Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические последствия загрязнения чернозема антибиотиками. Монография
.pdf
61
nella spp., Shigella spp.,Yersinia pestis, Bartonella bacilliformis, Vibrio
cholerae, Vibrio fetus, Rickettsia spp., Borrelia burgdorferi, Brucella spp.
тетрациклину устойчивы микроорганизмы:
teus spp., Serratia spp.
вирусы, бета–гемолитические стрептококки группы А (включая 44 %
штаммов
Streptococcus pyogenes
Методика исследования
сухие образцы почвы обрабатывали растворами антибиотиков бензилпе-
нициллина, тетрациклина, фармазина и их комплексами с нистатином в
различных концентрациях: 100 – 1000 мг/кг почвы (Рис.4). Данные кон-
центрации были выбраны исходя из литературных данных по остаточ-
, большинство штаммов
и 74 % штаммов
заключалась в следующем: воздушно–
Pseudomonas aeruginosa, Pro-
Bacteroides spp.
и грибов,
Streptococcus faecalis
К
).
ным количествам антибиотиков в окружающей среде (Barnes et al., 2008;
Yang et al., 2011; Zhou et al., 2011). Все образцы инкубировали при тем-
пературе 20–25˚С в темном месте, во избежание быстрого разложения
антибиотиков, оптимальном увлажнении (60% от наименьшей влагоем-
кости). Контролем служила почва, не подвергавшаяся обработке анти-
биотиками. Лабораторно–аналитические исследования проводили через
10, 60, 120 суток. Аналитические определения биологических свойств
почвы выполняли в 3 – х кратной повторности.
62
Рис. 4. Схема серии модельных экспериментов
3.2. Лабораторно–аналитические методы определения
биологических свойств
Лабораторно–аналитические исследования выполнены на кафедре
экологии и природопользования ЮФУ с использованием общепринятых в
биологии, экологии и почвоведении и методов (Галстян, 1974, 1978; Ха-
зиев, 1990, 2005; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991;
Казеев и др., 2003).
Для оценки экологических последствий загрязнения чернозема изу-
чали биологическую активность по 10 показателям. К.А. Козлов (1962) и
Д.С. Орлов с соавторами (1976) предложили, что под биологической ак-
тивностью почвы следует подразумевать интенсивность в ней биологи-
ческих процессов. Биологическая активность почвы обусловлена сум-
марным содержанием в почве определенного запаса ферментов, а так-
же характеризует размеры и направление процессов превращения ве-
63
ществ и энергии в экосистемах суши, интенсивность переработки орга-
нических веществ и разрушения минералов.
Важной особенностью показателей биологической активности почв
является их значительное пространственное и временное варьирование,
что требует при их определении большого числа повторных наблюдений
и тщательной вариационно–статистической обработки (Звягинцев, 1978).
В рамках нашего опыта, в качестве показателей биологической ак-
тивности были исследованы: численность бактерий–аммонификаторов,
амилолитических бактерий, микромицетов; активность ферментов класса
оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа) и гидролаз (фосфатаза, ин-
вертаза), щелочно–кислотные свойства, интенсивность выделения СО2 и
др. Модельные эксперименты ставили в 3–х–кратной повторности. Ана-
литические определения биологических свойств почвы выполняли в 3–
кратной повторности.
Комплексное исследование микробоценоза чернозема обыкновенно-
го включало определение численности жизнеспособных микроорганиз-
мов различных эколого–трофических групп методом посева соответст-
вующих разведений (2;3;5) на твердые питательные среды: аммонифи-
цирующих бактерий – на мясо–пептонном агаре, амилолитических бак-
терий – на крахмало–аммиачном агаре, микромицетов – на среде Чапека
(Кураков, 2001).
Для изучения биохимических свойств почвы были использованы
следующие методы:
64
1. А.Ш.Галстяна (1978) для определения активности каталазы, которая
катализирует реакцию разложения перекиси водорода с образова-
нием воды и молекулярного кислорода. Каталаза широко распро-
странена в клетках живых организмов, высокую каталазную актив-
ность проявляют также почвы.
2. А.Ш.Галстяна (1982) для определения активности дегидрогеназы,
которая катализирует окислительно–восстановительные реакции пу-
тем дегидрирования органических веществ.
3. Модифицированный колориметрический метод Ф.Х. Хазиева (1982)
для определения активности инвертазы, являющейся карбогидра-
зой, которая наиболее активно гидролизирует сахарозу с образова-
нием редуцирующих сахаров – глюкозы и фруктозы. Активность ин-
вертазы четко коррелирует с содержанием гумуса и почвенным пло-
дородием.
4. А.Ш.Галстяна и Э.А. Арутюнян (1966) для определения активности
фосфатазы. Методы определения фосфатазной активности основаны
на количественном учете неорганического фосфора или спиртовой
части гидролизованного субстрата.
Статистическая обработка данных выполнена с использованием
статистического пакета Statistica 6.0. Использованы дисперсионный и
корреляционный анализы. Чувствительность показателя оценивали по
степени его снижения в зависимости от дозы (концентрации) антибио-
тика, информативность – по степени корреляции значения показателя
и дозы (концентрации) воздействия (Дмитриев, 1972).
65
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Влияние антибиотиков на динамику микробиологических
свойств чернозема
В микрозонах, где присутствует антибиотик, он, безусловно, воздей-
ствует на микробы, контактирующие с ним. Действительно, в почве про-
исходит процесс разрушения антибиотиков как под влиянием различных
физико–химических факторов (рН, наличие коллоидов и др.), так и в ре-
зультате инактивации специфическими веществами (ферментами), обра-
зуемыми микробами. Однако это не может служить доказательством от-
сутствия действия антибиотиков на микробы в почве. Инактивация анти-
биотиков микроорганизмами — естественная реакция живого организма
на вредное воздействие среды (Бриан, 1984; Дзержинская, 2005).
Почва представляет собой благоприятную среду для развития мик-
роорганизмов. Приблизительные подсчеты показывают, что в 1 г почвы
содержится 109бактерий, 105грибов, 103водорослей. Суммарная масса
всех микроорганизмов в пахотном слое составляет примерно 6—7 т на 1
га (Умаров, 1998). Естественно, такое колоссальное количество живых
организмов оказывает многообразное и разностороннее влияние на про-
цессы, происходящие в почве, и на жизнь высших растений. Особенно
много микроорганизмов развивается около корневых систем — ризо-
сферные микроорганизмы. Число микроорганизмов в прикорневой зоне в
50—100 раз превышает их число вне сферы влияния корневых систем.
Это и понятно, так как благодаря выделениям около корневых систем
создаются благоприятные условия для их питания. Поскольку корневые
66
выделения различны у разных растений, ризосферные микроорганизмы
тоже специфичны (Аристовская, 1988). Под влиянием микроорганизмов
происходят как нежелательные процессы, так и полезные. Микроорга-
низмы могут вызывать заболевания растений и накопление некоторых
токсичных веществ, выступать как конкуренты высших растений, погло-
щая усвояемые питательные вещества. Вместе с тем микроорганизмы
участвуют в минерализации органических веществ, переводя их в ус-
вояемую форму. В этой связи органическое вещество почвы является
важнейшим резервом питательных веществ для растений (Гусев, Минее-
ва, 1992; Гусев, 2007).
Микроорганизмы осуществляют превращение (окисление, восста-
новление) ряда неорганических соединений, переводя их в более или,
наоборот, менее усвояемую форму (Бабьева, Зенова, 1989). Чрезвычай-
но полезное значение имеет усвоение азота атмосферы микроорганиз-
мами, что является почти единственным источником азотистых соедине-
ний в почве. Важной особенностью микроорганизмов является выделе-
ние ряда биотических веществ (витамины, гормоны), которые способст-
вуют росту высшего растения (Белюченко, Назарько, 2000). Многие
высшие растения живут в симбиозе с грибами, образуя микоризу, или
грибокорень. На надземных органах растений развивается эпифитная
микрофлора. Ее микроорганизмы способствуют росту высшего растения,
в данном случае путем снабжения их гормональными веществами. В це-
лом рост высших растений возможен на минеральной питательной среде
в стерильных условиях. Однако в присутствии микроорганизмов он идет
67
более интенсивно. Даже при полной обеспеченности всеми питательны-
ми веществами в стерильных условиях темпы роста растений снижаются.
Это, по–видимому, связано с недостатком гормонов (Нетрусов, Котова,
2006).
Именно поэтому, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов
является хорошим диагностическим показателем почвенного плодоролия
и его изменения в результате антропогенного воздействия.
Изучив влияние антибиотиков на микрофлору чернозема обыкно-
венного, нами была установлена, различная чувствительность микроор-
ганизмов к действию антибиотикав.
4.1.1. Изменение численности аммонифицирующих бактерий
Аммонификаторы – группа почвенных микроорганизмов, являющих-
ся гнилостными бактериями и вызывающих гниение остатков растений,
трупов животных, разложение мочевины. Аммонификация – микробиоло-
гическая трансформация азота органических соединений (главным обра-
зом аминокислот) в ион аммония или аммиак. Разложение органического
вещества протекает в аэробных условиях и сопровождается активным
образованием CO2. Образующиеся в переувлажненных почвах при ана-
эробиозе некоторые продукты аммонификации обладают фитотоксиче-
скими свойствами и могут вызывать угнетение роста растений. В процес-
се гниения участвуют аэробные бактерии –
Serratia marcescens
Mucor, Penicillium
, бактерии рода
; анаэробы –
C. sporogenes, C. putrificum
Proteus
B. subtilis, B. mesentericus
; грибы рода
; уробактерии –
Aspergillus
,
,
68
Urobacillus pasteuri, Sarcina ureae
, расщепляющие мочевину (Шлегель,
1987).
В рамках нашего исследования установлено (рис.5–10), что все ис-
следуемые концентрации фармацевтических антибиотиков оказывают
достоверное подавляющее воздействие на численность почвенных мик-
роорганизмов, что было показано и в некоторых других исследованиях
(Colinas et al., 1994). Однако есть данные и о положительном влиянии
антибиотиков на рост и развитие микроорганизмов (Schmitt et al., 2004).
Корреляционный анализ данных позволил сделать вывод о тесной
связи между концентрацией антибиотиков и изменением численности
почвенных микроорганизмов (r=–0,68–0,86). Так же в других исследова-
ниях была показана зависимость влияния антибиотиков от их концен-
трации, чем выше доза, тем сильнее эффект ингибирования (Herron et
al., 1998). Например, установлено, что загрязнение почвы сульфахлор-
ридазином приводит к ингибированию численности почвенной микро-
биоты и дальнейшее увеличение концентрации данного антибиотика вы-
зывает развитие устойчивости у микроорганизмов (Schmitt et al., 2004).
Изменение численности аммонифицирующих бактерий чернозема
обыкновенного под действием антибиотиков показано на рисунках 5,6.
69
А
В
Рис. 5. Динамика численности аммонифицирующих бактерий
чернозема под действием фармазина (А) и комплекса фармазина с
нистатином (В)
70
А
В
Рис. 6. Динамика численности аммонифицирующих бактерий
чернозема под действием бензилпенициллина (А) и комплекса
бензилпенициллина с нистатином (В)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]