CC BY
6152
научно-практический журнал
УДК 574.34:579.64:631.95
Бурков В. В.
Burkov V. V.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ В КАЧЕСТВЕ ДЕСТРУКТОРОВ ПЕСТИЦИДОВ ЛЯМБДА ЦИГОЛОТРИНА И ИМАЗЕТОПИРА
ANALYSIS OF THE POSSIBLE USE OF BACTERIAL ORGANISMS AS A DECOMPOSER FOR LAMBDA-CYHALOTHRIN AND IMAZETHAPIR PESTICIDE
Изложены результаты исследования способности бактериальных микроорганизмов к ремедиации объектов, загрязненных пестицидами, на примере пестицидов лямбда цигалотрина (Каратэ Зеон - инсектицид) и имазетопира (Браво - фунгицид). Установлено изменение динамики численности популяции микроорганизмов при различных концентрациях препаратов. На основании этого сделан вывод о возможности использования бактерий для снижения негативного влияния пестицидов на агроцинозы, окружающую среду.
Ключевые слова: микроорганизмы, ремедиация, пестициды, бактерии.
The article presents research data the ability of bacteriami-croorganisms to remediate areas contaminated by pesticides on the example of the pesticidelambda cyhalothrin(label Karate Zeon, insecticide) and chlorine talonil (labelBravo, fungicide). Investigated change of microorganism population’s dynamicsat variousconcentrations of pesticide.It is concluded about possibility of usingbacteriafor reduction negative impact of pesticides on agro ecosystems, environment.
Key words: microorganism, remediation, pesticides, bacteria.
Бурков Вячеслав Викторович -
аспирант кафедры «Агроэкология и охрана
окружающей среды»
факультета агробизнеса и экологии
Орловский государственный аграрный университет
Тел.: (4862)45-40-59
E-mail: [email protected], [email protected]
Burkov Vyacheslav Viktorovich -
postgraduate student (specialty 03.02.08 - ecology), subdepartment of agroecology and environmental protection, department of agribusiness and ecology, Orel state agriculture university Tel.: (4862)45-40-59
E-mail: [email protected], [email protected]
Современное состояние экологической обстановки на планете с каждым годом изменяется в худшую сторону. Миллионы тонн разнообразных загрязняющих веществ выбрасываются в окружающую среду, подрывая гомеостаз экосистем. В конечном итоге сильнейшее антропогенное воздействие бьет и по человечеству. Из-за тяжелого состояния окружающей среды возрастает процент разнообразных заболеваний и гибели людей.
Не последнее место в списке загрязняющих веществ занимают пестициды. Пестициды (от лат. pestis - зараза и caedo - убиваю) - химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных [1]. Пестициды широко применяются во всем мире. Так, одной из ведущих стран по использованию средств химической защиты является США - 315 тыс. действующего вещества [2].
Пестициды представляют большую опасность для окружающей среды. Во-первых, они обладают большим количеством путей миграции в окружающей среде [3], тем самым имея
возможность быстро распространяться в экосистемах и воздействовать на их компоненты [4]. Во-вторых, ядохимикаты обладают высокой устойчивостью [5], что затрудняет их вывод из круговоротов веществ. В-третьих, пестициды представляют серьезную угрозу для здоровья человека, вызывая различные по степени тяжести заболевания [6].
В соответствии с этим возникает вопрос
о нейтрализации пестицидов в окружающей среде. Самым перспективным способом на сегодняшний день является очистка территорий, загрязненных данными токсикантами, при помощи микроорганизмов. Данный способ называется биоремедиация [7].
Таким образом, разработка методов ремедиации носит важный характер в современной системе экологизации народного хозяйства.
Цель данного исследования - определение способности микроорганизмов к ремедиации территорий, загрязненных пестицидами.
Исходя из цели исследования ставились следующие задачи:
1) изучение влияния исследуемого пестицида на почвенную микрофлору;
2) определение абсолютных и относительных показателей поглощения пестицидов микроорганизмами;
Вестник АПК
Ставрополья
-----№ 4(12), 2013 =
3) определение возможности использования микроорганизмов в качестве деструкторов пестицидов.
Опыт проводился на базе лаборатории кафедры агроэкологии и охраны окружающей среды Орловского государственного аграрного университета в период с 2010 по 2013 г. Отбор почвенных проб осуществлялся на территории Всероссийского научно-исследовательского института зернобобовых и крупяных культур (ВНИИ ЗБКК).
Отбор почвенных проб осуществлялся методом «конверта» [8]. Инструменты стерилизовались перед отбором проб.
Для определения видового состава почвенной биоты и последующего культивирования микробиологического сообщества использовался метод разведения суспензий [9].
В качестве исследуемых пестицидов были выбраны препараты«Каратэ Зеон» (д. в. лямбда циголотрин) и «Браво» (д. в. хлорталонил). В качестве объектов ремедиации использовались-чистые культуры бактериальных организмов.
Схема опыта была следующая (табл. 1):
Поиск микроорганизмов-деструкторов проводили в лабораторных условиях на синтетической безуглеродной среде М9 по росту колоний микроорганизмов на 5-е и 10-е сутки. В качестве источника углерода использовались анализируемые препараты защиты растений.
М9 - синтетическая аналитическая питательная среда с отсутствием свободного углерода. Для приготовления основы среды на 100 мл дистиллированной воды добавляют: Na2HPO4*12H2O - 17,19 г, KH2PO4 - 3 г, NaCl 0,5 г, NH3Cl 1 г. Для заливки в чашки Петри к 100 мл полученного раствора дополнительно добавляют по 1 мл тиамина и MgSO4, 0,1 мл CaCl2, 860 мл воды и 3 % агар-агара для загустения среды. В контрольном варианте в качестве источника углерода используется глюкоза в количестве 40 мл, в опытных - раствор пестицида с заданной концентрацией. Полученные чашки со средой автоклавируются в течение 30 мин при температуре 120 °С [10].
Были получены следующие результаты. Видовой состав бактериальной микрофлоры представлен в основном родами Bacilus, Pseudamonas, Arthrobactor, Azotobacter, Rhisobium, Nitrobactor, Clostridium.
По препарату «Каратэ Зеон» изменение численности бактерий следующее (табл. 2).
Для варианта 1 ПК наблюдается следующее: уменьшение бактериального сообщества
Экология
с 77,04 до 65,70 КОЕ в 2011 г., с 74,38 до 62,41 в 2012 г., с 75,37 до 63,47 в 2013 г. По сравнению с контрольным вариантом среднее значение уменьшения популяции составило 11,74 против 18,96. При загрязнении лямбда циголотрином бактерии относительно лучше размножаются и их популяция падает медленнее, чем в условиях отсутствия токсиканта. Можно предположить -низкие концентрации ксенобиотика стимулируют биологическую активность бактериальных организмов.
Таблица 2 - Численность бактерий по вариантам опыта (лямбда цигалотрин), КОЕ*
Год Контроль 1 ПК 10 ПК 100 ПК
2011 5 сут. 69,72 77,04 70,03 67,35
10 сут. 50,3В 65,70 52,36 49,71
2012 5 сут. 66,36 74,3В 69,04 64,6В
10 сут. 46,09 62,41 49,6В 47,70
2013 5 сут. 65,3В 75,37 73,37 63,57
10 сут. 4В,11 63,47 50,6В 45,71
* - колонеобразующая единица.
Значения варианта 10 ПК следующие: снижение количества микроорганизмов с 70,03 до
52.36 КОЕ для 2011 г.; с 69,04 до 49,68 в 2012 г.; с
73.37 до 50,68 в 2013 г. Замечено существенное снижение количества КОЕ во времени по сравнению с вариантом 1 ПК. Средний показатель составил 19,90 КОЕ. Можно сказать, что стимулирующее действие токсиканта сменилось угнетающим.
Данные варианта 100 ПК показывают устойчивое уменьшение популяций бактерии по сравнению с предыдущими вариантами. Тенденция снижения выглядит следующим образом: 2011 г. снижение с 67,35 до 49,71; 2012 г. - с 64,68 до 47,70; 2013 г. - с 63,57 до 45,71. Уменьшение количества бактерий во времени соответствует показателям предыдущего варианта. Это объясняется включением механизмов резистентности к содержанию токсиканта в субстрате. Но даже несмотря на это, можно предполагать, что бактерии сообщество при дальнейшем повышении уровня загрязнения лямбда циголотрином деградирует.
Несомненно, что бактерии обладают определенным потенциалом устойчивости к лямбда циголотрину. При низких концентрациях он оказывает положительное влияние на бактериальные организмы, что показывает вариант 1 ПК. Но при повышении концентрации метаболизм бактерий не может в полной мере справляться с токсикантом, что приводит к медленной деградации бактериального сообщества. Соответственно их использование для ремедиации территорий, загрязненных лямбда циголотри-ном, вызывает сомнения.
Результаты по препарату «Браво» изложены в таблице 3.
Таблица 1 - Схема опыта
Контроль 1 ПК 10 ПК 100 ПК
Повторность - 3-кратная
(ПК - производственная концентрация, пересчитанная на чашку Петри).
ПК для лямбдациголотрина - 500 мл/га, для хлор-талонила - 3000 мл/га.
Ежеквартальный
научно-практическии
журнал
естник АПК
Ставрополья
Таблица 3 - Численность бактерий по вариантам опыта (хлорталонил), КОЕ*
Год Контроль 1 ПК 10 ПК 100 ПК
2011 5 сут. 75,37 81,36 108,04 139,37
10 сут. 68,04 78,02 103,37 125,03
2012 5 сут. 73,72 80,05 105,73 130,21
10 сут. 66,40 75,40 100,77 117,16
2013 5 сут. 75,67 85,02 112,37 143,73
10 сут. 67,35 80,34 107,38 130,40
Концентрация хлорталонила, равная 1 ПК, вызывает следующие изменения: в 2011 г. количество бактерий уменьшилось с 81,36 до 78,02 КОЕ; в 2012 г. - с 80,05 до 75,40; в 2013 г. с 85,02 до 80,34. Как видно из таблицы, тенденция снижения небольшая и составляет 4,22 КОЕ. Это показывает, что препарат «Браво» стимулирует рост бактерий, но с течением времени немного угнетает их. Низкий показатель снижения говорит о наличии механизма защиты, который не может до конца нейтрализовать токсикант, но имеет относительно высокую эффективность.
Изменение численности популяции в варианте 10 ПК: на 2011 г. - с 108,04 до 103,37 КОЕ; в 2012 г. - с 105,73 до 100,77; в 2013 г. - с 112,37 до 107,38. Тенденция, замеченная в варианте
1 ПК, аналогичная - рост микроорганизмов при увеличении концентрации пестицида, небольшое снижение численности во времени. Соответственно защитный механизм продолжает нормально функционировать при концентрации хлорталонила, равной 10 ПК.
Концентрация 100 ПК влияет на бактерии следующим образом: по результатам 2011 г. снижение с 139,37 до 125,03 КОЕ; в 2012 г - с 130,21 до 117,16; в 2013 г. - с 143,73 до 130,40. Средний показатель увеличения численности при увеличении концентрации составил 29,06; показатель снижения численности во времени - 13,57. Это еще раз доказывает способность хлорталонила стимулировать биологическую активность бактерий, но через короткий промежуток времени стимуляция сменяется угнетением, которое в
Литература
1. Ганиев М. М., Недорезков В. Д. Химические средства защиты растений. М. : КолосС, 2006. 248 с.
2. Статистические данные агентства защиты окружающей среды, США; US EnvironmentalProtectionAgency. 2007 г.
3. Environmental Fate [Электронныйресурс] // British Columbia, Goverment Site URL: http://www.agf.gov.bc.ca/pesticides/c_2. htm (дата обращения: 12.2010).
4. Гальперин М. В. Общая экология. М. : Форум : ИНФРА-М, 2007. 336 с.
5. Курляндский Б. А., Филова В. А. Общая токсикология. М. : Медицина, 2002. 608 с.
6. Martinez B., Tompkins J., Wackett L. P., Wing R., Sadowsky M. J. Complete nucle-
большей части компенсируется защитными механизмами бактериальных клеток.
Подведя итог, можно сказать, что бактерии хорошо реагируют на хлорталонил. Он активирует их биологическую активность, но при этом длительное действие пестицида вызывает спад численности, который отчасти снижается биологическими процессами, протекающими в бактериях. При этом показатели снижения небольшие. То есть бактерии возможно использовать в качестве агентов ремедиации хлорталонила, основываясь на относительном поддержании численности популяции по вариантам опыта.
Опираясь на полученные результаты, мы можем сделать следующие выводы:
1. Влияние препарата «Каратэ Зеон» на бактериальные организмы угнетающее при его концентрациях свыше 10 ПК.
2. Использование бактериальных организмов для ремедиации территорий, загрязненных препаратом «Каратэ Зеон», не возможно.
3. Препарат «Браво» незначительно снижает численность бактерий, что показывает их устойчивость к действию токсиканта как во времени, так и при увеличении концентрации по всем вариантам опыта.
4. Использование бактерий в качестве агентов ремедиации хлорталонила возможно, но необходимо проводить тщательный мониторинг численности популяции в связи с небольшим эффектом угнетения микроорганизмов под действием токсиканта.
References
1. Ganiev M. M., Nedorezkov V. D. Chemical means of plant protection. M. : KolosS, 2006. 248 p.
2. Statistical data of the agency of environmental protection, the USA
3. Environmental Fate [Электронныйресурс] // British Columbia, Goverment Site URL: http://www.agf.gov.bc.ca/pesticides/c_2. htm (дата обращения: 12.2010).
4. Galperin M. V. General ecology. M. : Forum : INFRA-M, 2007. 336 p.
5. Kurlyandsky B. A., Filova V. A., General toxicology. M. : Medicine, 2002. 608 p.
6. Martinez B., Tompkins J., Wackett L. P., Wing R., Sadowsky M. J. Complete nucleotide sequence and organization of the at-
естник АПК
Ставрополья
------№ 4(12), 2013 =
otide sequence and organization of the at-razine catabolic plasmid pADP-1 from Pseudomonas sp. Strain // Bacteria and agriculture. Washington, uSa: ADP, 2001. Р. 5684-5697.
7. Frazar Chris. The Bioremediation and Phytoremediation of Pesticide-contaminated Sites. Washington, DC: U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Emergency Response, 2000.
8. Государственный стандарт «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» от 01.01.1986 № 17.4.4.02-84 // Каталог государственных стандартов, с изм. и доп. в ред. от 18.05.2011.
9. Методические рекомендации «Методы микробиологического контроля почвы» от 24.12.2004 № ФЦ/4022 // Собрание актов Президента и Правительства Российской Федерации. 24.12.2004 г. с изм. и доп. в ред. от 01.07.2011.
10. Среды и добавки [Электронный ресурс] // Практическая Молекулярная Биология. URL: http://molbiol.edu.ru/solution/03_05. html (дата обращения: 2012).
razine catabolic plasmid pADP-1 from Pseudomonas sp. Strain // Bacteria and agriculture. Washington, uSa: ADP, 2001. P 5684-5697.
7. Frazar Chris. The Bioremediation and Phytoremediation of Pesticide-contaminated Sites. Washington, DC: U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Emergency Response, 2000.
8. State standard «Environmental protection. Soil. Methods of samples selection and preparation for chemical, bacteriolog-ic, helminthological analysis» of 01.01.1986 № 17.4.4.02-84 // Catalogue of state standards changed and expanded, of 18.05.2011.
9. Methodological recommendations «Methods of microbiological soil control» of 24.12.2004. №Fts/4022// Collection of acts of the President and the Government of the RF 24.12.2004. changed and expanded, of 01.07.2011.
10. Environments and additives [Electronic resource] Practical Molecular Biology. (date of reference 2012).
