XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Из различных химических веществ, попадающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы. Попадая в почву, они влияют на видовой состав и численность, а также на функциональное состояние микробиоценоза [4, c. 119].

Почва для микроорганизмов является средой обитания и субстратом. Она представляет интерес как природный резервуар для медицинской санитарии и гигиены, содержащий микроорганизмы.

В почве содержится большая часть различных продуктов минерализации органических веществ, обеспечивающих сопряжение биологического и геологического круговоротов, и этим определяется важность проблемы влияния тяжелых металлов на почвенные микроорганизмы.

Из-за загрязнения тяжелыми металлами существенно меняются определенные микробиологические и химические свойства почвы. Также тяжёлые металлы в почве оказывают влияние на деление клеток микроорганизмов и изменяют разновидность почвенной микрофлоры, которая представлена в основном трофическими группами [5].

Микроорганизмы занимают определенную роль в миграции тяжелых металлов в почве. Они могут выступать в качестве продуцентов, потребителей и транспортирующих агентов в почвенной экосистеме. Многие почвенные грибы могут проявлять способность к иммобилизации тяжелых металлов, накапливая их в мицелии, временно исключая из круговорота веществ [6].

Из-за повышения концентрации тяжелых металлов можно наблюдать стремительное уменьшение активности ферментов и снижение численности определенных групп микроорганизмов. Тяжелые металлы в почве ингибируют процессы минерализации, могут подавлять дыхание почвенных микроорганизмов, вызывать микробостатический эффект, а также выступать как мутагенный фактор.

Разные группы микроорганизмов различным образом реагируют на тяжелые металлы. Это зависит от их вида, концентрации тяжелых металлов в среде и типа почвы.

У тяжелых металлов двойственная роль в процессах жизнедеятельности микроорганизмов. Все микроорганизмы нуждаются в тех или иных металлах в качестве компонентов питания. Например, некоторые из них – Fe, Zn, Cu, Cr, Mn, являются необходимыми в малых количествах для поддержания жизнедеятельности. А также определенные микроорганизмы нуждаются в тяжелых металлах, таких, как Mo, V, Ni. Все перечисленные металлы в основном принимают участие в ферментативном катализе в качестве кофакторов, и должны присутствовать в низких концентрациях в питательной среде. Другие металлы, например, такие, как Cd, Pb, Sn, Hg Ag, Co не выполняют биологических функций, но при высоком содержании в почве могут быть токсичными для микробов. Они могут изменять свойства белков, коферментов, нуклеотидов, фосфолипидов, взаимодействуя с гидроксильными, карбоксильными, фосфатными, сульфгидрильными и аминогруппами. Также тяжелые металлы, проникая внутрь клетки и фиксируясь на субклеточных мембранах, могут влиять на процессы, протекающие в клетке [1].

При высокой концентрации тяжелых металлов снижается количество микроорганизмов в почве. Из-за техногенных загрязнений уменьшается как общая численность микроорганизмов, так и резко снижается количество аммонификаторов и нитрификаторов, а группы денитрификаторов и олигонитрификаторов возрастает. Увеличивается также численность фосфатрастворяющих и железоредуцирующих бактерий, а целлюлозоразрушающих, напротив, идет на спад [3].

Также степень угнетения жизнедеятельности микробиоценоза может зависеть от физиолого-биохимических свойств конкретных тяжелых металлов, которые загрязняют почву. Свинец отрицательно воздействует на биотическую деятельность в почве, ингибируя активность ферментов, нарушает метаболизм микроорганизмов, особенно, процессов дыхания и клеточного деления. При наличии в почве высокого количества свинца (более 8000 мг/кг) изменяется морфологическое строение Bacillus mycoides: их скрученные, извилистые гифообразные выросты распрямляются и становятся вытянутыми [2, c. 384].

Ионы Сd в концентрации 12 мг/кг имеют свойства нарушать фиксацию атмосферного азота, а также влиять на процессы аммонификации, нитрификации и денитрификации. Наиболее подвержены воздействию Cd грибы, причем определенные виды при попадании тяжевого металла в почву полностью исчезают. При избытке концентрации ионы Zn затрудняют дыхание микроорганизмов, ферментацию разложения целлюлозы и т.д., из-за которых в почве могут нарушаться процессы преобразования органических веществ. Кроме того, токсичное действие тяжелых металлов зависит от набора конкретных металлов и их взаимодействия с микробиотой.

Также известно, что при загрязнении почвы тяжелыми металлами, микроскопические грибы могут реагировать на них положительно или отрицательно, угнетая сообщество в почве, или, стимулируя их развитие. Например, Sr в некоторых видах почв резко увеличивает токсинообразование и стимулирует рост грибов рода Fusarium.

При постоянном загрязнении почвы микромицеты способны накапливать Сu и Ni. Эта способность грибов позволяет использовать те или иные микромицеты в качестве биоиндикаторов загрязнения почв тяжелыми металлами [1].

При загрязнении почвы тяжелыми металлами изменяется структура грибных сообществ, которая выражается обычно в снижении видового разнообразия и приводит к доминированию тех грибов, которые имеют толерантность к тяжелым металлам.

Тяжелые металлы влияют на микроскопические грибы по-разному. Одни ионы металлов, такие, как Сu, Сo, Мо могут нарушать морфогенез у определенных грибов, например, микроскопического гриба рода Fusarium., а ионы Cu и Zn при определенных токсических концентрациях влияют на грибы рода Penicillium. Также было доказано, что Cd имеет свойство подавлять транспорт Zn и частично Cu в мицелии гриба Penicillium notatum.

Показано, что ионы меди и ионы некоторых других тяжелых металлов влияют на генетический аппарат, синтез белка и организацию клеточной мембраны у микроскопических грибов. Предполагается, что в присутствии Zn и Сu увеличивается образование микотоксинов [1].

Таким образом, изменения в сообществе почвенных микроорганизмов происходят из-за загрязнения почвы тяжелыми металлами. Это проявляется в уменьшении видового разнообразия и увеличении доли микроорганизмов толерантных к загрязнению. От активности почвенных процессов и жизнедеятельности населяющих ее микроорганизмов зависит интенсивность самоочищения почвы от загрязнителей.

Список литературы:

Багаева Т.В., Ионова Н.Э., Надеева Г.В. Микробиологическая ремедиация природных систем от тяжелых металлов: учеб.-метод. пособие // Казань: Казанский университет. 2013. 56 с.

Мосина Л. В., Довлетярова Э. А., Ефремова С. Ю., Норвосурэн Ж. – Экологическая опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами (на примере свинца) // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 29. С. 383–386.

Семенова И.Н., Ильбулова Г.Р., Суюндуков Я.Т. Изучение эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов в зоне влияния горнорудного производства. //Фундаментальные исследования 2011. №11(2). С. 410-414.

Чичерина В.Р., Сапрыкина У.Ю. Влияние тяжелых металлов на рост бактерий рода Bacillus // Шаг в науку. 2016. №1. С.119-125.

Сердюкова, А. Ф., Барабанщиков Д. А. Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами // Молодой ученый. 2017. № 51 (185). С. 131-135; URL: https://moluch.ru/archive/185/47382/ (дата обращения: 13.12.2020).

Завериха Д. Накопление тяжелых металлов в почвах и растениях. // 2018. [Электронный ресурс]. URL: https://ru.essays.club/Гуманитарные-науки/Экология/Накопление-тяжелых-металлов-43367.html (дата обращения: 12.12.2020).

Код для цитирования: Скопировать