Биологические науки/ 6. Микробиология
Д.б.н.
Мучкина Е.Я., д.б.н. Хижняк С.В.
ФГБОУ ВПО
«Красноярский государственный аграрный университет», Россия
Влияние биогенных наночастиц ферригидрита на численность и
антифунгальную активность бактерий в копролитах красных калифорнийских червей, культивируемых в загрязнённой мазутом почве
Красные калифорнийские черви Eisenia foetida Savigny (1826) широко
используются для производства вермикомпостов и для утилизации различных
органических отходов (Garg et al, 2006;
Chauhan et al, 2010). Показана
возможность использования E. foetida
и других земляных червей в биоремедиации почв, загрязненных тяжёлыми металлами
(Pattnaik, Reddy, 2011) и нефтепродуктами (Schaefer, Juliane, 2007). Рядом
исследований установлено, что количественный и качественный состав кишечной
микрофлоры червей, как и микробиологический состав вермикомпостов, в
значительной степени зависит от состава исходного сырья, используемого при
вермикомпостировании (Кубарев и др., 2005; Якушев, Бызов, 2008).
Настоящая работа посвящена изучению
влияния наночастиц ферригидрита бактериального происхождения (Ладыгина, 2011) на
количественный состав и антифунгальные свойства кишечной бактериальной микрофлоры
красных калифорнийских червей при их культивировании в искусственно
загрязнённой топочным мазутом почве. Ранее авторами было показано, что данные
наночастицы обладают выраженным антитоксическим эффектом в отношении
углеводородов (Хижняк и др., 2011).
Мазут вносили в сосуды с почвой в
концентрации 12 г/кг и 25 г/кг. Предварительные эксперименты показали, что мазут
в данных концентрациях статистически значимо (p<0,05…p<0,01)
снижает энергию прорастания (соответственно на 15% и 52%) и всхожесть (соответственно
на 17% и 42%) кресс-салата Lepidium
sativum L., использованного в качестве тест-культуры, и в то же время не
является токсичным для E. foetida.
Червей инкубировали в загрязнённой мазутом
почве в течение 15 суток для прохождения трофической адаптации, после чего
собирали копролиты (по 1 г копролитов в состоянии естественной влажности в
каждом варианте) и анализировали численность бактерий, учитываемых на ПД-агаре
(пептон ферментативный, сухой для бактериологических целей – 9,0 г/л, гидролизат казеина ферментативный, неглубокой
степени расщепления – 8,0 г/л, дрожжевой
экстракт – 3,0 г/л, хлорид натрия – 5,0
г/л, натрий гидроортофосфат – 2,0 г/л,
агар микробиологический – 20 г/л, pH=7,0..7,2). Наночастицы ферригидрита,
предоставленные д.ф.-м.н. Ю.Л. Гуревичем (Международный научный центр
исследования экстремальных состояний организма СО РАН), вносили в почву
одновременно с внесением мазута из расчёта 250 мл препарата наночастиц на 1 кг
почвы. Для каждой концентрации мазута использовали два варианта – с внесением
наночастиц и без внесения наночастиц. Контролями служили копролиты червей,
инкубировавшихся 15 суток в почве без мазута, а также в почве без мазута с
добавлением наночастиц.
Установлено, что мазут в концентрации 25
г/кг почвы статистически значимо (p<0,001)
стимулирует развитие бактериальной микрофлоры в кишечнике червей. Так, если в
контрольном варианте численность
бактерий, учитываемых на ПД агаре, составляла в среднем 1025х103
КОЕ/г, то в варианте с добавлением мазута этот показатель был равен 1708х103
КОЕ/г. Наблюдаемый эффект можно объяснить тем, что мазут послужил в качестве
дополнительного источника углерода для бактериального сообщества. Мазут в
концентрации 12 г/кг почвы не оказал статистически значимого влияния на
численность бактерий в копролитах.
При внесении наночастиц отмечено
статистически значимое (p<0,05..p<0,001) увеличение численности бактерий в
копролитах во всех вариантах эксперимента (рис. 1).
Рисунок 1 – Численность бактерий в
копролитах червей в различных вариантах эксперимента
Одним из возможных объяснений данного
феномена может служить возможность участия трёхвалентного железа, входящего в
состав наночастиц, в качестве дополнительного акцептора электронов при
бактериальном окислении органического вещества, поступающего в кишечник червей.
В условиях дефицита кислорода в кишечнике наличие дополнительного акцептора
электронов должно способствовать интенсификации микробных процессов, и, как
следствие, увеличению численности бактерий.
С практической точки зрения важной
характеристикой вермикомпостов являются их фитосанитарные свойства. В этой
связи нами была проверена способность выделенных из копролитов бактериальных
изолятов к подавлению развития фитопатогенных грибов. В качестве тест-объекта
использовали гриб Bipolaris sorokiniana
(Sacc.) Shoemaker (1959), являющийся широко распространённым возбудителем
корневой гнили и листовой пятнистости культурных и дикорастущих злаков. Антагонистическую
активность изолятов проверяли по наличию зоны подавления роста тест-культуры
вокруг лунок с культуральным фильтратом изучаемых изолятов. Установлено, что в
присутствии наночастиц в копролитах культивируемых на загрязнённой мазутом
почве червей происходит увеличение доли бактерий, проявляющих антагонистическую
активность в отношении фитопатогенных грибов B. sorokiniana.
Наиболее ярко данный эффект проявляется
в варианте "мазут 12 г/кг + наночастицы" (рис. 2).
Рисунок 2 – Относительная доля бактерий,
являющихся антагонистами к B. sorokiniana в копролитах червей
в контроле и в в варианте "мазут 12 г/кг + наночастицы"
Таким образом, результаты проведённых
исследований показывают, что биогенные наночастицы ферригидрита могут служить в
качестве потенциального пребиотика, интенсифицирующего процессы биоремедиации
нефтезагрязнённых почв с помощью вермикультуры.
Литература:
1.
Кубарев Е.Н., Верховцева
Н.В., Кузьмина Н.В. Микробоценоз кишечного тракта Eisenia fetida в зависимости
от субстрата // Мат–лы II Межд. научно-практической конф. “Человек и животные”
– Астрахань, 2005, С. 214–215
2.
Ладыгина, В.П.
Получение, структура и магнитные свойства железосодержащих наночастиц,
синтезируемых бактериями: автореф. дис. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат.
наук. – Красноярск, 2011, 23 с.
3.
Хижняк С.В., Гуревич
Ю.Л., Мучкина Е.Я., Баранов М.Е. Биогенные наночастицы на основе железа как нейтрализатор
токсичности углеводородов // Вестник КрасГАУ, 2011, № 9, С.157-160
4.
Якушев А.В., Бызов Б.А.
Микробиологическая характеристика вермикомпостирования методом
мультисубстратного тестирования // Почвоведение, 2008, № 11, С. 1381-1387
5. Chauhan A., Kumar S.,
Singh A.P. and Gupta M. Vermicomposting of Vegetable Wastes with Cowdung Using Three
Earthworm Species Eisenia foetida, Eudrilus eugeniae and Perionyx excavatus //
Nature and Science, 2010, Vol. 8, Number 1 (34), pp. 33-43
6. Garg P, Gupta A,
Satya S. Vermicomposting of different types of waste using Eisenia foetida: a
comparative study. // Bioresource Technology 2006; Vol. 97, Issue 3, pp.
391–395
7. Pattnaik S., Reddy
M.V. Heavy metals remediation from urban wastes using three species of
earthworm (Eudrilus eugeniae, Eisenia fetida and Perionyx excavatus) // Journal
of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 2011, Vol. 3(14), pp. 345-356
8. Schaefer, M.,
Juliane, F. The influence of earthworms and organic additives on the
biodegradation of oil contaminated soil //Applied Soil Ecology, 2007, Vol. 36,
Issue 1, pp. 53–62