CC BY
19УДК 579.64:631.46:615.32
распространение опасных для человека микромицетов при
выращивании растений-подсластителей
свистова и.Д. (профессор кафедры), Кувшинова н.м. (аспирант кафедры)*
Воронежский государственный педагогический университет, Воронеж, Россия
© Свистова И.Д., Кувшинова Н.М.,2015
Исследовали нарушения комплекса микромицетов в прикорневой зоне растений - продуцентов натуральных подсластителей. Показано накопление опасных для человека видов грибов, которые могут загрязнять растительную продукцию. Для получения экологически чистой продукции необходимо проводить микологический мониторинг почвы. Предложены индикаторные виды грибов для разных групп растений-подсластителей.
Ключевые слова: биобезопасность, индикаторные виды, микро-биомониторинг, почвенные микромицеты, растительное сырье
the spread of dangerous for people micromycetes in case of plants-sweeteners cultivation
svistova i.D. (professor of the chair), Kuvshinova N.M. (postgraduate student)
Voronezh State Pedagogical University, Voronezh, Russia
© Svistova I.D., Kuvshinova N.M., 2015
Violations of the complex of micromycetes in the rhizosphere of plants - producers of natural sweeteners have been investigated. It was shown the accumulation of dangerous for people species of fungi that can contaminate herbal products. It is necessary to conduct mycological monitoring of soil for getting environmentally friendly products. Indicator species of micromycetes for different groups of plants-sweeteners are proposed.
Key words: biosafety, indicator species, microbiome-monitoring, plant resource, soil micromycetes
Контактное лицо: Кувшинова Наталья Михайловна, Тел.:. 8-950-762-82-52
введение
В последние годы расширяется производство продуктов диетического питания для больных диабетом. При этом широко используют натуральные подсластители растительного происхождения: метаболизи-руемые полисахариды и сахара (не глюкозу) и неме-таболизируемые гликозиды сладкого вкуса [Кретович В.Л. Биохимия растений. - М., 1986]. Необходимо увеличивать объемы выращивания растений, содержащих натуральные подсластители, среди которых есть представители региональной флоры и интродуценты [1]. Корневые выделения (ризодепозиты) растений - мощный фактор развития микроорганизмов в прикорневой зоне растений и их биохимической активности [Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. - М., 1988]. Ризодепозиты растений, содержащих подсластители, могут вызывать сукцессию почвенных микроскопических грибов. Экологические последствия введения в культуру растений-продуцентов натуральных подсластителей и безопасность для человека получаемого растительного сырья практически не исследованы. Ранее нами продемонстрированы негативные изменения свойств почвы и накопление опасных для человека видов микромицетов при выращивании в монокультуре лекарственных растений ряда семейств [2-4].
Цель работы - оценка нарушения комплекса ми-кромицетов почвы и безопасности растительного сырья при введении в культуру растений-продуцентов натуральных подсластителей.
материалы и методы
Полевые эксперименты проводили на стационарном полевом микроделяночном опыте на черноземе выщелочном. В 4-х летней монокультуре выращивали две группы растений - нетрадиционные сахароносы и продуценты подсластителей. В первую группу входили: якон осотолистный Smallanthus sonchifolius (Poepp.) H. Rob., подсолнечник клубненосный или топинамбур He-lianthus tuberosus L. (эти виды накапливают фруктозу и ее полимер - инулин в клубнях) и чуфа Cyperus es-culentus L. (клубеньки содержат крахмал и сахарозу). Представители второй группы: стевия медовая Stevia rebaudiana Cav., содержащая неметаболизируемые гликозиды стевиозид и ребаудиозид в листьях и стеблях, и солодка голая Glycyrrhiza ghbra L., накапливающая гликозид глицерризин в корневищах [Кретович В.Л. Биохимия растений. - М., 1986]. Контроль - почва без растений на том же участке.
Анализировали численность, видовой состав и структуру комплекса микромицетов почвы. Пробы отбирали из верхнего слоя 0-20 см в течение трех лет в динамике по сезону (представлены усредненные данные). Грибы выделяли на агаризованной среде Чапека. Изоляты идентифицировали до вида с помощью определителей для соответствующих классов грибов. Структуру комплекса микромицетов оценивали по частотам пространственной и временной встречаемости видов [Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. - М., 1988].
результаты и их обсуждение
В прикорневой зоне растений-продуцентов натуральных подсластителей численность грибов незначительно возрастала по сравнению с контролем (табл.
■
ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНСКОЙ МИКОЛОГИИ, 2015, Т.17, №4
1). Наибольшую численность выявили в почве под чу-фой, что является подтверждением мощной экссудации Сахаров в составе ризодепозитов этой культуры с С4-типом фотосинтеза.
Таблица 1.
Численность и показатели структуры комплекса микромицетов в почве прикорневой зоны растений -продуцентов натуральных подсластителей
Растения Численность микромицетов, КОЕ/г Количество видов грибов Индекс Шеннона К сходства Серенсена
Контроль (без растений) 22 26 3,42 1,00
Нетрадиционные сахароносы
Топинамбур 26 11 2,52 0,44
Якон осотолистный 27 10 2,35 0,41
Чуфа 77 9 2,56 0,37
Продуценты гликозидов
Стевия медовая 25 14 2,78 0,53
Солодка голая 22 15 3,11 0,62
В контроле нами были выделены 26 видов грибов. Комплекс микромицетов чернозема отличался высокими показателями a-разнообразия и выравненное™. Доминантами были представители семейства Moniliaceae: Cephalosporium acremonium Corda, Paecilomyces lilacinim Thom., Acremonium аltematum Lk. ex Fries, Penicillium tardum Thom. - олиготрофные психрофильные виды, стенотопные для степной зоны. Индекс видового разнообразия Шенона в этом варианте опыта имел наибольшее значение. По-видимому, в парующей почве завершается минерализация трудно разлагаемых компонентов растительных остатков, накапливается олиготрофная «микобиота рассеяния».
Под растениями-продуцентами подсластителей наблюдали нарушения видового состава почвенных микромицетов. К общим закономерностям относятся, во-первых, снижение a-разнообразия комплексов почвенных грибов. Видовое богатство снижалось с 26 до 9-15 видов, наиболее сильно - под монокультурами нетрадиционных сахароносов. Показатель видового разнообразия комплекса индекс Шеннона заметно снижен.
Второй особенностью является резкое возрастание плотности типичных видов грибов с 46 до 60-79% за счет элиминации не только случайных, но и типичных видов. Это явление, называемое «концентрацией доминирования» нескольких видов, служит показателем стрессового состояния микробного сообщества почвы в прикорневой зоне исследуемых растений.
Третья закономерность - нарушение видового состава почвенных грибов в прикорневой зоне растений по сравнению с контролем (средние и низкие значения показателя ^-разнообразия К сходства Серенсена). Типичные в контроле виды переходили в ранг редких или случайных, часто вообще не выделяли. Направленность грибной сукцессии под монокультурами растений зависела от состава их ризодепозитов. Виды, частота встречаемости которых в прикорневой зоне заметно возрастала, считали индикаторными для этих растений (табл. 2).
Таблица 2.
Индикаторные виды почвенных микромицетов в прикорневой зоне растений-продуцентов натуральных подсластителей
Нетрадиционные сахароносы Продуценты гликозидов
Trichoderma harzianum Rifai* Trichoderma harzianum Rifai*,
Aspergillus terreus Thom. Talaromyces flavus (Klocker) Stolk et
A. ochraceus Wilhelm Samson*,
A. fisheri Thom. et Church.* Aspergillus ochraceus Wilhelm
Penicillium funiculosum Thom. Penicillium notatum West.
Rhizopus stolonifer (Ehrenb. Ex Link) Lind P. canescens Sopp.*
Mucor hiemalis Wehmer P. lanosum Westling*
P. viridicatum Westling*
P. restrictum Gilb. et Abb.*
P. janthinellum Biourge*
*не выделяли в контроле.
Под монокультурами растений-нетрадиционных сахароносов в ранге доминантов и часто встречающихся выделяли представителей группы «сахарных» грибов - копиотрофов: Rhizopus stolonifer, Mucor hiemalis, или быстро растущих гидролитиков: Trichoderma harzianum, виды рода Aspergillus. В прикорневой зоне растений-продуцентов сладких гликозидов снижалась частота встречаемости копиотрофов, доминантами были нехарактерные для чернозема представители родов Penicillium, Talaromyces.
Обращает на себя внимание накопление видов, продуцирующих микотоксины с фитотоксическим действием [5; Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. -М., 1988]. Подобные нарушения комплекса микроми-цетов означают усиление метаболической регуляции системы почва - микробное сообщество - растения в виде как прямых (влияние биологически-активных соединений растений на почвенные микромицеты), так и обратных (влияние микотоксинов грибов на растения) взаимодействий.
Ранее нами было показано, что микотоксины указанных видов грибов проявляют широкий спектр биологического действия, в том числе не только фито-токсическое, но антибиотическое и фунгицидное [6]. Известно и зоотоксическое действие микотоксинов индикаторных видов грибов [Тутельян В.А., Кравченко Л.В. Микотоксины (медицинские и биологические аспекты). - М., 1985]. Следовательно, нарушение состава и структуры комплекса почвенных микромицетов может вызвать более значительные экологические последствия, влиять не только на растения, но и на другие компоненты микробного сообщества почвы (бактерии, актиномицеты, грибы), а также на животных. Кроме того, ряд индикаторных видов микромицетов проявляют патогенное действие на человека, вызывая частные и системные микозы, а также аллергические реакции [7]. В виде споровой суспензии они могут вызывать аллергические реакции типа бронхиальной астмы, ринитов, дерматитов, сенсибилизации организма.
Растительное сырье (клубни, корневища), полученное в многолетней монокультуре, оказывается контаминировано ризосферной микобиотой, опасной для здоровья человека. Надземная биомасса стевии (листья, стебли) заселена микробиотой филлосферы, которая, в основном, имеет ризосферное происхождение.
ВЫВОДЫ
1. Обнаружили нарушения комплекса микромице-тов в почве под многолетними монокультурами растений-подсластителей, которые имеют опасные экологические последствия: возрастает доля токсигенных,
условно-патогенных и аллергенных видов грибов, загрязняющих растительное сырье.
2. Для получения экологически безопасной продукции необходимо выращивать растения-подсластители не в многолетней монокультуре, а в научно-обоснованных севооборотах, с обязательным контролем на-
копления токсигенных видов микромицетов в почве.
3. Выявили индикаторные виды грибов для микологического мониторинга почвы при выращивании разных групп растений - продуцентов натуральных подсластителей.
цитированная литература
1. Верзилина Н.Д. Стевия в Центральном Черноземье. - Воронеж: ВГАУ, 2013. - 210 с.
2. Свистова И.Д., Парамонов А.Ю. Влияние лекарственных растений на микромицеты и биологическую активность почвы// Проблемы медицинской микологии. - 2011. - Т. 13, №3. - С. 50-53.
3. Свистова И.Д., Парамонов А.Ю. Индикаторные виды микромицетов в почве под лекарственными растениями// Проблемы медицинской микологии. - 2011. - Т. 13, №3. - С. 54-56.
4. Свистова И.Д., Кувшинова Н.М. Назаренко Н.Н. Накопление опасных для человека микромицетов в почве под лекарственными растениями// Успехи медицинской микологии. - 2014. - Т. 12. - С. 117-123.
5. Свистова И.Д., Кувшинова Н.М., Назаренко Н.Н. Биотестирование чернозема для разработки севооборотов лекарственных растений// Вестник Воронежского ГАУ - 2014. - № 4 (43). - С. 47-51.
6. Свистова И.Д., Сенчакова Т.Ю. Спектр биологической активности микромицетов чернозема// Проблемы медицинской микологии. - 2009. - Т. 11, №1. - С. 30-33.
7. Озерская С.М., Иванушкина Н.Е., Кочкина Г.А. Микроскопические грибы в связи с проблемами биологической безопасности (обзор)// Проблемы медицинской микологии. - 2011. -Т. 13, №3. - С. 3-12.
Поступила в редакцию журнала 10.12.2015
Рецензент: Н.П. Блинов
