WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 17 |

«Национальная академия наук Украины Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного Институт биоорганической и нефтехимии Межведомственный ...»

-- [ Страница 3 ] --

С. А. Благодатским с соавт. [62] было исследовано влияние различных доз (63 и 126 кг N/га) азотных удобрений, концентрации СО2, удалённости от ризосферы растений на кинетические показате ли (максимальную удельную скорость роста — µm, величину активной и общей биомассы) микробных сообществ почвы вне корневой зоны растений и в ризосфере сахарной свёклы и озимой пшеницы, выра щенных на бурых лесных почвах Германии. Для диагностики влияния изучаемых факторов был проведён трёхфакторный дисперсионный анализ результатов (рис. 19).

Показано, что действие повышенной дозы азотного удобрения (126 кг N/га) на биомассу микроорганизмов и величину µm зависит от вида растения и удаленности от корней. В почве и в ризосфере под сахарной свёклой при недостатке азотного питания (63 кг N/га) величины µm, общей и активной микробной биомассы выше, чем при полноценном внесении удобрений (126 кг N/га). Под озимой пшени цей при внесении половинной дозы (63 кг N/га) µm ниже и зависит от количества корней в единице объёма почвы. В ризосферной почве сахарной свёклы µm выше, чем в неризосферной, тогда как отличий в величине максимальной удельной скорости роста в почве и ризос фере пшеницы не наблюдалось.

Рис. 19. Вклад независимых факторов: концентрации атмосферного диоксида углерода (СО2), дозы внесённых удобрений (N) и удалённости от корней растений (риз.), а также их взаимодействия в дисперсию максимальной удельной скорости роста (µm) микроорганизмов (А), активной (Б) и общей (В) микробной массы в почве под сахарной свёклой (I) и озимой пшеницей (II) [62] Одним из факторов, влияющих на величину общей массы микроорганизмов в вариантах с сахарной свёклой, является степень удалённости от корней. Под пшеницей это влияние было незна чительным. Для образцов почвы под сахарной свёклой величины общей и активной микробной массы в вариантах с лимитировани ем по азоту были выше в ризосферной почве по сравнению с неризосферной. Под озимой пшеницей величина общей биомассы в почве и ризосфере практически не различалась, тогда как актив ная биомасса достигала большей величины в неризосферной почве.

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Изучение стратегии роста микроорганизмов в ризосфере показа ло преобладание r-стратегов роста, характеризующихся более высоким µm в условиях избытка субстрата, чем к-стратегов [58, 62].

Исследование биоразнообразия бактериальных комплексов в ризосфере ржи на неудобряемых дерново-подзолистых почвах Повол жья и при различных дозах минеральных удобрений показало, что в почве без внесения минеральных удобрений выявлено большое разно образие микроорганизмов, относящихся к копиотрофам, гидролити кам и олиготрофам. Из функциональных групп в ризосфере в основ ном присутствуют аммонификаторы, олигокарбо- и олигонитрофилы, денитрификаторы, несимбиотические фиксаторы азота, в меньшем количестве — целлюлозолитические и нитрифицирующие бактерии.

Применение удобрений приводит к снижению индекса видового разнообразия ризосферной микрофлоры, возрастанию числа видов с высоким долевым участием. Это, по мнению Т. Х. Гордеевой [117], указывает на стрессовое состояние почвенной микробиоты, снижение устойчивости агроценоза.

Ряд авторов [20, 470, 660, 879] констатируют, что внесение в почву высоких доз минеральных удобрений приводит к перестройке метаболизма почвенной биоты, уменьшению биоразнообразия, резко му всплеску численности автохтонной микрофлоры, снижающей плодородие за счёт минерализации гумусных веществ.

Длительное использование высоких доз минеральных удобрений на дерново-подзолистой почве (Черниговская область) способствова ло активизации минерализационных процессов — коэффициент мине рализации (кмин) возрастал до 3,6. Преобладание минерализационных процессов над иммобилизационными приводит, в первую очередь, к нарушению преобразования азота, в результате чего значительная часть азотных удобрений (10–27 %) трансформируется микроорганиз мами, что приводит к снижению содержания этого элемента в почве и необходимости внекорневой подкормки растений азотом [343, 398].

Неоднозначны данные D. Booney и соавт. [636] о действии различных типов и доз минеральных удобрений на физиологические и эколого-трофические характеристики почвенной биоты. Действие минеральных удобрений на структуру бактериального и грибного сообществ почвы зависит как от типа и дозы минеральной добавки, так и от вида растения.

На примере влияния минеральных удобрений на микробиоту, участвующую в трансформации азота, установлено, что внесение фосфорных удобрений способствует активизации процессов азотфик сации, причём на ход этих процессов оказывает влияние не только вид удобрения, но и форма его внесения. Так, суперфосфат сразу после внесения ингибирует процесс нитрификации почвенной микро биотой, а фосфорная мука оказывает стимулирующее действие на нитрифицирующие микроорганизмы, нитратные азотные удобрения усиливают процесс денитрификации, тогда как аммиачные — процесс нитрификации [344].

Показано, что внесение высокой дозы минеральных удобрений приводит к снижению биогенности почвы, при этом уменьшается количество азотобактера и целлюлозоразрушающих бактерий, а численность грибов возрастает пропорционально увеличению в почве содержания азота. Влияние фосфорных удобрений на почвенную микробиоту менее выражено, чем азотных. Обменный калий снижа ет численность грибов и стимулирует развитие актиномицетов и бактерий, использующих минеральные формы азота. Максимальная численность микроорганизмов наблюдается при содержании К2О в количестве 10–20 мг/100 г почвы [542].

Изучение влияния различных форм азотных удобрений на микробное сообщество почвы показало, что использование безво дного аммиака в дозе N120, способствует увеличению численности микроорганизмов, трансформирующих азотные соединения на 77,3 %;

внесение такого же количества аммиачной селитры повышает их количество всего лишь на 19 %. Применение азотных удобрений стимулирует также развитие нитрифицирующих микроорганизмов в 1,3–3,7 раза на фоне снижения аммонифицирующих в 2 раза (с 17, до 8,3 %) [398]. Удобрение почвы сернокислым аммонием способ ствует повышению численности органотрофных неспорообразующих микроорганизмов в 2,1 раза по сравнению с контролем, а добавление аммиачной селитры и углеаммонийных солей (УАС) — соответствен но в 2,7 и 3,9 раза [20].

Исследования, проведённые Л. В. Дымовой и соавт. [151] на чернозёме выщелоченном лесостепи Алтайского края, выявили прямую зависимость между численностью микроорганизмов, участвующих в трансформации азота, и содержанием аммонийного и нитратного азота в почве.

Показано негативное влияние 40-летнего применения различных форм азотных удобрений в серой лесной тяжелосуглинистой почве на такие функциональные характеристики микробного сообщества как базальное (БД) и удельное (БД/Смикр) дыхание, отношение микроб ного к общему органическому углероду [491].

Одним из отрицательных моментов применения высоких доз удобрений является их воздействие на почвенную биоту, приводящее к снижению биоразнообразия, перегруппировке микробного комплек Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами са, активизации процессов лабилизации почвенного азота и его иммо билизации в биомассе микроорганизмов, провоцированию развития фитопатогенной микрофлоры и повышению токсичности почв [333, 368, 464, 564].

Микробиологические исследования ризосферы пшеницы, выра щиваемой в системе севооборота на чернозёмных почвах Краснодар ского края при применении минеральных удобрений и средств защи ты растений, установили снижение численности аммонифицирующих микроорганизмов, увеличение содержание автохтонной микрофлоры, использующей минеральный азот. В микробных ценозах доминирую щее положение занимали сапрофитные грибы и актиномицеты, продуцирующие фитотоксические вещества. Из шести выделенных культур микромицетов фитотоксичностью обладали пять представи телей родов Penicillium и Fusarium, у актиномицетов фитотоксические вещества продуцировали семь из девяти выделенных культур [368].

Увеличение численности фитопатогенных микроорганизмов и повышение токсичности почвы свидетельствует о почвоутомлении и требует неотложных мер восстановления биоразнообразия агроцено зов [124, 564].

А. П. Щербаков и соавт. [564] предлагают оценивать токсичность почвы при проведении различных агротехнических мероприятий, в том числе и внесении удобрений, по численности и видовому составу фитопатогенных микромицетов. Активными продуцентами фитотокси нов являются следующие микромицеты: видов Penicillium funiculosum, P. rubrum — рубратоксина, Aspergillus ustus — устовой кислоты, Fusarium solani — фузариевой кислоты, Talаromyces flavus — патулина. Появле ние и переход этих видов в ранг доминантов указывает на стрессовое состояние почвенной биоты.

Одной из отрицательных сторон применения минеральных удобрений, особенно азотных, является изменение кислотности почвы.

Как указывают многие авторы [20, 343, 398, 654, 1072], при внесении высоких доз азотных удобрений происходит изменение кислотного режима почвы, что способствует активизации процессов трансфор мации микроорганизмами азотсодержащих минеральных удобрений и иммобилизации азота в биомассе микроорганизмов. Такие процес сы приводят к значительным потерям содержания этого элемента в почве. В результате изменения соотношения аммиачного и нитрат ного азота возрастает токсичность почвы за счёт накопления нитра тов и повышения численности фитопатогенной микрофлоры, проду цирующей токсические вещества.

Негативное влияние повышенной кислотности на биоразнообра зие почвенного микробного ценоза было показано в работе амери канских исследователей [740]. Авторы проводили исследование микробных сообществ в экосистемах различных регионов Южной и Северной Америки с помощью молекулярных методов. Было уста новлено, что самые низкие показатели видового разнообразия микроорганизмов наблюдаются в кислых почвах, наивысшие — в нейтральных.

Немецкие учёные, изучая микробиоту лесных почв Германии с различным значением рН, выявили, что при низкой кислотности (рН 3) доминирующее положение занимают грибы, биомасса которых превосходит бактериальную в 9 раз, тогда как в почвах с нейтральным рН соотношение грибов к бактериям равняется 1 : 2 [598].

В сельскохозяйственной практике для нормализации кислотного режима окультуренных почв широко применяется известкование.

Известкование почвы и внесение минеральных удобрений способ ствуют восстановлению благоприятных условий для биохимических процессов в почве, снимают ингибирующее воздействие повышенной кислотности на ферментную систему, восстанавливают биоразноо бразие ризосферной микрофлоры по сравнению с неизвесткованной почвой [165, 562, 1033].

Известкование почв красно-жёлтой литосоли Португалии с низким рН при выращивании сои, инокулируемой кислотоустойчи выми штаммами Rhizobium, нейтрализовало вызванное удобрением закисление почвы, стимулировало азотфиксирующую активность, образование клубеньков и рост растений [737].

В опытах А. К. Миненко [344], проводимых на кислых дерново подзолистых почвах России в течение 8 лет, показано продолжитель ное активизирующее действие известкования на микроорганизмы цикла азота и фосфора (табл. 14). Выявлена корреляционная связь между кислотностью и показателями суммарной биологической актив ности почвы, которая через 8 лет после известкования была выше, чем неизвесткованной почвы на 82 %.

В ряде работ [11, 601] показано, что на соотношение количества грибов и бактерий в почве влияет не только кислотность, но и харак тер растительности различных биоценозов.

Исследование соотношения грибного и бактериального населения чернозёма, дерново-подзолистых почв различных экосистем (хвойный лес, луг, пашня) методом субстрат-индуцированного дыхания (СИД) показало, что соотношение грибов к бактериям 1,5 : 1 в пахотной почве выше и равняется 4 : 1, а в лесной и луговой почве этот пока затель составляет 1,5 : 1 и 2,1 : 1 соответственно, что объясняется как различием кислотности почв изучаемых ценозов, так и характе ром корневых экссудатов произрастающих растений [11].

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами таблица 14. Биологическая активность дерново-подзолистой суглинистой почвы через 8 лет после известкования (в среднем за вегетацию) Микробиологический Нитрифицирующая Уреазная активность, Фосфатазная активность, V. L. Bailey с соавт. [601] установили, что соотношение грибов и бактерий в почве различных биоценозов зависит от характера расти тельности: в прериях грибная биомасса превосходит бактериальную в 13,5 раз, а в хвойных лесах этот показатель не превышает 1,1.

Учитывая возможные отрицательные последствия применения высоких доз минеральных удобрений на микрофлору и органическое вещество почвы многие исследователи обращают внимание на перспективу совместного применения органических и минеральных удобрений. Проведённый нами анализ структуры микробных сооб ществ почв при внесении различных комбинаций органических и минеральных удобрений установил степень их влияния на экологи ческие характеристики микробного сообщества почвы (табл. 15). Так, индекс педотрофности, характеризующий степень потребления орга нических веществ почвенной микробиотой, достигает максимальных величин в целинных почвах и при внесении высоких доз минераль ных удобрений, а индекс олиготрофности уменьшается при внесении органических удобрений.

Коэффициент минерализации и иммобилизации минимален при внесении органических удобрений, а при внесении минеральных удобрений значительно увеличивается [20].

таблица 15. характеристика трофической структуры микробного ценоза Навоз, 10 т/га + растительные остатки, Навоз, 10 т/га + растительные остатки, Для характеристики стабильности почвенной микрофлоры Г. А. Иутинской и соавт. [197] было предложено определять грани цы колебаний численности микроорганизмов по коэффициенту флуктуаций. Был проведён расчёт диапазона колебаний микроор ганизмов при различных системах удобрений. Установлено, что в экосистеме целинных почв и агроценоза при использовании органи ческих удобрений почвенная микробиота находится в состоянии экологического равновесия и характеризуется незначительной ампли тудой колебаний численности — диапазон флуктуации составляет Sfluct = 22,7… 29,1. Длительное применение высоких доз минеральных удобрений снижает устойчивость микробного ценоза почвы, соот ветственно значительно возрастает диапазон колебаний численности микроорганизмов — S fluct = 31,5 … 34,5. При этом увеличивается индекс педотрофности, свидетельствующий об увеличении числен ности микрофлоры, активно разлагающей водорастворимые фракции гумуса. Минеральные удобрения в дозе N180 P600 K1300 вызывают под озимой пшеницей активное развитие автохтонной микрофлоры, мине рализующей гумусовые соединения. В результате максимальные значения коэффициентов педотрофности и минерализации возрас тает соответственно до 3,3 и 3,6.

Интересные данные были получены при исследовании микроб ных сообществ в посевах озимой ржи и пшеницы на серой лесной почве с внесением органических и минеральных удобрений. Показа но, что общая численность микроорганизмов в почве в процессе вегетации растений возрастала. При этом внесенные органические (навоз, навоз + N30 K60) и минеральные (N120 Р60 K60) удобрения влия ли на биоразнообразие ризосферных сообществ больше, чем на микроорганизмы ризопланы злаковых культур [465].

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Внесение в опесчаненную тяжелосуглинистую почву органических и минеральных удобрений (N100 P50 K50 + 20 т навоза/га) под томаты способствует развитию благоприятного микробиологического режима, значительно повышает урожай и качество овощей [1036].

Многолетнее комплексное изучение влияния различных систем удобрений на ризосферную микробиоту кукурузы, возделываемой в условиях севооборота и монокультуры, проведённое J. Cerny [662], позволило выявить воздействие агромероприятий на биохимические показатели микробного сообщества. Внесение органических удобре ний под кукурузу способствовало увеличению углерода и азота биомассы микроорганизмов в первые два года наблюдения, затем их содержание оставалось постоянным и незначительно превышало показатели в контроле, что свидетельствует о стабилизации метабо лических процессов в почвенной биоте. Внесение азотных удобрений вызывало снижение углерода и азота биомассы микроорганизмов по сравнению с контролем. По мнению авторов, это связано с изме нением качественных и количественных характеристик почвенной биоты. В системе севооборота внесение азотных удобрений в тече ние 8 лет не оказывало отрицательного влияния на содержание этих элементов в микробной биомассе, что свидетельствует о динамиче ском равновесии почвенной микробиоты.

Таким образом, анализ данных литературы показал значимость влия ния агротехнологий выращивания сельскохозяйственных культур на микробиоту ризосферы растений и необходимость разработки их научных основ для получения сельскохозяйственной продукции и воспроизведения почвенного плодородия с учётом состояния микробных ценозов почвы.

Токсическое и мутагенное действие пестицидов Состояние микробого ценоза почвы при использовании нарушении экологического равновесия в отдельных экосистемах и в системе микроорганизм–растение в частности. Особую опасность представляют синтетические соединения, поступающие в природу в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают пестициды — химические средства защиты растений от болезней, вредителей и сорняков. Они присутствуют в почве и, преодолев баръер ризосферной микробиоты, попадают и накапливаются в сельскохозяйственных культурах [157].

В настоящее время все высокопродуктивные системы земледелия основываются на интенсивном использовании удобрений и пестици дов, так как в условиях высокой обеспеченности почвы питательны ми элементами величина урожая определяется лишь биологическим потенциалом сорта культивируемого растения и тем, насколько полно устранено отрицательное влияние вредителей, болезней и сорняков на возделываемую культуру. Указанные негативные воздействия устра няются, большей частью, с помощью пестицидов [343].

Использование пестицидов для повышения продуктивности расте ниеводства обусловливает рост асортимента и объём их применения.

Вторая половина ХХ в. считается эрой синтетических соединений, абсолютно чуждых живой природе, — ксенобиотиков [10, 12]. Систе матическое ежегодное их применение приводит к исключительному по своим масштабам прецеденту воздействия человека на природные процессы. Большая часть пестицидов, используемых в сельском хозяйстве, попадает в почву, которая является своеобразным "депо" химических соединений, местом их взаимодействия с микроорганиз мами и основным источником загрязнения других природных сред, кормов и продуктов питания. Пестициды рассеиваются на огромных площадях и их невозможно собрать с помощью каких-либо очистных сооружений, поэтому просчёты в санитарно-гигиенической и экоток сикологической оценке препаратов особенно опасны, как это можно было видеть на примере использования алдрина, дилдрина, ДДТ, 2,4,5-Т и др. [279].

Пестициды попадают в почву, накапливаются там и взаимодей ствуют с компонентами самой почвы, с почвенными микроорганиз мами ризосферы растений и с самими растениями.

Установлено, что реакция ризосферных почвенных микроорга низмов на действие пестицидов чрезвычайно разнообразна и зависит от многих факторов: химической природы, персистентности препа ратов, почвенно-климатических характеристик, культивируемых расте ний [279]. Необходимость исследования взаимодействия пестицидов с ризосферными почвенными микроорганизмами обусловлена важней шей ролью последних в создании почвенного плодородия и оптими зации условий произрастания растений [469].

Пестициды, в основном, применяются в агроэкосистемах — неустойчивых, искусственно созданных экосистемах культурных полей, которые регулярно поддерживаются человеком. По сравне нию с природными экосистемами, агроэкосистема имеет ограничен ный состав растительного и животного компонентов и слабовыра женные механизмы саморегуляции [132]. Высокое качество почвы, как базового компонента агроэкосистемы, зависит от видового и Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами функционального разнообразия микроорганизмов, накопления их биомассы в почве, оптимального соотношения продуцентов и сапро фитов. Это обеспечит высокий уровень развития компенсационных механизмов самообновления структуры и состава микробных сооб ществ почвы [279].

В проведённых Н. А. Ямборко и соавт. [571] исследованиях была изучена устойчивость к действию пестицидов почвенных микробоце нозов, сформировавшихся в условиях использования четырёх разных агротехнологий выращивания озимой пшеницы: биологической, традиционной, химической и минимальной (табл. 16).

таблица 16. Агротехнологии выращивания озимой пшеницы Полученные данные свидетельствуют о влиянии агротехнологий выращивания озимой пшеницы на численность микроорганизмов различных таксономических и эколого-трофических групп в черно зёмной почве (табл. 17).

таблица 17. Численность микроорганизмов основных таксономических и эколого-трофических групп (КОЕ/г сухой почвы) при разных микроорганизмов, Стрептомицеты, · 106 1,60±0,36 0,48±0,22 0,45±0,23 3,00±0, Педотрофные, · 106 29,60±1,81 30,10±1,82 13,50±1,22 17,90±1, Аммонифицирующие, · 106 21,50±1,54 11,60±1,13 6,96±0,87 9,71±1, Амилолитические, · 106 6,60±0,85 3,90±0,65 2,22±0,49 4,30±0, Олиготрофные, · 106 33,80±1,93 24,90±1,66 17,60±1,39 16,50±1, Гуматразлагающие, · 106 13,30±1,21 6,40±0,84 7,90±0,93 9,50±1, В среднем за вегетационный период максимальное количество грибов, стрептомицетов, аммонифицирующих, амилолитических, олиготрофных, гуматразлагающих бактерий было выявлено в почве при использовании биологической агротехнологии. Численность указанных микроорганизмов в почве этого варианта была выше, чем при традиционной агротехнологии, в 1,7—3,3 раза. При химической агротехнологии по сравнению с биологической количество почвенных стрептомицетов, аммонификаторов, амилолитиков было меньше в 3–3,6 раза, а грибов, педотрофных, олиготрофных, гуматразлагающих бактерий — в 1,6–2,2 раза. В условиях биологической и традицион ной агротехнологии численность педотрофных и олиготрофных бакте рий в почве отличалась несущественно и была в 1,5 — 2 раза выше, чем при химической и минимальной агротехнологии. При минималь ной агротехнологии численность стрептомицетов была максимальной и превышала в 1,9 раза их количество при биологической агротехно логии, в 6,2—6,6 раза — при традиционной. Численность микроор ганизмов при химической агротехнологии была самой низкой.

Полученные данные свидетельствуют, что при биологической агротехнологии создаются максимально благоприятные условия для развития микроорганизмов указанных групп.

В исследованиях О. Ю. Ксенофонтовой и соавт. [286] проведена оценка влияния производственных и экспериментальных доз новых пестицидов картоцида, нитролона, семихинона, хлортиазида, юглона, гербицида 3249, а также широко используемых препаратов глин и каратэ на численность почвенных актиномицетов, гетеротрофных бактерий и несовершенных грибов (табл. 18) [286].

Гербицид 3249 и глин даже в концентрации ста производствен ных доз стимулировали размножение гетеротрофных бактерий и грибов. Картоцид и хлортиазид стимулировали рост гетеротрофных бактерий, но угнетали размножение актиномицетов и грибов.

Действие новых пестицидов юглона, семихинона и нитролона было неоднозначным. Характер действия юглона на микроорганизмы аналогичен действию гербицидов. Семихинон проявил сильное ингибирующее воздействие на актиномицеты и бактерии, но стиму лировал рост грибов, что даёт основание говорить о бактерицидных свойствах семихинона. Нитролон же, наоборот, стимулировал рост актиномицетов, но подавлял бактерии и грибы в первые дни экспе римента. Это свидетельствовало о его непродолжительной по време ни фунгицидной активности. Гербициды глин и юглон не проявля ли ингибирующего воздействия на актиномицеты, гетеротрофные бактерии и плесневые грибы. Хлортиазид подавлял актиномицеты и грибы, но стимулировал размножение гетеротрофных бактерий, семихинон же ингибировал актиномицеты и бактерии, но стимули ровал рост грибов. Проведённые наблюдения за изменением числен ности микроорганизмов в почве, содержащей различные пестициды, позволяют сделать вывод об их избирательном влиянии на различ ные группы микроорганизмов.

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами таблица 18. Воздействие раличных производственных концентраций (пК) пестицидов на микроорганизмы почвы [286] ПК пестицида Гербицид Контроль Глин Kapaтэ Картоцид 10 ПК Нитролон 10 ПК 100ПК Семихинон 100ПК Контроль Хлортиазид 10 ПК 100ПК Юглон Имеются многочисленные, часто противоречивые сведения о влиянии триазиновых пестицидов на микрофлору почвы. Отмечается как стимулирование, так и ингибирование различных групп микро организмов. Так, после обработки атразином наблюдался значитель ный рост численности грибов, среди которых доминировали пред ставители родов Aspergillus, Penicilium, Fusarium, Trichoderma и Mucor [112, 340]. В ряде случаев внесение атразина и симазина стимулиро вало микрофлору, участвующую в трансформации азота и углерода.

Активизировались процессы нитрификации, в почве накапливалось больше нитратов. Наиболее чувствительны к действию симазина сапрофитные, олигонитрофильные бактерии и грибы.

Даже однократная обработка почвы гербицидами приводит к изменению видового состава микроорганизмов, но особенно серьёз ные последствия наблюдаются при систематическом их применении.

При многолетнем использовании симазина описано увеличение количества нитрифицирующих бактерий с 3,5 • 10 6 КОЕ/г почвы до 5,5 • 10 6 КОЕ/г почвы [116]. Действие триазинов на фототрофные микроорганизмы может быть стимулирующим, ингибирующим или нейтральным. Это зависит как от вида пестицида, так и от его концентрации. Многие триазины влияют на синтез хлорофилла и активность ряда ферментов, в том числе участвующих в метаболизме азота. Показано, что атразин оказывает стимулирующее действие на рост Azotobacter giacommelloi, пиразин угнетает их рост, симазин пода вляет синтез бактериохлорофилла у Rodospirillum rubrum [418, 1061].

Токсическое действие пестицидов на микрофлору проявляется также в нарушении синтеза ферментов, угнетении многих метаболи ческих реакций, задержке роста и развития и т. д. Это приводит к дезорганизации клеток и их гибели [724]. Кроме того, пестициды при попадании в почву могут блокировать почвенные ферменты путём образования комплекса пестицид–фермент и блокировать их реакции с субстратом, нарушая тем самым определённые биохимические процессы. Последующее восстановление ферментативной активности почвы происходит за счёт жизнедеятельности микроорганизмов, устойчивых к используемым дозам пестицидов.

По мнению Р. В. Галиулина и соавт. [97], адекватным отраже нием функционального состояния микрофлоры при загрязнении почвы пестицидами может стать её дегидрогеназная активность, кото рая, как показали опыты А. А. Масько и Л. А. Потоцкой [334] с почвой, подверженной воздействию стерилизующей дозы гамма излучения, на 95 % обусловлена ферментами живой микробиоты.

Результаты экспериментов, проведённых с образцами чернозёма выщелоченного, обработанных гербицидами линуроном и прометри Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами ном, а также инсектицидом ГХЦГ в дозе 5–50 мг/кг, показали, что лучше растворимый в воде и значительно стойкий линурон оказывал более продолжительное ингибирование дегидрогеназной активности (до 6,2 мес) по сравнению с менее растворимыми и стойкими проме трином и ГХЦГ (до 3,7–5,5 мес). Это может указывать на выражен ную во времени перестройку в метаболизме микробных клеток в зависимости от токсичности ксенобиотиков. Если депрессия какого либо функционального состояния микрофлоры, характеризуемого в данном случае снижением её дегидрогеназной активности под действи ем пестицида, будет продолжаться свыше 2 мес, то влияние ксено биотика предлагается оцениваеть как критическое [100].

Аналогичная зависимость была установлена в опытах О. Н. Ильинс кой и соавт. [193], когда более растворимый в воде прометрин в концентрации 5 мг/кг подавлял дегидрогеназную активность обыкно венного чернозёма, а менее растворимый атразин — только при макси мальной концентрации (50 мг/кг).

Фунгицид металаксил, использованный в форме смачивающегося порошка, ингибировал дегидрогеназную активность бурозёма Словакии только при дозе действующего вещества 200 мг/кг, в то время как химически чистое вещество — при дозе 50 мг/кг [81]. Дегидрогеназ ная активность лугово-чернозёмовидной почвы Краснодарского края подавлялась более растворимым в воде фунгицидом — сульфатом меди уже в концентрации 1–10 мг/кг. Ингибирование дегидрогеназ ной активности серой лесной почвы, обработанной 4-хлоранилином в дозе 100 мг/кг (метаболит гербицидов монурона и монолинурона) и инкубируемой при температуре 15 оС связывалось с сохранением существенных количеств ксенобиотика, экстрагируемого водой и токсичного для микроорганизмов. Ингибирующий эффект 4-хлоранилина уменьшался при повышении температуры инкубирования почвы до 30–45о С. Отмечаемые явления не случайны, так как токсическое влия ние ксенобиотиков наиболее сильно проявляется, если они находятся в почве в водорастворимой форме в значительных количествах, а при повышении температуры почвы пестицид разлагается [98].

Р. В. Галиулин и соавт. [99] в лабораторных условиях испытывали действие гербицида хлорсульфурона в концентрации 0,009 мг/кг, соот ветствующей рекомендуемой для применения в сельскохозяйственной практике дозе и увеличенной в 10 раз на дегидрогеназную активность трёх различных типов почв. Отмечено важное значение гумусирован ности почвы. Наибольшее и продолжительное (60 сут) ингибирующее влияние гербицид при обеих дозах оказывал на ферментативную актив ность аллювиально-луговой почвы (гумус 0,9 %, рНводн 6,0), чем на активность серой лесной почвы (гумус 2.2 %, рНводн 6,2) и особенно выщелоченной смолницы (гумус 2,6 %, рНводн 7,9). В период наблю дения (7–60 сут) дегидрогеназная активность аллювиально-луговой почвы составляла всего 57–69 и 29–65 % контрольного уровня, соот ветственно при минимальной и максимальной дозе хлорсульфурона.

По мнению авторов такой ингибирующий эффект гербицида объяс няется относительно низкой его сорбцией данной почвой и поэтому большей возможностью взаимодействия ксенобиотика с микроорга низмами, обусловливающими дегидрогеназную активность.

Исследования А. Kalam и соавт. [829] проводили с образцами почвы (рН 6,9) рисового поля (Индия), обработанными инсекто-акарицидом этионом, фунгицидом гексаконазолом и инсектицидом карбофураном в дозе 0,5–10 мг/кг. С увеличением содержания пестицидов в почве ингибирующий эффект на её дегидрогеназную активность возрастал.

Так, через 7 сут инкубирования почвы максимальная концентрация этиона, гексаконазола и карбофурана ингибировала активность деги дрогеназы соответственно на 66;

60 и 36 %. Однако ингибирующий эффект карбофурана (во всех исследованных дозах) сохранялся в тече ние всего периода наблюдения (35 сут), а этион продолжал оказывать токсическое действие только при максимальной концентрации. Процес сы ингибирования гексаконазолом к концу наблюдения постепенно сменялись стимулированием дегидрогеназной активности почвы.

токсическое и мутагенное ды изменяют направленность и скорость действие полютантов на процессов, определяющих плодородие почвы почвенные микроорганизмы и микробные тест-культуры [1068]. В связи с этим большего внимания ного влияния пестицидов на микробное сообщество почвы. Нами [389] был предложен способ определения токсического и мутагенно го действия пестицидов на микробные сообщества почвы по степени выживаемости и индукции мутаций устойчивости к стрептомицину у микроорганизмов почвенного ценоза под влиянием исследуемых пестицидов.

На среде без стрептомицина токсическое действие фунгицидов оценивали по разнице в количестве колоний в опыте и контроле без фунгицидов. На среде со стрептомицином учитывали количество стрептомицинустойчивых микроорганизмов (Str+). Мутагенный эффект оценивали по частоте появления Str+-колоний в опытных вариантах, вычитая контрольные показатели, свидетельствующие о природной устойчивости к антибиотику [389] (схема 1).

Было изучено действие химически синтезированных фунгицидов фундазола СП 50 и витавакса 200 ФФ, а также фунгицидов биоло гического происхождения микосана и микосана нового на выживае Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами С х е м а 1. Схема опыта по определению токсического и мутагенного действия полютантов на микробное сообщество почвы педотрофов (А) мость и индукцию мутаций устойчивости к стрептомицину у микро организмов почвенного ценоза чернозёма обыкновенного [571].

Фунгициды микосан и микосан новый, разработанные в Наци ональном университете биоресурсов и природопользования, предо ставлены для исследований И. И. Кошевским [224]. Фунгицид мико сан – щелочная вытяжка из мицелия грибов рода Fomes, а микосан новый — рода Aspergillus. Оба пестицида содержат хитозан, полу ченный путём ферментативной деградации высокомолекулярного хитина. Содержание сухого вещества для микосана и микосана ново го соответственно составляло 3,25 % и 1,88 %. Рекомендованные концентрации микосана и микосана нового составляли соотвественно 0,034 мкг/мл и 0,02 мкг/мл, испытывали также и увеличенные в раз концентрации препаратов — 0,34 мкг/мл и 0,2 мкг/мл. Исследо ваны также химически синтезированные фунгициды фундазол 50 СП (беномил 50 %) и витавакс 200 ФФ (карбоксин 17 % + тирам 17 %) [406]. Производственная и десятикратная концентрация препаратов составляла для фундазола 0,6 мкг/мл и 6 мкг/мл, для витавакса — 0,06 мкг/мл и 0,6 мкг/мл действующего вещества соответственно.

Все исследованные препараты характеризовались некоторым токсическим эффектом на микробные сообщества чернозёма. Данные по выживанию микроорганизмов под влиянием фунгицидов приве дены на рис 20. Наименьший токсический эффект отмечали при действии биофунгицида микосана нового — количество выживших клеток составляло 65–86 % контроля. Химические фунгициды действо вали более токсично: при действии фундазола выживание уменшалось до 24,8 %, витавакса — в пределах 6,5—27,9 %, а при десятикратном увеличении дозы не превышало 3,4—10,7 % контроля.

Рис. 20. Выживание микроорганизмов под влиянием фунгицидов биологического и химического происхождения:

1 — контроль;

2 — стандартный мутаген К2Cr 2O 7;

3 — микосан (0,034мкг/ мл);

4 — микосан (0,34 мкг /мл);

5 — микосан новый (0,02 мкг/ мл);

6 — микосан новый (0,2 кг /мл);

7 — фундазол (0,113 мкг/ мл);

8 — фундазол (1,13мкг /мл);

9 — витавакс (0,018 мкг /мл);

10 — витавакс (0,18 мкг /мл) В условиях биологической агротехнологии почвенные микро организмы более устойчивы — выживание было на уровне 86 % при использовании фунгицидов биологического происхождения.

Однако даже для резистентного почвенного ценоза при биологи ческой агротехнологии химические фунгициды оказались достаточ но токсичными — выживание микроорганизмов уменьшилось до 6,5 % (см. рис. 20).

По частоте появления Str+-мутаций была исследована генотоксич ность фунгицидов для природных микробных ассоциаций [389].

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами В качестве стандартного мутагена использовали К2Сr2O7 в концентра ции 100 мкг/мл.

В составе природных микробных асоциаций были выявлены микроорганизмы, устойчивые к стрептомицину (Str+);

их относитель ное содержание при разных агротехнологиях колебалось в пределах 5,14—7,7 %. Процент Str+-микроорганизмов при обработке почвенной суспензии стандартным мутагеном К2Сr2O7 возрастал до 20,9—26 % (рис. 21). Если вычесть процент микроорганизмов, имеющих природ ную устойчивость к стрептомицину, то количество микроорганизмов с приобретённой под воздействием К2Сr2O7 устойчивостью к анти биотику составит 15,7—20,8 %. Эти значения и характеризуют часто ту мутаций устойчивости к стрептомицину под воздействием генети чески активного агента.

Биологические фунгициды микосан и микосан новый по способ ности индуцировать устойчивость к стрептомицину действовали на уровне слабых мутагенов. Из химических фунгицидов фундазол был Рис. 21. Частота мутаций у микроорганизмов почвенного ценоза под влияние фунгицидов химического и биологического происхождения:

1 — контроль;

2 — стандартный мутаген К2Сr 2O 7;

3 — микосан (0,034 мкг/мл);

4 — микосан (0,34 мкг/мл);

5 — микосан новый (0,02 мкг/мл);

6 — микосан новый (0,2 мкг/мл);

7 — фундазол (0,113 мкг/ мл);

8 — фундазол (1,13 мкг/мл);

9 — витавакс (0,018 мкг/мл);

10 — витавакс (0,18 мкг/мл) более щадящим по сравнению с витаваксом: при химической агро технологии мутагенного эффекта от действия его рабочей концентра ции на микробный ценоз почвы не наблюдали. Повышение произ водственной дозы препаратов в 10 раз вызывало увеличение частоты мутации в 2–3 раза, потому на практике необходимо строго придер живаться рекомендуемых концентраций.

По частоте возникновения мутаций наиболее устойчивыми были микробные сообщества в условиях применения биологической агро технологии: микосан новый не вызывал мутагенного эффекта;

мико сан, фундазол и витавакс индуцировали значительно меньшую часто ту мутаций по сравнению с их действием на микробные ценозы при других агротехнологиях.

Наименьшей устойчивостью к фунгицидам характеризовался микробный ценоз в условиях традиционной агротехнологии. Следует отметить, что агротехнология выращивания сельскохозяйственных культур имеет важное значение для формирования у почвенных микроорганизмов устойчивости к негативным внешним влияниям.

Была также проведена оценка мутагенной активности фунгицидов микосана, микосана нового, фундазола и витавакса, гербицидов раун дапа и диалена в тесте Эймса с использованием культур Escherichia (е.) coli WP 2, Salmonella (S.) thyphimurium TA 100 и S. thyphimurium ТА 98.

Штамм E. coli WP 2 селекционирован Е. М. Witkin [1167] и В. Е. Bridges [642], его генотип несёт точечную мутацию trp E (замена пар азотистых оснований), определяющую ауксотрофность по синтезу триптофана. Штамм S. typhimurium TA 100 несёт мута цию замены пар азотистых основ, а штамм S. typhimurium TA 98 — мута цию сдвига рамки считывания (табл. 19). Культуры, ауксотрофные по синтезу гистидина, селекционированы в лаборатории B. N. Ames [582].

Принцип применения штаммов WP 2, TA 100 и TA 98 базируется на реверсиях от ауксотрофности к прототрофности, происходящих в присутствии генетически активных агентов. Численность прототрофов легко подсчитать на средах без гистидина или триптофана [922].

Этот метод признан стандартизированным и объективным более чем в 2000 лабораториях мира [772]. В качестве негативного контро ля использовали K2Cr 2O 7 и N-метил-N'-нитро-N-нитрозогуанидин (МННГ).

Частота мутаций, индуцированных фунгицидами у тест-культур Salmonella, приведена в табл. 20. Этот показатель колебался в очень широком диапазоне: от 102 до 1121 %.

Частота мутаций типа замены пар оснований у E. coli WP 2 и S. typhimurium TA 100, индуцированная биофунгицидом микосаном (в производственной дозе), была 181–250 % от контроля. Мутации Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами hisD3052 и hisG46 — мутации в локусе гистидинового оперона, определяющие ауксотрофность по гистидину.

trpE65 — мутация в локусе триптофанового оперона, определяющая ауксотрофность по триптофану.

rfa — мутация в группе генов, ответственных за синтез липополисахаридной капсулы (капсула не образуется), определяется по чувствительности к кристаллическому виолетовому.

urvB — делеция в гене, ответственном за эксцизионную репарацию и синтез биотина, определяется по чувствительности к ультрафиолету и неспособностью рости на среде без биотина (Вio—).

R-фактор — плазмида, ответственная за резистентность к лекарственным препаратам, определяется устойчивостью к ампицилину.

таблица 20. Индукция мутаций у тест-штаммов микроорганизмов фунгицидами биологического и химического происхождения *Производственная доза фунгицида.

**Производственная доза фунгицида, увеличенная в 10 раз.

типа сдвига рамки считывания у S. typhimurium TA 98 в присутствии микосана составляли 130 %. Ещё меньшие показатели частоты мута ций (114–235 %) были получены при использовании микосана ново го в производственной дозе. Химически синтезированные фунгициды в производственной концентрации вызывали большую частоту мута ций по сравнению с биологическими: у E. coli WP 2 — 269–380 %;

у S. typhimurium TA 98 — 161–223 %. Минимальное количество мута ций наблюдали у тест-штамма S. typhimurium TA 100 — 102–153 %.

Усиление мутагенного эффекта отмечается при применении деся тикратно увеличенной дозы пестицидов. Биологические фунгициды микосан и микосан новый, а также химические витавакс и фундазол при увеличении производственной дозы вызывали повышение часто ты мутаций только у тест-культуры E. coli WP 2 (до 360–474 %). При этом наименьший генотоксический эффект отмечали при действии микосана нового. У тест-культур S. typhimurium TA 100 и S. typhimurium TA 98 в условиях десятикратно увеличенных концентраций биофунги цидов частота мутаций возрастала всего лишь на 10,8–13 % и 18– 30 % соответственно от показателей производственных доз. Существен ное увеличение индуцированных мутаций (на 38–51 %) наблюдали в варианте с химическим фунгицидом витаваксом.

Таким образом, проведённые исследования показали, что биофун гициды на основе хитозана и химически синтезированные витавакс и фундазол в дозах, рекомендованных производству, действуют на тест-культуры микроорганизмов как слабые мутагены. Превышение рекомендованной концентрации этих препаратов значительно повы шает генотоксическую нагрузку на почвенную микробиоту [571].

Микробная деградация ственного её самоочищения лежит способность живой компоненты разлагать широкий спектр природных и неприродных соединений [513, 580]. Самоочищение почвы от пестицидов происходит путём детоксикации, метаболизма и микробной деградации [99, 113, 477].

Основным способом контроля за разложением пестицидов, а значит и оценкой самоочищения среды, является химический анализ их остатков.

Именно микроорганизмы играют ведущую роль в деструкции пестицидов. Пестициды — экзотические субстраты для почвенных микроорганизмов, но в загрязнённой почве распостранены устойчивые к ним популяции, способные к деструкции [526]. Так, по данным М. Соколова и соавт. [481], гербицид 2,4-Д разлагают представи тели родов Flavobacterium, Nocardia, симазин — грибы родов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Fusarium, а также бактерии родов Arthrobacter, Flavobacterium [116]. Выделены культуры грибов Aspergillus alliaceus Thom 120, Penicillium funiculosum Thom 209, кото рые являются активными деструкторами арилоксифеноксипропио новых гербицидов [939].

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Описана также способность представителей рода Pseudomonas разлагать пестицид ипрадин [933] и представителей родов Flavobacterium и Arthrobacter – некоторые инсектициды [825]. При этом скорость деградации ксенобиотиков находится в прямой зависимости от темпе ратуры, влажности, содержания в почве органических веществ и биомассы микроорганизмов [513, 825].

Известно, что для эффективного разложения пестицидов необ ходимы сложные микробные консорциумы [8]. Г. К. Скрябин и соавт.

[477] объясняют это тем, что на разных стадиях процесса деструкции принимают участие разные группы микроорганизмов, в результате одни начинают процесс, а после них трансформированную молекулу разлагают другие. Таким образом, при разрушении пестицидов наблю даются изменения в количественном и в качественном составе микро организмов или их сукцессия.

Было показано, что в процессе разложения микроорганизмы способны использовать пестициды как ростовые субстраты, содержа щие источники азота и углерода. Например, штаммы Rodococcus opacus 412 и R. rhodnii 135 использовали фенатрен и антрацен в качестве единственного источника углерода [306]. Бактерии Pseudomonas sp., р. degalogenes, Agrobacterium sp., Nitrococcus sp., а также грибы Trichoderma viride и Penicillium sp. в качестве источника углерода могут использовать пестицид делапон [596].

Второй путь деструкции пестицидов как неростовых субстратов происходит при одновременном использовании микроорганизмами дополнительных источников питания и энергии или в присутствии соединений, играющих роль индукторов ферментов, необходимых для деградации пестицидов.

При наличии в среде двух субстратов — ростового и трансфор мируемого, микроорганизмы совершают превращение широкого круга веществ: ароматических углеводородов и их производных [210], алкил пиридинов, феноксиалкановых кислот [4] и др.

Из исследованных Г. К. Скрябиным и соавт. [113] коринебакте рий, представителей родов Arthrobacter, Brevibacterium, Cellulomоnas, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia 89 % культур были способны осуществлять окислительное превращение бензола и n-ксилола толь ко в соокислительных условиях при росте на н-парафинах или на глюкозе.

О. В. Тертычной и соавт. [495] была показана возможность биде градации хлорорганического гербицида дуала штаммом Pseudomonas fluorescens УКМ В-36 в жидкой питательной среде. Под действием этого штамма распад дуала ускорялся в 12 раз.

Было установлено также, что внесение карбонатных мелиорантов в загрязнённую почву в запатентованных дозах способствовало деструкции хлорорганических пестицидов, в 2 раза повышая эффек тивность деструкции [18].

Как ростовые субстраты при кометаболизме пестицидов могут быть использованы углеводы, спирты, органические кислоты и др.

[130, 676]. В процессе деструкции пестицидов микроорганизмы совер шают ряд энзиматических превращений: гидролиз эфирных связей, отщепление алкильных групп, гидроксилирование ароматического ядра, восстановление нитрогрупп [809].

Разрушение и минерализация органических соединений проис ходит в определённой метаболической последовательности [822, 974].

Например, в опытах А. Мику [341] была представлена схема микроб ного метаболизма гербицидов зеллека и иллоксана, производных арилоксифеноксипропионовой кислоты. Деструкция их начинается с гидролиза эфирной связи двухядерных молекул с образованием кислой формы гербицидов. Следующие этапы трансформации заключаются в декарбоксилировании, ароматическом гидроксилировании, частич ной дегалогенизации, возможно также отщепление ацильной части с разрывом двухядерной структуры.

При разложении этих гербицидов образовывается от двух до четырёх стабильных продуктов деградации — галогенизированные гетероциклические фенольные структуры, превышающие уровень персистентности и токсичности исходных гербицидов [536, 958].

Продукты неполного разложения пестицидов могут накапливать ся в среде при отсутствии необходимых кофакторов, ферментов или необходимых источников энергии. Часто промежуточные продукты деградации более токсичны, чем исходные соединения. Они угнетают микроорганизмы и могут полностью прервать процесс очищения среды от ксенобиотиков [116].

Так, сим-триазиновые гербициды (атразин, симазин, прометрин) в первые 3 мес после внесения их в почву разрушаются на 70– 75 %, но полной их деструкции не происходит. Остаточные коли чества (3–6 %) выявляются и через год после применения. При их моногоразовом внесении в почве накапливаются продукты деструк ции — деалкилированные молекулы, сохраняющие гетероцикличес кое триазиновое кольцо (схема 2).

Продукты деструкции характеризируются незначительным герби цидным действием, но негативно влияют на развитие почвенной микрофлоры [799]. В почве пестициды и продукты их деградации (особенно производные фенола и анилина) взаимодействуют с гумус Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами С х е м а 2. пути деструкции атразина Pseudomonas sp. ADP [699] ными соединениями почвы, входят в их состав и повышают таким образом свою стабильность [809].

Хлорорганические пестициды, наиболее устойчивые к деградации, могут оставаться в почве десятилетиями, так как со временем они сорбируются почвенными частицами. Согласно данных лаборатории мониторинга пестицидов отдела экотоксикологии Института агроэко логии УААН, влияние хлорорганических пестицидов на почвенную микрофлору загрязнённых территорий ведёт к нарушению структуры микробных сообществ почвы в ризосфере культурных растений, обеднению видового состава микроорганизмов ризосферы на 18– 20 %, нарушению системы взаимодействия микроорганизм–растение и, как следствие, нарушению питания растений и восстановления плодородного слоя почвы [18].

Хлорорганический инсектицид широкого спектра действия гексах лорциклогексан (ГХЦГ) является наиболее распостранённым в прак тике сельского хозяйства [1008]. Представляя собой смесь четырёх оптических изомеров (-, -, - и -), обладает широким спектром инсектицидного действия и принадлежит к фумигантам (схема 3).

Основным действующим веществом ГХЦГ является -изомер с коммерческим названием линдан. Благодаря пространственной ориен тации атомов хлора в молекулах (аксиальной и экваториальной) изомеры ГХЦГ отличаются физическими свойствами и персистент ностью [799, 989]. Загрязнение почвы ГХЦГ и его производными чрезвычайно опасно в связи с его высокой устойчивостью и негатив ным влиянием на живые организмы. Последнее проявляется в мута С х е м а 3. Оптические изомеры гексахлорциклогексана [1008] генном, канцерогенном и аллергенном действии как ГХЦГ, так и промежуточных продуктов его разложения.

Для среднестатистического человека LD50 ГХЦГ составляет для -, -, -изомеров соответственно 35;

420 и 9 г [599, 826]. В есте ственных условиях ГХЦГ разлагается медленно. Оптимальными усло виями для биодеструкции изомеров ГХЦГ является умеренный климат и нейтральное значение pH почвенного раствора [996].

Первым выделенным штаммом-деструктором ГХЦГ был Clostridium sphenoides UQM780 [913]. Штамм разлагал промежуточный продукт деструкции тетрахлорциклогексан (ТХЦГ), постепенно отщепляя от него по одному атому хлора [793]. ТХЦГ, как промежуточный продукт анаэробного метаболизма -ГХЦГ, могут разлагать штаммы микроор ганизмов Clostridium sp. и некоторые штаммы Bacillus sp. [819].

Анаэробная деградация идёт путём постепенного восстанови тельного дехлорирования ГХЦГ, но минерализации, т. е. полного расщепления молекулы до углекислого газа и воды, не происходит (схема 4) [599].

Анаэробная биодеструкция также как и аэробная является изомер специфической;

её скорость и эффективность определяется структу рой изомеров ГХЦГ. Кольцевая структура молекулы ГХЦГ предот Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами С х е м а 4. Схема анаэробного превращения изомеров гексахлорциклогексана в монохлорбензен вращает вращение углеродных атомов, что делает локальное отщепление атомов хлора зависимым от аксиального или экваториаль ного их положения относительно друг друга. Таким образом, для ферментативного расщепления ГХЦГ необходима антипараллельность или трансдиосевая конфигурация атомов хлора в молекуле изомера ГХЦГ. -Изомер таких пар не имеет, что и обусловливает его высокую устойчивость. -Изомер несёт одну трансдиосевую пару, а -изомер содержит две такие пары. В результате эффективность деградации -изомера в 8 раз выше эффективности деградации -изомера.

Промежуточными продуктами анаэробной деградации являются тетрахлорциклогексан и монохлорбензен (МХБ). ТХЦГ является промежуточным продуктом как анаэробного, так и аэробного пути расщепления ГХЦГ, тогда как МХБ — промежуточный продукт аэроб ной деградации ГХЦГ.

Анаэробную деградацию также могут осуществлять такие микро организмы, как Clostridium rectum, Citrobacter freundii, Desulfovibrio sp., а также некоторые виды микромицетов — Cyatus bullery, Pleurotus eryngii и др. [1008].

Экспериментально было доказано, что деградация ГХЦГ в присут ствии кислорода происходит значительно эффективнее. Например, штамм Pseudomonas paucimobilis UT26 способен к дехлорированию -изомера ГХЦГ (линдана) с образованием пентахлорциклогексана (-ПХЦГ) с последующим превращением в -, - или -3,4,5, 6-тетра хлорциклогексан. На следующем этапе представители Pseudomonas разлагают 1,2,3,4-тетрахлорбензен (ТеХБ) до 1,3,4,6-тетрахлор-1, 4-циклогексадиена (1, 4-ТХЦГД) — неустойчивого соединения, спон танно превращающегося в у 1,2,4-трихлорбензен (ТХБ) [1008, 1065].

Была доказана также минерализация 14С--ГХЦГ в аэробных условиях в почвенном растворе [599] с помощью чистых культур Pseudomonas vesicularis [815].

В настоящее время выделены микроорганизмы, способные разла гать ГХЦГ и использовать его в качестве источника углерода. Основ ные этапы деструкции представлены на примере Pseudomonas aeruginosa (схема 5).

С х е м а 5. Микробная деградация линдана (гексахлорциклогексана) на примере метаболизма Pseudomonas aeruginosa [839] Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Представители рода Pseudomonas используют ГХЦГ в качестве источника углерода и энергии только в условиях культивирования на бедной среде. При появлении более доступных источников питания микроорганизмы перестают потреблять ГХЦГ [1008]. Они могут использовать некоторые пестициды также в качестве источ ника азота и фосфора. Например, 3,4-дихлоранилин может быть источником углерода и азота для Pseudomonas fluorescens [508].

Известно, что некоторые виды бактерий родов Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter и грибы родов Aspergillus и Penicillium, благодаря актив ности внутриклеточных фосфатаз способны использовать в качестве источника фосфора пестицид монокротофос. Использование микро организмами пестицидов в качестве источника углерода было дока зано при помощи радиоизотопа углерода 14С в молекуле ГХЦГ. В экспериментах с -ГХЦГ, меченым радиоактивной меткой, от до 40 % меченного углерода было зафиксировано в углекислом газе, что указывает на минерализацию -ГХЦГ [599, 826]. Учиты вая особенности почвенно-климатических условий различных регионов, поиск активных деструкторов среди микроорганизмов аборигенных и адаптированных к определённым биотопам актуален для разработки технологий очистки загрязнённых земель. Такие исследования были проведены в отделе общей и почвенной микро биологии Института микробиологии и вирусологии им. Д. К. Забо лотного. Нами из мест локального загрязнения пестицидами мето дом многоразового пассажа и отбора по признаку устойчивости была селекционирована ассоциация микроорганизмов, названная Микрос [202]. Из Микроса было выделено двенадцать штаммов, устойчивых к изомерам гексахлорциклогексана (-ГХЦГ, -ГХЦГ, -ГХЦГ, -ГХЦГ). По данным морфологических и физиологических исследований определено, что все выделенные культуры относятся к роду Pseudomonas (рис. 22).

В течение 50 ч характер роста культур Pseudomonas sp. 3, Pseudomonas sp. 4, Pseudomonas sp. 5, Pseudomonas sp. 9 и Pseudomonas sp. 9а в присутствии 20 мкг/мл гексахлорана (коммерческий препарат) и без него существенно не отличался, что свидетельствует о высокой устойчивости микроорганизмов к ГХЦГ (рис. 23).

У штамма Pseudomonas sp. 6 в присутствии ГХЦГ наблюдали удлинение lag-фазы до 23 ч, но к выходу в стационарную фазу на 40–48 ч накопление биомассы было таким же, как и в среде без ГХЦГ. В динамике роста культуры Pseudomonas sp. 7 также наблю дали задержку роста до 40 ч культивирования, но в начале стацио нарной фазы (42–48 ч) разницы в накоплении биомассы между контрольными и опытными вариантами обнаружено не было.

Рис. 22. Морфология клеток микроорганизмов-деструкторов пестицидов рода Pseudomonas [202]:

а — Pseudomonas sp. 3, 9, 4, 4a;

б — Pseudomonas sp. Рис. 23. Динамика роста штаммов Pseudomonas sp.:

а — Pseudomonas sp. 3;

б — Pseudomonas sp. 5;

в — Pseudomonas sp. 6;

г — Pseudomonas sp. 7;

— контроль — среда без пестицида;

— опыт — среда с ГХЦГ Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Это объясняется индивидуальными адаптационными способностями культур к росту в присутствии ксенобиотика.

Одновременно с выделенными штаммами микроорганизмов рода Pseudomonas у фосфатмобилизирующего штамма Bacillus megaterium ИМВ В-7168 изучали устойчивость к ГХЦГ и способность к его разложению. Этот штамм используется в качестве препарата для улучшения фосфорного питания сельскохозяйственных культур. Как видно из приведённых данных, максимальную удельную скорость роста наблюдали у B. megaterium ИМВ В-7168 — 0,2 ч–1, у Pseudomonas sp. 6 — 0, 18 ч–1. Штаммы Pseudomonas sp. 3, 4, 5 и 9а характери зировались скоростью роста µ = 0,12–0,15 ч –1. Низкую скорость роста отмечали у штаммов Pseudomonas sp. 7а и 4а, а также у ассо циации Микрос (рис. 24).

Рис. 24. Удельная скорость роста изолятов Pseudomonas sp. (1—9а), Bacillus megaterium ИМВ В-7168 и ассоциации Микрос на среде с ГХЦГ Выделенные штаммы Pseudomonas были проверены на способность разлагать -, -, - и -изомеры ГХЦГ. Остаточное количество изоме ров ГХЦГ определяли через 7 сут культивирования микроорганизмов на минимальной среде. Полученные данные свидетельствуют о том, что все выделенные культуры способны к деструкции изомеров ГХЦГ (табл. 21). Изомер -ГХЦГ максимально разлагал штамм Pseudomonas sp. 3 — на 69,2 %, Pseudomonas sp. 5 и 7 — на 63,3–64 %;

-изомер хорошо разлагали штаммы Pseudomonas sp. 3 — на 78,3 % и Pseudomonas sp. 9 — на 76,6 %. Самую высокую активность разложения всех четырёх изомеров ГХЦГ проявлял B. megaterium ИМВ В-7168:

-изомер штамм разлагал на 75,1 %, -изомер — на 63,4 %, -изомер — на 80,6 %, -изомер — на 86,7 % (табл. 21).

таблица 21. Разложение микроорганизмами изомеров гексахлор Штамм микроорганизма Таким образом, выделенные устойчивые к хлорорганическим пестицидам культуры-деструкторы рода Pseudomonas способны к эффективному разложению изомеров гексахлорциклогексана. Перспек тивными для очистки почвы от пестицидных загрязнений являются также B. megaterium ІМВ В-7168 и селекционированная ассоциация Микрос.

Несмотря на то, что в научной литературе имеется достаточно много сведений о селекционированных штаммах, перспективных для создания микробных препаратов для очистки почв от пестицидов, практическое применение нашли немногие из них. Так в 2000–2002 гг. в Научно исследовательском центре токсикологии и гигиенической регламен тации биопрепаратов (г. Серпухов, Московская обл.) Г. А. Жарико вым и соавт. [161] была разработана технология получения в лабораторных условиях в ферментере биомассы микроорганизмов деструкторов полихлорированных бифенилов (ПХБ). Технология была внедрена в практику. Полученную микробную суспензию вносят в почву, загрязнённую ПХБ, с помощью стандартной сельскохозяй ственной техники. В течение всего периода обработки почву поддер живают во влажном состоянии. Микроорганизмы после разложения ПХБ погибают. Степень разложения ПХБ контролируют с помощью химического анализа [161, 1187].



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 17 |
 




Похожие материалы:

«Отдел по церковной благотворительности и социальному служению Русской Православной Церкви Региональная общественная организация поддержки социальной деятельности Русской Православной Церкви Милосердие Е.Б. Савостьянова Как организовать помощь кризисным семьям в сельской местности Опыт Курской областной организации Центр Милосердие Лепта Книга Москва 2013 1 УДК 364.652:314.6(1-22) ББК 60.991 С13 Серия Азбука милосердия: методические и справочные пособия Редакционная коллегия: епископ ...»

«Орловская областная публичная библиотека им. И. А. Бунина БИБЛИОТЕЧНО- ИНФОРМАЦИОННОЕ ПОЛЕ АГРАРИЕВ Орел 2010 ББК 78.386 Б 59 Библиотечно-информационное поле аграриев : методико-информацион- ный сборник / Орловская обл. публ. б-ка им. И. А. Бунина ; [сост. Е. А. Су- хотина]. – Орел : Издатель Александр Воробьёв, 2010. – 108 с. В настоящее время наблюдается резкое увеличение интереса специалистов агро промышленного комплекса к проблемам использования возможностей информационно коммуникационных ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П. Астафьева ПОЛЕВАЯ БОТАНИКА МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ. ОСНОВЫ ФИТОЦЕНОЛОГИИ Учебное пособие Электронное издание КРАСНОЯРСК 2013 ББК 28.5я73 УДК 58 П 691 Составитель: Н.Н. Тупицына, доктор биологических наук, профессор Рецензенты: А.Н. Васильев, доктор ...»

«Департамент культуры города Москвы Государственный Дарвиновский музей КАТАЛОГ КОЛЛЕКЦИИ РЕДКАЯ КНИГА БОТАНИКА Москва 2013 ББК 79л6 К 95 Государственный Дарвиновский музей Составители: заведующая сектором Редкая книга В. В. Миронова, старший научный сотрудник Э. В. Павловская, заведующая справочно-библиографическим отделом О. П. Ваньшина Фотограф П. А. Богомазов Редакторы: Н. И. Трегуб, Т. С. Кабанова Каталог коллекции Редкая книга. Ботаника / cост. В. В. Миронова, Э. В. Павловская, О. П. ...»

«С.-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ В. С. ИПАТОВ, Л. А. КИРИКОВА ФИТОЦЕНОЛОГИЯ Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности Биология САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ИЗДАТЕЛЬСТВО С.-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 19 9 7 УДК 633.2/3 И76 Рецензенты: д-р биол. наук В. И. Василевич (БИН РАН), кафедра бо таники и экологии растений Воронежского университета (зав. ...»

«Петра Ньюмейер – Натуральные антибиотики ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА БЕЗ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ МИР КНИГИ ББК 53.52 Н92 Petra Neumayer NATRLICHE ANTIBIOTIKA Ньюмейер, Петра Н 92 Натуральные антибиотики. Защита организма без побочных эффектов. / Пер. с нем. Ю. Ю. Зленко — М.: ООО ТД Издательство Мир книги, 2008. — 160 с. Данная книга является уникальным справочником по фитотерапии. Автор простым и доступным языком излагает историю открытия натуральных антибиотиков, приводит интересные факты, повествующие об их ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина Первая ступень в науке 2 часть Сборник трудов ВГМХА по результатам работы II Ежегодной научно-практической студенческой конференции Экономический факультет Вологда – Молочное 2013 ББК: 65.9 (2Рос – в Вол) П 266 Редакционная коллегия: к.э.н., доцент Медведева Н.А.; к.э.н., доцент Юренева Т.Г.; к.э.н., доцент Иванова М.И.; к.э.н., доцент Бовыкина М.Г.; ...»

«И.П. Айдаров, А.И. Корольков ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МЕЛИОРАЦИЙ В РОССИИ МОСКВА, 2003 1 УДК В книге на основании обобщения результатов многолетних опытно-производственных и теоретических исследований и имеющегося опыта рассмотрены проблемы природопользования в сфере АПК и особенности природно-хозяйственных условий экономических районов. Дан анализ изменения основных свойств природных ландшафтов при трансформации их в агроландшафты. Выявлены причинно-следственные связи, на основании ...»

«Управление по охране окружающей среды Пермской области Пермский государственный университет Пермский государственный педагогический университет Жемчужины Прикамья (По страницам Красной книги Пермской области) Пермь 2003 УДК 574 ББК 28.088 Ж53 ЖЕМЧУЖИНЫ ПРИКАМЬЯ (По страницам Красной книги Пермской области) Издание предназначено для школьников, изучающих биологию и эко- логию в средних школах и лицеях по всем действующим программам, в ка честве регионального материала, а также в учреждениях ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК – НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова (Пермь 18 ноября 2010 года) Часть ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ООО БАШКИРСКАЯ ВЫСТАВОЧНАЯ КОМПАНИЯ НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ АПК Часть III НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА И ПЧЕЛОВОДСТВА ВЕТЕРИНАРНАЯ НАУКА – ПРОИЗВОДСТВУ Материалы всероссийской ...»

«Министерство сельского хозяйства РФ Департамент научно-технологической политики и образования Министерство сельского хозяйства Иркутской области Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Аграрный университет, Краков, Польша Монгольский государственный сельскохозяйственный университет Белорусская государственная сельскохозяйственная академия Казахский национальный аграрный университет ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АГРАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЕВРАЗИИ Материалы ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко ОСНОВЫ ЛЕСОВОДСТВА И ЛЕСОПАРКОВОГО ХОЗЯЙСТВА Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Парамонов Е.Г. Основы лесоводства и лесопаркового хо зяйства: учебное пособие / Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко. Бар наул: Изд-во АГАУ, 2007. 170 с. Учебное издание ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.П. Симоненко ОСНОВЫ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Основы агролесомелиорации: учебное пособие / Е.Г. Пара монов, А.П. Симоненко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 224 с. В учебном издании приведены основные положения, рас крывающие ...»

«издательство ВАЛЕНТИН Владивосток Издательство Валентин 2012 УДК 94(571.6) ББК 63.3 П13 Пак В. П13 Земля вольной надежды. Книга 1. Очерки дореволюци- онной истории Надеждинского района / В. Пак. – Вла- дивосток: Валентин; 2011. – 216с. ISBN 978-5-9901711-5-2 Земля Вольной Надежды раскрывает страницы истории На- деждинского района. Повествование охватывает в основном период с середины ХIХ века по 1917 год, когда шло заселение далёкой окраи ны, развивающей российскую государственность с момента ...»

«5 Turczaninowia 2002, 5(3) : 5–114 СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ОБЗРОРЫ УДК 582.683.2(47) В.И. Дорофеев V. Dorofeyev КРЕСТОЦВЕТНЫЕ (CRUCIFERAE JUSS.) ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ CRUCIFERAE OF EUROPEAN RUSSIA Предлагаемый Вашему вниманию список сем. Cruciferae Европейской России является второй большой попыткой познакомить читателей Turczaninowia с представителями европейских крестоцветных. Первая работа, опубликованная в 3 выпуске за 1998 год, касалась крестоцветных Средней полосы европейской части Российской ...»

«ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА КУРЕНЦОВА A. I. Kurentsov's Annual Memorial Meetings _ 2011 вып. XXII УДК 595.7.001 А.И. КУРЕЦОВ: ДНЕВНИК ОБ ЭКСПЕДИЦИИ В УССУРИЙСКИЙ КРАЙ В 1928 ГОДУ Ю.А Чистяков Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток Приведены дневниковые записи А.И. Куренцова за время его шестимесячной экспедиции в Уссурийский край в 1928 г. Записи содержат данные о растениях и растительности, насекомых, птицах и других животных, встреченных А.И. Куренцовым во время экскурсий, ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Н.Д. ОВЧАРЕНКО, О.Г. ГРИБАНОВА БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Барнаул Издательство АГАУ 2012 УДК 574. (072) Рецензенты: д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии Алтайского государст венного университета Г.Г. Соколова; к.б.н., доцент кафедры генетики и разведения сельскохозяйствен ных ...»

«1 Основы идеологии белорусского государства Под общей редакцией профессора С.Н. Князева и профессора С.В. Решетникова МИНСК 2004 2 УДК ББК И Авторский коллектив: кандидат юридических наук, профессор Князев С.Н., доктор политических наук, профессор Решетников С.В., доктор юридических наук, профессор Василевич Г.А., доктор политических наук, профессор Земляков Л.Е., кандидат философских наук, доцент Денисюк Н.П., кандидат политических наук, доцент Антанович Н.А., доктор философских наук, ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.