Zirai-Endüstriyel Atıksularda Siyanobakterilerden Biyokütle Eldesi ve Gübre Olarak Kullanılması

Transkript

1 Zirai-Endüstriyel Atıksularda Siyanobakterilerden Biyokütle Eldesi ve Gübre Olarak Kullanılması Dr. N. Oya SAN Bilkent Üniversitesi, UNAM, Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü Doktora Sonrası Araştırmacı Yrd. Doç. Dr. Turgay Tekinay Gazi Üniversitesi, Yaşam Bilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Yaşam Bilimleri Uygulama ve Araştırma Merkez Müdürü 11 Nisan 2013 Adana Sanayi Odası Seyhan/Adana

2 Siyanobakteriler Siyanobakteriler, yeryüzündeki en yaygın organizma grupları arasındadır. Gram negatif prokaryotların büyük alt gruplarından birini oluşturmaktadırlar (Rippka et al., 1988). Klorofil a ve en az bir fikobilin sentezleme yeteneğine sahip, büyük bir çoğunluğu aerobik fototroftur. Ana primer üreticiler olmaları nedeniyle biyosferde oldukça önemli bir role sahiptirler (Rippka, 1988; Rudi et al., 2000). Siyanobakteriler atmosferik azotu fikse edebilme özelliğine sahiptir (Whitton ve Potts, 2000).

3 Tablo 1. Filogenetik ağaç ve Siyanobakterilerin yeri

4 Tablo 2. Siyanobakterilerin farklı özellikleri ve örnek cinsler

5 Fizyolojik esneklik ve uzun evrimsel geçmişlerinden dolayı kaplıcalardan buzullara çöllerden toprak ve su habitatına kadar çok çesitli alanlara yerleşmişlerdir (Wiese, 2010). Siyanobakterilerin fosil kayıtları, biyomarker ve genomik dizi analizlerine dayanarak 2,6 3,5 milyar yıl önce oluştukları tahmin edilmektedir Mevcut taksonomiye göre, 150 cins ve 2000 tür tanımlanmıştır.

6 Biyoteknolojik Uygulamaları Siyanobakteriler, biyoteknoloji ve sağlık uygulamaları olan geniş bir gruptur Son 50 yılda siyanobakterilerin, fotosentez ve fotosentezin genetik kontrolü, genetik ekspresyonun fotoregülasyonu, hücre farklılaşması karbon ve hidrojen metabolizması, çevresel strese karşı direnç ve moleküler evrimide içeren çeşitli çalışma alanlarında kullanımı yoğunlaşmıştır Fotosentez ve fotosentezin düzenlenmesinin araştırılmasında yüksek yapılı bitkiler yerine siyanobakterilerin kullanımı daha kolaydır (Sun ve Wang, 2003).

7 Dünyanın çeşitli bölgelerinde siyanobakteriler besin olarak kullanılmaktadır (Gallon, 1994). Serbest yaşayan azot fikse edebilen siyanobakteriler pirinç tarlalarında gübre olarak kullanılmaktadır (Kellmann, 2008). Siyanobakterilerin Ticari Kullanımları Örneğin kuru ağırlığının %70 inden fazlası protein olan Spirulina maxima ve Spirulina platensis in eski çağlardan beri Afrika ve Meksika da Ayrıca Spirulina dan doğal gıda boyası ve olarak da faydalanılmaktadır. Nostoc flagelliforme nin ise Çin de besin kaynağı olarak tüketildiği bilinmektedir.

8 Gübre Olarak Kullanımları Siyanobakteriler karbon, azot ve oksijen çevrimlerinde çok önemli bir rol üstlenmişlerdir. Filamentli olanlarda uç veya aradaki hücreler azot yakalamak üzere farklılaşmış sadece sudaki azotu değil, havada N 2 formundaki serbest azotu da yakalayabilme yeteneğine sahiptirler. Azotu tespit ederek toprakta verimliliği artırır (Ferris, 1996).

9 Günümüze kadar yapılan çalışmalar sonucunda ortaya çıkan ucuz ve kaliteli biyogübre eldesinde siyanobakterilerden yararlanmanın kaçınılmaz olduğu yönündedir. Dünyanın çoğu ülkesinde özellikle siyanobakterilerin tarım alanlarında starter kültür olarak kullanımı yaygındır. Ancak ülkemizde bu konu Rhizobium cinsi ile sınırlı kalmıştır. Bu nedenle ekonomik olarak daha ucuz ve güvenli yöntemlere, dolayısıyla biyoteknolojik çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Uzun süreli inorganik gübre kullanımının hem ürün hem de toprak verimini olumsuz yönde etkilemesi ve pahalı bir yöntem olması tercih edilebilirliğini azaltmaktadır. Bu nedenle ucuz ve kaliteli gübre eldesi için araştırıcıların, siyanobakterilerin üzerinde yoğunlaşarak araştırılması gerekmektedir.

10 Siyanobakterilerden Biyokütle Eldesi Azot Makro nutrient: kükürt (S), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg) ve potasyum (K). Karbon Fosfor Mikro nutrient: molibden (Mo), demir (Fe), nikel (Ni), bakır (Cu), çinko (Zn), kobalt (Co), bor (B), mangan (Mn) ve klor (Cl)

11 Zirai-endüstriyel sektörler: çok miktarda organik ve/veya inorganik kirletici içerikli atık ve atıksu oluştururlar. Bu atık ve atıksuların çevresel etkileri: ötrafikasyon, yüzey ve yeraltı su kaynaklarının kirletilmesi, koku kirliliği ve gaz emisyonudur. Bu atıkların arıtılmasında biyolojik, fizikokimyasal ve mekanik tekniklerden çoğunlukla biyolojik olarak aerobik /anaerobik parçalama kullanılır. Zirai atıkların organik/inorganik içerikleri siyanobakteriler tarafından kullanılarak hem atıksuların arıtımı hemde siyanobakterilerden biyokütle elde edilebilir.

12 Kümes hayvanları üretim çiftlikleri atık/atıksuları Süt ve süt ürünleri üretim yerleri atıksuları Atıksuları: amonyak, mineral ve çözünmemiş yada suspense halde katı parçaçıklar içerirler Yüksek oranda azot (yaklaşık 46 g/kg ) ve amonyak azotu (yaklaşık 14.4 g/kg ) içermekte Ürünlerin temizlenmesi için su kullanılması ile büyük miktarda atıksu açığa çıkar

13 Deneysel Çalışmalarımız Farklı atıksu kaynakları Farklı siyanobakteri türleri Maksimum biyokütle eldesi için optimum koşulların araştırılması Elde edilen biyokütlenin gübre olarak kullanım denemeleri

14 Sonuç Siyanobakteriler zirai-endüstriyel atıksularda hem inorganik ve organik kirleticileri indigeyerek arıtırlar hem de bu kirleticileri kullanarak gelişirler. Bu atıksuları kullanarak üretilen karbonhidrat ve/veya proteince zengin siyanobakteriler biyodizelin ötesinde biyoyakıt olarak kullanılabilirler. Siyanobakteri biyokütlesi eldesi için en büyük problem kültür besiyeri olarak kullanılan ziraiendüstriyel atıksuların içeriklerindeki farklı varyasyonların çeşitliliğidir. Çalışmalar ziraiendüstriyel atıksularda geliştirilen siyanobakterilerin gübre olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

15 Kaynaklar Rippka, R., Isolation and purification of cyanobacteria. Methods Enzymol., 167, Whitton, B.A., Diversity, ecology and taxonomy of the cyanobacteria. In: N.H. Mann and N.G. Carr (eds) Photosynthetic Prokaryotes. Plenum Press, New York, Rudi, K., Skulberg, O. M., Skulberg, R. & Jakobsen, K. S Application of sequence-specic labelled 16S rrna gene oligonucleotide probes for genetic pro ling of cyanobacterial abundance and diversity by array hybridization. Appl Environ Microbiol 66, Wiese, M., D Agostino, P.M., Mihali, T. K., Moffitt, M. C. and Neilan, B. A., 2010, Neurotoxic Alkaloids: Saxitoxin and Its Analogs, Marine Drugs (Mar.Drugs), 8: Sun, L. and Wang, S., 2003, Allophycocyanin complexes from the phycobilisome of a thermophilic blue-green alga Myxosarcina concinna Printz, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 72: Kellmann, R., Michali, T. K. and Neilan, B. A., 2008, Identification of a Saxitoxin Biosynthesis Gene with a History of Frequent Horizontal Gene Transfers, J Mol Evol, 67: Gallon J.R., Kittakoop P. and Brown E.G., 1994, Biosynthesis of anatoxin-a by Anabaena flos-aquae: examination of primary enzymic steps. Phytochemistry 35(5): Ferris, M.J., Muyzer, G. and Ward, D.M., 1996, Denaturing gradient gel electrophoresis profiles of 16S rrna-defined populations in- habiting a hot spring microbial mat community, Appl. Environ. Microbiol., 62: