Экология /6. Экологический мониторинг

Жданова Г.О., Вятчина О.Ф.

Иркутский государственный университет, Россия

Пенообразование в суспензии дрожжей как экспрессная тест-реакция

В биотестировании в качестве тест-реакции учитывается, в основном, ростовая функция, что трудоемко и требует определенных временных и материальных затрат. В связи с этим нами была разработана новая экспрессная микробиологическая методика, основанная на определении интенсивности пенообразования в дрожжевой суспензии с глюкозой. В качестве тест-объекта использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae верхового брожения. Известно, что дрожжи этой расы в конце брожения всплывают на поверхность, процесс сопровождается интенсивным образованием пены. Такая особенность верховых дрожжей была использована нами в качестве тест-отклика, визуалазирующего эффекты действия токсикантов на физиологическую активность дрожжей [1].

Для проведения тест-реакции использовали препарат сушеных дрожжей «Саф-Момент». Опытным путем было подобрано оптимальное соотношение компонентов реакционной смеси (г/л): дрожжи – 68; глюкоза – 20. Навеску дрожжей растворяли в исследуемом растворе токсиканта, тщательно перемешивали, затем добавляли глюкозу. Полученную дрожжевую суспензию разливали в мерные пробирки по 3 мл и помещали в термостат с температурой 30 ºС, инкубировали в течение 15 мин, затем определяли высоту образовавшейся пены и вычисляли скорость ее подъема по формуле:

, (1)

где υ – скорость подъема пены, V – объем пены, мл, t – время, мин.

Контролем служила дрожжевая суспензия, приготовленная на основе водопроводной дехлорированной путем отстаивания воды.

Для апробации реакции нами были выбраны наиболее опасные и распространенные загрязнители окружающей среды – соли тяжелых металлов, химические пестициды, а также моющие средства. Тест-реакция, основанная на определении скорости подъема пены в дрожжевой суспензии, позволяет определять присутствие соединений при их низком содержании в водной среде. Порог чувствительности составлял 0,00001–0,0001 %. Токсичность тяжелых металлов повышалась в ряду: сульфат меди и нитрат ртути < нитрат свинца и сульфат железа < нитрат кобальта (рис. 1).

Рис. 1. Влияние солей тяжелых металлов на скорость подъема пены в суспензии дрожжей с глюкозой

Влияние тяжелых металлов на рост S. cerevisiae было менее выраженным, чем их воздействие на процесс пенообразования. По степени подавления роста наиболее токсичным оказался нитрат кобальта, далее следуют нитрат ртути и медь сернокислая, затем железо сернокислое. К нитрату свинца дрожжи проявили толерантность в диапазоне концентраций 0,00001…0,1 % (табл. 1).

Таблица 1

Влияние солей тяжелых металлов на рост Saccharomyces cerevisiae

Концентрация соли, %	Титр культуры (КОЕ/мл) в среде IEPD, содержащей
	Со(NO3)2	Рb(NO3)2	Hg(NO3)2	Fe2(SO4)3	CuSO4
0,00001	1,29±0,21×10^8	2,23±0,40×10^8	1,35±0,13 ×10^8	4,85±0,65×10^8	1,62±0,29×10^8
0,0001	9,68±1,07×10^7	1,37±0,16×10^8	1,47±0,31 ×10^8	3,5±1,18×10^8	7,53±1,33×10^7
0,001	7,05±1,38×10^7	9,1±0,99×10^7	1,21±0,15×10^8	1,09±0,18×10^8	7,58±1,34×10^7
0,01	8,43±1,02×10^6	7,25±1,64×10^7	1,26±0,10×10^8	1,46±0,15×10^8	6,93±0,77×10^7
0,05	НД	НД	6,23±0,92×10^7	НД	4,13±0,55×10^7
0,1	5,63±1,20×10^5	8,1±1,05×10^7	3,72±0,54×10^5	1,7±0,12×10^8	2,40±0,31×10^7
1	1,31±0,13×10^5	НД	НД	2,1±0,5×10^6	НД
0	8,55±0,57×10^7	8,55±0,57×10^7	1,33±0,14×10^8	2,13±0,40×10^8	1,77±0,34×10^8

Примечание: исходный титр культуры 2,4±0,21×10 ⁶ КОЕ/мл; НД – не определяли

Разработанную тест-реакцию использовали для определения в водной среде моющих средств. Для исследований были взяты средства по уходу за телом торговых марок «Nivea» и «Johnsons baby». Мужской шампунь серии «Nivea» и детский шампунь серии «Johnsons baby» снижали интенсивность пенообразования при содержании от 0,0001 %. При повышении концентрации шампуня «Nivea» до 1 % происходило полное подавление процесса пенообразования. Детский шампунь «Johnsons baby» оказывал соответствующий эффект в концентрации 3 % (рис. 2).

А

Б

Рис. 2. Влияние моющих средств серии «Nivea» (А) и «Джонсонс Бэби» (Б) на скорость подъема пены в дрожжевой суспензии

Гели для душа обеих серий подавляли пенообразование в дрожжевой суспензии при концентрации, равной 3 % (рис. 2).

Предложенную тест-реакцию апробировали для обнаружения в среде пестицидов. Фунгицид «ХОМ» (меди хлорокись) снижал скорость подъема пены в суспензии дрожжей при содержании от 0,001 %. Наибольший эффект подавления пенообразования отмечали при 1%- и 3%-ном содержании «ХОМ» в реакционной смеси. Инсектицид «Землин», содержащий диазинон, угнетал процесс пенообразования во всем диапазоне исследуемых концентраций; пестицид «Почин» снижал скорость подъема дрожжевой пены в концентрациях от 0,0001 %. При 3%-ном содержании тестируемых пестицидов образование пены не происходило (рис. 3).

Рис. 3. Влияние пестицидов «ХОМ» (меди хлорокись), «Землин» и «Почин» на скорость подъема пены в дрожжевой суспензии

Таким образом, используемая тест-реакция оказалась чувствительной к низкому (от 0,00001 – 0,0001 %) содержанию солей тяжелых металлов, химических пестицидов, синтетических моющих средств, что может быть использовано для оценки степени загрязнения водных сред этими токсикантами. Разработанный биотест с использованием препарата сушеных дрожжей S. cerevisiae является экспрессным, высокочувствительным, простым в техническом исполнении, не требует дорогостоящего лабораторного оборудования и поддержания тест-объекта (культуры дрожжей) в активном состоянии.

1. Вятчина О.Ф. Экспрессный приём биологического анализа качества вод с помощью сахаромицетов / О.Ф. Вятчина, Г.О. Жданова, Д.И. Стом // Естественные науки. Журнал фундаментальных и прикладных исследований. – 2009. – № 3 (28). – С. 86-88.