Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микрофлора почв в зоне влияния выбросов предприятий цветной металлургии (на примере Жозказганского горно-металлургического комбината)

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Микрофлора почв в зоне влияния выбросов предприятий цветной металлургии (на примере Жозказганского горно-металлургического комбината)"

НАЦИОНАЛЬНАЯ НАУК КЮПШШ! КАЗАХСТАН

шклитут мшашюлош- и шдашюш

lie првшзх рукописи

АЙКЕШВВ БУЛАТ ЫУСУ1ШНБВИ0Ш

МИКРОФЛОРА ПОЧВ В ЗОНЕ влияния ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЯ ЦВЕТНОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ (на пршлоро Козказганокого горио-ма таллургиче окого комбялом),

03.00.07 - ыикробиологид

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на ооиоканео ученой сталаия кандидата биологичаоктс наук

AJJMATU - 1994

Работа нъпаяшна н Институт« микробиология и иирусияогми ПАИ PK.

Научный руководитили: доктор бмологичвокид наук - К.А. Тулемисоьа кандидат бмияогичискил наук - A.C. Мамонова

Пвдущни органинацил: Институт почнонидения HAH PK

Официальное оппоненты: доктор биишгичеоких наук - С.А. Абдрашитова кандидат биологических наук - Д.Б. Диусулова

Защита диссертации состоится *£Ъ " .^/¿¿удс-^ 1934 г. // во ~7 Г

н п часов на заседании опт 1>шлиаифиваннош совета Д 63.24.01 при Институте микробиологии и вирусологии HAH ГК по адресу: 480100, Аяматы, ул.Бо1*шбай (Затирн, 103.

С диссергацией мокни ознакомиться в библиотеке Института микробиологии и вирусология HAII PK.

Автореферат разослан "¿А—Г . 1994 г.

УчениЯ секретарь

тщгагот?

Актуальность проблемы. Охрана внешней среди от техногенных загрязнений в настоящей время по значении стоит в одном ряду с такими проблемами, как предотвращение мировой термоядерной иой!га и .ликвидации голода на планете. Особое место н ней занимает охрана почв, подвергших про мм пленному загрязнению .

Современное производство соп^ювождается выбросом в окру-хаицуп среду возрастающих с каждым годом каничеотв промыли нн-ннх отходов. Одним и» самих опасных загрязнителей, попадавших, в почну, ииляипся тяжелые металл« (ТМ).

Соединения металлов вовлекайся в природный круговорот во-щяств, надолго удерживаются в нем и, как установлено много численными исследованиями, оказывают влияние на деятельность микроорганизмов н лочве, нарушая микр^биоценозн почв. (Наплекова, Степанова, 1901; Илялетдинов, 1004; Абд]>атитова и др., 1981; 1лзат е1 и Др.). ОДНОЗНаЧНОГО ОТВвТа Об

этих нарушениях не может быть представлено (Пабьева и др., 1080; СгеэгЬа а1., 1900; Ыа^пмгхзЬЪ, 1900, ТвН' ХаК МуН, 10й0). Высокая вариабельность микробных показателей, как правило, объясняется в литературе недостатками методов исследования. (0ое1«.ап, ИаапаЬга, П77;Гоиег еЪ а1., 1902; ЗьЯГИНЦвВ, 1386; 1990 и др). Однако это явление обнаружено в значительном числе публикаций, что заставляет предположить, что здесь скрыта более глубокая закономерность

Несомненно, что решение рядя экологических проблем зависит от результатов исследования токсического действия тяжелых металлов на микроорганизмы.

Однако в настоящее время отсутствуют общепринятые приемы контроля наличия юс в среде, единые методики проведения поле внх и лабораторных исследований, нет твердо установлению: предельно- допустимых концентраций (ПДК) тяжелых металлов в сие теме почва- растение- животное- человек (Зырда идр.,1980; Мурсалиев и др., 1991) Главный акцент в исследованиях делается на измерение абсолютных значений концентрации ТМ в почва. Мек-ду тем реально действующие на почвенную микробиоту концентрации могут существенно отличаться от абсолютных из- за защит-

ного &1фэктя органического вещества почвн. Рассматривая сообщество почвенных микроорганизмов, кяк интегральный показатель функциональных свойств почвы, представляется более обоснованным оценивать влияние загрязнителя по его реальному действиях на кивой почвенный компонент.

Если к настоящему времени накоплен болыюй материал, дающий представление о современных почвообразовательных процессах в связи с антропогенными изменениями почвенной микробиотн-в различных регионах стран СТ1Г, то в Казахстане микробиологические исследования почв, загрязненных тяжелыми металлами,не были планомерными и не решались проблемы оздоровления почв путем внесения биопрепаратов. Почвн Жезказганской области, подвергающиеся воздействии тяжелых металлов вследствие выбросов предприятий цветной .металлургии, такте не изучены в данном научном направлении.

Целью настоящей работы явилось проведение микробиологического мониторинга почв в зоне воздействия промышленных выбросов Жезкязганского горно- металлургического комбината, выделение культур микроорганизмов, устойчивых к высоким концентрациям тяжелых металлов, выявление возможности получения биопрепаратов для оздоровления почв и защиты растений.

Для достижения поставленной цели необходимо было решение .ряда конкретных задач:

1) Оценить степень загрязнения тяжелыми металлами почв, находящихся под влиянием промышленных выбросов. Выделить приоритетные загрязнители для исследуемого района.

2) Выявить закономерности воздействия тяжелых металлов на количественный и качественный состав микроорганизмов, а также их чувствительность к высоким концентрациям металлов.

3) Изучение культурально- морфологических и физиолого- биохимических свойств выделенных культур микроорганизмов, устойчивых к ионам тяжелых металлов.

4) Отбор высокоактивных культур микроорганизмов, обладающих антагонистическими свойствами в отношении возбудителей болезней растений, и ростотимулирущей активностью.

Научная новизна. В настоящей работе впервые дана микробиологическая характеристика почв, загрязненных тяжелыми металлами в условиях Жезказганской области. Выявлены приоритетные

загрязнители почв, которыми являются медь, свинец и цигк. Значительно ниже г.одв1«жа1шв никеля, кобальта, магния, железа и стронция. Установлена достоверная обратная зависимость между содержанием металлов в образцах почв, от источника загрязнения. Показано, что длительной загрязнение почв выбросами комбината вызывает снижение общей численности микроорганизмов, нарушение структуры микробного ценоза и сужение его видового разнообразия. Бактерии представлены родами: Pseudomonas,

Alciligencs, Bacillus:, flzotabacter, Listeria, Proteus, Lactobacillus, Corinebactiirium. ИЗ I'pHrtOB бНЛИ ВЫД0ЛЙНН рОДЫ: Peniciiliurc, Mucor, ^spdrgilluE, Cl^dosporium, Trichodarraa,

verticuium и др. Актиномицетк представлены родом Streptomycas.

Наиболее чувствительны к загрязнению актиномицеты и неспоровые бактерии, высокой устойчивостью обладают споровые бактерии и грабы. Количество грибов возрастает с увеличением концентрации металлов в цочве. Отобраны наиболее устойчивые к ионам тяжелых металлов, бактериальное культуры p. fluoresces, p.aeruginosa, p.putida. Изучены их антагонистическая активность в отношении фитопатогенов и стимулирующее действие на рост растений. Отобраны высокоактивное и устойчивые к тяжелым металлам культур« рода Pseudomonas, КОТОрнв МОГУТ СЫТЬ ИСПОЛЬзованы для получения на их основе биопрепаратов для защиты растений.

Практическая ценность. Установленно, что содержание приоритетных загрязнителей (си, рь, zn) во всех исследуемых пробах превышает ПДК в 1,5 и более раз по мере приближения к заводу. Превышение такового на территории завода и в пршшгащей к нему 3- километровой зоне составляет от 100 до Г>000 и более раз. Зта данные свидетельствуют о том, что изученные почвы подверкенны "катастрофическому" загрязнению Си, рь и zn.

Проведенный с помощью ЭВМ регрессионный анализ позволил выявить некоторые тенденции к зависимости качественного и количественного состава микроорганизмов в почве от содержания тех шш иных металлов. Сведения о ПДК тяжелых металлов в почвах Яеаказганской области могут быть использованы при составлении почвенных карт регионов, подверженных промышленному загрязнению. Данные микробиологического мониторинга этих почв

представляет интерес для мониторинга техногенного воздействия на почву и микробиоту.

Дальнейшее изучение отобранных бактериальных культур и получение на их основе биопрепаратов позволит увеличить потенциальные возможности использования микробиологического метода борьбы с болезнями растений в зонах вкологического бедствия.

Положения выносимые на защиту.

- Микробиологический мониторинг почв, подвергнутых воздействию тяжелых металлов и выявление закономерности воздействия тяжелых металлов на изменения микробиоценоза атих почв.

- Выявления чувствительности микроорганизмов к тяжелым металлам в зависимости от их родовой принадлежности и отбор устойчивых культур в.условиях техногенного загрязнения почв.

- Необходимость исследования почв, загрязненных тяжелыми металлами, с целью выделения микроорганизмов- возможных продуцентов биологически активных веществ для защиты растений.

Апробация. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции "Научные аспекты развития сельского хозяйства в Северном Казахстане в новых условиях хозяйствования" (1Сокаютау,]994), на секции по сельскохозяйственной биотехнологии (Алматы,1994).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.'

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения , обзора литературы, результатов исследования, заключения, выводов и списка литературы ( источника на русском языке , ич иностранных). Она включает страниц машинописного текста, таблиц.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОПАИИЯ

Объектами исследований явились окультуренные и целинныне почвы территории, примыкающей к предприятиям Жезкаэганского горно- металлургического комбината.

Отбор образцов производили по общепринятой в почвенной микробиологии методике.(Зырин и др., 1980; Ягодин, 1987). Образцу .отбирали в разных по уровню загрязнения участках в течение 1992- 1994 г.г.

Действие тяжелых, металлов оценивали по изменении общвп

числа и состава микробного сообщества.

Количество тяжелых металлов отдаляли методом спектрального анализа на базе Института геологических наук HAII РК. Анализ проводили на дифракционном спектрографе ДФС- 13 с решеткой БОО.гатрихов на мм и обратной дисперсией 4,5 апготрема. Спектры возбуждались на дуге постоянного тока 12А и фотографировались на пластинки типа СП-2 (Лазарев, Харламов, 1907).

Численность почвенных микроорганизмов в образцах определяли методом посевов на питательные среди: бактерии на среде РПА, ГПБ, МПА. сусло- агаре; актиномицеты на среде . Гаузе-z; грибы на среде Чапека и сусло- ar-ape.

Наделение микроорганизмов проводили согласно методикам Д.Г. Пвягинцева (lOfifi) и R.3. Теггпер (1ЭЭЗ). Выросшие колонии подсчитывали визуаяьно и под лупой.

Культивирование микроорганизмов осуществляли в ' условиях термостата и качаяки (Z80 об/мин) при t- 28- 32 0. Культур« микроорганизмов сохраняли методом пересева на косяках с питательными средами, в холодильнике при + 4 "С.

Идентификации выделенных микроорганизмов проводили в соответствии С Manual of Systematic Bacteriology (Krieg, Holt, Гаузе и др, 1983). Характер кгутикования у бактерий определяли на электронном микроскопе jem- taoB (Япония).

Определение антагонистических свойств бактерий выделенных из изучаемых почв проводили методом агаровых блоков (Егоров, 1086).

В качестве тест- организмов использовали бактериальные и грибные культуры: Crwinia caratovor. 1217, Bacillus subtilie 12Q, Tucarium solc-ni 142, rihizoctorua aolani 733, • Olternaria Alternate 1123, Helmintoeporiuin sativum 1413 (ИЗ МУЗВЯ ИНСТИТута микробиологии и вирусологии 1Ш1 РК). '

Изучение стимулирующих свойств наделенных бактерий проводили на проростках пшеницы (сорт "Алмаз") и фасоли (сорт "Гибридная 670"). Для этого отбирались семена без механических повреждений, с кондиционной влажностью 12,5- 13 х. Семена проращивались на среде Ковровцева. О стимулирующей активности метаболитов, изучаемых микроорганизмов судили по приросту корня и стебля. ,

Математическая обработка данных проводилась на компьютере

типа 1пм пакетом специализированных программ. Был проведен регрессионный анализ линейной модели у*- а г ьх. Вычисляли коэфи-циянтн корреляции, стандартные ошибки и другие величины.

ГЕЗУЛЬТЛТЫ ИССЛЕДОВАНИИ .

Выявление степени загрязнения почвы солями тяжелых металлов

Вэсспорио, что для прявилыюй оценки степени загрязнения почв 7М, с одной стороны, необходимо иметь точку отсчета (на-тивное, фоновое содержание) а с другой, знать их ПДК в почве. По некоторым ТМ в настоящее время еще не имеется достаточно надежных данных о их фоновом содержании.

В своих исследованиях при выявлении степени загрязнения почв ТМ мы основывались на данных А.И. Обухова и Л.Л. Ефремовой (1980) о среднем содержании и ПДК ТМ в почвах..

Для выяснения степени загрязнения почвы солями тяжелых металлов на территории, попадающей под влияние промышленных выбросов предприятий Жезкязганского горно- металлургического комбината, осуществлящих переработку медной руды, производство медного концентрата и выплавку черновой меди .отобранные образцы почв подвергали спектральному анализу, результаты которого представлены в таблице 1. Как видно из полученных данных си, гь а 2п являются приоритетными загрязнителями данного произ -водства. Максимальные концентрации этих металлов имепг место на участках, наиболее близко расположенных к источникам загрязнения, причем они превышают показатели концентрации в образцах из других, Солее отдаленных районов, на порядок и вше. Этот факт наряду с другими позволяет говорить о приоритетности Си, гь и Гп перед остальными загрязнителями.

Кроме вышеперечисленных металлов, во всех образцах отмечено присутствие N1, со, мд, Бг, хотя их содержание значительно ниже. Особенно это касается образцов почв отобранных на территории вавода. гс присутствует во всех пробах в незначительных количествах. еь, а=, Нд обнаружены в следовых количествах только в некоторых пробах на территории медеплавильного за вода. Анализ данных показывает, что существует достоверная обрат-

ная зависимость между содержанием металлов б образцах почв в степенью удаленности территории,где били взяты пробы почв, от источника загрязнения. Эта зависимость справедлива для всех приоритетных загрязнителей си, /п, гь, что еде раз до казываег их ведущее положение как загрязнителей, в отличив от других металлов, например пд, пг и д.р..

Сравнительный анализ полученных данных показывает, что содержание приоритетных загрязнителей (си, рь, 2го во всех исследуемых образцах превышает ПДК в 1,5 (15-и километровая зона) и более раз по мере приближения к заводу. Превыиение такового на территории завода и в прилегающей к нему 3- километровой зоне составляет от 100 до Б000 и более раз.Содержание N1 я са не превышает ЦДД.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что почвы исследуемого района подвержены "катастрофическому" загрязнении такими металлами как си, рь и 2п, содержание которых в сотни раз превышает ПДК. Это говорит о необходимости-тщательного изучения их влияния на изменение биоценоза, в частности, микробиоценоза этих почв, с целью разработки .мер по их оздоровлении и возможности использования для сельскохозяйственной деятельности человека.

Микробиологический мониторинг почв, подвергающееся загрязнении выбросами предприятий цветной металлургии

В условиях естественных динамических процессов и антропогенных (техногенных) воздействий почва становится первостепенным обьектом экологического мониторинга, при этом необходимо учитывать огромную роль микроорганизмов- самого болыаого по массе и энергии звена почвенной биоты, с одной стороны особенно чувствительного к изменениям среды, с другой- внетупавдего мощным агентом важнейших процессов, протекавдих в почвах, обуславливающих ее специфику и самое главное- плодородие. В связи с этим изучению изменений в составе микробных систем почв, подвергапщгхся антропогенному воздействию, придается большое значение (Левин,1991).

м

с

Результаты спектрального анализа почв, подвергащихся загрязнения промышленными выбросами, 1992 г. (наолцдаем^е в таблице закономерности справедливы также и для 1993 и 1994 г.г.)

содериание элементов , мг/кг

п р о б яние от ЗШ, км си 1 Р1> 1 ЙП N1 Со 1 не 1 зъ 1 Аз са 1 Не Ре 1 8г

1 1 - - 1 хЮ31 - 1х10г1х10г1 хКгЧхЮ2

1 2 3 1 1 15" 6 7 1 8 1 9 1 10 Н I 12 » 13 Тз.4

1 15 км 30 5 сл 15 15 5 _ . _ _ <1 5

2 30 15 30 25 25 10 — — - — 1 10

3 -//- 50 20 30 10 10 5 - - - - 1 3.5

4 10 км 70 50 35 15 10 <10 — - — - 1 3.5

5 -//- 100 50 35 15 20 5 — - _ — 1 3

е 100 50 30 15 20 5 - - — - 1 3

7 -//- 70 50 30 30 25 5 — - - - 1 1

8 8 км 70 20 сл 20 25 7 - - _ - 1 1.5

9 -//- 7Г> 50 30 25 25 5 - - - - >1 г

10 70 15 30 20 20 <10 — - — — 1 1.5

11 -//- 150 50 35 25 25 3.5 - - _ — 1 2

12 е км 100 50 30 30 20 7,5 - - - - 1 3

13 -//- 200 70 50 30 20 7 - — — — <1 3.5

14 -//- >100 50 30 25 20 3,5 - - - — <1 3

15 100 20 70 20 15 3 — _ _ _ <1 2

16 -//- 7Г> 15 30 20 10 3 - - — - <1 2

17 3 км 100 15 30 25 10 3.5 — - - - <1 2.5

18 -//- 200 70 50 50 75 7 - — _ _ >1 3

19 1 км 250 70 БО 30 75 >10 - _ _ _ <1 7

20 -//- 500 150 100 >50 75 5 — - _ — >1 5

21 -//- 250 <10 сл 25 10 3 - _ _ _ <1 2

22 0,1 км >>1Х 500 >1000 35 25 3 — 1 15 _ >1 1.5

23 -//- »1® 300 1000 35 35 3 сл 1 3 — 1 1.5

24 »1* 350 1000 35 35 3 - - 5 — >1 1

25 >>1« 700 >1000 35 50 5 30 35 7 - * 1

Пимечание: "®ГГ- Жезказганский медеплавильный завод, "ел" - следовые количества.

Наш был проведен анализ микробных популяций в образцах целинных и окультуренных почв, в зоне промышленного загрязнения.

Микробиологический мониторинг почв в зона воздействия Жезказганского горно- металлургического комбината проводили в течение трех лет , Длительное загрязнение почв выбросами предприятий комбината вызывает не столько снижение общей численности микроорганизмов,сколько нарушение структуры микробных < ооб-ществ и сужение его видового разнообразия (табл 2).

Микробное сообщество изучаемых почв представляет собой сложный ценоз, состоящий из бактерий, грибов и актиномицетов Ведущее место в сообществе занимают бактерии. Всего нами было изолировано 400 птаммов микроорганизмов, из них 250 штаммов составили бактерии. Идентификация до рода показала, что их родовой состав довольно разнообразен, причем значительную часть представляли бактерии рода Pseudomonas, до40- 50* от общего числа (таблица 3). Преимущественная выживаемость этих микроорганизмов,по- видимому, обусловлена тем, что псевдомонады имеют исютчительно широкий диапазон катаболических путей и высокую скорость роста. Остальная часть представлена

родами Alcaligenes, Mycobacterium,Bacillus , Azotobacter, Listeria, Proteus, Lactobacillus, Carynebactariuin.

Вторая по численности выделенных штаммов- группа мицели-альных грибов. Они представлены родами: РвтсШПл»,

Aspergillus, Cladotporiuro, Trichodernia, Verticulum, Chaetoraiura, Acremonium. ДОМИНИРУЮЩИМИ В СОСТЭВв этой ГруТПТЫ бЫЛИ ГрибЫ р>-Да Penicillium.

Наиболее малочисленной оказалась группа актиномицетов,

КОТОраЯ ПрвДСГаВЛвНЯ рОДОМ Streptorayces.

Изучения численности микроорганизмов в почвах разной степени загрязнения показало, что в сильно загрязненной почве (территория завода и 3- километровая зона вокруг него) суммарное количество микроорганизмов минимально и составляет l.OxlO6. Максимальное количество микроорганизмов выделено из проб, отобранных в пятнадцати километрах от источника загрязнения и равно 4.9x10е.

Представители бактериальной микрофлор« встречаются во всех исследуемых пробах. Хотя наиболее чувствительны к загряз-

Количества микроорганизмов в отобранных образцах почв в 1992 г

» » II р О а расстояние от ЖМЗ(км) количество микроорганизмов в ) г почвы

бактерии микроми-мицеты актино-мицегы суммарное количество

1 15 км 3,3х10т - О.ОхЮ6 4,1х107

2 1,8х106 1,5x1с)6 - З.ЗхЮ6

3 ■ -//- 2,3х107 2,2х107 2,2x1О7 4,4х107

4 10 км 2,Г>х107 - - 2,5х107

5 -//- 4,9х106 - - 4,9х106

6 2,Ях107 2.2Х106 - 2,5х107

■ 7 . -//- 1,7x10е - 1.7Х106

8 8 км 1.9x1О6 - - 1.9Х106

9 -//- 1,3х107 - - . 1,3х107

10 1,3х107 - 1,3х107

11 -//- 2.8x1О7 2,0х106 _ З.ОхЮ7

12 в км 4.1ХЮ6 8.0x1О5 - 4,Эх106

13 -//- Б.6Х107 1.2Х106 - 5.8Х107

14 1.1x10е _ _ 1,1x10®

15 3,2x1О7 - - 3,2х107

16 3 км - 2,1хЮ7 - 2.1х107

17 -//- — 4.4Х107 _ 4,4х107

18 -//- _ 1.3x10е - 1,3x10®

19 1 км 4,Пх106 г.охю6 _ б.ОхЮ6

20 -//- 4,0x10е - 4,0x10е

21 -//- _ е.охю6 - 6,0х106

22 0,1 км _ 1,6х107 _ 1.ЙХЮ7

23 -//- _ 1.7Х106 _ 1.7Х106

24 В.ОхЮ6 _ 8.0Х106

25 3.4Х106 2.0x10й - Б,4х106

r-1 , Vi

Качественный состав микроорганизмов в образцах в 1992 г

n Я 0 микроорганизмы

бактерии микромицеты актмномицеты

6 споровые 1 носпоровые

1 2 1 3 4 5 '

i-7 Qücillus Pseudomonas, Penicillium, Иисог, StrsptoAycea Albus

ayglomcratus, Kucobaateriun, Aspergillus, Tricho- S.griseus, Bacillus Alcaligciies, derma, Chaetomium,

subtilis (Uatobactär, Acrcnaniun, Verticu—

Corinebacte- lux» riura

8-IG Bacillus

agglcuneratus, Bacillus £ub'. Iis

Pscutfmcnas, Penicilliu«, Kucor, Hucobacteriura, ftsperoUlus, Tricha-ßlcüligsnes, deraa, Chaetoaium,

- Acrciuiniui«, Vfcrtlcu-lua

17- BäC'illus Pseudomonas, " PenicilHu», Kucor,

18 agQlDiDcralus, Kucobactcrium, Aspergillus Tritho-C^cillus üeroa, Ch^ctomiua

Eubtiliä

1921

PccudomonäS

Penicillium, Tridio-derBä

2225

Pseudomonas

Penicillium, Tricho— der® a

яению неспоровде форма. Высокой чувствительностью обладают сноровке бактерии и грибы. Состав микробных сообществ по мере возрастания загрязнения постепенно смещается в сторону доминирования грибов, количество которых возрастает с концентрацией металлов в почве. Причем из образцов, взятых в непосредственной близости от источника загрязнения, высевались только грибные культуры.

Устойчивость грибов к тяжелым металлам связана с их физиологическими особенностями. Веделящиеся в процессе жизнедеятельности грибов органические кислоты нейтрализуют действие металлов, образуя с ними комплексы менее"токсичные,чем свободные ИОНЫ (Gingell et al., 1776, Gsad et al., 1905). ЭТО ОДНЭ из сторон регуляторного действия микрофлоры на миграцию металлов в почве. Однако устойчивость грибов к тяжелым металлам не бе сшрв дольна.

Актиномицеты встречается в пробах,максимально удаленных су источника загрязнения(10- 1Г> км), так как они наиболее чувствительны к загрязнению почвы ТМ, особенно медью и никеле1

(Bitich, Stotzky, 1977)

Проводенный с помощью ЭВМ,регрессионный анализ, позволил выявить некоторые тенденции к зависимости качественного и количественного состава микроорганизмов в почве от концентрации тех или иных металлов. '

Так, между наличием бактерий в исследованных почвах и со держанием в этих почвах Си, zn. и рь имеется тендешщя к обрат ной зависимости. Причем ко8ф1мциэнты корреляции отличаются дру от друга незначительно.

У грибов чувствительность к данным металлам практическ отсутствует за исключением гь. По отношению к нему они проявляют слабую положительную зависимость, что, по- видимому обьяс нлется стимулиращим действием свинца на рост грибов (Илялегдшов, 1984).

Актиномицеты показали высокую чувствительность, о чем говорит тот факт, что они начинают встречаться лишь за пятнадца-тикилометровнм радиусом от источника загрязнения. Бактерии, хоть и'испытывают токсическое действие металлов, способны развиваться в почве, содержащей исключительно высокие концентрации тяжелях металлов.

Таким образом, исследование влияния ионов тяжелых метал-нов на микробное сообщество почв, находящихся в коне влияния тредгцмятий цветной металлургии показывает, что эти токсиканты оказывают отрицательное влияние на микробное сообщество, ia биоценоза вы/пдяют отдельные группы микроорганизмов, нару-иается структура микробного сообщества. Наиболее устойчивыми группами микроорганизмов являются грибы и бактерии.

Характеристика бактериальных итаммов обладающих устойчивостью к тяжелым 1 металлам

Одной из задач наших исследований был поиск культур мл.^ро-эргаяизмов, перспективных для производства на их основе прелара сов для заняты растений, устойчивых к тяжелым металлам. С этой :;елыо для дальнейших исследований из штаммов, выделенных из ¡ючв исследуемого района, были отобраны наиболее устойчивые к. ионам тяжелых металлов бактериальные культуры.

Наличие микроорганизмов в пробах с искличительно высокими шнцянтрациями тяжелых металлов подразумевает повышенную устой 1ИВОСТЬ ДаНННХ МИКрООргаНИЗМОВ К ТЯЖеЛЫМ металлам (Tatsuyareo »t aL, IV755 Okanioto et al., 17771 Hord^ren et sL, 170}.

Изучение морфологических, культуральных и физиолого- биохимических признаков выделенных культур микроорганизмов,а такие способности к росту и развитию на среде о тяжелыми металлами позволило отобрать и идентифицировать наиболее активные и устойчивые итаммы бактерий рода Pseudomonas. В результате проведенных исследований нами выявлена устойчивость к тяжелым металлам у 4 штаммов r.fiuorescena, 3 штаммов '.aeruginosa, 5 ШТ9ММ0В. P.putida. Из НИХ ТОЛЬКО ЮТаММЫ '.aeruginosa способны расти при высоких концентрациях. свинца в греде, что говорит о высокой степени устойчивости этого штамма к одному из самых токсичных тяжелых металлов.

Биологическая активность культур микроорганизмов, устойчивых х тяжелым металлам

Антагонистические свойства псевдомонад имеют значение пра использовании их для защиты растений. Помимо антагонистических свойств, они проявляю выраженное стимулирущее действие на всхожесть и рост многих сельскохозяйственных культур.

Кроме того,бактерии рода рьвиАмюпаь представляют интерес также, как микроорганизмы, способные продолжать своп жизнедеятельность при исключительно высоких концентрациях, металлов (Тусупбекова, 1939., попу, со, та. Это наталкивает на кнель о возможности использовать в районах, испытывающих загрязнение тяжелыми металлами, биопрепараты на основа птаммов рвсэийоомэпав, во- перви, в целях деконтоминации почв (Головлева, 1992), во- вторых, для защиты растений от фитолатогенных микроорганизмов, а также для'стимуляции роста растений.

Изучение антагонистичесой активности культур рода Рьвис1с1ШЗпаь

\нтагонистичасая активность по отношению фитопатогенам-одна из определяющих характеристик культур микроорганизмов, ис-пользуешх в качестве биопрепаратов для защита растений.

Выделенные из образцов почв микроорганизмы проверялись на антагонистическую активность. Перспективными в атом отношении оказались бактерии, которые являются наиболее многочисленное группой микроорганизмов, встречавшихся в пробах исследуемых почв, а также о^адащах устойчивостью к тяжелым металлам и антагонистическими свойствами в отношении фитопатогенов.

Кз полученных результатов (таблица 4) видно, что все изучаемые штаммы в той или иной мере обладают антагонистическими свойствами в отношении грибных и бактериальных культур. Зоны подавления их роста достигают 40 и более мм. Однако наиболее выражена антагонистическая активность в отношении почти всех испытанных тест- культур у штаммов 21, 27, 16, 35 и Гб. Это говорит о том,. что они отвечают двум требованиям- устойчивости к тяжелым' металлам и антагонизму по отновенга в фитопатогенам.

■и

Изучение фитотэксического действия и стимулирующей активности .культур

рОДа Рвеи<10Я10пе5

Гяд исследователей (Красилышккор, 1303; Верестецкий, 1978; и др.) показали, что токсичность почвы в значительной степени определяется накоплением в ней фитотокснческой микро-фяоры и продуктов ее' метаболизма. В связи с этим одно из необходимых требований к культурам микроорганизмов используемых для защиты растений- отсутствие Яитотоке.ичности.

Выделенные итаьмн Лили испытаны на проростках пшеницы и фасоли. Избирательное действие было отмечено у некоторых таймов Подавляя рост и развитие одних проростков, они вызывали явную стимуляцию других.

Интересно отметить, что почти во всех случаях стимуляция корневой части была влае надземной.

Наличие стимулирующей активности для птаммов, используемых для получения биопрепаратов очень лаяно, так как для получения гигиенически полноценной продукции можно использовать феномен "биологичесого разведения", заклтмащегося в распределении токсических элементов в большом обьеме органического

Таблица 4 •

Антагонистическая активность бактерий рода Рсеиаогаопав.

по отношению к фитопатогенным грибам и бактериям

Диаметр зон подавления роста фитопагогенор (мм,М±в)

Егк1п1з I ВасШис ^иэагкли 1Щ-й50с1. I /\ltcrn. I Ие1шпЫ Во1гиИ£; сагсЮу 1|5иЬШ1ь |бр1ап1 |бс|1сп1. |а1^сгп. Ыа^уиг» |с1|*?уоа

12 25+1,15 20,213,0 20,510,0 15,311,2 20,712,2 23,411,7 3012,0

21 33,611,4 10,013,2 35,211,0 2«?,3+0,8 30,312,0 16,111,5 15,2» 1,7

24 20,712,0 16,ВЦ,2 10,013,4 11,212,2 22,01 С,О 36,212,2 30,11 1,13 27 40,711,1 27,312,0 40,011,1 26,412,0 30,6(1,4 20,11 1,7 33,Э 1,4 15 40,2+0.0 33,712,4 40,111,1 40,710,0 35,211,6 30,С! 2,2 15,611,2

25 30,011,6 32,112,0 20,411,2 30,011,6 23,012,2 3211,7 20,112,2 31 35,411,2 25,013,2 26,211,4 40,011,4 20,411,13 40,011,0 lB.it 3,0. Л1 10,613,4 25,212,0 20,512,0 26,012,0 14,012,0 11,912,4 15,311,2 • Л2 32,113,0 20,613,0 25,513,4 10,712.2 20,111,2 16,111,2 15,Сй 2,0 ! Г4 30,211,7 26,212,1 23,111,7 17,712,^ 30,5!; 0,0 27,711,4 30,2:0,0

Г5 20,512,0 34,612,0 40,111,7 30,713,4 24,411,6 10,И 1,2 33,ОЬ 2,^

Г7 14,410,0 20,011,7 34,5+2,7 15,3+2,4 10,512,1 22.pt 2,4 26,И 1,0

штялмы

Рьсийо попас

стимуляция проростков пшеницы и фасоли инокулятами штаммом Pbeutloí.onis

тест- растения

ятаты Recudo ■□use пшеница фасоль

длина корня см X длша стебля см * длина корня см * длина стебля СМ X

контроль 100

вода G,410,32 100 8,4±0,55 1?.,0±0,28 100 3,310,79 2,510,24 10

12 10,9Ю,25 170 142 4,8Ю,12 145 3,2t0,17 12

21 • 2,5i0,fi2 39 2,510,47 29 0,4Ю,34 12 0,310,21 1

24 10,8±0,87 108 14,GiO,38 173 0,210,52 G 0,510,41 2

27 9,0.10,26 140 9,810,6о lie 0,G10,2G 18 0,410,25 1

15 • 10,2.t0,37 Í59 12,010,42 142 7,310,58 212 5,sia3c 22

25 9,410,46 146 10,010,29 119 5,510,32 16G 3,81 а41 15

31 4,210,25 Г>5 4,Ш0,28 57 0,410,44 12 0,410,23 1

Л1 asíaos 137 9,010,62 11G 8,210,66 187 4,510,36 18

Л2 о,2±а 17 96 8,710,57 103 4,3ia78 130 3,410,62 13

Г4 5,9±0,28 92 8,0ia23 95 4,810,12 145 3,510,42 14

Г5 3,110,34 48 2,8+a 52 33 1,210,27 3S a7í0,22 28

Г7 10,2x0,34 15Э 12,810,48 152 8,410,54 254 G, 2íO, 42 24

вещества за счет создания условий для лучшего роста растения (Алексеев, 1987). Следовательно, необходимо стремиться к созданию оптимальных условий для роста растений. Тогда продукция с загрязненных почв по удельному содержанию вредных элементов будет сопоставима с контрольной, полученных на чистых почвах.

Немаловажно создавать такие условия для роста растения, когда отношение надземной массы к массе корней значительно увеличивается, то есть корни должны схватывать меньмий обьем субстрата, что значительно сокращает относительную поверхность контакта с почвой, а вместе с этим и случайное поступление из Нее аагрязнителей.

Одним из наиболее экологически безопасных факторов, способствующих достижению такого еффекта, может быть использова-

• айв стимуляторов роста надземной части растения микробного происхождения. Поэтому при создании биопрепаратов для защиты растений в зонах техногенного воздействия, необходимо учитывать и их стимулирующий аффект.

Результаты изучения биологической активности выделенных ■замков бактерий рода Psaudononac, показали, что в почвах

■Ú

ильно загрязненных ТМ, источатся культур устойчивые к их оздействию и обладащие высокой антагонистической активностью отношении ряда фитопатогенов и стмулирущих рост растений.Они огут быть использованы как основа при создании новых внсокоак-ивных биопрепаратов для растениеводства, способных проявлять ысокую эффективность в регионах, подвергнутых сильному техно-внному воздействии.

ВЫВОДИ

1. Впервые проведена оценка степени пягрязненкя почв.выбросами ззказганского горно- металлургического комбината. Выявлены тиоритетные загрязнители данного производства, к которые этне-. 5ны са, гь и гп, их содержание превышает ТТДК в 1,5 и более >з по мере приближения к заводу. Превышение ЦДК на территории »вода и в прнчегащих к нему (Зкм) зоне составляет от 100 до ЮО и более раз.

, Проведенный в течение трех лет микробиологический монито-тг выявил зависимость снижения общей численности микроорга-I3MOB, нарушения структуры микробных сообществ и уменьшения \> видового разнообразия от длительности воздействия тяжелых галлов на почвы в зоне промышленного загрязнения.

Микробное сообщество изучаемых почв, представлено бактери-1И, грибами и актиномицетами. Всего изолировано 400 итаммов окроорганизмов, из них 2Г>0 штаммов составили бактерии.

Наиболее распространены бактерии рода p»cudo.nonat, (40- 501) 1 общего числа выделенных микроорганизмов, представители рода ; caUgcnes составили 20 Наименее распроостраненныш явля-СЯ бактерии рода Corinebactei iura.

Грибы представлены родами: rcniciiHum,. Mucor, ДврсгдШиз, »dospporium, Trichoderma, Verticulum И Др. . ДОМИНИРУЮЩИМИ

ляются грибы рода Pénicillium. Малочисленной группой оказа-сь актиномицетн, представленные родом strcptoiyces. • •

Чувствительность у микроорганизмов к тяжелым металлам была ' зличной, в зависимости от удаленности от источника загрязнил.

Установлено, что основными продуцентами биологически актив-

них веществ в исследованных, почвах являются бактерии рода

Pseudomonas;, КОТОрНв ПрвДСТвВЛвВД ИВДаМИ P.fluarescenc, Т P.acruginasa, P.putida.

8. Отобраны культуры батврчй рода Pseudomonas, Обладающие аН-ГаГОНИСТИгавСКОЯ активностью К фйТОЛаТОГеНЭМ Erninia cratovarum, Bacillus subtilis, Fusariim solani, Rhizoctonia sulani, Altcrnaria alternata, Helmintosporiura tatiwum,

Botrutiü cinerea. IIa основе этих тгаммов могут быть получены еффекгивнне биопрепараты для защиты растений.

Публикации по теме диссертации

1. Айкешев Б.М., Мамонова Л.П., Тулемисова К.А. Микробные системы почвы и антропогенные воздействия/ "Депонированные научит работы".- КазГосИНТИ.-Алматн,1994.-Был. 1.- с.7-31.

2. Айкешев Б.М., Мамонова П.П., Тулемисова К.А. Антагонистические и стимулирующие свойства штаммов псевдомонад, выделенных к почв, загрязненных тяжелыми металлами/' "Депонированные научны* работы".-КазГосИНТИ.-Алчатн,1994,с.8-16.

3. Айкешев Б.М., Мамонова Л.П., Тулемисова К.А. Боздействш промышленных выбросов на микробные ценозы почв/"Депонированные научные работы".- КазГосИНТИ.-Алматы,1994.-с.12-18.

4.Айкешев Б.М., Мамонова Л.П., Тулемисова К.А. Влияние прошла лешшх выбросов на микроорганизмы/ В сборнике "Научно- техни чнекме достижения", сер. "Переработка и хранение сельскохозяйственной продукции".- Алматы,1994.-Вып.1.-е.47-53.

5. Айкешев Б.М., Мамонова Л.П., Тулемисова К.А. Поиск культур микроорганизмов с антагонистическими и стимулирущими свойства ми для повышения урожайности сельскохозяйственных растений/ ] сборнике "Научно- технические достижения", сер. "Переработка i хранение сельскохозяйственной продукции".-Алматн, 1994,- Вып.1 с.53-61.

Айкешев Булат Мусулшшбекуш

"Ттрл1-ттст! металлургия кво1порыншщ'9нд1р1ст1к *аздш$тар асер!н тиг!зет1н аймацтьщ тйпырац микрофлорасы". Ллri-«неге Жеадазгая таулы-металлургия комбинатын алранда/.

Бул жумыстыц Heriari мацсаты- TTpat-rvcTi металлургия Kecin->рнын1щ цаады^тарынан ластанган топырагнна микробиологи ягыц мони-горинг *tpriay, ластангая топнрацтагн ауыр металдарга тез!мд1, }с!цд1ктврд1 н;оргауга, олардн сау^ыру тш!н биопрепарат жасауга lepeKTi микроорганизццерд! ipiKTey.

Жумыс барысннда внеркао1пт1к цалднцтардан инвдан топнрацтар едрамындагн ауыр металдар эр! олардощ биоценозы зерттвл1нд!. Настанран топнрацтардан аунр металдарга *ез1мд1,эр1 антаго — . 1истхк, ст!муляциялыд цасиет! бар ыикроорганизмдерд! ipiKTeh 5вд1п алынды.

Aikeshev Pulat Muaulmanbecovioli

"Soils microflora in the zone of Influense deposited from nnn-fBn-oiM metals mol.aTIiK'glca] works. (For example the i Jezkaf-gan mining and metallurgical' Integrated plant" 3

The main goal of the research was on microbial monitoring of soils. Evident from the soil contain!nation of microorganisms with resistame to high concentration of heavy rmtala from industrial wastes of поп Геггоия metallurgical works. Which brings about the-, preparation of bloprsparat.es for plant protection and the rwtu-,ration of normal soil properties. Tlie Investigations showed the pollution caused hy the deposition of the heavy metal a f тот! the production activities of the plant. Hv> study of the structure of microorganisms as say я found in the noil« Sairplee were selected and investigation« done to find out the reelstanfle of microorganism tr> heavy metals and their antagonistic influenae towards phytopl-a-togenes and tlwlr stlmu latlon to plantя growth.