Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические последствия загрязнения чернозема антибиотиками. Монография
.pdf
91
ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНТИБИОТИКОВ И
ДРУГИХ СПОСОБОВ СТЕРИЛИЗАЦИИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА
Ранее, в серии модельных экспериментов, нами было изучено влия-
ние температурных факторов (процессы тиндализации, пастеризации, t
180оС) и фумигации хлороформом на биологические свойства чернозема
обыкновенного. Сравнив действие исследуемых ранее факторов стери-
лизации с действием антибиотиков, установили, что действие антибио-
тиков на биологические свойства чернозема носит пролонгированный
характер.
Одним из основных почвенных компонентов, реагирующих на тем-
пературное воздействие, являются микробоценозы, что проявляется в
изменении структуры и функциональной активности. Температура может
влиять на почвенные микробные популяции и видовой состав в зависи-
мости от интенсивности, максимальных температур, от типа почвы и ув-
лажнения, а так же продолжительности воздействия (Сорокин, 1993).
Влияние прогревания среды на микроорганизмы многосторонне,
особенно в такой гетерогенной среде как почва. Обычно, при прогрева-
нии почвы количество микроорганизмов в ней в первое время уменьша-
ется. Незначительные различия в популяции почвенных микроорганиз-
мов до и сразу после прогревания могут быть объяснены относительно
низкими температурами почвы.
Температура свыше 127°С стерилизует почву, а воздействие 70°С
убивает неспорообразующие грибы и некоторые бактерии, актиномице-
92
тов, но практически не влияет на спорообразующие бактерии и грибы
(
Bacillus spp., Clostridium)
. Большое значение при этом имеет влага: ув-
лажнение почвы оказывает благоприятное действие на повторный засев
и увеличение популяций микроорганизмов. На скорость восстановления
микробоценозов почв после воздействия высоких температур влияет
удаление или сокращение источников органики, изменение качественно-
го состава органических субстратов, физико–химических и гидротерми-
ческих свойств почв. Деструкция органического вещества усиливается
при повышении температуры (Благодатская и др., 1996).
Термическая обработка при свыше 105°С (термошок) приводит со-
ответственно к среднему и сильному нарушению устойчивости микроб-
ного сообщества почвы. При термошоке необратимо теряется 41% мик-
робной биомассы.
Исследованиями Е.В. Благодатской с соавторами (2002) показано,
что в микробном сообществе, сформировавшемся после термического
шока, может превалировать г–стратегия, характерная для менее устой-
чивых местообитаний.
При изменении экологической ситуации смена доминирующей эко-
логической стратегии микробного сообщества почвы является механиз-
мом адаптации почвенных микроорганизмов к новым условиям. Воздей-
ствие высоких температур почв приводит к разрушению микробных кле-
ток и высвобождению из них органических веществ (Ананьева и др.,
2003; Благодатская и др., 1996).
93
В условиях острого опыта наибольший эффект стерилизации наблю-
дается при воздействии высоких температур (180оС). По степени ингиби-
рования почвенных микроорганизмов исследуемые способы стерилиза-
ции располагаются в следующем ряду: t180˚C > хлороформ > антибио-
тики > тиндализация (рис.15).
Наиболее чувствительными к действию исследуемых факторов ока-
зались бактерии. При этом нагревание почвы при 180оC в течение 3–х
часов подавляло численность бактерий значительнее, чем фумигация
хлороформом и антибиотиками, которые в свою очередь оказали наибо-
лее сильный подавляющий эффект на численность грибов чернозема
обыкновенного. Таким образом, термические факторы наиболее эффек-
тивны в отношении бактерий, а фумигация хлороформом и антибиоти-
ками в отношении грибов чернозема.
В почвенных исследованиях достаточное внимание уделяется ката-
лизаторам многих процессов трансформации органических и минераль-
ных веществ. Такие ферменты как уреаза, дегидрогеназа, каталаза,
фосфатаза, инвертаза способны сохранять устойчивость в случае, когда
окружающие условия неблагоприятны для жизнедеятельности растений
и микроорганизмов.
Многие почвенные ферменты обладают большой термоустойчиво-
стью и разрушаются лишь при температурах, превышающих 100°С. Ин-
вертазы, каталазы, уреазы проявляют относительную термоустойчивость
при нагревании почвы при 100°С.
94
Таким образом, высокие температуры изменяют органическое веще-
ство почв, количество микробной биомассы и устойчивость микробных
сообществ, ферментативная активность относительно устойчива при на-
гревании почвы до 100°С, но полностью инактивируются и денатуриру-
ются при более высоких температурах.
Рис. 15. Влияние разных способов стерилизации на численность
почвенных микроорганизмов чернозема
Исследована устойчивость ферментов класса гидролаз к действию
разных способов стерилизации. По степени ингибирования каталазной
активности чернозема, способы стерилизации располагаются в ряду:
t180˚C > антибиотики > тиндализация > хлороформ.
Таким образом, температура и антибиотики оказали наибольшее
влияние на активность каталазы, чем пары хлороформа (рис.16).
По степени ингибирования дегидрогеназной активности чернозема,
способы стерилизации располагаются в ряду: t180˚C > тиндализация>
95
хлороформ> антибиотики. Дегидрогеназа оказалась менее устойчива к
действию всех исследуемых способов стерилизации, нежели каталаза
(рис.16,17).
Рис. 16. Влияние разных способов стерилизации на каталазную актив-
ность чернозема
Рис. 17. Влияние разных способов стерилизации на дегидрогеназную ак-
тивность чернозема обыкновенного
96
Рис. 18. Восстановление численности микроорганизмов чернозема по-
сле воздействия температуры (пастеризация)1 и антибиотиков (ком-
плекс фармазина и нистатина)2
Рис. 19. Восстановление ферментативной активности чернозема после
воздействия температуры (пастеризация)1 и антибиотиков (комплекс
фармазина и нистатина)2
В условиях хронического опыта сравнили действие антибиотиков и
температурного фактора. Сравнив действие двух факторов, наблюдали,
что действие антибиотиков носит пролонгированный характер, в отли-
чие от температурной обработки, т.к. практически полное восстановле-
ние численности микробиоты и ферментативной активности почвы, при
воздействии температуры, происходит уже на 30–е сутки опыта, а при
воздействии антибиотиков, наблюдается восстановление до 70–80% от
контроля всего лишь на 120–е сутки опыта (рис.18,19).
97
ВЫВОДЫ
В результате проведенных исследований по влиянию антибиотиков
на биологические свойства чернозема обыкновенного установлены сле-
дующие закономерности:
1. Все исследуемые антибиотики оказали подавляющее воздействие на
биологические свойства чернозема.
2. Степень влияния антибиотиков определяется их природой, концен-
трацией и сроками действия. Бактерицидные препараты (бензилпени-
циллин) наиболее эффективны в отношении аммонифицирующих бак-
терий, а бактериостатические (фармазин) в отношении амилолитиче-
ских бактерий.
3. По степени устойчивости к антибиотикам, исследованные микроорга-
низмы чернозема образовали ряд: бактерии–амилолитики > микроми-
цеты > бактерии–аммонификаторы.
4. Ферменты чернозема в целом более устойчивы к антибиотикам, чем
почвенные микроорганизмы. Однако различные ферменты отличают-
ся по резистентности к антибиотикам: из оксидоредуктаз дегидроге-
наза чувствительнее, чем каталаза, из класса гидролаз фосфатаза
чувствительнее, чем инвертаза. В целом оксидоредуктазы более ус-
тойчивы к антибиотикам, нежели гидролазы. По степени устойчивости
ферменты образовали ряд: каталаза > дегидрогеназа > инвертаза >
фосфатаза.
98
5. Восстановление как численности микроорганизмов, так и фермента-
тивной активности носит нелинейный характер, т.е. нельзя сказать,
что с увеличением времени инкубации происходит все бóльшее вос-
становление биологических свойств чернозема. Наиболее ярко это
проявляется для микроорганизмов по сравнению с активностью фер-
ментов.
6. По скорости восстановления микробиологические показатели черно-
зема обыкновенного образовали следующий ряд (концентрация 600
мг/кг): бактерии – амилолитики > бактерии–аммонификаторы > мик-
ромицеты.
7. По скорости восстановления показатели ферментативной активности
образовали ряд: дегидрогеназа > инвертаза > каталаза > фосфатаза.
8. С течением времени можно констатировать тенденцию восстановле-
ния биологических свойств чернозема обыкновенного после воздейст-
вия антибиотиков. Скорость восстановления биологических свойств
зависит от концентрации антибиотиков: чем меньше доза, тем быст-
рее восстанавливаются биологические свойства чернозема. Однако,
при высоких концентрациях (600 мг/кг), отдельные параметры биоло-
гических свойств не восстанавливаются и спустя 120 суток.
9. Антибиотики, в незначительной степени, приводят к смещению рН
чернозема в щелочную сторону.
10. Действие антибиотиков носит пролонгированный характер, в отли-
чие от термической обработки, на биологические показатели почвы.
99
ЛИТЕРАТУРА
1.
Абрамян С.А.
влиянием естественных и антропогенных факторов // Почвоведение.
1992. – №7. – С. 70–82.
2.
Акименко Ю.В.
активность чернозема обыкновенного. Проблемы природоохранной
организации ландшафтов: материалы межд. науч.–практ.конф., посв.
100–летию выпуска первого мелиоратора в России (24–25 апреля 2013
г.) / Ред. кол.: С.С.Таран (отв.ред.) и др.; НГМА. – Новочеркасск, 2013. –
Изменение ферментативной активности почвы под
Влияние антибиотиков на ферментативную
Часть 1.С. 28–32.
3.
Акименко Ю.В.
чернозема обыкновенного под действием антибиотиков. Материалы
докладов VI съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева.
Всероссийская с международным участием научная конференция «Почвы
России: современное состояние, перспективы изучения и
использования» (Петрозаводск – Москва, 13 – 18 августа Петрозаводск:
Карельский НЦ РАН, 2012. Кн 2. – С. 309–311.
4.
Акименко Ю.В.
способам стерилизации. ЛОМОНОСОВ–2013: ХХ Международная
конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: Секция
Изменение эколого–биологических свойств
Устойчивость почвенных микроорганизмов к разным
«Почвоведение»; 8–12 апреля 2013 г., Москва, МГУ имени М.В.
Ломоносова, факультет почвоведения: Тезисы докладов. – М.: МАКС
Пресс, 2013. – С. 12–13.
5.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
численности микроорганизмов в черноземе обыкновенном. Материалы
Влияние антибиотиков на динамику
100
международной научной конференции «Современное состояние
черноземов». Ростов–на–Дону: Изд–во Южного федерального
университета, 24–26 сентября 2013 г. С. 19–22.
6.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
ферментативную активность чернозема обыкновенного. Материалы
научной конференции «Неделя науки 2012». Ростов н/Д: ЗАО
«Ростиздат», 2012. С. 3–6.
7.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
ферментативную активность чернозема обыкновенного. Материалы
научной конференции сотрудников, студентов и аспирантов кафедры
Влияние антибиотиков на
Влияние антибиотиков на
экологии и природопользования Южного федерального университета
«Актуальные вопросы экологии и природопользования». Ростов н/Д:
Издательство Южного федерального университета, 2012. С. 5–8.
8.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
почв после действия разных способов стерилизации. Материалы научной
конференции «Неделя науки 2013». Ростов–на–Дону: Изд–во Южного
федерального университета, 2013. С. 3–7.
9.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
чернозема обыкновенного при воздействии антибиотиков. Мат–лы
Всероссийской молодежной научной школы «Эффективная работа над
диссертацией». Ростов–на–Дону: Изд–во Южного федерального
Восстановление биологических свойств
Динамика биологической активности
университета, 2012. С. 11–13.
10.
Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.
чернозема при воздействии тетрациклина и нистатина. VII
Международная научно–практическая конференция «Экология речных
Изменение биологических свойств
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]