The object of research, development or design (in Russian) : Исследованы и технологически проработаны фиторемедиационные гидроботанические модули на основе Pistia stratiotes, Elodea canadensis и Lemna minor для удаления растворённых ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ и Cr(VI) из пресной воды водоёмов Республики Казахстан и модельных сточных вод. Первичное видовое поле включало 6 ВВР (Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes, Salvinia natans, Lemna minor, Elodea canadensis, Ceratophyllum demersum); по результатам скрининга сформирован целевой каскад: базовый модуль на Pistia stratiotes для Pb²⁺ и Zn²⁺, звено доочистки на Elodea canadensis для Cu²⁺ и предварительный модуль на Lemna minor для снижения Zn²⁺ при пониженной ионной силе.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеліп, технологиялық тұрғыда пысықталған фиторемедиациялық гидроботаникалық модульдер Pistia stratiotes, Elodea canadensis және Lemna minor негізінде ҚР су айдындарының тұщы суынан және үлгілік ағынды сулардан еріген Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ және Cr(VI) иондарын жою үшін ұсынылды. Бастапқы түрлік пул 6 ЖСӨ-ден тұрды (Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes, Salvinia natans, Lemna minor, Elodea canadensis, Ceratophyllum demersum). Скрининг нәтижелері бойынша нысаналы каскад қалыптастырылды: Pb²⁺ және Zn²⁺ үшін базалық модуль ретінде Pistia stratiotes, Cu²⁺ үшін қосымша тазарту буыны ретінде Elodea canadensis, иондық күші төмен ортада Zn²⁺ төмендетудің алдын ала модулі ретінде Lemna minor.

Aim of work (in Russian) : Исследование клеточных и физиолого-биохимических механизмов устойчивости ассоциации высших водных растений и микроводорослей к тяжелым металлам, с целью разработки научно-обоснованной, эффективной технологии фиторемедиации воды с попутным получением ценной зеленой биомассы в качестве сырья для биотоплива.

Aim of work (in Kazakh) : Жоғары су өсімдіктері мен микробалдырлар ассоциациясының ауыр металдарға төзімділігінің жасушалық және физиологиялық-биохимиялық механизмдерін зерттеу, су қоймаларын фиторемедиациялау үшін ғылыми негізделген және тиімді технологияны әзірлеу, сонымен қатар қосымша құнды жасыл биомассаны биоотынға арналған шикізат ретінде алу мақсатында жүргізіледі.

Методы исследования (на русском) : Проведён целевой отбор индикаторных видов высших водных растений из участков с техногенной нагрузкой. Таксоны верифицированы морфологически с фотодокументацией. Экспозиционные испытания проводились 144 ч при 2–20 ПДК для Cd(II), Cu(II), Pb(II), Zn(II) и Cr(VI). Оценивались относительный рост, прирост сухой массы и маркеры тканевых повреждений. В 14-дневных сериях при 5 и 10 ПДК определялись суммарное извлечение металлов, внутритканевая фиксация (после ЭДТА) и биоконцентрационный фактор (BCF). Кинетика сорбции описывалась моделью первого порядка с расчётом периода полувыведения и времени достижения 90 % очистки. Механистическая валидация выполнена на Pistia stratiotes при сублетальных дозах Zn²⁺ и Pb²⁺. Определялись хлорофиллы, растворимый белок, активности антиоксидантных ферментов и редокс-профиль глутатионовой системы. Ультраструктурные изменения изучались методом электронной микроскопии. Для воспроизводимости поддерживался режим частичной реновации среды (замена 50 % объёма на 7-е сутки).

Методы исследования (на казахском) : Техногендік жүктемесі бар учаскелерден жоғары сулы өсімдіктердің индикаторлық түрлері мақсатты түрде іріктелді. Таксондар морфологиялық белгілер бойынша фотоқұжаттамамен бірге верификацияланды. Экспозициялық сынақтар Cd(II), Cu(II), Pb(II), Zn(II) және Cr(VI) иондары үшін 2–20 ШРК концентрациясында 144 сағат бойы жүргізілді. Салыстырмалы өсу, құрғақ биомасса өсімі және ұлпалардың зақымдану маркерлері бағаланды. 5 және 10 ШРК деңгейлерінде 14 тәулік бойы жүргізілген тәжірибелерде металлдардың жалпы алынуы, ЭДТА өңдеуден кейінгі ұлпаішілік бекітілуі және биоаккумуляция коэффициенті (BCF) анықталды. Сорбция кинетикасы бірінші ретті реакция моделіне сәйкес сипатталып, жартылай шығару кезеңі мен 90 % тазартуға кететін уақыт есептелді. Механистік валидация Pistia stratiotes түрінде Zn²⁺ және Pb²⁺ сублетальды дозаларында жүргізілді. Зерттеу барысында хлорофиллдер мөлшері, ерігіш ақуыздар деңгейі, антиоксиданттық ферменттердің белсенділігі және глутатион жүйесінің редокс-профилі анықталды. Ультрақұрылымдық өзгерістер электронды микроскопия әдісімен зерттелді. Тәжірибенің қайталанушылығын қамтамасыз ету үшін ортаның жартылай жаңарту режимі сақталды (7-ші тәулікте көлемнің 50 % алмастырылды).

Obtained results and novelty (in Russian) : Проведён скрининг шести видов высших водных растений (Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes, Salvinia natans, Lemna minor, Elodea canadensis, Ceratophyllum demersum) при воздействии Cd²⁺, Cu²⁺, Cr(VI), Pb²⁺ и Zn²⁺ (2–20 ПДК, 144 ч). Плавающие формы (P. stratiotes, E. crassipes, S. natans, L. minor) проявили более высокую толерантность, что объясняется развитой аэренхимой и повышенной катионообменной ёмкостью. Для оценки биоаккумуляции выделены P. stratiotes, E. canadensis и L. minor. У P. stratiotes при 5 ПДК по Pb²⁺ достигнуты максимальные показатели: удаление 82 %, внутритканевая фиксация 62 %, BCF 1280 л·кг⁻¹; по Zn²⁺ — 68 % и 520 л·кг⁻¹ соответственно. E. canadensis эффективна по Cu²⁺ (удаление 56 %, BCF 380 л·кг⁻¹), L. minor — по Zn²⁺ (удаление 48 %, BCF 420 л·кг⁻¹). При 10 ПДК показатели снижались на 5–12 %, при сохранении лидерства P. stratiotes+Pb²⁺. Периоды полувыведения составили 2,0–2,9 сут, время 90 % очистки — 6,6–9,6 сут. Механистические тесты на P. stratiotes показали активацию антиоксидантных ферментов, снижение GSH/GSSG и ультраструктурные признаки перехода от стеночной сорбции к вакуолярной фиксации металлов. Новизна работы — интеграция биохимических, кинетических и морфофункциональных показателей, что позволило количественно оценить устойчивость и эффективность видов. P. stratiotes определена как перспективный объект для биоремедиации тяжёлых металлов.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Cd²⁺, Cu²⁺, Cr(VI), Pb²⁺ және Zn²⁺ иондарының (2–20 ШРК, 144 сағ) әсерінде алты түрдегі жоғары сулы өсімдіктер (Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes, Salvinia natans, Lemna minor, Elodea canadensis, Ceratophyllum demersum) зерттелді. Су бетінде өсетін түрлер (P. stratiotes, E. crassipes, S. natans, L. minor) жоғары төзімділік көрсетті, бұл аэренхиманың дамуы және катионалмасу қабілетінің жоғары болуымен түсіндіріледі. Биоаккумуляцияны бағалау үшін P. stratiotes, E. canadensis және L. minor таңдалды. P. stratiotes өсімдігінде Pb²⁺ 5 ШРК концентрациясында ең жоғары көрсеткіштер анықталды: жою тиімділігі – 82 %, ұлпадағы бекіту – 62 %, биоаккумуляция коэффициенті (BCF) – 1280 л·кг⁻¹; Zn²⁺ үшін тиісінше 68 % және 520 л·кг⁻¹. E. canadensis Cu²⁺ бойынша тиімділігімен ерекшеленді (жою – 56 %, BCF – 380 л·кг⁻¹), ал L. minor Zn²⁺ үшін тиімді болды (жою – 48 %, BCF – 420 л·кг⁻¹). 10 ШРК кезінде көрсеткіштер 5–12 % төмендеді, бірақ P. stratiotes + Pb²⁺ комбинациясы басым болды. Жартылай шығару кезеңі 2,0–2,9 тәулік, 90 % тазартуға кететін уақыт 6,6–9,6 тәулік болды. Механистік сынақтарда антиоксиданттық ферменттердің белсенуі, GSH/GSSG қатынасының төмендеуі және металлдардың вакуольге өтуі анықталды. Зерттеу нәтижесінде P. stratiotes ауыр металдармен ластанған суларды биоремедиациялау үшін ең тиімді нысан ретінде ұсынылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Квантифицированы и параметризованы технологически значимые показатели, обосновывающие базовый гидроботанический модуль на Pistia stratiotes: при 5 ПДК достигается удаление Pb²⁺ 82,1 ± 3,4 % при BCF 1280 ± 95 л·кг⁻¹ и устойчивой внутритканевой фиксации 62 ± 4 %; для Zn²⁺ – удаление 68,3 ± 2,9 %, BCF 520 ± 40 л·кг⁻¹, внутритканевая доля 73 ± 3 %. Кинетические характеристики подтверждают высокую производительность: t₁/₂ = 2,0 сут (Pb²⁺) и 2,5 сут (Zn²⁺), t₉₀ = 6,6 и 8,3 сут соответственно; при 10 ПДК сохранена работоспособность (например, Pb²⁺: 68,4 ± 3,0 %, BCF 1180 ± 90 л·кг⁻¹). Стандартизованный режим частичной реновации среды (замена 50 % объёма на 7-е сутки) стабилизирует переход от обратимой стеночной сорбции к внутритканевой фиксации и снижает риск десорбции, что позволяет детерминированно нормировать гидравлическое время пребывания (HRT) и график обслуживания. Биохимические и ТЭМ-маркёры (рост активностей СОД/КАТ/пероксидаз, вакуолярная секвестрация Pb²⁺, стеночные модификации при Zn²⁺) конвергентно подтверждают устойчивость процесса. Суммарно модуль на Pistia является безреагентным, низкоэнергоёмким и масштабируемым решением с предсказуемой пропускной способностью для нагрузок 5-10 ПДК по Pb²⁺ и Zn²⁺.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Технологиялық мәні бар көрсеткіштер квантификацияланып, параметрленді және Pistia stratiotes негізіндегі базалық гидроботаникалық модульді негіздейді: 5 ШЖК-де Pb²⁺ жою 82,1 ± 3,4 % кезінде BCF 1280 ± 95 л·кг⁻¹ және тұрақты тінішілік бекітілу 62 ± 4 % жетеді. Zn²⁺ үшін жою 68,3 ± 2,9 %, BCF 520 ± 40 л·кг⁻¹, тінішілік үлес 73 ± 3 %. Кинетикалық сипаттамалар жоғары өнімділікті растайды: t₁/₂ Pb²⁺ үшін 2,0 тәулік және Zn²⁺ үшін 2,5 тәулік, t₉₀ тиісінше 6,6 және 8,3 тәулік. 10 ШЖК-де де жұмысқа жарамдылық сақталады (мысалы, Pb²⁺: 68,4 ± 3,0 %, BCF 1180 ± 90 л·кг⁻¹). Ортаны ішінара жаңартудың стандартизаланған режимі (7-тәулікте көлемнің 50 % ауыстыру) қабырғалық қайтымды сорбциядан тінішілік бекітілуге өтуді тұрақтандырады және десорбция қаупін төмендетеді, бұл гидравликалық ұстау уақытын HRT және қызмет көрсету кестесін детерминациялап нормалауға мүмкіндік береді. Биохимиялық және ТЭМ-маркерлер (СОД/КАТ/пероксидаз белсенділіктерінің өсуі, Pb²⁺ вакуолярлық секвестрі, Zn²⁺ кезінде қабырғалық модификациялар) процестің тұрақтылығын конвергентті түрде растайды. Жалпы алғанда Pistia модулі реагентсіз, энергия сыйымдылығы төмен және масштабталатын шешім, Pb²⁺ және Zn²⁺ бойынша 5-10 ШЖК жүктемелерінде өткізу қабілеті болжамды.

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Эффективность разработанного биоинженерного решения подтверждена совокупностью технологических и эксплуатационных показателей, включающих короткие периоды полувыведения 2,0-2,9 суток при штатных нагрузках, высокие значения коэффициента биоаккумуляции, BCF, до 1280 л·кг⁻¹, устойчивую долю внутритканевой фиксации металлов на уровне 53-73 % в зависимости от сочетания вида растения и катиона, а также суммарное удаление загрязнителей до 82,1 % при входной концентрации, соответствующей 5 ПДК. Регламентированная частичная замена среды на седьмые сутки обеспечивает воспроизводимый переход от преимущественно обратимой стеночной сорбции к внутритканевому накоплению, что снижает риск вторичной десорбции и стабилизирует целевые метрики процесса. Научная значимость результата заключается в установлении причинно-следственных связей между биохимическими и ультраструктурными маркерами стресс-ответа и проектными параметрами системы, что позволяет использовать набор маркеров как оперативные индикаторы работоспособности модуля и инструмент для адаптивного управления режимами. Экологическая эффективность проявляется в мягком, биосовместимом удалении Pb²⁺, Cu²⁺ и Zn²⁺ без внесения химических реагентов и без генерации вторичных токсичных стоков, что дополнительно снижает нагрузку на гидробионтов и облегчает интеграцию решения в действующие водоохранные контуры.

Efficiency (in Kazakh) : Дайындалған биоинженерлік шешімнің тиімділігі штаттық жүктемелерде 2,0-2,9 тәулік қысқа жартылай шығарылу кезеңдерін, биоконцентрация коэффициентінің жоғары мәндерін BCF 1280 л·кг⁻¹ дейін, өсімдік түрі мен катион жұбына байланысты 53-73 % деңгейіндегі тұрақты тінішілік бекітілу үлесін және 5 ШЖК кіріс концентрациясында 82,1 % дейінгі жиынтық жоюды қамтитын технологиялық және эксплуатациялық көрсеткіштердің жиынтығымен дәлелденді. 7-тәулікте ортаның 50 % ішінара ауыстырылуын регламенттеу қабырғалық қайтымды сорбциядан тінішілік жинақталуға қайталанымды өтуді қамтамасыз етеді, бұл екіншілік десорбция тәуекелін азайтады және процестің нысаналы метрикаларын тұрақтандырады. Нәтиженің ғылыми маңыздылығы стресс-жауаптың биохимиялық және ультрақұрылымдық маркерлері мен жүйенің жобалық параметрлері арасындағы себеп-салдарлық байланыстарды орнатуда, маркерлер жиынтығын модульдің жұмысқа қабілеттілігінің жедел индикаторлары және режимдерді адаптивті басқарудың құралы ретінде пайдалануға мүмкіндік беруінде. Экологиялық тиімділік Pb²⁺, Cu²⁺ және Zn²⁺-ті химиялық реагенттер қоспай және екіншілік уытты ағындар тудырмай жұмсақ, биосәйкесті алып тастауда көрінеді, бұл гидробионттар жүктемесін қосымша төмендетеді және шешімді қолданыстағы су қорғау контурларына интеграциялауды жеңілдетеді.

Field of application (in Russian) : Предлагаемая технология предназначена для локальных систем доочистки поверхностных вод в зонах техногенного влияния Республики Казахстан, включая дельту реки Или, бассейн озера Балхаш и системы накопителей и отстойников, а также для природно-технических комплексов на промышленных площадках цветной металлургии и машиностроения и для полигонов твёрдых бытовых отходов с сезонными поступлениями ионов Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ и Zn²⁺. Решение может применяться в составе мобильных каскадных модулей для оперативной локализации и нейтрализации аварийных поступлений тяжёлых металлов, что повышает устойчивость водопользования в уязвимых бассейнах. Дополнительными направлениями внедрения являются учебно-демонстрационные и пилотные площадки для отработки регламентов фиторемедиации, внедрения биомаркерного мониторинга и апробации технологий регенерации и возврата металлов из собранной растительной биомассы, а также интеграция с действующей гидротехнической инфраструктурой для поэтапного повышения степени очистки и снижения суммарных эксплуатационных затрат.

Field of application (in Kazakh) : Ұсынылып отырған технология Қазақстан Республикасының техногендік ықпал аймақтарындағы жергілікті беткі суларды қосымша тазарту жүйелеріне арналған, оған Іле өзені дельтасы, Балқаш көлі алабы және жинақтағыштар мен тұндырғыш жүйелері кіреді. Сондай-ақ түсті металлургия және машина жасау өнеркәсіп алаңдарындағы табиғи-техникалық кешендерге және маусымдық Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ және Zn²⁺ түсімдері бар қатты тұрмыстық қалдықтар полигондарына арналған. Шешім апатты түсімдерді жедел локализациялау және бейтараптандыру үшін мобильді каскадты модульдер құрамында қолданылуы мүмкін, бұл осал бассейндерде су пайдаланудың тұрақтылығын арттырады. Қосымша енгізу бағыттары ретінде фиторемедиация регламенттерін пысықтауға, биомаркерлік мониторингті енгізуге және жиналған өсімдік биомассасынан металдарды регенерациялау және қайтару технологияларын апробациялауға арналған оқыту-демонстрациялық және пилоттық алаңдар, сондай-ақ қолданыстағы гидротехникалық инфрақұрылыммен интеграция қарастырылады, бұл тазарту дәрежесін кезең-кезеңімен арттыру және жиынтық эксплуатациялық шығындарды төмендету мүмкіндігін береді.