Сезонная динамика воздушной микрофлоры урбанизированной и лесной зон Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 579.2

СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ВОЗДУШНОЙ МИКРОФЛОРЫ УРБАНИЗИРОВАННОЙ И ЛЕСНОЙ ЗОН

© 2020 Т. А.Белова1, С. А. Кафланова2

1докт. биол. наук, профессор кафедры биологии и экологии е-mail: t. belova@rambler. ru 2бакалавр направления подготовки Биология (профиль Биоэкология) е-mail: sabrina. kaflanova@,mail. ru

Курский государственный университет

В статье отражены результаты исследований воздушной микрофлоры урбанизированной и лесной зон в летний и зимний периоды. Дана сравнительная оценка динамики роста колоний исследуемых территорий, их качественная и количественная характеристика. Зафиксированы значительные изменения численности групп микроорганизмов в разные сезоны года и в зависимости от антропогенной нагрузки.

Ключевые слова: микрофлора воздуха, культивирование микроорганизмов, антропогенная нагрузка, стафилококки, стрептококки, сарцины, кишечная палочка, мукор, аспергилл, пеницилл.

Атмосферный воздух — это среда, которая окружает живые организмы постоянно, через нее осуществляются все важнейшие процессы жизнедеятельности. В воздушную среду микроорганизмы попадают прежде всего из почвы, а также с поверхности растений, животных и человека. Микроорганизмы обитают в воздухе вместе с частицами пыли и в мельчайших капельках влаги, находящихся во взвешенном состоянии. Воздух не является благоприятной средой для развития микробов, так как в нем минимальное количество капельно-жидкой воды. В воздухе микроорганизмы могут сохранять свою жизнеспособность лишь временно, а многие более или менее быстро погибают под влиянием высушивания и солнечной радиации [4].

В воздухе могут встречаться патогенные, условно-патогенные и непатогенные бактерии, вирусы, грибы и споры. Они являются возбудителями воздушно-капельной инфекции, гнойно-воспалительных заболеваний, аллергических реакций. Следует различать чистый атмосферный воздух, атмосферный воздух промышленных регионов, воздух общественных зданий и жилых помещений. Количественный и видовой состав микроорганизмов в воздушной среде колеблется в немалых пределах и зависит от метеорологических условий, сезона года, рельефа местности, от близости населенных пунктов, скопления людей и животных и многих других факторов [5].

Проблема биологического и экологического состояния воздушной микрофлоры урбанизированной и лесной зон в разные сезоны года весьма актуальна. Здоровье и самочувствие человека зависит от многих факторов, в том числе и от качества окружающей нас воздушной среды, поэтому необходимо знать о ее состоянии.

Цель нашего исследования - сравнительный анализ динамики роста и развития микрофлоры воздуха урбанизированной и лесной зон в летний и зимний сезоны. В ходе экспериментальных работ изучалось микробное содержимое территорий одной из центральных улицы города с сильной транспортной развязкой и лесопарковой зоны с

последующей оценкой динамики роста численности микроорганизмов исследуемых территорий, выявления биологического разнообразия воздушной микрофлоры в различные сезоны года, анализа их качественного и количественного состава.

Для решения поставленной цели применялся один из основных методов микробиологии - культивирование микроорганизмов на питательных средах. Для проведения эксперимента была приготовлена твердая агаризированная питательная среда, являющаяся универсальной и создающая оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов [1; 2]. Опыт проделывали в трехкратной территориальной и временной повторности. Для посева микрофлоры применяли седиментационный метод Коха, который заключается в способности микроорганизмов под действием силы тяжести и влиянием движения воздушных масс оседать на поверхность питательной среды. Пробы воздушной микрофлоры были взяты в окрестностях города Курска в летнее (июль) и зимнее (январь) время: урбанизированная зона - улица Радищева, лесная зона - парк Боева дача. В изучаемой территории чашки Петри с питательной средой открывали на 5 минут, затем помещали в термостат, где проводили инкубацию при температуре 26-28 °С продолжительностью 7 суток. В течение недели проводилось наблюдение за динамикой численности и развитием колоний микроорганизмов; окончательный подсчет и анализ колоний фиксировали на 7-е сутки.

Анализ микрофлоры показал изменения загрязнённости воздуха в зависимости от времени года и степени урбанизированности территории.

Появление колоний на поверхности питательной среды наблюдали на 2-3-й день инкубации. Численность колоний обеих зон обладает стремлением к повышению на протяжении 7 суток, что объясняет то обилие микроорганизмов, слагающих микробную воздушную среду анализируемых территорий. Количество микроорганизмов на 7-е сутки составило в урбанизированной зоне 285 колоний, а в лесной - 121 в летний период, 129 и 78 колоний соответственно в зимний период, что свидетельствует о разнице в количественном соотношении в 1,7 - 2,3 раза. Анализ сезонной динамики свидетельствует об уменьшении числа микроорганизмов в воздушной среде в зимний период урбанизированной зоны на 54,7% и на 35,5 % в лесной зоне. Это связано с изменениями погодных условий в связи со сменой времени года, а именно с изменением температурного режима, выпадением осадков в виде дождя и снега, а также с частично сниженным антропогенным воздействием человека.

Таблица 1

Динамика численности колоний микроорганизмов урбанизированной и лесной зон в летний и зимний периоды_

Анализируемая зона Количество колоний (шт.)

3-е сутки 5-е сутки 7-е сутки

Летний период Зимний период Летний период Зимний период Летний период Зимний период

Урбанизированная зона 192 72 258 118 285 129

Лесная зона 73 43 96 65 121 78

С помощью расчётных методов Омелянского было определено количество микробных клеток в 1 м3 воздуха. Расчеты показали, что количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха урбанизированной зоны в летний период составило 14,9*104, лесной зоны - 6,3*104. В зимний период эти показатели были более низкими: количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха урбанизированной зоны - 6,7*104, в 1 м3 воздуха лесной зоны - 4,1*104

Таким образом, количественный анализ сравниваемых территорий показал, что в урбанизированной зоне, особенно в летний период, преобладает значительно большее количество микроорганизмов, чем в лесной. Это связано со степенью загрязнённости воздуха частицами пыли, зависит от температуры, характера местности, населённости, от времени года, общесанитарного состояния местности и других факторов. Чем выше концентрация в воздухе пыли, дыма, копоти, тем больше микробов, так как каждая частица адсорбирует на поверхности множество микроорганизмов. Другим важным фактором является то, что листья деревьев и кустарников обладают значительной пылезадерживающей способностью, а фитонциды растений оказывают на микроорганизмы губительное действие [7].

Методы фиксации с последующей простой и дифференцированной окраской микроорганизмов позволили определить биоразнообразие микрофлоры воздуха, а также видовую принадлежность бактерий. В исследуемых образцах встречались следующие группы микроорганизмов: Streptococcus, Staphylococcus, Sarcina, Escherichiacoli, Mucor, Aspergillus, Penicillium. При этом условия окружающей среды приводили к изменению качественного роста и развития микроорганизмов, меняя численность колоний определенных видов и групп.

Таблица 2

Изменение количества колоний микроорганизмов урбанизированной и лесной зон в летний и зимний сезон

Группы м/о Среднее количество колоний микроорганизмов (шт.)

Летний сезон Зимний сезон

Урб. зона Лес. зона Урб. зона Лес. зона

Streptococcus 45,7 23,7 20,3 9,7

Staphylococcus 26,3 6,7 14,3 6,0

Sarcina 10,7 3,7 7,3 3,0

Escherichia coli 61,7 34,3 22,0 14,0

Mucor 9,7 2,7 7,3 2,7

Aspergillus 6,3 1,3 2,3 1,3

Penicillium - - 1,7 -

В урбанизированной зоне в исследуемые сезоны года наблюдалась наиболее высокая численность колоний бактерий и грибов. За летний сезон количество колоний стрептококка больше на 31,8% по сравнению с лесной; стафилококка - на 59,4%; сарцины - на 48,6%; кишечной палочки - на 28,6%; мукора - на 56,4%, аспергилла -на 65,8%. Грибные колонии пеницилла не были обнаружены как в лесной, так и урбанизированной зоне. Чашки Петри с пробами в зимний сезон характеризовались значительным уменьшением числа колоний микроорганизмов, но с большим разрастанием колоний, чем в пробах в летний период (рис.). В урбанизированной зоне число колоний стрептококка больше на 35,4% в сравнении с лесной; стафилококка -на 40,8%; сарцины- на 41,8%; кишечной палочки - на 22%; мукора - на 46,4%, аспергиллиуса - на 27,8%. В минимальном количестве встречались клетки пеницилла в урбанизированной зоне.

Опытные данные показали, что образцы исследуемых территорий не имеют резких отличий в биоразнообразии микроорганизмов. Однако количественные показатели тех или иных групп микроорганизмов выше в урбанизированной зоне в сравнении с лесной. Это связано с малым количеством зеленых растений и деятельностью человека в урбанизированной зоне. Помимо того что микроорганизмы проникают в воздушную микрофлору с микрофлоры почвенной и водной, в воздух

также проникают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных.

SP öS

m

0

со

5

1

IS

6

О

О &

£ 5

S 5 I

О ^

о £

о ш н и V т

5 ^

О SC

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Streptococ

ШШШ

Staphyloco

Sarcina

Escherichia coli

Mucor

Aspergillus

Penicillium

ЫУрбанизированная зона JЛесная зона

27

19

9,7

29,3

9,7

2,3

26,4

16,3

8,2

38,1

7,4

3,5

3

0

Биологическое разнообразие воздушной микрофлоры в урбанизированной зоне за зимний период

На основании полученных результатов выяснилось, что наибольшую часть биологического разнообразия микроорганизмов в зимний сезон в урбанизированной и лесной зонах составляют колонии стрептококков и кишечных палочек (56,3 и 67,5% соответственно). В летний сезон в урбанизированной зоне колонии стрептококков и кишечных палочек составляют 67,0%, в лесной - 80,1%.

Проведенные исследования позволили установить, что присутствие растений значительно снижает численность спор плесневых грибов и бактерий. Лесной воздух обладает повышенной ионизацией, в отличие от любого другого воздуха. Ионизирующими факторами являются смолистые и ароматические вещества, которые выделяют растения в период вегетации. Они формируют биохимическую среду и создают сформированный состав приземного слоя воздуха. Любые растительные организмы (от одноклеточных до покрытосеменных растений) синтезируют газообразные, жидкие или твердые, летучие или нелетучие вещества как из поврежденных, так и неповрежденных органов. Эти выделения, важнейшие экологические и фитоценотические факторы, пагубно воздействующие на разнообразные микроорганизмы, называют фитонцидами. Они обладают сильным бактерицидным действием, уничтожают многие патогенные бактерии и грибы. Наибольшую фитонцидную активность проявляют такие деревья и кустарники, как сосна, клен, калина, магнолия, береза, граб, ива и тополь [3; 4; 6].

Библиографический список

1. Аникеев В.В. Руководство к практическим занятиям по микробиологии / В.В. Аникеев, Н.А. Лукомская. М.: Просвещение, 1983. 128 с.

2. Асташкина А.П. Приготовление питательных сред и культивирование микроорганизмов. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2015. 19 с.

3. Воробьёв А.А. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: учеб. для студ. мед. вузов / А.А. Воробьёв, Ю.С. Кривошеин, А.С. Быков. М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2012. 704 с.

4. Гусев М.В. Микробиология. 3 изд. / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. М.: Рыбари, 2004. 464 с.

5. Емцев В.Т. Микробиология: учебник для бакалавров / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. 8-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2014. 445 с.

6. Калганова Т.Н. Практикум по микробиологии и биотехнологии: лабораторные работы. Южно-Сахалинск: СахГУ, 2011. 56 с.

7. Нетрусов А.И. Общая микробиология: учеб. для студ. высш. учеб. завед. / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. М.: Академия, 2007. 220 с.