Введение к работе
Актуальность темы . Известно, что современный уровень антропогенного воздействия на почву сопровождается значительным изменением ее экологии. Это приводит к нарушению естественного равновесия в микробном ценозе почвы, перестройке в их функциональной и таксономической структуре. При этом существенно изменяется интенсивность и направленность процессов трансформации органических веществ в почве. Поэтому для разработки надежных методов регулирования скорости трансформации органических веществ в почве следует подробно изучить как кинетику ее разложения в различных условиях, так и микроорганизмы, которые доминируют в процессах деструкции того или иного органического вещества.
В настоящее время показано, что трансформация органических веществ в почве осуществляется как аэробными, так и анаэробными микроорганизмами. Среди анаэробных бактерий особо выделяется группировка микроорганизмов, относимая к роду Clostridium. Это одна из наиболее широко распространенных во всех (или почти во всех) почвах, принимающая участие во многих почвенных процессах, связанных с трансформацией простых и сложных органических соединений (углеводов, полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, липидов, гумусовых веществ, нефти и др. веществ) (Мишустин, Емцев, 1974; Емцев, 1982, 1985, 1986; Емцев, Бабайцева, Витол, 1977; Ручко, Туев, 1984; Емцев, 1987). Известно также участие Clostridium в трансформации ксенобиотиков инсектицидов и гербицидов в почве (Емцев, 1982). А так как род Clostridium включает целый ряд физиологических подгрупп организмов, обладающих различными ферментными системами, возникает необходимость изучения участия каждой такой группировки анаэробных бактерий в деструкции различных органических веществ, а также исследования условий протекания этих процессов. Хотя некоторые физиологические подгруппы рода Clostridium были изучены (Мишустин, Емцев, 1974; Емцев, 1982), однако многие вопросы участия анаэробных бактерий в деструкции природных и неприродных веществ, остаются недостаточно изученными.
В связи с указанным, целью данной работы было изучение роли пури-нолитических, протеолитических и сахаролитических анаэробов рода Clostridium в трансформации ряда природных веществ (гумуса, лигнина), а также ксенобиотиков (гербицидов).
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Охарактеризовать некоторые физиолого-биохимические особенности почвенных сахаролитических анаэробных бактерий рода Clostridium;
-
Изучить характер трансформации гумуса в зависимости от его фракционного состава, определив при этом воздействие пуринолитических и
протеолитических анаэробов на элементный и функциональный состав гумусовых соединений;
-
Изучить трансформацию лигнина сахаролитическими анаэробами рода Clostridium;
-
Исследовать возможность использования и трансформации пестицидов (гербицидов) сахаролитическими анаэробами.
Научная новизна. Установлена трансформация различных фракций фульво- и гуминовых кислот пуринолитическими и протеолитическими анаэробами рода Clostridium. Более лабильные фульвокислотные фракции гумуса трансформируются интенсивнее и легче, чем фракции гуминовых кислот. Изменения гумусовых соединений в результате их трансформации анаэробными бактериями происходят по окислительно-гидролитическому пути, в результате чего в макромолекулах гумуса снижается доля периферической части, повышается ее обуглероженность, окисленность и ароматичность. При трансформации фракций гумуса пуринолитическими бактериями происходит деструкция не только алифатической, но и ядерной части молекул, в то время как протеолитические анаэробы использовали только периферическую часть гумусовых молекул без нарушения их ароматического ядра.
Впервые установлено, что сахаролитические анаэробы рода Clostridium обладают способностью к трансформации лигнина, которая сопровождается карбоксилированием и гидроксилированием молекул этого вещества, увеличением содержания в составе лигнина карбонильных групп и снижением метоксилов. Микробная трансформация лигнина, в первую очередь, затрагивает алифатическую часть его молекул и незначительно сказывается на ароматических фрагментах. Выявлена способность к трансформации ксенобиотиков (гербицидов) у сахаролитических и протеолитических анаэробов.
Практическая значимость. Полученные в работе данные могут быть использованы при разработке практических приемов регулирования микробиологической трансформации гумуса и лигнина, а также для разработки научно-обоснованных мероприятий по направленному регулированию процесса разложения и детоксикации ксенобиотиков (гербицидов) в почве.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Республиканской конференции "Пути повышения эффективности факторов интенсификации сельскохозяйственного производства" (Вильнюс, Литва, 1986); Всесоюзной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (МГУ, Москва, 1986); Всесоюзной конференции "Микробиологические методы защиты окружающей среды (Пущино, 1988), Республиканской конференции "Биоконверсия-88. Теоретические основы микробной конверсии" (Рига, Латвия, 1988); Международном симпозиуме по биологии почв и охране окружающей среды (Венгрия, 1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, выводов и приложения. Работа изложена на 219 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы. Список используемой литературы включает 393 наименования, в том числе 180 зарубежных.