Введение к работе
Актуальность проблемы. Геохимическая среда жизни в развдх участках биосферы является неоднородной, поэтому химический состав естественной и техногенной среды обитания, в частности, уро- . вень содержания в ней тяжелых металлов, имеет экологическое значение. В связи с этим и возникла проблема исследования взаимоотношений организмов с геохимической средой, т.е. необходимость изучения геохимической экологии организмов.
Связь организмов с геохимической средой.осуществляется через биогеохимические пищевые цени, одним из активных звеньев которых являются микроорганизмы.
Актуальность изучения геохимической экология микроорганизмов определяется тем, что они обладают максимальной геохимической энергией среди живых существ, осуществляют важные бисгеохимичес-кие функции и-играют значительнув роль в биогенной миграции химических элементов в биосфере. Іфоме того, микроорганизмы вследствие ряда своих особенностей представляют удобную экспериментальную модель для изучения многих общебиологических закономерностей взаимодействия организмов с геохимической средой - явлений изменчивости, наследственности и направленности эволюционного процесса в разных геохимических условиях; причинных зависимостей между геохимическими факторами и биологическими реакциями организмов; механизмов' их приспособления к естественным и техногенным, условиям среды. .
Биогеохикическое исследование микроорганизмов"важно также для решения практических задач: разработки критериев оценки ответных' реакций организмов, популяций и сообществ на разный уровень содержания.химических элементов в биосфере, нормирования доз микроудобрений, вносимых в почш для увеличения их биологической, активности и интенсификации биогенной миграции элементов через био-
і:--;-.з t..C-.i-,-:.--, | Иог;:о;гіі:і г-д-щ ."!». ,» j
КІ4. її. Д, ї !.;.!: «ij; і-:,і І
2 геохимическую пищевую цепь, а также для целей биогеохамического районирования.
Шдь т>аботы - изучить биологические реакции почвенных микро-организмов'на разный уровень'содержания меди и цинка в природной среде обитания (ыедно-цинковые месторождения Петого Урала и контрольные участки вне'их) с целью установления последствий длительного воздействия тяжелых металлов на микробоценоз.
Основные задачи исследования: I) установление пороговой чувствительности к меди я цинку у почвенных микроорганизмов, обитающих в разных геохимических условиях, л оценка способности, микроорганизмов адаптироваться к'различному уровни содержания этих метал--лов в среде обитания: 2) сравнительное изучение почвенного микробного комплекса в разных геохимических условиях и выявление индикаторных видов микрооргана змов на избыток меди л вднка в почве; Э) исследование закономерностей концентрирования меди я цинка микробными клетками црн различной уровне содержания этих элементов в питательной среде; 4) оценка участия почвенных микроорганизмов в биогенной миграции химических элементов в разных геохимических условиях.
Иатчная новизна. Установлены последствия длительного развития цдкрободеноза в условиях обогащения почв медью и цинком.- изменение и обеднение видового состава микробного комплекса,обогащение его мнкромицетамн и доминирование в нем грибов видов ciadosporium «laguituium н Р«аісШ4ляа Зеиайіілвіїию, яедягщихоя индикаторами на .загрязнение почв медью и цинком. Микробные ценозы в этих геохимических условиях характеризуется устойчивость» к'изонтку меди и-цинка в природной среде обитания, высокой геохимической энергией и активный участием в вовлечении металлов в биосенную миграцию.
Выявленные биологические реакция микроорганизмов на избы-_ток меди ж цинка в почве были использованы наряду с биологичес-. гашя реакциями других звеньев бногеохишческой пищевой цепи (Ковальский с соавт., 1981) для целей биогеохимнческого районирования л выделения на изучаемой территории Баймаксной медно-цанко-войбисгёохимдческой провинции.
Практическая ценность. Сравнительное изучение биологических реакций.микроорганизмов, .обитающих в почвах с разным уровнем содержания меди я цинка, позволяло установить причинную зависимость атих реакций от геохимических факторов среды обитания. Это дает возможность использовать показатели биологических реакций микроорганизмов (их пороговую чувствительность к разному уровню содержания микроэлементов в среде, изменение почвенного микробного комплекса, закономерности и величину концентрирования химическая элементов) для целей биогеохимаческого районирования и разработки биогеохимического метода поиска рудных месторождений с помощь» микроорганизмов. Эти же показатели могут быть применены и в качестве критериев оценки эффективности применения различных доз микроудобрений в агроценозах, при разработке способов интенсификации . биогенной миграции микроэлементов с помощью микроорганизмов при искусственном создании их запасов в почвах и водоемах, а также при прогнозировании последствий, загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и установлении их предельно допустимых концентраций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано $ работ.. Объем работы, диссертация состой* из введения, 9 глав, заключения и выводов, содержит 138 страниц'печатного текста, Г? рисунков, 10 таблиц и список литературы из 252 наименований (из них — 115 зарубежных авторов).
Дутрп^рутид рабогц. Основные положения работы были доложены на Всесоюзных координационных совещаниях по проблемам микроэлементов в биология (Москва, 1979,1981). на объединенных семина- . pax биогеохимнческоЗ лаборатория ІЕ0ХИ АН СССР к Научного совета АН СССР по проблемам микроэлементов в биологии (Москва, 1980-1962). на в съезде Всесоюзного микробиологического общества (Рига, I960), на 3-ем симпозиума по следовым элементам (ІДР, Нева, I960), на 9 Всесоюзной конференции по проблемам микроэлементов в биологии (Кишинев, 1981), на Всесоюзной симпозиуме "Микроорганизма как компонент биогеоценоза" (Алма-Ата, 1962).
Изучала макроорганизмы, обитающие в почвах, развитых на медно-динкошх рудах и отвалах разног давности в районах отработанных месторождении Шалв г Бакр-Узяк Штогс Урала, а также ' в "хвостах" обогатительной фабрики Скбайского месторождения. Для сравнения были взяты почвы контрольных участков, расположенных вне зон рудопроявлений. для исследований использовала гумусовый горизонт изучаемых почв (глубина 0-20 си), отобранных по общепринятой методике (Методи почвенной микробиологии и биохимии, 1980).
Количественный учет микроорганизмов, обитающих в почвах, отвалах, смывах с отвалов и "хвостах", проводили прямым микроскопическим методом с использованием светового микроскопа ЫШ-6 и методом посева на твердые питательные среды, В обоих случаях осуществляла предварительную десорбцию микроорганизмов с почвенных частиц (Звягинцев, 1973). В нервом случае численность бактерии учитывали методом Виноградского в модификации Шульгиной (1926), длину грибного мицелия - методом мембранных фильтров
(Налвеа et ей., 1947) в модификации Демкиной (1977). Исходя яз
КОШПОСТВа баКТЄрЖН Н Jtnfl4H грнбяого ЫИДВЛИЯ рР^^^-^ДДпу дх бЯО~
массу (Рогачевский, Звягинцев, 1973; мнрчннк, 1976; Деккяна, 1977). Во втором случае численность бактерий учитывали ва ігасо-вептониом агаре (ША), микроскопических грибов - ва агарязовав-вой среде %пева-Докса (ЧДА) о молочной кислотой (4 мл/ж), ак-тннсмицетов - ва крахиадо-амивачвом агаре (К4А) (Практикум но микробиология, 1976). Кроме того* применяла голодны! агар (ГА).
Используя данные по количественному анализу микроорганизмов яа твердих дататедьннх средах, начисляли коэффициент вариация (v ) численности бактерий, актявоынцетов к грибов, (Доспе--хов, 1979)« индекс одкготрофноств (Аристовская, 1965; Никитин, Никитина, 1961) ж показатель частота встречаемости вида (тгеа-mr et el. ,1954).
Одновременно о количественным учетом микроорганизмов ва твердих питательна! средах проводили выделение отдельных штаммов бактерий яа ША, актнвошготов ва КАА и микроскопических грибов ва ЧДА. Было выделено 726 штаммов микроорганизмов. Систематическое положение грибов устанавливали во культурально-морфологнческки признакам, используя определители Пидоддичко, 1971; Еилай, 1977; тьот а Верег ,1945; neper а тьтД949. Ндеатифякящт бактерий проводили по кудьтурадьнс—морфологическим в физиолого-бнохамическям признакам о использованием "Краткого определителя бактерий Берги", 1980.
Для оценки piratm^q различного уровня содержания тяжелых * металлов в среде обитания ва групповую и видовую структуру них» робвого комплекса, выявляемую ва твердях питательнях средах, применяли информационней показатель развообразня (Н) ж индекс доминирования (С) (Оцум, IS75). Для характеристики групповой
структури микробного комплекса методом пряного мяхросжопхрова-нжя почвенных суспензія использовали отвошняе биомасса грибов/ биомасса бактерий. ' ; ,
Изучение. закономерностей роста вндвленннх штаммов микроскопических грибов, активомжцетов к бактерка а концентрирования яш цинка хедж при различной вх содержания в среде проводил» на жкдких питательных средах (соответственно ва среде Чапека-Докса, крахмадо-аммжачпой среде ж среде Чапека) без добавления этих элементов в с внесением цинка (в виде 2oso..7H2o ) к меди (в виде cuSo4.5H2o ) в следующих тондентрацияі: І-ДГ5; 1-Ю-*; І'ІО"3} І'ГО~2і І'ІО"1 ж rj. Рос* грибов ж адтжвокжпето» оценивали во весу сухой биомассы,бактерий - во содержанию бедка' (bowry et el. ,1951). .
дда определения размеров накопления поди ж цинка отдельвн-
ин штаммами микроорганизмов при разном их содержании в жидкой
питательной среде микробную массу отделали от среди, трлждв про
мывали дистиллированной водой и насушивали при Ю5 до постояв-
нов кассы. . ~ .
Для изучения процесса вовлечения меди ж цинка в бжогевннй цикл почвенной микрофлорой наращивание суммарной михробвой биомассы для последующего определения в вей содержания микроэлементов проводила ва средах, приготовяенячг hs почв, в которых микроорганизма обитали в прароде ж характержэуккихся природными концентрациями, соотношениями ж формами соединений, изучаемых еже-, ментов (Летунова, Ковальский, 1978).
Озбденне вовдутшо-сухой микробной масса (5О-100 мг) проводили на песочной бане* смесью ковцшітрлровввннх азотной ж хлор—, вой кислот (2 : I) ( felting, **rdal* , 1979). Почву (I г) озо-дялж в муфеле при *450, а затем на песочной бане смесью ион-
центрированных хлорной я плавиковой кислот (I : 4). Зольный остаток микробной массы ж почвы переводин в 2—Э#-ныЯ раствор соляной кислоты. Содержание меди в цинка в растворах определяли. атоино-абсорбционным методом на спектрофотометре гвгісш-вімег 03. Чувствительность метода составляет для меди 0,1 мхг/мл, для цинка 0,015 мкг/мх ера воспроизводимости метода 2-3.
- Результаты исследований обрабатывали статистически (Доспехов, 1979).