|
Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, Петропавловск-Камчатский, Россия
Значительная доля термальной воды, поступающей из подземных скважин Паратунских гидротермальных источников в воды месторождения лечебной грязи «Озеро Утиное» Камчатского края, определяет изменение гидрохимического состава покровных вод озера. В свою очередь эти воды являются источником минерального питания при формировании донных отложений. Значительная доля термальных вод обуславливает накопление токсичных элементов: Li, F, B, As, Mn, концентрация которых, не превышающая ПДК, наблюдалась в исследованиях донных отложений в 2012 г.
Микроэлементный состав водного экстракта лечебной грязи озера Утиного включает Al, Fe, Mn, Mo, Cu, As, Ti, Sr, Si, Ag. Будучи фактором положительного бальнеологического действия, эти металлы, более угнетают специфическое микробное сообщество, чем адаптированную санитарно-показательную флору, загрязняющую водоем. Это снижает очистительную способность грязи и водоема в целом.
В настоящее время накоплен значительный объем данных о существенном влиянии высоких доз токсичных металлов на видовой состав и численность микрофлоры [6]. Токсическое действие металлов проявляется в ингибировании процессов метаболизма.
Для выяснения влияния ионов токсичных металлов термальной воды на жизнедеятельность микроорганизмов лечебной грязи, было решено экспериментально оценить влияние эффекта разведения термальной воды на микроорганизмы пелоида в процессе активации (разжижения, перемешивания, прогрева).
Изучение влияния токсичных металлов проводилось в модельном опыте на лечебной грязи озера Утиное, характеризующейся следующими показателями: минерализация 1,0–1,5 г/л, > 0,5 мг/л сульфидов, > 90%-ая зольность, 7,0–9,0 pH, –500–0 Eh, 45–75 % влажность.
Методика эксперимента заключалась в закреплении колб с исследуемым материалом на качалке (70 об/мин) и инкубации их в термостате с поддержанием температуры, близкой к естественным условиям обитания микрофлоры (12–15 °С) на протяжении 22 дней.
Схема опыта включала внесение токсикантов в виде ионов металлов в составе термальной воды Паратунских источников Камчатского края. Были проведены разведения образцов грязи термальной и дистиллированной водой в разных соотношениях в 9 конических колбах общим объемом 200 мл каждая, кроме «стрессовой» пробы С, содержащей 250 мл материала. Проба С содержит максимальный объем термальной воды (100 мл) относительно других разведений для получения более показательных результатов. Контрольная проба (K) содержит только 150 мл пелоидного образца и доведена до необходимого объема 50 мл озерной водой.
Критерием устойчивости микроорганизмов к содержанию токсичных металлов в среде служил прирост численности этих микробов в сравнении с контрольным вариантом и с образцами, содержащими меньшее количество термальной воды (что соответствует меньшему содержанию токсичных ионов). Определение численности микроорганизмов производилось каждый день прямым подсчетом клеток в поле зрения микроскопа.
На протяжении 22 дней проводилось измерение таких показателей, как реакция среды (pH), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).
На 15 день эксперимента в колбы с исследуемой суспензией был добавлен органический субстрат в виде пшеничной муки.
Характер влияния на микроорганизмы токсичных металлов определяется, как известно, концентрацией токсичных ионов в среде, ее физико-химическими показателями и биологическими свойствами микробных клеток [2].
На графике ниже представлены наиболее показательные данные, выражающий динамику прироста численности микроорганизмов (рис. 1). Линии графика изображают показатели прироста численности в контрольной пробе, пробе № 1, № 6, № 7 и «стрессовой» пробе. Из этого графика хорошо видно, что максимальные значения прироста микробного числа во всех исследуемых колбах соответствуют датам после внесения дополнительного органического субстрата (муки). Скачок прироста численности произошел не сразу, а через 5 дней. Внесение муки и незначительное изменение состава привычной среды сопоставимо с внесением культуры в новую среду. За счет этого, вероятно, замедлились процессы усвоения органики [4]. Это закономерный результат и объясняется он тем, что к десятому дню инкубирования основной субстрат в колбах был истощен в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, а внесение на этих сроках муки послужило толчком для возобновления клетками роста.
Рисунок 1. Изменение динамики прироста клеток в показательных пробах с 10-го дня эксперимента. По оси у – количество клеток в 1 мл исследуемого раствора (*107 кл/мл). В скобках указано процентное содержание термальной воды в пробах от общего разведения.
Характеризуя полученные данные, можно отметить, что в первые дни наблюдений прямых корреляций не видно. Но разная интенсивность роста микробного числа в колбах с разным разведением после внесения органического субстрата указывает на то, что в тех колбах, где процент термальной воды был выше, размножение клеток заметно менее интенсивное, чем в колбах с большим содержанием дистиллированной воды. То есть в колбах с большим содержанием токсичных ионов (привнесенных с термальной водой), микроорганизмы оказались менее активными и менее интенсивно стали усваивать органику. Это, вероятно, вызвано угнетающим действием возросшей концентрации токсичных элементов на жизнедеятельность микроорганизмов, о чем свидетельствуют литературные данные [2, 3]. Также замечено, что раньше всего скачок численности микроорганизмов произошел в пробах с большим содержанием токсичных ионов, что, вероятно объясняется использованием, до определенного момента, микроорганизмами термальной воды в качестве дополнительного источника микроэлементов. К тому же можно предположить, что и в первые дни инкубирования микроорганизмы сначала усваивали ионы металлов и использовали их в качестве биологически активных компонентов в процессе развития, так как в малых, предельно допустимых концентрациях ионы токсичных металлов являются необходимыми микроэлементами и выходят в состав многих биологически важных макромолекул [3, 5].
Известно, что при действии токсичных металлов в клетках микроорганизмов происходит ряд дегенеративных изменений, которые могут вести к ингибированию их размножения. Проникая в живые клетки, металлы нарушают их жизнедеятельность: инактивируют ферменты, вызывают разрывы в цепях нуклеиновых кислот и т. д. [6].
Параллельно в ходе эксперимента было установлено изменение реакции среды и ОВП в процессе инкубирования в связи происходящими в колбах процессами жизнедеятельности микроорганизмов. Реакция среды начала падать с 4 и стабилизировалась к 10 дню примерно в районе показателя pH 3, но после внесения муки показатель рН стал постепенно нарастать. Обратная динамика наблюдается со стороны ОВП – до внесения муки он имел более высокие значения, чем после внесения органики.
Исходя из полученных данных видно, что проба С заметно отличается от других проб. Причиной этому служит наибольшее содержание термальной воды в колбе. Показатель прироста клеток в этой пробе наглядно показывает, что значительное содержание ионов токсичных ионов в среде ингибирует процесс развития микрофлоры.
На основании экспериментальной оценки влияния эффекта разведения термальной водой на микроорганизмы лечебной грязи можно заключить, что существует зависимость нарастания микробной численности от концентраций, привнесенных с термальной водой токсичных ионов. Однако, для получения более точных результатов и обобщения выводов требуется проведение серии экспериментов, в которых необходимо выбрать минимальную концентрацию токсичных ионов в отдельном и сочетанном присутствии, под действием которых начинает проявляться эффект токсичности.
Список литературы
1. Алексеева, А. Н. Изменение состава белков оболочки и липополисахарида у кадмийустойчивых псевдомонад / А. Н. Алексеева, Д. А. Анисимов, В. А. Хоменко // Биол. мембраны. – 1991. – Т. 8. – № 8. – С. 800–804.
2. Иванова, Е. П. Толерантность к солям тяжёлых металлов морских протеобактерий родов Pseudoalteromonas и Alteromonas / Е. П. Иванова, Н. М. Горшкова, В. В. Куриленко // Микробиология. – 2001. – Т. 70. – № 2. – С. 283–285.
3. Каравайко, Г. И. Литотрофные микроорганизмы окислительных циклов серы и железа / Г. И. Каравайко, Г. А. Дубинина, Т. Ф. Кондратьева // Микробиология. – 2006. – Т. 75. – № 5. – С. 593–629.
4. Сбойчаков, В. Б. Санитарная микробиология. / В. Б. Сбойчаков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. – 192 с.
5. Сомов, Г. П. Адаптация патогенных бактерий к абиотическим факторам окружающей среды. / Г. П. Сомов, Л. С. Бузолёва. – Владивосток: Примполиграфкомбинат, 2004. – 167 с.
6. Чубуков, В. Ф. Микробы запасают металлы / В. Ф. Чубуков // Химия и жизнь. – 1982. – № 11. – С. 53-55.
|
