Изучение биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов
Международная
публикация
Е.
А. АлпатоваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Алпатова
Е.
А.,
Мосина
Л.
В. Изучение биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
4686–4690. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/55202.htm.
Аннотация. Статья посвящена изучению изменчивости биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов. Полученные результаты характеризуют их состояние при данном виде воздействия.
Ключевые слова:
микроорганизмы, питательная среда, биохимическая активность, bacillus idosus, bacillus mycoides.
Текст статьи
Алпатова Елена Александровна,студентка 5 курса, кафедра экологии ФГБОУ ВПО РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москваalpat_usik@mail.ru
Мосина Людмила Владимировна,научный руководитель, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии ФГБОУ ВПО РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва
Изучение биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов
Аннотация.Статья посвящена изучению изменчивости биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов. Полученные результаты характеризуют их состояние при данном виде воздействия.Ключевые слова:микроорганизмы, питательная среда, биохимическая активность, Bacillusidosus, Bacillusmycoides.
Охрана окружающей среды занимает одно из первых мест среди многих проблем. Так более 75% отходов являются токсичными для окружающей среды и человека, в особенности места захоронения и утилизации химического оружия, хранящиеся на территории России на складах более 50 лет [2].Объектом исследования данной работы являются почвы поселка Леонидовка. Этот объект интересен тем, что примерно в 20 км от Пензы расположен один из основных в России арсеналовхранения боеприпасов(объект № 1206). Сейчас, по официальным данным, здесь захоронено около 267 т зарина, 1494 т зомана и 5124 т VXгаза. До введения в эксплуатацию завода по утилизации химического оружия боеприпасы закапывались в землю или сбрасывались в водоемы. Поэтому оставшаяся в земле «отрава» является огромной угрозой всему живому и практически по всей России [1].Для выполнения работы необходимо выявить индикаторные показатели.К таким относят микробиологические показатели, что определяется их высокой чувствительностью к изменениям в природной среде. Исследуемым объектом является почва (серая лесная). Прежде чем проводить микробиологические анализы, необходимо провести другие опыты. Так, первым делом надо определить агрохимические параметры почвы. Так содержание гумуса в почве варьирует от 2,1 до 2,7 (%) (по методу Тюрина), а pHKCl–от 4,2 до 5,6 и pHH2O–от 5,2 до 5,8 в зависимости от источника удаления. Такие различия не могут дать нам утвердительный ответ. Поэтому приступаем к использованию микробиологических методов.За основу была взята методика проведения глубинного посева на питательные среды (МПА, КАА, СА и МПА+СА). На мясопептонном агаре (МПА) учитывали общее количество бактерий, усваивающих органические формы азота (аммонификаторы)(рис. 1), на крахмалоаммиачном агаре (КАА) –актиномицеты(рис. 2), на сусло –агаре (СА) –микроскопические грибы(рис. 3), а спорообразующие бактерии на среде МПА+СА (мясопептонный агар+суслоагар)(рис. 4)[4].
Таблица 1 Численность аэробных гетеротрофных аммонифицирующих микроорганизмов (на МПА в млн КОЕ/1 г почвы)
Почвенная пробаРасстояние,мВсегоВ том числеСпоровыеВacillus mycoidesPs. fluorescensПрочие15074
322003728
54310004726
147
Так, качественный состав аммонификаторов деструкторов показал существенные различия. Так на минимальном расстоянии от источника загрязнения деструкционные процессы выполнялись не спороносными микроорганизмами, доля которых составляет 57%. Численность микроорганизмов, использующих минеральные форма азота, представлена в таблице 1. Численность аммонификаторов в зависимости от удаления колеблется от 7 до 47. Минимальную численность микробиоты мы наблюдаем на минимально приближенном участке к источнику загрязнения, что свидетельствует о снижении биологической активности почвы (табл. 1).Этот факт говорит о том, что также ослабляются ферментативные системы, нарушается функционирование фитоценозов. В итоге всё это вызовет ослабление минерализационных процессов и как следствие –ухудшение обеспеченности растений элементами питания[4]. Аналогично проводим учет микроорганизмов, использующих минеральные формы азота на КАА. Так, с удалением от источника загрязнения их численность изменяется. Однако, эти различия не столь существенны, как при анализе численности аммонификаторов (рис.2), но численность микроскопических грибовзначительно менялась. Причем наблюдается обратная зависимость в отношении от источника удаления(рис. 3). Так по мере удаления их численность существенно снижается в 4 раза, что подтверждает особенное свойство микроскопических грибов менять характер метаболических процессов в условиях загрязнения окружающей среды.
Рисунок 1Численностьаммонификаторов на МПА
Следующим этапом в данной исследовательской работе являлось закладка модельного опыта. В его основу положены различные виды микроорганизмов (чистые культуры), которые были выведены из различных почвенных проб.Биохимические свойства бактерий можно начинатьизучать одновременно с выделением культуры, засевая материал на специальные питательные среды, позволяющие судить о биохимической активности выделяемых микроорганизмов [3].При изучении биохимических особенностей исследовалась активность ферментов протеазпо разложению желатины (скорость и характер разложения при уколе столбика желатины)(рис. 4). Аммонифицирующую способность определяли по интенсивности разложения мясопептонного бульона (МПБ).Вышеуказанные среды заражались трехсуточными культурами бактерий и ставились в термостат при 28˚С. Среда с желатиной оставалась при комнатной температуре. На 3и сутки проводилась визуальная оценка активности фермента (в условных единицах) по четырехбальной системе: очень высокая активность (сильная муть, пленка, сильный осадок) – ++++;хорошая (пленка с небольшим осадком) – +++;средняя (образование пленки) – ++;слабая – +;отсутствие роста –0.Одновременно отмечался характер роста культуры и тип разложения желатины при посеве уколом в мясопептонную желатину (МПЖ). Все результаты по проведенному опыту заносили в таблицу 2.
Рисунок 2Численность микроорганизмов на КААРисунок 3 Численность микроскопических грибов на САТаблица 2Биохимическая активность спорообразующих бактерий, выделенных из исследуемых почвенных проб
Почвенная пробаПовторностьРазложение желатиныРост на МПБАммонифицирующая способность на МПБBacillus idosus11+++++Слабая муть в первые дни роста штамма, осадка нет2+++++3+++++21+++Муть, осадок2++++3+++310+Слабая муть2+030+Bacillus mycoides11+++++++Раствор прозрачный, мощная плёнка2++++++3+++++++21+++++Образование плёнки2+++3+++31+0Слабая муть2003+0
Биохимическая активность
Bacillus idosus
Как общая закономерность отмечается снижение биохимической способности при приближении к источнику загрязнения. Это свидетельствует о нарушении ферментативных систем[3]. Полученные результаты показали, что под влиянием утилизации в почве депрессируется функционирование одной из наиболее активных групп микробногонаселения. Также, это угнетение может распространяться на доминирующие виды бацилл, что отрицательно влияет на состояние почв, но и фитосанитарное состояние растений. В дальнейшим оно может послужить источником опасных веществ как для человека, так и дляокружающей среды в целом[5].
Список литературы1.Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. –М.: Воениздат, 1990. –271с.2.Антонов Н.С. Химическое оружие на рубеже двух столетий /М., 1994.3.Левин С.В., Гузев В.С., Асеева И.В. и др. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту./ Микроорганизмы и охрана почв /Под ред. Д.Г. Звягинцева. –М.: Изд. МГУ, 1989. –204 с.4.Методы почвенной микробиологии и биохимии. Уч. пос. / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд. МГУ, 1991. 304 с.5.Babich, Stotzre. Heavy metal toxicity microbemediated ecologic processes: a review and potential application to regulatory policies// Environ. Res. 1985. Vol. 36, №1 P. 111137.
Alpatova Elena Aleksandrovna, student, K.A.Timiryazeva Russian State of Agrarian University –Moscow agricultural of Academy, Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Moscow.Mosina Lyudmila Vladimirovna, K.A.Timiryazeva Russian State of Agrarian University –Moscow agricultural of Academy, Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Moscow.
THE STUDY OF THE BIOCHEMICAL ACTIVITY OF THE BACILLI UNDER THE INFLUENCE OF CHEMICAL WASTEAbstract.The article is devoted to the study of the variability of the biochemical activity of the bacilli under the influence of chemical waste. The obtained results describe their state when this treatment.Key words:microorganisms, nutrient medium, the biochemical activity, Bacillus idosus, Bacillus mycoides.
Мосина Людмила Владимировна,научный руководитель, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии ФГБОУ ВПО РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва
Изучение биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов
Аннотация.Статья посвящена изучению изменчивости биохимической активности бацилл под влиянием утилизации химических отходов. Полученные результаты характеризуют их состояние при данном виде воздействия.Ключевые слова:микроорганизмы, питательная среда, биохимическая активность, Bacillusidosus, Bacillusmycoides.
Охрана окружающей среды занимает одно из первых мест среди многих проблем. Так более 75% отходов являются токсичными для окружающей среды и человека, в особенности места захоронения и утилизации химического оружия, хранящиеся на территории России на складах более 50 лет [2].Объектом исследования данной работы являются почвы поселка Леонидовка. Этот объект интересен тем, что примерно в 20 км от Пензы расположен один из основных в России арсеналовхранения боеприпасов(объект № 1206). Сейчас, по официальным данным, здесь захоронено около 267 т зарина, 1494 т зомана и 5124 т VXгаза. До введения в эксплуатацию завода по утилизации химического оружия боеприпасы закапывались в землю или сбрасывались в водоемы. Поэтому оставшаяся в земле «отрава» является огромной угрозой всему живому и практически по всей России [1].Для выполнения работы необходимо выявить индикаторные показатели.К таким относят микробиологические показатели, что определяется их высокой чувствительностью к изменениям в природной среде. Исследуемым объектом является почва (серая лесная). Прежде чем проводить микробиологические анализы, необходимо провести другие опыты. Так, первым делом надо определить агрохимические параметры почвы. Так содержание гумуса в почве варьирует от 2,1 до 2,7 (%) (по методу Тюрина), а pHKCl–от 4,2 до 5,6 и pHH2O–от 5,2 до 5,8 в зависимости от источника удаления. Такие различия не могут дать нам утвердительный ответ. Поэтому приступаем к использованию микробиологических методов.За основу была взята методика проведения глубинного посева на питательные среды (МПА, КАА, СА и МПА+СА). На мясопептонном агаре (МПА) учитывали общее количество бактерий, усваивающих органические формы азота (аммонификаторы)(рис. 1), на крахмалоаммиачном агаре (КАА) –актиномицеты(рис. 2), на сусло –агаре (СА) –микроскопические грибы(рис. 3), а спорообразующие бактерии на среде МПА+СА (мясопептонный агар+суслоагар)(рис. 4)[4].
Таблица 1 Численность аэробных гетеротрофных аммонифицирующих микроорганизмов (на МПА в млн КОЕ/1 г почвы)
Почвенная пробаРасстояние,мВсегоВ том числеСпоровыеВacillus mycoidesPs. fluorescensПрочие15074
322003728
54310004726
147
Так, качественный состав аммонификаторов деструкторов показал существенные различия. Так на минимальном расстоянии от источника загрязнения деструкционные процессы выполнялись не спороносными микроорганизмами, доля которых составляет 57%. Численность микроорганизмов, использующих минеральные форма азота, представлена в таблице 1. Численность аммонификаторов в зависимости от удаления колеблется от 7 до 47. Минимальную численность микробиоты мы наблюдаем на минимально приближенном участке к источнику загрязнения, что свидетельствует о снижении биологической активности почвы (табл. 1).Этот факт говорит о том, что также ослабляются ферментативные системы, нарушается функционирование фитоценозов. В итоге всё это вызовет ослабление минерализационных процессов и как следствие –ухудшение обеспеченности растений элементами питания[4]. Аналогично проводим учет микроорганизмов, использующих минеральные формы азота на КАА. Так, с удалением от источника загрязнения их численность изменяется. Однако, эти различия не столь существенны, как при анализе численности аммонификаторов (рис.2), но численность микроскопических грибовзначительно менялась. Причем наблюдается обратная зависимость в отношении от источника удаления(рис. 3). Так по мере удаления их численность существенно снижается в 4 раза, что подтверждает особенное свойство микроскопических грибов менять характер метаболических процессов в условиях загрязнения окружающей среды.
Рисунок 1Численностьаммонификаторов на МПА
Следующим этапом в данной исследовательской работе являлось закладка модельного опыта. В его основу положены различные виды микроорганизмов (чистые культуры), которые были выведены из различных почвенных проб.Биохимические свойства бактерий можно начинатьизучать одновременно с выделением культуры, засевая материал на специальные питательные среды, позволяющие судить о биохимической активности выделяемых микроорганизмов [3].При изучении биохимических особенностей исследовалась активность ферментов протеазпо разложению желатины (скорость и характер разложения при уколе столбика желатины)(рис. 4). Аммонифицирующую способность определяли по интенсивности разложения мясопептонного бульона (МПБ).Вышеуказанные среды заражались трехсуточными культурами бактерий и ставились в термостат при 28˚С. Среда с желатиной оставалась при комнатной температуре. На 3и сутки проводилась визуальная оценка активности фермента (в условных единицах) по четырехбальной системе: очень высокая активность (сильная муть, пленка, сильный осадок) – ++++;хорошая (пленка с небольшим осадком) – +++;средняя (образование пленки) – ++;слабая – +;отсутствие роста –0.Одновременно отмечался характер роста культуры и тип разложения желатины при посеве уколом в мясопептонную желатину (МПЖ). Все результаты по проведенному опыту заносили в таблицу 2.
Рисунок 2Численность микроорганизмов на КААРисунок 3 Численность микроскопических грибов на САТаблица 2Биохимическая активность спорообразующих бактерий, выделенных из исследуемых почвенных проб
Почвенная пробаПовторностьРазложение желатиныРост на МПБАммонифицирующая способность на МПБBacillus idosus11+++++Слабая муть в первые дни роста штамма, осадка нет2+++++3+++++21+++Муть, осадок2++++3+++310+Слабая муть2+030+Bacillus mycoides11+++++++Раствор прозрачный, мощная плёнка2++++++3+++++++21+++++Образование плёнки2+++3+++31+0Слабая муть2003+0
Биохимическая активность
Bacillus idosus
Как общая закономерность отмечается снижение биохимической способности при приближении к источнику загрязнения. Это свидетельствует о нарушении ферментативных систем[3]. Полученные результаты показали, что под влиянием утилизации в почве депрессируется функционирование одной из наиболее активных групп микробногонаселения. Также, это угнетение может распространяться на доминирующие виды бацилл, что отрицательно влияет на состояние почв, но и фитосанитарное состояние растений. В дальнейшим оно может послужить источником опасных веществ как для человека, так и дляокружающей среды в целом[5].
Список литературы1.Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. –М.: Воениздат, 1990. –271с.2.Антонов Н.С. Химическое оружие на рубеже двух столетий /М., 1994.3.Левин С.В., Гузев В.С., Асеева И.В. и др. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту./ Микроорганизмы и охрана почв /Под ред. Д.Г. Звягинцева. –М.: Изд. МГУ, 1989. –204 с.4.Методы почвенной микробиологии и биохимии. Уч. пос. / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд. МГУ, 1991. 304 с.5.Babich, Stotzre. Heavy metal toxicity microbemediated ecologic processes: a review and potential application to regulatory policies// Environ. Res. 1985. Vol. 36, №1 P. 111137.
Alpatova Elena Aleksandrovna, student, K.A.Timiryazeva Russian State of Agrarian University –Moscow agricultural of Academy, Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Moscow.Mosina Lyudmila Vladimirovna, K.A.Timiryazeva Russian State of Agrarian University –Moscow agricultural of Academy, Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Moscow.
THE STUDY OF THE BIOCHEMICAL ACTIVITY OF THE BACILLI UNDER THE INFLUENCE OF CHEMICAL WASTEAbstract.The article is devoted to the study of the variability of the biochemical activity of the bacilli under the influence of chemical waste. The obtained results describe their state when this treatment.Key words:microorganisms, nutrient medium, the biochemical activity, Bacillus idosus, Bacillus mycoides.
