CC BY
37
модели полного факторного эксперимента определить частные порядки реакции по ионам хрома (III), ЭДТА и ионам водорода, а также эффективную константу скорости реакции. Сравнить найденные частные порядки с литературными данными.
II Изучение зависимости скорости реакции от температуры.
• для каждого из опытов результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
построить график зависимости
lg-
(О
(О
29815K
от
Т - 298,15 К
10 К . Обработать полученную зависимость методом наименьших квадратов и определить значение температурного коэффициента
реакции.
In а
1
построить график зависимости ш T от T . Обработать полученную зависимость методом наименьших квадратов и определить значения эффективной энергии активации и предэкспонен-циального множителя для реакции.
In ^ 1
• построить график зависимости T от T . Обработать полученную зависимость методом наименьших квадратов и определить значения эффективных энтальпии и энтропии активации для реакции.
• сделать вывод о применимости уравнений Вант-Гоффа, Аррениуса и Эйринга для описания температурной зависимости скорости реакции.
III Изучение влияния катализатора на скорость реакции.
• для каждого из опытов, пользуясь значениями частных порядков реакции и эффективной константы скорости, полученными в опыте I, вычислить гипотетическую скорость реакции при условиях эксперимента в отсутствии катализатора.
• вычислить отношение измеренной скорости реакции в присутствии катализатора (ык) к вычисленной скорости реакции в его отсутствии (ыр):
Для каждого из опытов результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
lg [с( HCO- ), моль/л] ig К, c-1] ig К, c-1] Z
Сделать вывод о влиянии катализатора на скорость реакции.
Таблица 2
УДК 547. 53
Евсеев В.В., Ведерникова И.О.
Курганский государственный университет,
Курган
микробиологический мониторинг утилизации отработанных угольных сорбентов, импрегнированных тяжелыми металлами
Аннотация. Проведен микробиологический мониторинг воздействия угольных сорбентов с выработанной сорбционной емкостью по тяжелым металлам на ключевые эколого-трофические группы почвенных микроорганизмов и активность трансформации микробным сообществом почвенного органического вещества. Методом постановки стекол обрастания в почву, компостировавшуюся совместно с отработанными угольными сорбентами, выявлена реакция почвенного микробного сообщества и отдельных видов и групп почвенных микроорганизмов на присутствие в почве частиц сорбента с повышенной концентрацией тяжелых металлов. Впервые в условиях региона исследования установлен состав ассоциаций почвенных микроорганизмов, колонизирующих угольные сорбенты, импрегнированные тяжелыми металлами.
Ключевые слова: микробиологический мониторинг, угольные сорбенты, тяжелые металлы, эколого-трофические группы микроорганизмов.
Yevsejev V.V., Vedernikova I.O. Kurgan State University, Kurgan
microbiological monitoring of recycling of the worked-out coal sorbing agents impregnated by heavy metals
Abstract. The article conducts microbiological monitoring of influence of coal sorbing agents with worked-out sorbing capacity on heavy metals on the basic ecological trophic groups of microorganisms of soil microorganisms and activity of transformation of soil organic substance by microbial community. With the help of the method of glass fixation into the ground, composted together with worked-out coal sorbing agents, the reaction of soil microbial community and separate kinds and groups of soil microorganisms to presence of particles of sorbing agents with the
T
t, °C T, K -ig [w, c-1] T - 298,15 K 10 K a T lg a298,15 K - • 103,K-1 T - Ina T , a T - In—-T
raised concentration of heavy metals in the ground is revealed. For the first time in conditions of region of research contents of associations of the soil microorganisms, colonizing coal sorbing agents, impregnated by heavy metals is stated.
Keywords: microbiological monitoring, coal sorbing agents, heavy metals, ecological trophic groups of microorganisms.
Введение. В последнее время на кафедре физической и прикладной химии Курганского государственного университета активно ведутся работы по синтезу активированных углей из природного сырья, обладающих специфическими сорбцион-ными характеристиками [1]. Утилизационный потенциал микромезопористых сорбентов на базе активированных углей с успехом может быть использован в решении ряда острых региональных проблем, характерных для территории Курганской области, в частности для предотвращения загрязнения природных и урбоэкосистем высокотоксичными продуктами техногенеза, ежегодно поступающими в окружающую среду от промышленных предприятий, коммунального хозяйства области и сопредельных территорий (Челябинск, Екатеринбург, Тюмень).
В связи с этим представлялось важным оценить степень влияния угольных сорбентов с выработанной сорбционной емкостью по различным группам экотоксикантов в условиях их компостирования с почвой на основные эколого-трофиче-ские группы почвенных микроорганизмов и активность трансформации микробными ассоциациями почвенного органического вещества. Внедрение результатов микробиологического мониторинга в виде рекомендаций на промышленных предприятиях Зауралья позволило бы, с одной стороны, реализовать эффективную систему биоиндикации состояния почв, загрязняемых промышленными отходами, с другой - внедрить экологически безопасные биотехнологии утилизации и (или) восстановления и повторного использования сорбентов в целях защиты окружающей природной среды от продуктов техногенеза.
Поскольку микробиологический мониторинг наземных экосистем базируется на оценке жизнедеятельности микробного компонента (деструкци-онная деятельность почвенной биоты; средорегу-лирующие функции микроорганизмов в процессах миграции и трансформации загрязняющих веществ; аккумулирующая роль микробного компонента, снижающая токсичность загрязненных почв и индикаторная роль микроорганизмов для определения качества среды обитания [8, 14]), приоритетными направлениями нашей работы стали:
- учет численности в пробах почвы с отработанными сорбентами ключевых эколого-трофиче-ских групп микроорганизмов;
- определение деструкционных и минерали-за-ционных процессов в почвах с отработанными сорбентами;
- определение состава микробных ассоциаций, колонизирующих отработанные сорбенты.
При этом исходили из того, что как отдельные виды микроорганизмов, так и их крупные эколого-трофические группировки, развивающиеся в различных объектах окружающей природной среды (почва, растительные остатки) обладают достаточно высокой чувствительностью к различным ксенобиотикам. В общем виде по степени чувствительности микроорганизмы могут быть ранжированы в виде следующего ряда: водоросли > грибы (особенно четко реагируют на техногенный прессинг фитопатогенные грибы) > бактерии (прежде всего аммонификаторы и ни-трификаторы) > актиномицеты (так как часто трофически связаны с мицелием почвенных грибов). Реакция микроорганизмов на токсиканты может проявляться как на клеточном, так и на популяци-онном уровне, а также на уровне изменения структуры микробных сообществ.
Методика исследований. Объектами исследования были выбраны основные эколого-трофи-ческие группы почвенных микроорганизмов: ам-монификаторы (учеты численности проведены на мясо-пептонном агаре - МПА), олиготрофы (учеты на голодном агаре - ГА), олигонитрофилы (учеты на синтетической среде Эшби), амилолитические бактерии и актиномицеты (учеты на крахмало-аммиачном агаре - КАА), почвенные микромице-ты (учеты на подкисленной синтетической среде Чапека).
Оценка интенсивности трансформации почвенного органического вещества и структурных перестроек в микробном сообществе почвы, контактировавшей с продуктами техногенеза, дана с использованием показателя эвтрофности бактериального комплекса МПА/ПА; индекса олиго-трофности ПА/МПА; индекса минерализации азотсодержащих органических веществ почвы КАА/ МПА; показателя олигонитрофильности Эшби/ МПА; показателя микробиологической трансформации почвенного органического вещества - Пм ((МПА + КАА) х (МПА/КАА) [17].
Показатель эвтрофности бактериального комплекса почвы: значения больше единицы указывают на выраженное преобладание аммонифицирующей группировки бактерий, активизацию процессов минерализации свежего органического вещества.
Коэффициент олиготрофности - отношение количества олиготрофных микробов, растущих на бедных средах, к общей численности бактерий, растущих на богатых средах. Коэффициент оли-готрофности отражает складывающиеся в почве питательные режимы. Высокие его значения связаны с уменьшением количества органотрофных микробов и свидетельствуют об обеднении пула органических веществ в почве. Об этом свидетельствует и Пм. Низкие значения Пм и высокие значения индекса олиготрофности указывают на замедление процессов иммобилизации в цикле
превращений азота в почве и характеризуют вариант как экологически менее благоприятный.
Индекс минерализации: его высокие значения говорят о высоком уровне мобилизации питательных элементов в почве.
Показатель олигонитрофильности отражает активность развития в почве группировки азотфик-саторов и олигонитрофилов, обладающих уникальной способностью связывать молекулярный азот атмосферы. Поэтому азотфиксирующие бактерии представляют особую ценность для почвы.
Материалами для исследований служили модифицированные угольные сорбенты с выработанной сорбционной емкостью по тяжелым металлам (ТМ) - оксидам хрома и марганца; песчаная боровая почва, отобранная из слоя 0-20 см, так как именно в этом слое происходит основное накопление продуктов техногенеза.
Почву компостировали вместе с отработанными угольными сорбентами, импрегнированны-ми тяжелыми металлами, в пластиковых контейнерах при комнатной температуре и оптимальном увлажнении в четырехкратной повторности в соответствии с имеющимися в литературе рекомендациями [2].
Лабораторные модельные эксперименты проводили с привлечением стандартных методик работы с микроорганизмами [13]. Анализ «микробных пейзажей» почвы, контактировавшей с отработанными угольными сорбентами, выполнили методом стекол обрастания по Холодному [11]: угольный порошок напыляли на стерильное предметное стекло, предварительно покрытое тонкой агаровой пленкой (частички сорбента наносили на стекло по методу Новогрудского - через капроновый фильтр, которым затягивали с одного конца стеклянную трубку или носик воронки), затем стекла упаковывали в защитные чехлы из газовой ткани и закапывали в верхний слой борового песка, помещенного в пластиковые емкости. После инкубации в течение месяца стекла извлекали, окрашивали водным раствором ген-цианвиолета и микроскопировали в световом микроскопе. При этом на каждом стекле в 90 полях зрения микроскопа регистрировали развитие или отсутствие «микробных пейзажей» возле частиц угольного сорбента. Наблюдения сопровождали микрофотографированием.
Статистическая обработка результатов исследований выполнена методом однофакторного дисперсионного анализа [6].
Результаты исследований. Микробиологический мониторинг почвы, контактировавшей с отработанными угольными сорбентами, выявил отрицательное влияние сорбентов с выработанной сорбционной емкостью по тяжелым металлам на почвенные микроорганизмы. Это объясняется тем, что катионы тяжелых металлов легко взаимодействуют с различными функциональными группами атомов в составе многих органических соединений, образуя комплексы с гидроксильными, СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 10
карбоксильными, фосфатными и аминогруппами, а также ковалентные связи с сульфгидрильными группами белков. Вследствие этого токсическое действие тяжелых металлов носит неспецифический характер, так как они способны взаимодействовать практически со всеми типами веществ, участвующими в метаболизме клеток, в том числе с молекулами ферментов [3; 9; 15].
В контрольном варианте, где в почву вносили чистый угольный сорбент, не загрязненный тяжелыми металлами, заметного подавления микробиологической активности песчаной боровой почвы не обнаружено. Более того, через определенный срок инкубации обилие отдельных групп почвенных микроорганизмов возрастало. Так, количество клеток аммонифицирующих бактерий увеличивалось с 2 млн КОЕ/г абсолютно сухой почвы (1-й срок посева) до 8 млн КОЕ/г почвы (3-й срок посева) (рисунок 1).
Соотношение числености КОЕ микроорганизмов основных эколого-трофических групп контрольного варианта
I 12
I10
^ g -ИМПА
■□ КАД
ч 5 '
sЯГА
0 4 "
FИЭшби
^ 2 "в Чапека
1 0
21 июля 2017 4 августа 2017 23 августа 2017
дата посева
Рисунок 1 - Динамика численности колониеобразующих единиц (КОЕ) эколого-трофических групп микроорганизмов в контрольном варианте (почва + чистый угольный сорбент) по трем срокам анализа (КГУ, 2017 г.)
Микробиологические анализы боровой почвы, выполненные через месяц после того, как она компостировалась с отработанными угольными сорбентами, импрегнированными хромом и марганцем, выявили достаточно четкую реакцию всех четырех эколого-трофических групп микроорганизмов на присутствие в почве оксидов ТМ (таблица 1).
Таблица 1 - Численность эколого-трофических групп микроорганизмов в почве, контактировавшей с отработанными угольными сорбентами, импрегнированными хромом и марганцем
Число КОЕ микроорганизмов,
млн кл . / г абсолютно сухой почвы
Варианты олигони- олиго- аммони- амило-
трофилы трофы фикаторы литики
(Эшби) (ГА) (МПА) (КАА)
Контроль 2,05 2,47 3,48 1,11
Хром 2,56 2,00 2,41 0,97
Марганец 1,48 1,54 1,95 0,34
НСР05 0,62 0,60 1,00 0,21
Примечание: КОЕ - колониеобразующие единицы; контроль - почва, компостировавшаяся с угольным сорбентом без ТМ.
21 июля 2017 4 августа 2017 23 августа 2017
дата посева
По данным, имеющимся в литературе, хром является наиболее токсичным среди других ТМ. Ранжирование по уровню экологической опасности химических элементов по отношению к почве позволило отнести исследователям хром к первому классу опасности, а марганец к третьему классу [2; 10].
В наших модельных экспериментах обнаружилась противоположная закономерность -наиболее сильное негативное воздействие на микрофлору почвы легкого гранулометрического состава оказывал марганец, что, вероятно, связано со спецификой сорбции и десорбции ТМ на поверхности частиц модифицированного угольного сорбента. По характеру влияния тяжелых металлов на биологическую активность почвы можно предполагать, что хром оказался наиболее прочно связан с частицами угольного сорбента, процессы десорбции и поступления его в почву происходили медленно, в результате чего концентрация хрома в окружающей угольные частицы почве была невелика, и это приводило в большинстве случаев к недостоверному угнетающему либо слабому стимулирующему влиянию химического элемента на основные эколого-трофические группы микроорганизмов. Марганец, очевидно, быстрее десор-бировался с угольных частиц, концентрация его в окружающей почве существенно возрастала, что приводило к выраженному токсическому действию этого элемента на все эколого-трофические группы микроорганизмов.
Связь между повышением содержания тяжелых металлов в почве и снижением ее биологической активности отмечена в работах других исследователей [15]. Показано, например, что свинцовое загрязнение в малых дозах стимулирует рост численности некоторых групп почвенных бактерий, что авторы объясняют изменением проницаемости клеточных мембран и более эффективным усвоением клетками сложных органических веществ (биополимеров). При внесении оксида свинца в количестве 1-5 ПДК численность амилолитиков возрастала, но дальнейшее повышение концентрации до 10 ПДК приводило к резкому снижению численности бактерий [5]. Свинец не оказывал заметного ингибирующего действия на азотфиксирующую активность почвы, а при низких концентрациях давал стимулирующий эффект [16].
Подобная ситуация отмечена и в наших исследованиях. Так, хром оказывал стимулирующее влияние на олигонитрофильную группировку микроорганизмов, а марганец существенно снижал ее численность. Следует отметить, что группировка азотфиксаторов и олигонитрофилов играет в почве исключительно важную роль, так как биологическая азотфиксация - самый экологичный способ обеспечения растений азотом. Значимость этой группы микроорганизмов для круговорота азота, плодородия почвы и ее достаточно четкая реакция на присутствие в почве тяжелых метал-64
лов позволяет рекомендовать оценку численности олигонитрофилов для биоиндикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
Не менее чувствительной группой почвенных микроорганизмов являются аммонификаторы. Присутствие в почве угольных сорбентов, импрег-нированных хромом и марганцем, вызвало достоверное снижение численности КОЕ этой группировки (с 3,5 млн клеток на контрольном варианте до 2,4 млн КОЕ в присутствии хрома, и 2 млн клеток в присутствии марганца).
Олиготрофы и бактерии, растущие на крахма-ло-аммиачном агаре, дали четкую реакцию только на марганец.
Оценка активности минерализации почвенного органического вещества в почве, контактировавшей с отработанными угольными сорбентами, с использованием специальных коэффициентов, выявила ряд характерных особенностей (таблица 2).
Таблица 2 - Показатели трансформации углерод- и азотсодержащих почвенных соединений боровой песчаной почвы в условиях компостирования с отработанными угольными сорбентами, импрегнированными ТМ
Варианты Усредненные значения коэффициентов
МПА/ГА КАА/МПА Эшби/МПА ГА/МПА
Контроль (без ТМ) 1,42 0,35 0,63 0,75
Хром 1,23 0,40 1,07 0,69
Марганец 1,26 0,17 0,77 0,80
Показатель эвтрофности бактериального комплекса почвы (МПА/ГА) был выше единицы на всех вариантах, что указывает на активизацию процессов минерализации свежего органического вещества, хотя этот показатель несколько снижался в условиях присутствия в почве хрома и марганца. Индекс олиготрофности в опыте существенно не изменялся и оставался низким, что можно расценивать как положительное явление -чем меньше олиготрофность, тем богаче почва биогенными элементами. Индекс минерализации (КАА/МПА) ни в одном из вариантов не достигал единицы, особенно незначительные величины этого показателя отмечены для варианта с марганцем, что говорит о крайне низком уровне мобилизации питательных элементов в почве. Таким образом, присутствие марганца в почве приводило к существенному торможению минерализаци-онных процессов и снижению биогенности почвы. Показатель олигонитрофильности заметно возрастал в почве, контактировавшей с хромом.
Интегральный показатель Пм - показатель микробиологической трансформации почвенного органического вещества - отличался высокими значениями в контрольном варианте во все сроки анализа (6,1 - 25,0 - 36,8), в то время как в вариантах с тяжелыми металлами его значения были существенно ниже. Так, в варианте с хромом Пм варьировал от 4,4 до 8,6 и 23,1 по трем срокам анализа. В варианте с марганцем его значения из-
менялись, соответственно, от 3,4 до 12,7 и 18,7. Все это свидетельствует о нарушениях процессов трансформации азотсодержащих соединений почвы под влиянием тяжелых металлов.
В наших исследованиях не было установлено выраженного влияния хрома и марганца на почвенные микроскопические грибы (таблица 3). Другими исследователями выявлены сходные тенденции. Отмечено, например, что под влиянием тяжелых металлов количество почвенных грибов и бацилл не изменяется [7].
Таблица 3 - Влияние угольных сорбентов на почвенные микромицеты борового песка
Вариант Численность почвенных микромицетов, тыс. кл. / г абсолютно сухой почвы (среда Чапека) Среднее число КОЕ
1 2 3 4
Контроль 93,0 105,0 129,0 140,0 116,7
Хром 175,0 117,0 175,0 164,0 157,7
Марганец 93,0 152,0 117,0 117,0 119,7
НСР05 Fф = 2,80 < F05 = 5,14 Существенных отличий нет -
Вместе с тем следует отметить, что под влиянием хрома обилие грибных зачатков в почве увеличивалось. Известно, что микроорганизмы способны к иммобилизации токсичных элементов. Показано, что штаммы грибов, выделенные из почв с высоким содержанием ТМ, способны к более высокой биоаккумуляции металлов, чем штаммы из незагрязненной почвы [8]. Загрязнение тяжелыми металлами может отразиться не только на численности пропагул почвенных грибов, но и на содержании мицелия и распределении почвенных микромицетов [12].
Микроскопия стекол обрастания позволила выявить ряд характерных моментов в реактивности микробного сообщества, в частности микроскопических грибов, на присутствие в почве как чистых угольных частиц (контроль), так и частиц сорбента с выработанной сорбционной емкостью по хрому и марганцу.
Угольный сорбент распределялся по поверхности стекла в виде частиц пластинчатой формы размером от 10 до 50-100 мкм и более. Через месяц после инкубации стекол в почве на препаратах как контрольного варианта, так и вариантов с хромом и марганцем, можно было встретить поля зрения со скоплениями угольных частиц, вокруг которых отсутствовали клетки микроорганизмов, однако совместное присутствие частиц угольного сорбента и почвенных частиц или органо-мине-ральных агрегатов способствовало развитию ак-тиномицетов и гиф грибов (рисунок 2).
Ш .V.-.- ¿«г ■
1 - стерильная зона вокруг частиц сорбента; 2 - темноцветный мицелий гифомицетов, проходящий на расстоянии от угольных частиц; 3 - светлоокрашенный
мицелий среди песчаных частиц; 4 - гифы гриба демонстрируют реакцию избегания угольного сорбента;
5 - гифы актиномицетов среди песчаных частиц; 6 - деградация и лизис гифы гриба в условиях контакта с угольными частицами (Оригинал. Об. 20х, ок. 10х. Фото проф. В.В. Евсеева)
Рисунок 2 - Характер микропейзажей возле частиц угольного сорбента и песчаных агрегатов на стеклах обрастания
В контрольном варианте иногда можно было обнаружить почвенных нематод, но они не встречались на стеклах, где были нанесены частицы сорбента с тяжелыми металлами. Мицелий грибов на стеклах с угольными частичками, импрег-нированными хромом и марганцем, встречается довольно часто. Гифы микромицетов иногда проходили через все поле зрения «транзитом», пере-
секая при этом угольные частицы, но чаще мицелий локализовался на значительном расстоянии от частиц сорбента, либо, если гифа отклонялась в сторону угольной частицы, то на некотором расстоянии от нее останавливала свой рост, при этом часто наблюдался лизис гиф, уменьшение их диаметра. Отмечено преобладание возле угольных частиц темноцветного мицелия (представители семейства Dematiaceae), что, по-видимому, связано с проекторной функцией меланиновых грибных пигментов. Светлоокрашенный грибной мицелий (представители семейства МопШасеае) встречался возле угольных частиц гораздо реже.
Таким образом, действие угольного сорбента с выработанной сорбционной емкостью по тяжелым металлам на микроорганизмы почвы избирательно. Избирательность проявляется в отрицательном хемотаксисе - гифы актиномицетов и грибов, достигая зоны диффузии тяжелого металла, прекращают рост в этом направлении и «обходят» частицы сорбента стороной.
Заключение
Учет численности в пробах почвы с отработанными сорбентами ключевых эколого-трофиче-ских групп микроорганизмов выявил достаточно четкую реакцию почвенной микрофлоры на присутствие в почве оксидов хрома и марганца, за исключением группировки почвенных микроскопических грибов, флуктуации численности которой по вариантам опыта оказались статистически недостоверными.
Наиболее сильное негативное воздействие на микрофлору почвы легкого гранулометрического состава оказывал марганец, что, вероятно, связано со спецификой сорбции и десорбции ТМ на поверхности частиц модифицированного угольного сорбента.
Особая значимость аммонифицирующей и олигонитрофильной группировок микроорганизмов для круговорота азота, плодородия почвы и их достаточно четкая реакция на присутствие в почве тяжелых металлов позволяет рекомендовать оценку численности олигонитрофилов и ам-монификаторов для биоиндикации загрязнения окружающей среды продуктами техногенеза, в частности тяжелыми металлами.
Оценка интенсивности трансформации почвенного органического вещества и структурных перестроек в микробном сообществе почвы, контактировавшей с ТМ, выявила существенное снижение уровня минерализационных процессов в почве в присутствии марганца и возрастание величины показателя олигонитрофильности (Эшби/ МПА) в почве, контактировавшей с угольными сорбентами, импрегнированными хромом.
Список литературы
1 Бикмухаметова Р. Р., Шаров А. В. Синтез и свойства аминированных углей из отходов обмолота зерна пшеницы // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». - 2016. - № 4 (43). - Вып. 9. -С. 61-63.
2 Вернигорова Н. А, Колесников С. И. Оценка устойчивости коричневой выщелоченной почвы государственного природного заповедника «Утриш» к загрязнению нефтью и тяжелыми металлами по биологическим показателям // Экология и биология почв : материалы международной научной конференции 17-19 ноября 2014 г. / отв. ред.
К. Ш. Казеев. - Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2014. - С. 499-503.
3 Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв / под ред. Л. А. Гришиной. - Москва : Изд-во МГУ, 1990. - 205 с.
4 Гришина Л. А., Копцик Г. Н., Сапегина И. В. Биологическая активность почв и скорость деструкцион-ных процессов // Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв / под ред. Л. А. Гришиной. - Москва : Изд-во МГУ, 1990. - С. 81-94.
5 Денисова Т. В., Кузина А. А. Оценка влияния переменного магнитного поля и химического загрязнения на биологическую активность почвы // Экология и биология почв. Материалы международной научной конференции
17-19 ноября 2014 г. /отв. ред. К. Ш. Казеев. - Ростов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2014. - С. 64-68.
6 Дмитриев Е. А. Математическая статистика в почвоведении. - Москва : Изд-во МГУ, 1972. - 292 с.
7 Евдокимова Г. А. Микробиологическая активность почв при загрязнении тяжелыми металлами // Почвоведение. - 1982. - №6. - С. 125-132.
8 Евдокимова Г. А., Корнейкова М. В., Мозговая Н. П., Мязин В. А., Редькина В. В. Роль почвенной микробиоты в устойчивости почв к загрязнению и их биоремедиации // Экология и биология почв : материалы международной научной конференции 17-19 ноября 2014 г. / отв. ред.
К. Ш. Казеев. - Ростов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2014. - С. 259-262.
9 Колесников С. И., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростиздат, 2006. - 385 с.
10 Колесников С. И., Казеев К. Ш., Денисова Т.В. Влияние антропогенных воздействий на биологические свойства почв юга России (Некоторые научные результаты научной школы «Экология почв» Южного федерального университета) //Экология и биология почв : материалы международной научной конференции 17-19 ноября 2014 г. / отв. ред.
К. Ш. Казеев. - Ростов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2014. - С. 531-534.
11 Колешко О. И. Экология микроорганизмов почвы. Лаб. практикум. - Минск: Выш. школа, 1981. - 176 с.
12 Марфенина О. Е. Изменение структурных и морфо-экологических показателей микроскопических грибов при загрязнении почв тяжелыми металлами // Экотоксикология и охрана природы. - Рига, 1988. - С. 103-104.
13 Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д. Г. Звягинцева. Москва : Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.
14 Никитина З. И. Микробиологический мониторинг наземных экосистем. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 222 с.
15 Скворцов И. Н., Ли С. К., Ворожейкина И. П. Зависимость некоторых показателей биологической активности почв от уровня концентрации тяжелых металлов // Тяжелые металлы в окружающей среде. - Москва, 1980. - С. 121-125.
16 Умаров М. М., Азиева Е. Е. Некоторые биохимические показатели загрязнения почв тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. - Москва, 1980. -С. 109-115.
17 Шатохина С. Ф., Христенко С. И., Лапта Л. И. Особенности функционирования основных азоттрансфор-мирующих групп микроорганизмов в черноземе южном при различных системах удобрения // Агрохимия. - 2000. -
№ 9. - С. 35-40.
Исследования выполнены при поддержке РФФИ, грант № 17-44-450483 р_а
УДК 57.044:574.2
Плотникова О.М., Иванова А.Ю., Каминская А.С. Курганский государственный университет, Курган
биохимические показатели живых организмов как маркеры загрязненияокружающейсреды
Аннотация. Показано, что для оценки токсичности загрязнении окружающей среды метил-фосфонатами и моноатаноламином, входящими в состав битумно-солевых масс после уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ, и гербицидом глифосатом можно использовать изменение активности аминотрансфераз крови теплокровных животных и пигментного состава высших растений.
Ключевые слова: метилфосфоновая кислота, моноэтаноламин, глифосат, лабораторные мыши, аминотрансферазы, пигменты растений.
Plotnikova O.M., Ivanova A.Y., Kaminskaya A.S. Kurgan State University, Kurgan
biochemical indicators of living organisms as markers of environmental pollution
Abstract. It is shown that for the toxicity assessment of environmental pollution by methylphosphonates and monoethanolamines, being a part of bitumen-salt masses after the destruction of organophosphorus agents, and herbicide with glyphosate one can use the change of the activity of blood aminotransferases of warm-blooded animals and the pigment composition of higher plants.
Keywords: methylphosphonic acid, monoethanolamine, glyphosate, laboratory mice, aminotransferases, plant pigments
Введение
Контроль качества окружающей среды в настоящее время проводится в основном химико-аналитическими методами, позволяющими определять индивидуальные вещества при довольно высоких концентрациях, и методами биотестир-вания, позволяющими лишь констатировать факт биотоксичности. Эти методы не отвечают на вопрос, каково действие на живые организмы токсичных веществ при низких концентрациях, которые не могут быть зафиксированы традиционными химико-аналитическими исследованиями. В связи с этим изучение адаптации организма к изменяющимся условиям окружающей среды на уровне биохимических реакций особенно интересно, так как это позволяет более детально рассмотреть влияние антропогенного фактора на биосферу. Наиболее информативными для человека являются биоиндикаторы - теплокровные
организмы и растения на уровне их биохимических показателей, с помощью которых можно оценить влияние низких концентраций загрязняющих веществ окружающей среды на ранних стадиях воздействия.
Эти вопросы весьма актуальны и социально значимы для Курганской области. Во-первых, в связи с необходимостью контроля качества окружающей среды в районе полигона битумно-соле-вых масс (БСМ), включающих продукты деструкции отравляющих веществ химического оружия, складированных в Щучанском районе. Во-вторых, в связи с необходимостью контролировать последствия действия гербицидов, содержащих глифосат, повсеместно использующихся в настоящее время при выращивании сельскохозяйственной продукции в Курганской области.
Вещества битумно-солевых масс и глифосат являются веществами антропогенного характера и являются ксенобиотиками специфического строения с фосфор-углеродной связью. В качестве основных продуктов миграции из битумно-со-левых масс при уничтожении, например, зарина фигурируют моноэтаноламин и изопропиловые эфиры метилфосфоновой кислоты [8]. В литературе весьма скудно представлены сведения о процессах вымывания из БСМ нелетучих водорастворимых компонентов и степени их токсичности [9]. Между тем выделяющиеся из БСМ продукты в случае вымывания их грунтовыми водами из мест захоронения БСМ могут интегрально оказаться токсичными для теплокровных организмов.
Результаты проведенного нами исследования свидетельствовали о том, что при длительном соприкосновении битумно-солевых масс с водой процесс вымывания водорастворимых компонентов БСМ в водную среду возможен. Кроме того, образовавшиеся водные растворы обладали значительной острой токсичностью для млекопитающих [16]. Возможность вымывания водой из битумно-солевых масс остаточных количеств токсичных продуктов указывает на необходимость контроля их надлежащего хранения.
Другим распространенным ксенобиотиком в настоящее время является глифосат, действующие вещество гербицидов «Раундап», «Ураган», «Торнадо». Воздействие глифосата на живые организмы противоречивы, а его производство изначально было лоббировано американской фирмой производителем «Монсанто». На основании собственных данных о низкой токсичности глифосата «Монсанто» начала многотоннажное производство глифосата и его распространение по всему миру.
Однако повсеместное применение глифосата в течение десятилетий показало, что он способен снижать активность детоксицирующих ферментов печени [20], может проявлять антихолинэстераз-ную активность [22], а при длительном воздействии - мутагенность [21]. Глифосат, хотя и устойчивое соединение, но при попадании в почву с
67
