնողական գործընթացների արդյունք է (Gabrielyan et al., 2010, 2014; Hakobyan et al., 2012ա): Բակտերիաների օքսիդավերականգնողական գործընթացներ իրականացնելու ունակությունը կախված է միջավայրի օքսիդավերականգնողական պոտենցիալից (ՕՎՊ), որն էլ իր հերթին կախված է օքսիդավերականգնողական (ՕՎ) ռեակցիաների արագությունից (Василян, Трчунян 2008; Poladyan et al., 2013): Բակտերիաների անաերոբ աճը զուգորդված է ՕՎՊ-ի դրական արժեքներից բացասական արժեքներ նվազման հետ, որը նկարագրում է էլեկտրոնների տե-ղափոխությունը բակտերիաների թաղանթով և պրոտոնաշարժ ուժի ձևավորումը (Hakobyan et al., 2012բ):

ՕՎՊ-ի կարևոր դերը ցույց է տրվել Escherichia coli-ի, կաթնաթթվային և անաերոբ պայմաննե-րում աճող այլ բակտերիաների համար (Soghomonyan et al., 2011; Poladyan et al., 2013): Պարզվել է, որ տարբեր օքսիդիչներ և վերականգնիչներ ներգործում են բակտերիաների աճի վրա: Վերականգնիչ DL-դիթիոթրեիտոլը (ԴԹԹ) ճնշում է E. coli-ի և կաթնաթթվային բակտերիաների աճը (Василян, Трчунян 2008; Soghomonyan et al., 2011): Ենթադրվում է, որ ԴԹԹ-ի ազդեցությունը պայմանավորված է միջա-վայրի ՕՎՊ-ի վրա ուղղակի ազդեցությամբ և կախված է pH-ից: Enterococcus hirae բակտերիաների դեպքում ԴԹԹ-ն խթանում է բակտերիաների աճը (Poladyan et al., 2013):

Մի շարք մետաղների իոններ, մասնավորապես երկաթի (Fe) իոնները, գտնվելով բազմաթիվ ֆեր-մենտների կազմում, նույնպես մասնակցում են ՕՎ ռեակցիաներին: Միևնույն ժամանակ հայտնի է, որ Fe

2+-i ավելցուկը կարող է ճնշել բջիջների աճը (Nies, 1999; Wang, Wan, 2009): Անաերոբ պայմաններում

Fe2+

ավելի կայուն է, քան Fe3+

: Չնայած ծիրանագույն բակտերիաների համար գրականության մեջ հայտնի չեն երկաթի իոնների ներթափանցման և դրանց կոնցենտրացիան կարգավորելու ստույգ մե-խանիզմները, վերջիններս լավ ուսումնասիրված են E. coli բակտերիաներում: Հայտնի է Fe

2+ կլանման

համակարգը, որը գործում է E. coli բակտերիաներում անաերոբ պայմաններում: Դա` Fe2+

նկատմամբ մեծ խնամակցությամբ օժտված ABC տեղափոխող համակարգն է, որը գաղտնավորվում է feoABC գե-ներով: Ենթադրվում է, որ Fe

2+ իոնների տեղափոխությունն ԱԵՖ-կախյալ է (Nies, 1999; Ma et al.,

2009): Fe

3+-ի թափանցելիությունը շատ փոքր է, ինչի պատճառով դժվարանում է նրա մուտքը բջիջ:

Բջջում առկա են երկաթ կապող յուրահատուկ սպիտակուցներ, որոնք կապվում են երկաթի հետ և տե-ղափոխում են այն բջիջ (Nies, 1999; Ma et al., 2009): Արտաքին թաղանթն անցնելուց հետո, Fe

3+-սպի-

տակուց համակարգը կապվում է յուրահատուկ սպիտակուցների հետ, որոնք ABC տեղափոխիչների բաղադրիչներից են, և տեղափոխվում են պլազմային թաղանթով (Ma et al., 2009):

Հայտնի է, որ տարբեր մետաղների իոններ կարևոր են միկրոօրգանիզմների մեծամասնության աճի և նյութափոխանակության համար (Liu et al., 2009; Wang, Wan, 2009): Օրինակ՝ երկաթը մի շարք բակտերիաների աճման միջավայրի բաղադրամաս է, մտնում է ջրածնի արտադրության համար պա-տասխանատու հիմնական ֆերմենտների` հիդրոգենազների և նիտրոգենազների կազմի մեջ: Հիդրոգե-նազների ճնշող մեծամասնությունը [Fe]- կամ [Ni-Fe]-հիդրոգենազներ են, իսկ նիտրոգենազները կազմ-

103

ված են [Mo-Fe-Co] և [Fe-S] բաղկացուցիչ մասերից (Liu et al., 2009; Wang, Wan, 2009): Բացի այդ, ֆո-տոսինթեզային էլեկտրոնափոխադրող շղթայի տեղափոխիչները, ինչպիսին են ֆերեդօքսինը և ցիտո-քրոմները, նույնպես պարունակում են Fe (Liu et al., 2009).

Ծիրանագույն բակտերիաների վրա տարբեր վերականգնիչների և օքսիդիչների ազդեցության վե-րաբերյալ տվյալները բացակայում են: Այս աշխատանքում ուսումնասիրվել է Հայաստանի Ջերմուկ հանքային աղբյուրից անջատված ծիրանագույն բակտերիա Rhodobacter sphaeroides MDC6522 բջիջ-ներում H2-ի ֆոտոարտադրության կարգավորումն օքսիդիչներով (ֆերիցիանիդ, Fe

3+) և վերականգ-

նիչներով (ԴԹԹ, Fe2+

): Վերականգնիչների և օքսիդիչների ազդեցության ուսումնասիրությունները թույլ կտան պարզել R.

sphaeroides-ում H2-ի ֆոտոարտադրության ընդհանուր օրինաչափությունները, ինչպես նաև պարզա-բանել այդ գործընթացի կարգավորման մեխանիզմները և ուղիները:

Հետազոտման օբյեկտը և մեթոդները։ Տվյալ աշխատանքում օգտագործվել է ծիրանագույն ոչ ծծմբային բակտերիա R. sphaeroides MDC6522 շտամը, որը մեկուսացվել է Հայաստանի Ջերմուկ հան-քային աղբյուրից: Բակտերիայի կուլտուրան աճեցվել է անաերոբ պայմաններում Օրմերոդի հեղուկ սննդամիջավայրում, 36 Վ/մ

2 լուսավորության ներքո, 28-30

0С ջերմաստիճանում, սաթաթթվի` որպես

ածխածնի աղբյուրի, և խմորասնկային մզվածքի` որպես ազոտի աղբյուրի առկայությամբ (Թռչունյան և ուր., 2012; Hakobyan et al., 2012ա): ԴԹԹ-ն և ֆերիցիանիդը ներմուծվել են աճման միջավայր 0.1

մՄ, 1 մՄ և 2 մՄ կոնցենտրացիաներով, իսկ FeSO47H2O և FeCl3` 40 մկՄ, 80 մկՄ և 120 մկՄ կոնցեն-տրացիաներով:

Բակտերիայի աճին հետևել ենք կախույթի օպտիկական խտության չափման միջոցով Spectro UV-Vis Auto (Labomed, ԱՄՆ) սպեկտրոֆոտոմետրի օգնությամբ, 660 նմ երկարությամբ լույսի ալիքի կլան-մամբ (ՕԽ660) և ըստ բակտերիաների զանգվածի չոր քաշի որոշման ըստ հետևյալ բանաձևի. չոր քաշ (գ Լ

–1) = ՕԽ660*0.43 (Թռչունյան և ուր., 2012): Աճման տեսակարար արագությունը (µ) որոշվել է որպես

0.693-ի (ln2) և ՕԽ-ի հարաբերություն՝ µ = 0.693/τ, որտեղ τ – բակտերիաների կախույթի ՕԽ-ի կրկնա-

պատկման ժամանակն է (Թռչունյան և ուր., 2012; Hakobyan et al., 2012ա; Gabrielyan et al., 2014): Միջավայրի pH-ը որոշվել է իոնաչափիչի օգնությամբ (pH 302, Hanna Instruments, Պորտուգալիա),

և կարգավորվել 0.1 Մ NaOH-ով: Աճման միջավայրը pH-ը պահպանվել է 7.5-ի սահմաններում: Միջավայրի ՕՎՊ-ի մեծության չափման համար օգտագործվել են ЭПВ-01 տեսակի հարթ կետային

պլատինե և ЭО-021 տեսակի տիտան-սիլիկատային ապակյա էլեկտրոդը: H2-ի արտադրության մասին է վկայում պլատինե և տիտան-սիլիկատային էլեկտրոդների ցուցմունքների զգալի տարբերությունը (Թռչունյան և այլք, 2012; Hakobyan et al., 2012 ա, բ):

H2-ի ելքը հաշվարկվել է ըստ Պիսկարևի և արտահայտվել է մմոլ/գ չոր քաշ (Թռչունյան և ուր., 2012; Gabrielyan et al., 2014): H2-ի արտադրությունը որոշվել է նաև քիմիական եղանակով (Թռչունյան և ուր., 2012):

Հետազոտությունների արդյունքները և դրանց քննարկումը։ 3.1. R. sphaeroides բակտերիաների աճման առանձնահատկություններն օքսիդիչների և վերա-

կանգնիչների առկայությամբ։ Ուսումնասիրվել է R. sphaeroides բակտերիաների աճման տեսակարար արագությունը տարբեր օքսիդիչների և վերականգնիչների ազդեցությամբ (Նկ. 1): 0.1-1 մՄ ԴԹԹ-ն արգելակում է աճման տեսակարար արագությունը 1.2-2.25 անգամ, իսկ 2 մՄ-ից բարձր կոնցենտրա-ցիաների դեպքում աճ ընդհանրապես չի դիտվում: Միջավայրում Fe

2+-ի (40-120 մկՄ) առկայությամբ

աճման տեսակարար արագությունն աճել 3.4-4 անգամ ստուգիչի նկատմամբ (Նկ. 1): Առավելագույն ինտենսիվությամբ աճ է նկատվել 40 մկՄ Fe

2+-ի առկայությամբ: Օքսիդիչների առկայությամբ միջավայ-

րում դիտվել է հետևյալ պատկերը: Օքսիդիչ ֆերիցիանիդը (0.1-2 մՄ) արգելակել է աճը 1.3-3 անգամ, իսկ Fe

3+-ի (40-120 մկՄ) իոնների ազդեցությամբ բակտերիաների աճը ստուգիչի նկատմամբ աննշան է

եղել (Նկ. 1): Աճի արգելակումն ՕՎ միացություններով մի կողմից կարող է պայմանավորված լինել ՕՎՊ-ի վրա նրանց անուղղակի ազդեցությամբ, իսկ մյուս կողմից` ՕՎ միացությունների և բակտերիա-յի թաղանթի սպիտակուցների թիոլային խմբերի միջև փոխազդեցությամբ:

104

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Fe2+

¨ Fe3+

ëïáõ·Çã

40 ÙÏØ

80 ÙÏØ

120 ÙÏØ

¸Â ¨ ý»ñÇódzÝǹ

ëïáõ·Çã

0.1 ÙØ

1 ÙØ

2 ÙØ

¸Â²×Ù³

Ý ï

»ë³

ϳ

ñ³

ñ ³

ñ³

·áõÃ

ÛáõÝ

(Å

-1)

ü»ñÇódzÝǹ Fe2+

Fe3+

Նկար 1. R. sphaeroides MDC6522 շտամի աճման տեսակարար արագությունն ՕՎ միացությունների

ազդեցությամբ: Որպես ստուգիչ կիրառվել է միացությունների բացակայությամբ աճեցված բակտերիան:

Միջավայրի pH-ի փոփոխությունը բակտերիաների աճման կարևոր չափանիշներից է (Gabrielyan et al., 2010): Ստուգիչ բջիջների անաերոբ աճման ընթացքում (մինչև 72 ժ) միջավայրի pH-ն աճում է 7.5-ից մինչև ~9.5 (Նկ. 2): Վերականգնիչների առկայությամբ միջավայրում դիտվում է pH-ի աճ, որը կա-րող է պայմանավորված լինել օրգանական թթուների կլանմամբ, OH

- իոնների արտադրությամբ, ինչ-

պես նաև նյութափոխանակության այնպիսի արգասիքների առաջացմամբ, ինչպիսին է պոլիհիդրօքսի-բութիրատը: Ֆերիցիանիդի առկայությամբ աճեցված կուլտուրայում pH-ի փոփոխությունն ավելի ցածր է, իսկ Fe

3+-ի -ի առկայությամբ դիտվում է pH-ի աճ (Նկ. 2):

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

pH

¸Â ¨ ý»ñÇódzÝǹ

ëïáõ·Çã

0.1 ÙØ

1 ÙØ

2 ÙØ

Fe2+

¨ Fe3+

ëïáõ·Çã

40 ÙÏØ

80 ÙÏØ

120 ÙÏØ

¸Â ü»ñÇódzÝǹ Fe2+

Fe3+

Նկար 2. R. sphaeroides MDC6522 բակտերիայի անաերոբ աճի ընթացքում միջավայրի pH-ի փոփոխությունն ՕՎ միացությունների ազդեցությամբ: ∆pH-ը` սկզբնական pH-ի և

72 ժ աճեցված բակտերիաների կախույթի pH-ի միջև տարբերությունն է:

3.2. Օքսիդիչների և վերականգնիչների առկայությամբ R. sphaeroides բակտերիաների աճման

միջավայրի ՕՎՊ-ի փոփոխություններ: ՕՎՊ միջավայրի կարևոր չափանիշ է, որը կարող է բնու-թագրվել որպես տարբեր սուբստրատներ օքսիդացնելու կամ վերականգնելու կենսաբանական համա-կարգի ունակություն (Василян, Трчунян 2008; Soghomonyan et al., 2011): Դրական և բացասական ար-ժեքները ցույց են տալիս կենսաբանական համակարգերի վերականգնված և օքսիդացված վիճակը:

Վերականգնիչ ԴԹԹ-ն, որն ապահովում է միջավայրի ռեդօքս պոտենցիալի բացասական արժեքը (-200±20 մՎ), խթանում է ՕՎՊ-ի անկումը: Այդ ազդեցությունը կրում է կոնցենտրացիայից կախյալ բնույթ (0.1-2 մՄ) (Նկ. 3ա): 1 մՄ ԴԹԹ առկայությամբ ՕՎՊ նվազում է մինչև -680±20 մՎ: Մինչդեռ ստուգիչ բջիջների ՕՎՊ-ն աճման 72 ժամվա ընթացքում նվազում է մինչև -610±10 մՎ: 80 մկՄ Fe

2+

պարունակող միջավայրում դիտվում է ՕՎՊ-ի անկում մինչև -700±20 մՎ (Նկ. 3բ): ՕՎՊ-ի նման անկու-մը վկայում է վերականգնողական գործընթացների խթանման մասին, որը բնորոշ է անաերոբ պայման-ներում բակտերիաներ աճման համար: Բակտերիաների աճման ժամանակ ՕՎՊ-ի փոփոխությունները վկայում են բակտերիաների կենսագործունեության մեջ ՕՎ գործընթացների կարևորության մասին:

105

0 12 24 36 48 60 72 84 96

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

(µ)

úì

ä, Ùì

ijٳݳÏ, Å

ëïáõ·Çã

40 ÙÏØ Fe2+

80 ÙÏØ Fe2+

120 ÙÏØ Fe2+

40 ÙÏØ Fe3+

80 ÙÏØ Fe3+

120 ÙÏØ Fe3+

Նկար 3. R. sphaeroides MDC6522 միջավայրի ՕՎՊ-ի փոփոխությունը ԴԹԹ և

ֆերիցիանիդի (ա) ու Fe2+

և Fe3+

իոնների (բ) առկայությամբ անաերոբ աճի ընթացքում:

Ի տարբերություն վերականգնիչների, օքսիդիչ ֆերիցիանիդն ապահովում է միջավայրի ՕՎՊ-ի դրական արժեքները (250±10 մՎ): Երբ բակտերիաներն աճեցվել են օքսիդիչի ներկայությամբ նկատվել է ՕՎՊ-ի անկման ճնշում (Նկ. 3ա): 1 մՄ ֆերիցիանիդ պարունակող միջավայրում ՕՎՊ-ն նվազում է մինչև -500±15 մՎ: Այս ազդեցությունը նույնպես կրում է կոնցենտրացիայից կախված բնույթ: Իսկ Fe

3+

իոնների առկայությամբ բակտերիաների կախույթի ՕՎՊ-ն զգալի փոփոխություն չի կրել և այդ փոփո-խությունը համանման է եղել ստուգիչում ստացված արդյունքներին (նկ. 3բ):

Վերը նշված ֆիզիկաքիմիական չափանիշների նման փոփոխությունները կարող են պայմանա-վորված լինել ոչ միայն խմորման արգասիքներով, այլև բակտերիաների բջիջների մակերևույթին ըն-թացող օքսիդավերականգնման գործընթացներով:

Ստացված արդյունքները վկայում են օքսիդիչների և վերականգնիչների տարաբնույթ ազդեցու-թյան մասին:

3.3. R. sphaeroides բակտերիաներում H2-ի ֆոտոարտադրությունն օքսիդիչների և վերականգնիչ-ների առկայությամբ: Բակտերիաների անաերոբ աճի ընթացքում ՕՎՊ-ի փոփոխությունը վկայում է ոչ միայն կարևոր օքսիդավերականգնողական գործընթացների, այլ նաև H2-ի արտադրության մասին (Василян, Трчунян 2008; Hakobyan et al., 2012ա; Poladyan et al., 2013):

Այս բակտերիաներում հայտնաբերվել է ուղղակի կապ ՕՎՊ-ի փոփոխության և H2-ի արտադրու-թյան միջև (Hakobyan et al., 2012ա; Gabrielyan et al., 2014): Պրոտոնների վերականգնումը մինչև H2 դիտվում է խիստ վերականգնված պայմաններում: Ինչպես երևում է նկ. 4-ից, վերականգնիչ ԴԹԹ-ն ճնշում է աճը, սակայն խթանում է H2-ի ֆոտոարտադրությունը R. sphaeroides-ում: 0.1-1 մՄ ԴԹԹ-ի դեպքում H2-ի ելքը 72 ժ հետո 1.35 անգամ բարձր է ստուգիչի համեմատությամբ: Սակայն 2 մՄ ԴԹԹ-ի առկայությամբ միջավայրում չի դիտվում H2-ի արտադրություն բակտերիաների 48 ժ աճման ընթաց-քում, իսկ 72 ժ-ում այն մոտ 3 անգամ ցածր էր ստուգիչի համեմատությամբ (Նկ. 4): Հատկանշական է, որ Fe

2+ իոնների բացակայությամբ H2-ի արտադրություն չի դիտվել, ինչը վկայում է H2-ի արտադրու-

թյան գործընթացում այս իոնի մասնակցության մասին: Ցույց է տրվել, որ H2-ի ելքը 80 մկՄ Fe2+

պա-րունակող միջավայրում կազմել է 10.54 մմոլ/գ չոր քաշ, որը մոտ 2 անգամ գերազանցել է ստուգիչում (40 մկՄ Fe

2+ պարունակող միջավայր) H2-ի ելքին (նկ. 4):

0

2

4

6

8

10

12

H2-Ç

»Éù

Á (

ÙØ

/· ã

áñ ù

³ß)

¸Â ü»ñÇódzÝǹFe

2+, ÙÏØ

40 80 120

¸Â ¨ ý»ñÇódzÝǹ

ëïáõ·Çã

0.1 ÙØ

1 ÙØ

2 ÙØ

Նկար 4. ՕՎ միացությունների ազդեցությունը H2-ի ելքի վրա R. sphaeroides

MDC6522 բակտերիայի 72 ժ անաերոբ աճման ընթացքում:

0 12 24 36 48 60 72 84 96

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

Ä³Ù³Ý³Ï (Å)

(³)

úì

ä (

Ùì

)

ëïáõ·Çã 0.1 ÙØ ¸ÂÂ

1 ÙØ ¸Â 2 ÙØ ¸ÂÂ

0.1 ÙØ ü»ñÇódzÝǹ 1 ÙØ ü»ñÇódzÝǹ

2 ÙØ ü»ñÇódzÝǹ

106

H2-ի ֆոտոարտադրությունն արգելակվում է օքսիդիչների առկայությամբ (Նկ. 4): Երբ ֆերիցիա-

նիդի կոնցենտրացիան աճում է 1-ից մինչև 2 մՄ բակտերիաների 72 ժ աճման ընթացքում H2-ի ելքը նվազում է 3.3-5 անգամ: Fe

3+ իոնների առկայությամբ բակտերիաները H2 չեն արտադրում:

Պարզ է, որ օքսիդավերականգնողական գործընթացները կարևոր դեր են խաղում R. sphaeroides-ի նյութափոխանակության մեջ: Այդ գործընթացների մեծամասնությունը, որոնք իրականանում են բակ-տերիաների թաղանթներում, կախված են ՕՎՊ-ից: Կիրառված ՕՎ միացություններն ազդում են բակ-տերիաների աճի և H2-ի արտադրության վրա ՕՎՊ-ի միջոցով:

Գրականություն

1. Թռչունյան Ա., Բաղրամյան Կ., Փոլադյան Ա., Գաբրիելյան Լ. Կենսաբանական թաղանթների կենսա-ֆիզիկա, կենսաէներգետիկա և կենսաքիմիա, Երևան, 2012, 128 էջ:

2. Василян А․, Трчунян А., Влияние окислительно-восстановительного потенциала среды на рост и метаболизм анаэробных бактерий. Биофизика, 2008, Т. 53, N 2, С., 281-293.

3. Basak N․, Jana AK., Das D․, Saiki D., Photofermentative molecular biohydrogen production by purple-non-sulfur (PNS) bacteria in various modes: The present progress and future perspective. Int J Hydrogen Energy, 2014, 39, 6853–6571.

4. Gabrielyan L․, Trchounian A., Purple bacteria and cyanobacteria as potential producers of molecular hydro-gen: n electrochemical and bioenergetic approach. In: Trchounian, A. (Ed.), Bacterial Membranes. Research Signpost, Kerala, India, 2009, pp. 233–273.

5. Gabrielyan L․, Torgomyan H․, Trchounian A., Growth characteristics and hydrogen production by Rhodobacter sphaeroides using various amino acids as nitrogen sources and their combinations with carbon sources. Int J Hydrogen Energy, 2010, 35, 12201–12207.

6. Gabrielyan L․, Sargsyan H․, Hakobyan L․, Trchounian A., Regulation of hydrogen photoproduction in Rhodobacter sphaeroides batch culture by external oxidizers and reducers. Applied Energy, 2014, 131, 20–25.

7. Hakobyan L., Gabrielyan L., Trchounian A., Yeast extract as an effective nitrogen source stimulating cell growth and enhancing hydrogen photoproduction by Rhodobacter sphaeroides strains from mineral springs. Int J Hydrogen Energy, 2012ա, 37, 6519–6526.

8. Hakobyan L., Gabrielyan L., Trchounian A., Relationship of proton motive force and the F0F1-ATPase with bio-hydrogen production activity of Rhodobacter sphaeroides: effects of diphenylene iodonium, hydrogenase inhibitor, and its solvent dimethylsulphoxide. J Bioenerg Biomembr, 2012բ, 44, 495–502.

9. Hallenbeck PC., Abo-Hashesh M., Ghosh D., Strategies for improving biological hydrogen production. Bioresour Technol, 2012, 110, 1–9.

10. Liu B-F., Ren N-Qi., Ding J., Xie G-J., Guo W-Q., The effect of Ni2+

, Fe2+

and Mg2+

concentration on photo-hydrogen production by Rhodopseudomonas faecalis RLD-53. Int J Hydrogen Energy, 2009, 34, 721–726

11. Ma Zh., Jacobsen FE., Giedroc DP., Metal Transporters and metal sensors: how chemistry controls bacterial metal homeostasis, Chem Rev, 2009, 109, 4644–4681.

12. Nies DH., Microbial heavy-metal resistance. Appl Microbiol Biotechnol, 1999, 5, 730-750. 13. Poladyan A, Avagyan A, Vassilian A, Trchounian A. Oxidative and reductive routes of glycerol and glucose

fermentation by Escherichia coli batch cultures and their regulation by oxidizing and reducing reagents at different pH. Cur Microbiol, 2013, 66, 49–55.

14. Soghomonyan D., Akopyan K., Trchounian A., pH and oxidation-reduction change of environment during growth of lactic acid bacteria: effects of oxidizers and reducers. Appl Biochem Microbiol (Moscow), 2011, 47, 33–38.

15. Wang J,. Wan W., Factors influencing fermentative hydrogen production. Int J Hydrogen Energy, 2009, 34, 799–811.

Արփինե Պողոսյան, Լիլիթ Գաբրիելյան

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՔԱՅԻՆ ԱՂԲՅՈՒՐՆԵՐԻՑ ՄԵԿՈՒՍԱՑՎԱԾ RHODOBACTER SPHAEROIDES ԲԱԿՏԵՐԻԱՆԵՐՈՒՄ ԿԵՆՍԱՋՐԱԾՆԻ ՖՈՏՈԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅԱՆ ԱՌԱՆՁՆԱՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ

ՏԱՐԲԵՐ ՎԵՐԱԿԱՆԳՆԻՉՆԵՐԻ ԵՎ ՕՔՍԻԴԻՉՆԵՐԻ ԱՌԿԱՅՈՒԹՅԱՄԲ

Բանալի բառեր՝ Rhodobacter sphaeroides, կենսաջրածին, օքսիդավերականգնողական պոտենցիալ, օքսիդիչներ, վերականգնիչներ

Ուսումնասիրվել է Հայաստանի Ջերմուկ հանքային աղբյուրից անջատված Rhodobacter sphaeroides

MDC6522-ում կենսաջրածնի (Н2) ֆոտոարտադրությունը տարբեր օքսիդիչների և վերականգնիչների ազդեցու-թյամբ: Վերականգնիչ դիթիոթրեիտոլն արգելակում է բակտերիաների անաերոբ աճը, սակայն խթանում է H2-ի

107

ֆոտոարտադրությունը, իսկ օքսիդիչ ֆերիցիանիդն արգելակում է երկու գործընթացներն էլ: Fe2+-ը խթանում է բակտերիաների աճը և H2-ի ֆոտոարտադրությունը, ընդ որում H2-ի առավելագույն ելք գրանցվում է 80 մկՄ կոնցենտրացիայի դեպքում: Fe2+ իոնների բացակայությամբ H2-ի արտադրություն չի դիտվում, ինչը վկայում է H2-ի արտադրության գործընթացում այս իոնի կարևորության մասին: Fe3+-ի իոնների առկայութամբ H2-ի արտադ-րություն նույնպես չի գրանցվել: Ստացված տվյալները վկայում են, որ H2-ի արտադրության համար անհրաժեշտ է վերականգնված միջավայր:

Арпине Погосян, Лилит Габриелян

ОСОБЕННОСТИ ФОТОВЫДЕЛЕНИЯ БИО-ВОДОРОДА ВЫДЕЛЕННОЙ ИЗ МАТЕРИАЛА МИНЕРАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ АРМЕНИИ БАКТЕРИЕЙ RHODOBACTER SPHAEROIDES

ПРИ НАЛИЧИИ РАЗЛИЧНЫХ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ И ОКИСЛИТЕЛЕЙ

Ключевые слова: Rhodobacter sphaeroides, био-водород, окислительно-восстановительный потенциал, окислители, восстановители

В статье проведено исследование воздействия различных окислителей и восстановителей на фотовыделе-ние био-водорода (Н2) бактерией Rhodobacter sphaeroides MDC6522, выделенной из материала минеральных источников Джермук в Армении. Восстановитель дитиотреитол подавляет рост R. sphaeroides, но стимулирует фотовыделение H2 в процессе анаэробного роста. Однако окислитель феррицианид подавляет оба процесса. Ионы Fe2+ стимулируют как рост, так и фотовыделение H2 R. Sphaeroides. Наиболее интенсивный выход H2 наблюдается в присутствии 80 мкМ Fe2+. В отсутствие Fe2+ не наблюдается выделения H2, что подтверждает важную роль данного иона в выделении Н2. В присутствие Fe3+ выделения H2 также не происходит. Полученные данные свидетельствуют о том, что для выделения H2 необходима более чистая и восстановленная среда.

Arpine Poghosyan, Lilit Gabrielyan

PECULIARITIES OF BIO-HYDROGEN PHOTOPRODUCTION BY RHODOBACTER SPHAEROIDES, ISOLATED FROM MINERAL SPRINGS IN ARMENIA, BY THE

PRESENCE OF REDUCERS AND OXIDIZERS

Keywords: Rhodobacter sphaeroides, bio-hydrogen, redox potential, oxidizers, reducers

Bio-hydrogen (H2) photoproduction by Rhodobacter sphaeroides MDC6522 from Jermuk mineral spring in Armenia by the presence of various reducers and oxidizers have been investigated. Reducer dithiothreitol inhibits bacterial growth, but stimulates H2 photoproduction; whereas oxidizer ferricyanide suppresses both processes. Fe

2+

enhanced growth and H2 photoproduction by R. sphaeroides. The highest H2 yield was obtained for R. sphaeroides in 2+

. But H2 production was not observed in the absence of Fe2+

, indicating that Fe2+

is required for H2 production. R. sphaeroides was unable to produce H2 in medium with Fe

3+. The obtained results indicate that the

reduced medium is required for H2 production.