452.взаимодействие пестицидов и микроорганизмов почвы

d-дЪвте На правах, рукописи

%>-

/ ^

Ксенофонтова Оксана Юрьевна

Взаимодействие пестицидов и микроорганизмов почвы

03.00.07 - микробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов - 2004

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2

Работа выполнена в государственном учреждении высшего профессионального образования Саратовском государственном университете имени Н.Г.Чернышевского

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор П. А. Чиров

Официальные оппоненты: доктор биологических наук О.В. Игнатов, кандидат биологических наук С.А. Конешов

Ведущая организация: Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» МЗ РФ

Защита состоится "28 апреля" 2004 г. в 1300 ч. на заседании диссертационного совета Д 002.146.01 при Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук (4100049, г.Саратов, просп. Энтуазистов, 13)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИБФРМ РАН

Автореферат разослан '^С^1" марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук ^ " с ^ С В.Е. Никитина


3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из негативных проблем современности является глобальное химическое загрязнение биосферы, что порождает обоснованное беспокойство о возможном нарушении экологического равновесия в отдельных экосистемах. Особую опасность представляют синтетические соединения, поступающие в природу в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают химические средства защиты растений и животных - пестициды (Вашков и др., 1965; Шустов, Шустова, 1995; Ермаков, Корнеев и др., 2001).

Использование пестицидов с целью повышения продуктивности в растениеводстве и животноводстве обусловливает рост ассортимента и объемов их применения. Вторая половина XX века, как известно, считается эрой синтетических соединений, абсолютно чуждых живой природе (Ананьева, 2003; Федоров и др., 1996). В связи с этим на совещании специалистов Госсанэпидслужбы России (1999 г.) была обсуждена необходимость регламентации средств защиты растении и представлены принципы оценки пестицидов, используемых в ветеринарной практике. Более того, выражались требования, чтобы вновь создаваемые препараты не обладали отдаленными токсическими последствиями и не создавали предпосылок для нарушения экологического баланса в различных экосистемах.

Однако, независимо от форм и способов применения, пестициды продолжают попадать в почву, накапливаться в ней и влиять на микробные сообщества. Установлено, что реакция почвенных микроорганизмов на действие пестицидов чрезвычайно разнообразна и зависит от многих факторов: химической природы, псрсистентности препаратов, почвенно-климатических характеристик и пр. (Груздев, 1987; Круглое, 1991). Необходимость исследования взаимодействия пестицидов с почвенной микрофлорой обусловлена важнейшей ролью микроорганизмов в создании почвенного плодородия и оптимизации условий вегетации растений. Поэтому важно значение разработок микробиологического способа очистки почвы от пестицидов (Васильева и др., 1994). В связи с этим ведутся поиски и конструирование штаммов микробов - деструкторов пестицидов и интродукция их в природные экосистемы (Заборина, Барышникова и др., 1997; Кочетков, Балакшина и др., 1997; Плотникова, Алтынцева и др., 2001; Шевелуха и др., 2003). Представляется актуальным также вопрос замены токсичных пестицидов на препараты нового типа, менее загрязняющие среду и обладающие способностью разрушаться под воздействием микроорганизмов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - оценить действие пестицидов глин, каратэ, картоцида, нитролона, семихинона, хлортиазида, юглона и гербицида 3249 на численность основных групп почвенных микроорганизмов и выявить препараты, подвергающиеся биодеградации. Для её достижения предстояло решить следующие задачи: у " 77." ..


1. Изучить действие различных доз исследуемых пестицидов на численность актиномицетов, гетеротрофных бактерий и плесневых грибов.

2. Выявить чувствительность чистых культур почвенных микроорганизмов к различным концентрациям исследуемых пестицидов.

3. Выявить пестициды, способные разрушаться под . действием микроорганизмов и выделить штаммы, разрушающие их.

4. Изучить деструктивную активность выделенных штаммов. 5. Разработать последовательность методических приемов изучения

воздействия пестицидов на почвенные микроорганизмы.

Научная новизна. Впервые изучено влияние производственных и экспериментальных доз новых пестицидов картоцида, нитролона, семихинона, хлортиазида, юглона, гербицида 3249, а так же препаратов, широко используемых на территории Саратовской области, глин и каратэ на почвенные микроорганизмы. Проведена оценка действия пестицидов на рост некоторых фитопатогенных микроорганизмов в чистой культуре. Выделены и идентифицированы штаммы бактерий, способные использовать пестициды в процессе жизнедеятельности. Изучены их ростовые и деструктивные характеристики в отношении пестицидов различной химической природы.

Практическая значимость. Даны характеристики действия производственных и экспериментальных доз пестицидов на численность почвенных микроорганизмов, которые рекомендованы для учета при разработке оптимальных условий применения этих препаратов. Создана коллекция, насчитывающая 83 штамма деструктора. Разработана последовательность методических приемов изучения воздействия пестицидов на почвенные микроорганизмы и особенность выделения микробов -деструкторов. На основании полученных данных разработаны методические рекомендации «Изучение влияния пестицидов на микроорганизмы почвы» (Саратов, 2002), которые используются в учебном процессе при подготовке специалистов-микробиологов в Саратовском госуниверситете имени Н.Г.Чернышевского, а также в Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности 32.07.00 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Внесение исследованных пестицидов в почву вызывает изменение

численности микробов, которое зависит от дозы препаратов. Утверждается избирательное влияние пестицидов на основные группы почвенных микроорганизмов.

2. Качественная и количественная оценка микроорганизмов после контакта с пестицидами выявила изменение состава микробной ассоциации и нарастание содержания бактерий родов Bacillus и Pseudomonas.


5

3. При длительном контакте микробов с пестицидами выделялись микроорганизмы, усваивающие углерод пестицидов.

4. Пестициды каратэ, картоцид, нитролон, хлортиазид и гербицид 3249 подвергаются микробному разложению видами родов Bacillus и Pseudomonas.

Личный вклад соискателя. Работа выполнена самостоятельно, но с привлечением студентов для выполнения курсовых и дипломных работ. Запись спектров биодеструкции пестицидов осуществлена в НИЛ Саратовского военного института радиационной, химической и биологической защиты.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и обсуждены на региональной конференции «Проблемы экологии и охраны окружающей среды» (Саратов, 1999), юбилейной конференции, посвященной 90-летию Саратовского госуниверситета (Саратов, 1999), межвузовской конференции молодых ученых «Растение, микроорганизмы и среда» (Санкт-Петербург, 2000), Международном симпозиуме «Проблемы изучения ландшафтов Европы» (Пенза, 2001), научной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов с окружающей средой» (Саратов, 2002), Международной научно-методической конференции «Экология, образование, наука и промышленность» (Белгород, 2002), II Международной научной конференции «Ксенобиотики и живые системы» (Минск, 2003).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, включающих материалы и методы, полученные результаты, заключение, выводы и список использованной литературы. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 25 рисунков и 33 таблицы. Список литературы содержит 156 источников, в числе которых 120 отечественных.

СОБСТВЕНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалы и методы

Материалом для экспериментов служили актиномицеты, гетеротрофные бактерии и плесневые грибы, выделенные из черноземной почвы, взятой с участков землепользования экспериментального хозяйства НИИСХ «Юго-Восток», а также культуры бактерий родов Agrobacterium, Azotobacfer, Clavibacter, Envinia, Pseudomonas, Xanthomonas, полученные из музея кафедры микробиологии и физиологии растений С ГУ. Пестициды гербицид 3249, картоцид, нитролон, семихинон, хлортиазид и юглон являются новыми препаратами, которые синтезированы в НИИ химических средств защиты растений (г. Москва) и переданы нам для изучения их спектра действия на


6

почвенные микроорганизмы. Пестициды глин и каратэ широко используются на территории Саратовской области.

Изучение влияния пестицидов на численность почвенных микроорганизмов проводили путем внесения препаратов в сосуды с почвой. Действие пестицидов испытывали в трех дозах: производственная концентрация (ПК) и превышающие её в 10 и 100 раз.

Численность микроорганизмов в почве, содержащей различные концентрации пестицида, определяли методом последовательных разведений (Мищук, 1969; Егоров, 1976). Чувствительность бактерий к пестицидам изучалась посредством установления минимальной бактериостатической концентрации (МБК) (Егоров, 1969) а устойчивость - выявлением коэффициента торможения (КТ) в процентах к контрольному росту культур на МП А (Андреева, Картомышева, 1990).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Перед изложением результатов опытов по изучению влияния пестицидов на микроорганизмы почвы в работе представлены основные сведения о всех использованных в эксперименте препаратах: их научные названия, формулы, свойства, назначение, способы применения.

Экспериментатьно установлено, что внесение пестицидов в почву вызывает изменение численности микробов, которая зависит от дозы препаратов. Выявлено избирательное влияние пестицидов на основные группы почвенных микроорганизмов (табл. 1).

Гербицид глин - C12H12CIN5O4S. Установлено, что препарат стимулирует размножение микроорганизмов в почве, причем увеличение численности гетеротрофных бактерий происходило на 42%, актиномицетов и грибов - до 200%. Однако, нарастание количественного содержания микроорганизмов наблюдалось при высокой (100 ПК) концентрации пестицида.

Воздействие пестицида на чистые культуры бактерий родов Bacillus, Pseudomonas, Sporosarcina, Staphylococcus не отразилось на их росте, что свидетельствует об устойчивости микробов к гербициду. Лишь доза 15 мг/л проявила ингибирующий эффект на бактерии родов Pseudomonas и Xanthomonas. Вместе с тем достаточно чувствительными к пестициду (МБК = 1,9 - 3,7 мг/л) оказались бактерии родов Agrobacterium и Clavibacter.

Инсектицид каратэ - C23H19CIF3NO3. Выявлен стимулирующий эффект размножения гетеротрофных бактерий пестицидом. В результате численность этих микробов увеличилась на 200 - 270%, но на 30 сутки отмечено снижение количественных показателей их в пробах, хотя уровень содержания бактерий не опускался ниже исходного. Увеличение численности актиномицетов в 2,5 раза наблюдалось при внесении 1,5 и 15 мг/кг инсектицида в почву. Максимальная же его концентрация (150 мг/кг) слегка подавляла размножение актиномицетов.

Явно ингибирующе действовал каратэ на плесневые грибы. При этом отмечено, что при большей концентрации внесенного пестицида грибов в почве обнаруживалось значительно меньше, чем в контроле. Уже на пятые сутки в


7

пробах, содержащих 10 и 100 производственных доз, произошло снижение числа грибов до 20% и 5% соответственно, численность которых не восстанавливалась и на 30 день.

Таблица 1 Воздействие различных доз пестицидов на микроорганизмы почвы

Пестициды

Гербицид 3249

Глин

Каратэ

Картоцид

Нитролон

Семихинон

Хлортиазид

Юглон

Доза,

ПК

(мг/кг)

ПК 1 10 ПК

100 ПК К

ПК 7 10 ПК 100 ПК

К ПК 1,5 10 ПК 100 ПК

к ПК1 10 ПК 100 ПК

к ПК1 10 ПК 100 ПК

к ПК1 10 ПК 100 ПК

к ПК1 10 ПК 100 ПК

к ПК 1,2 10 ПК 100 ПК

к

Физиологические группы микроорганизмов

Актиномицеты,

К О Е Ю 3

5 сут.

78 ± 3 77 ± 2 71 ±1 79 ± 5 79 ± 3 80 ± 2 74 ± 2 81 ± 3 84 ± 3 103±3 !22± 1 88 ± 2 81±2 75 ± 3 66 ± 1 78 ± 2 71 ± 2 75±3 8 1 ± 4 21.±2 84 ± 2 120±3 !30±4 25 ± 5

120± 1 * 70±5 60 ± 2 130±3 76 ± 3 76 ±1 93 ±4 78 ± 3

30 сут.

76 ± 3 72 ± 2 71±2 80 ± 2 80 ±1 85 ± 2 79 ± 2 88 ± 3 87 ± 5 75 ± 3 147 ±1 75 ± 3 78 ± 3 84 ± 4 76 ± 2 78 ± 2 65 ± 3 54 ± 2 50 ± 2 37 ± 4

2 1 ± 2 * 3± 1 2 ± 1 12±2

120 ± 2* 120 ± 2 П 0 ± 1 130±5 36± 1 * 55 ± 3 58 ± 3 2 1 ± 2

Бактерии,

КОЕ- 105

5 сут.

79 ± 2 87 ± 1

112±2* 80 ± 3 51 ± 2 67 ± 2 93 ± 3 65 ±2

76 ± 1 • 70 ±1 * 7 7 ± 2 * 69 ± 3 62 ± 2 89 ±3 104±2 42 ± 3 72 ± 3 30 ± 1 4 0 ± 2 65 ± 2 18±1 23 ±1 * 19±1 25 ± I 39±2 57 ± 3

7 9 ± 3 * 35±3 129 ± 5 162 ± 2 180 ± 6 37 ± 4

30 сут.

102 ± 2 105 ± 3 103 ± 5 75 ± 3 102 ± 2 100 ± 2 105±4 68 ± 3 65 ± 1

5 2 ± 3 * 50 ± 1

50 48 ± 2 43 ± 1 51 ± 3 42 ± 4 50 ± 2 49 ± 3 46 ± 2 21 ± 3 16±1 14±1 15 ± 2 18±3 30 ± 1 43 ± 1

44 ± 2 * 18 ± 2 17± 1 23 ± 3 29 ±2 6 ±3

Грибы, 1

КОЕ • Ю2 I i

5 сут.

46 ± 2 51 ± 3

6 0 ± 2 * 47 ± 2 106 ± 5 128 ±1 150±4 117±3 5 6 ± 3 * 45 ± 2 13 ±1 62 ± 2 69 ± 2 52 ± 3 35 ± 2 115±1 38±3 3 0 ± 2 25 ± 2 4 0 ± 3 84 =ь 1 82±2 86 ± 2 77±3

4 5 ± 2 * 24± 1 6 ± 1 58±3 31± 3 51 ± 4 7 ± 2

6 6 ± 2

30 сут. 1

40 ± 3 ! 52 ± 3 i 44 ±1 I 50 ± 3 | 98 ± 2 | 115±3 | 97 ± 5 • 110±3 53 ± 2 * 3 1 ± 3 2 ± l j 75 ± 3 : 101 ± 3 1 82 ± 2 31 ± 1 100 ± 3 16±2 15±3 13 ± 4 Ю±2

186±2 * 161 ±1 * 138 ± 1 128 ± 3 ! 14 ± 1 7 ± 1 1±1

60 ± 2 43 ± 6 38 ± 2 23 ± 5 20 ±1

Примечания: ПК - производственная концентрация; К - контроль; * - наличие достоверное ги по о i ношению к контролю при уровне значимости Р <0,05


Полученные данные свидетельствуют о том, что инсектицид каратэ обладал фунгицидным действием, особенно при повышенных дозах препарата. При определении чувствительности культур к пестициду выявлено 25 штаммов, которые интенсивно росли на среде с пестицидом, обнаруживая коэффициент торможения от - 0 до - 500%. Этим свойством обладали в основном бактерии родов Bacillus и Pseudomonas. Из них отобраны 11 штаммов, у которых изучена возможность использовать каратэ как питательный субстрат (табл. 2).

Таблица 2 Способность микроорганизмов использовать углерод пестицида каратэ

№п/п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И

Род и № штамма

3 Bacillus sp. 5 Bacillus sp. 1 Bacillus sp. ^Bacillus sp. 27 Proteus sp. ^Pseudomonas sp. 18 Pseudomonas sp. %\Pseudomonas sp. i%Pseudomonas sp. i4Pseudomonas sp. u'SPseudomonas sp.

Рост на среде M9 + глюкоза

--4-f + * + й * f, *

М9 + пестицид --* * ± « ± * * •* *

Примечания: «+» - наличие роста сомнительный результат. и зоны просветления; «-» - отсутствие роста; «±»

В результате, выявлено семь штаммов, которые, вероятно, могут усваивать пестицид как единственный источник углерода. Подтверждение деструкции каратэ смесью культур бактерий родов Bacillus и Pseudomonas получено колориметрически в специально проведенном опыте, в котором снижение содержания пестицида произошло более чем в 20 раз (рис. 1).

Фунгииад картоиид — CisbbsCljCuNjCh- Экспериментами

выявлены особенности, позволяющие утверждать, что пестицид стимулирует размножение гетеротрофных бактерий, но ингибирует деятельность актиномицетов и плесневых грибов. В целом же картоцид обладает широким спектром воздействия на микроорганизмы. Чистые культуры кокковых форм бактерий и дрожжеподобных грибов подавлялись, а грамотрицательные палочковидные бактерии стимулировались в росте в отличие от

2 3 4 5 6 Сутки

- Рост бактерий D 440, отн.вд-' Концентрация пестицида, мг7л • Контроль концентрации пестицида, мг/л

Рис. 1. Деструкция пестицида каратэ смесью культур бактерий Bacillus и Pseudomonas


9

фитопатогенных бактерий рода Envinia, которые оказались чувствительными к картоциду и имели КТ = 4,0 - 87,2 % (табл. 3).

Более того, пестицид увеличивал содержание общего азота в среде культивирования бактерий рода Azotobacier (рис. 2) и доказано разрушение картоцида почвенными микроорганизмами. Бациллы в наших опытах трансформировали пестицид в течение 36 часов (рис. 3).

1.2 т 1

0.8

0,6

0,4

0.2

зг f * 1

ЧТП

A. indicB 1032 A. betje/inckii A. chroococum 1034 888

• Среда с пестицидом (контроль 2) В Среда с пестицидом и м/о • Среда с м/о без пестицида (контроль 1)

Рис. 2. Влияние картоцида на содержание общего азота

Таблица 3 Чувствительность штаммов бактерий рода Envinia к картоциду

Вид и штамм бактерий

Envinia amylovora 75 £. carotovora var. citrullis МИ E. carotovora var. citrullis 115 E. carotovora var. citrullis 438 E. carotovora var. citrullis 9011 E. carotovora var. citrullis 603 £. carotovora var. citrullis 21 £. carotovora var. citrullis 9005 E. herbicola 8560 E. herbicola 8593

Диаметр колоний, мм контроль 6,4 + 0,5 11,7 ±0,2 9,6 ± 0,2 6,4 ± 0,3 5,4 + 0,4 7,3 + 0,5

0,7 + 0,05 2,4 ± 0,5 4,0 ± 0,5 7,5 ± 0,5

опыт 5,3 ± 0,4 1,5 ±0,5 1,9 ±0,6 4,5 + 0,5 2,4 ± 0,4 7,0 + 0,4

0,2 ±0,04 1,8 + 0,4 3,0 ± 0,7 5,0 ± 0,7

Коэффициент торможения, %

17,0 87,2 80.2 29,6 55,5 4,0 71,4 25,0 25,0 33.3

Рис. 3. Спектральный аначиз деструкции картоцида штаммами Bacillus mycoides (К 1) и Bacillus megaterittm


10

Нитро.юн в опытах снижал численность гетеротрофных бактерий и плесневых грибов в первые пять суток их контакта. Затем происходило нарастание количественных показателей бактерий в 2,5 раза, а грибов - в 1,5 раза. При изучении взаимодействия чистых культур бактерий с нитролоном выявлено 19 штаммов, использующих пестицид, но особенно интенсивно стимулировался рост бактерий рода Bacillus. Деструкцию препарата осуществляли виды бактерий родов Bacillus и Pseudomonas (рис. 4).

Рис. 4. Спектральный анализ деструкции нитролона штаммами Pseudomonas fluorescens (H6) и Bacillus subtilis (H14)

Гербицид семихинон - C2oHi406. В наших опытах этот препарат подавлял рост актиномицетов и гетеротрофных бактерий, но стимулировал размножение плесневых грибов в почве. При изучении действия пестицида на чистые культуры бактерий наиболее устойчивыми к нему оказались грамотрицательные палочковидные и кокковые формы бактерий, КТ которых составил от - 13 до - 95%. На фитопатогенные бактерии он не оказывал стимулирующего влияния, наибольшую чувствительность проявили бактерии рода Xanthomonas, КТ которых варьировал в пределах 20 - 40% (табл. 4).

Таблица 4 Чувствительность фитопатогенных бактерий к семихинону

Виды и штаммы

Burkholderia cepacia 8566 Clavibacter michiganensis 13 a Erwinia carolovora 160 Pseudomonas phaseoli 4012 Xanthomonas campestris 7992 X. phaseoli 9021 X. phaseoli 8838 X. campestris 8003 X. campestris 8171

Диаметр колоний, мм контроль 7,0 ± 0.5 5,3 ± 0,2 6,3 + 0,4 4,2 ± 0,4 9,1+0,4 10,0 ±0,1 5,0 + 0,5 7,0 + 0,2 3,0 + 0,4

опыт 6,0 ±0,1 5,2 ± 0,2 5,0 ± 0,5 4,3 ± 0,2 7,0 + 0,6 6,0 ± 0,7 4,0 + 0,6 5,0 ± 0,5 2,0 ± 0,5

Коэффициент торможения, %

14.2 0

16.6 0 22 40 20

28.5 33


II

Вероятно, применение семихинона может снизить появление бактериозов у растений и тем самым повысить их урожайность.

Фунгицид хлортиазид - C^HuCbN^OS. Эксперименты подтвердили фунгицидное действие препарата, который снижал также численность актиномицетов, но стимулировал размножение гетеротрофных бактерий. Использование пестицида в качестве источника питания и энергии оказалось доступным для 12 штаммов бактерий родов Bacillus, Staphylococcus, Pseiidomonas и восьми штаммов актиномицетов, КТ которых колебался у бактерий от -25 до -233 %, актиномицетов от -20 до -400 %.

Испытанные виды фитопа- л .. .. тогенных бактерий обладали разной степенью чувствительности (КТ = 8,7 - 46,0 %). Важно, что препарат ингибировал рост бактерии Envittia carotovora, способной вызывать некрозы и мокрые гнили у растений.

В связи с тем, что хлортиазид стимулировал рост гетеротрофных бактерий, поиск деструкторов проводили в этой группе микроорганизмов. Из почвы, длительно (90 дней) контактировавшей с препаратом, выделен и изучен штамм бактерий рода Bacillus, использующий пестицид в качестве источника питания и энергии. Методом УФ-спектроскопии выявлено возможное разрушение ароматической структуры пестицида (рис. 5). Колориметрическим анализом установлено, что в среде, содержащей 200 трансформировал 50 % препарата за 72 часа.

Гербицид юглон - СщЬЬОэ. Как показали опыты, юглон стимулировал размножение гетеротрофных бактерий в почве до 480 %. актиномицеты и плесневые грибы в течение первых пяти суток испытывали явно негативное влияние препарата, существенно тормозившего их развитие и снижавшего значительную часть особей популяции грибов. Однако, в дальнейших наблюдениях за количеством этих микроорганизмов в пробах отмечена тенденция увеличения численности как актиномицетов, так и грибов.

' ' 2й* 220 240 26(1 1*0 J M И JJO JM»

а - перед инкубацией; б - через 6 суток инкубации; в - через 8 суток инкубации

Рис. 5. Спектральный анализ деструкции хлортиазида

мг/л пестицида, В. subtilis


Некоторые виды фитопатогенных бактерий родов Envinia и Xanthomonas оказались чувствительны к юглону, КТ которых составил 100 %, МБК варьировала в пределах 0,006 до 0,02 мг/мл препарата (табл. 5).

Воздействуя на микроорганизмы, юглон к тому же интенсифицировал превращение азота и углерода в почве, что свидетельствует об активном участии пестицида в биогеохимических процессах.

Таблица 5

Виды и

штаммы

Чув ствительность тест -микробов к юглону Концентрация юглона, мг/мл

1,0 0,5 0,25 0,12 0,06 0,03 0,015 0,008 0,004 0.002

phaseoli 8838 Xphaseoli 9021 | + + +

X. campestris j - - - - - - + + т + 8171 | X. campestris j - - - - - - - - + + 7992 ' Envinia j + + + +

carotovora 8560 1

Кон

троль

* +

+

+

+

МБК,

мкг/мл

0,01

0,02

0,02

0,006

0,02

Гербицид 3249 - C25H42O2NO2. Препарат стимулировал в почве размножение лишь гетеротрофных бактерий, численность которых увеличилась в 1.5 раза. Актиномицеты и грибы подавлялись при длительном контакте с препаратом. Ингибирующее действие он оказывал также на чистые культуры бацилл и фитопатогенные бактерии родов Envinia и Psendomonas, но стимулировал рост Azotobacter chroococcum и A. beijerinkii. В экспериментах выявлено неоднозначное действие пестицида даже к штаммам одного вида (табл. 6), бактериостатическая доза которых колебалась от 4,0 до 500 мкг/мл.

Между тем, при проведении экспериментов удалось получить два штамма, способных расти на среде с пестицидом. Установлено снижение концентрации гербицида на 300 мг/л в течение шести суток при непрерывном увеличении содержания клеток бацилл. Изучена также азотфиксируюшдя активность микроорганизмов под влиянием гербицида 3249. Установлено, что на пятые сутки препарат оказывал стойкое ингибирующее воздействие на фиксацию азота микроорганизмами, но на 30 сутки содержание С2Н4 уменьшилось на 15%. Влияние пестицида заметно отражалось и на «дыхании» почвы. Установлено, что количество выделяемого СОг на пятые сутки превысило контрольные показатели на 36 - 54%, но к 30 суткам его выделение уменьшилось на 30 - 36% ниже контрольных показателей. Вероятно, продукты распада гербицида оказывали токсическое воздействие на функционально-физиологические особенности микроорганизмов.


13

Таблица 6 Антибактериальная активность гербицида 3249

к различным штаммам Erwinia carotovora

Штамм

144а 603 243 21

8789 8560 МИ 438 1106 215

Минимальная бактериостатическая доза

гербицида (мкг/мл) 47 94 187 94 47 3 94 12 12 23

Бактерицидная доза гербицида, (мкг/мл)

62 125 500 125 62 4

125 16 16 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведенные эксперименты позволяют утверждать, что микробоценоз

почв обладает достаточно устойчивым свойством, в основе которого лежит принцип существования видовых популяций на структурно-динамичной основе. Организующую роль в нем выполняют бактерии родов Bacillus и Pseudomonas, которые даже при стрессовых ситуациях способны поддерживать структуру сообщества. Качественная и количественная оценка разнообразия микроорганизмов под влиянием различных пестицидов свидетельствует о том, что в результате длительного их контакта (30 дней) имело место изменение состава микробной ассоциации и нарастание содержания бактерий родов Bacillus и Pseudomonas. Представители этих родов в основном и участвуют в детоксикации почвы от различных ксенобиотиков. Внесение оптимальных доз бактерий-деструкторов, установленных экспериментальным путем, может оказать существенное влияние на уровень концентрации пестицидов в столь важной природной среде, как почва.

ВЫВОДЫ

1. Гербицид глин стимулировал размножение гетеротрофных бактерий, актиномицетов и плесневых грибов. Устойчивостью к пестициду обладали культуры бактерий родов Bacillus, Micrococcus. Pseudomonas и Sporosarcina. Минимальная бактериостатическая концентрация пестицида для бактерий родов Agrobacteiitim, Clavibacter, Pseudomonas и Xanthomonas варьировала в пределах от 1,9 до 15 мг/л.

2. Гербицид 3249 стимулировал размножение гетеротрофов. В результате к 30 дню численность бактерий увеличилась в 1,5 раза. Однако в опытах с чистыми культурами рабочая концентрация (1 мг/л) гербицида


14

ингибировала бактерии родов Bacillus, Envinia и Psendomonas, но стимулировата рост Azotobacter chroococcum и A. beijerinkii.

3. Действие инсектицида каратэ заключалось в стимулировании размножения гетеротрофных бактерий и актиномицетов. На плесневые грибы препарат оказывал явно выраженное ингибирующее воздействие. В опытах с чистыми культурами бактерий препарат стимулировал рост бацилл и псевдомонад, использующих углерод пестицида.

4. Обладая выраженными фунгицидными свойствами, картоцид и хлортиазид подавляли также актиномицеты, но стимулировали размножение гетеротрофных бактерий в почве. Выявлено некоторое ингибирующее воздействие препаратов на фитопатогенные бактерии родов Envinia и Xanthomonas.

5. Препараты нитролон, семихинон и юглон оказывали различное действие на микроорганизмы. Нитролон и юглон подавляли грибы, а семихинон, наоборот, стимулировал их размножение. Установлено, что препараты ингибировали рост фитопатогенных бактерий родов Envinia и Xanthomonas, но бактерии рода Pseudomonas оказались устойчивыми к семихинону. При взаимодействии чистых культур бактерий с нитролоном выявлено 19 штаммов, использующих углерод пестицида.

6. Установлено, что пестициды каратэ, картоцид, нитролон, хлортиацид и гербицид 3249 подвергаются микробному разложению бактериями родов Bacillus и Pseudomonas. Доказано разрушение 100 мг/л хлортиазида за 96 часов, а также 200 мг/л каратэ и 300 мг/л гербицида 3249 за шесть суток.

7. Разработана последовательность методических приёмов выделения микробов из почвы, учета их численности, определения чувствительности к препаратам, отбора штаммов, обладающих деструктивной активностью. Создана коллекция из 83 штаммов бактерий родов Bacillus и Pseudomonas -деструкторов пестицидов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чиров П.А., Остроухова З.И., Ксенофонтова О.Ю. Влияние пестицидов на ассоциацию микроорганизмов почв Поволжского региона // Матер, научн. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования Саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии». - Саратов, 1999. - С. 282 -284.

2. Ксенофонтова О.Ю., Петрова А.В. Действие пестицида нитролона на ассоциацию почвенных микроорганизмов // Матер, межвузовской конференции молодых ученых «Растение, микроорганизмы и среда». - СПб., 2000.-С. 40-41.

3. Ксенофонтова О.Ю. Влияние гербицида глин на почвенные и фитопатогенные микроорганизмы // Матер, межвузовской конференции молодых ученых «Растение, микроорганизмы и среда». - СПб., 2000. - С. 39-40.


15

4. Ксенофонтова О.Ю., Чиров П.А. Экспериментальный поиск микробов-деструкторов различных пестицидов // Матер. Международного симпозиума «Проблемы изучения и охраны биоразнообразия и природных ландшафтов Европы». - Пенза, 2001. - С. 296-298.

5. Ксенофонтова О.Ю. Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы Нижнего Поволжья //Тез. докл. Всероссийской конференции «Сельскохозяйственная микробиология в XIX-XXI веках». СПб, 2001. С.28.

6. Чиров П.А., Остроухова З.И., Ксенофонтова О.Ю. Взаимодействие пестицидов с микроорганизмами в почвенных микробоценозах. Известия СГУ. Сер. биологическая. - Саратов: СГУ, 2001. - С. 129-134.

7. Ксенофонтова О.Ю., Чиров П.А. Изменения численности почвенных микроорганизмов под действием пестицидов // Матер. Международной научно-методической конференции «Экология — образование, наука и промышленность». - Белгород, 2002. - С. 252 - 255.

8. Ксенофонтова О.Ю. Воздействие некоторых пестицидов на размножение актиномицетов и плесневых грибов в почве // Матер, первой региональной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов с окружающей средой». - Саратов, 2002. - С. 5 - 6.

9. Ксенофонтова О.Ю., Прыткова О.В. Влияние пестицида каратэ на почвенные микроорганизмы // Матер, первой региональной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов с окружающей средой». - Саратов, 2002. - С. 8 - 9.

10.Чиров П.А., Ксенофонтова О.Ю. Изучение влияния пестицидов на микроорганизмы почвы (методические рекомендации). - Саратов, 2002. -16 с.

П.Чиров П.А,, Ксенофонтова О.Ю. Пестициды и их взаимодействие с микроорганизмами // Ветеринария Поволжья. - 2003. - № 3 (6). - С. 8 - 10.

12.Ксенофонтова О.Ю., Чиров П.А. Некоторые особенности взаимодействия пестицидов и микроорганизмов в почве // Матер. II Международной научной конференции «Ксенобиотики и живые системы». - Минск, 2003. - С. 148 -151.

Благодарности. Выражаю глубокую благодарность своему научному руководителю профессору П.А.Чирову за всестороннюю помощь, внимание и поддержку, оказанную при выполнении работы. Искренне признательна своим первым наставникам профессору М.К.Щегловой и доценту З.И.Остроуховой, а также всем сотрудникам кафедры.


f/Ц-

Автореферат

Ксенофонтова Оксана Юрьевна

Взаимодействие пестицидов и микроорганизмов почвы

Подписано в печать Формат 60 х 84 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 3d Типография Издательства Саратовского университета.

410012, Саратов, Астраханская, 83


Documents

452.взаимодействие пестицидов и микроорганизмов почвы