CC BY
45
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(3)
_DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250
Original article
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016 УДК 614.77(-21)
Свистова И.Д.1, Назаренко Н.Н.2, Корецкая И.И.1
САНИТАРНО ОПАСНЫЕ МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ В ПОЧВАХ ВОРОНЕЖА
1ФГБОУ ВПО Воронежский государственный педагогический университет, 394043, Воронеж; 2ФГБОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I, 394087, Воронеж
На примере урбопочв Воронежа выявлена зависимость степени нарушения комплексов мицелиальных микроорганизмов от уровня загрязнения почвы. Для комплекса микромицетов в рекреационной зоне города нарушения обратимы и соответствуют адаптивному диапазону «стресса», в транспортной зоне происходит необратимый переход в адаптивный диапазон «резистентности». Накапливаются токсигенные, условно-патогенные и аллергенные виды грибов, что представляет опасность для здоровья городского населения. Комплекс почвенных актиномицетов более устойчив. Микробиологические показатели (списки индикаторных видов грибов) необходимо использовать для мониторинга городских почв.
Ключевые слова: городская почва; тяжелые металлы и нефтепродукты; микробиоиндикация; микромицеты; актиномицеты; санитарно-опасные виды.
Для цитирования: Свистова И.Д., Назаренко Н.Н., Корецкая И.И. Санитарно опасные мицелиальные микроорганизмы в почвах Воронежа. Гигиена и санитария. 2016; 95 (3): 247-250. DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250
Svistova I.D.1, Nazarenko N.N.2, Koretskaya I.I.1
SANITARY DANGEROUS FILAMENTOUS MICROORGANISMS IN SOILS OF THE CITY OF VORONEZH
1 Voronezh State Pedagogical University, 394043, Voronezh, Russain Federation; Voronezh State Agricultural University named after Emperor Peter the Great, Voronezh, 394087, Russian Federation
On the example of urban soils of the city of Voronezh there was revealed dependence of the degree of the disturbance of complexes of filamentous microorganisms on soil contamination levels. For the complex of micromycetes in the recreational area of the city disturbances are reversible and correspond to the adaptive range of "stress". In the transport an irreversible transition originates to the adaptive range of "resistance". There are accumulated toxigenic, opportunistic and allergenic fungi species that is harmful to the health of the urban population. The complex of soil actinomycetes is more sustainable. Microbiological indices (lists of indicative species offungi) should be used for the monitoring of urban soils.
Keywords: urban soil; heavy metals and petroleum products; microbiological indication of soil; micromycetes; actinomycetes; sanitary dangerous species.
For citation: Svistova I.D., Nazarenko N.N., Koretskaya I.I. Sanitary dangerous filamentous microorganisms in soils of the city of Voronezh. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal) 2016; 95(3): 247-250. (In Russ.). DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250
For correspondence: Natalya N. Nazarenko, MD, PhD, associate Professor of the Department of biology and plant protection. E-mail: [email protected]
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Funding. The study had no sponsorship. Received 10.11.2014 Accepted 04.06.2015
Введение
Интенсивная антропогенная нагрузка в крупных городах приводит к резкому ухудшению экологической обстановки. Промышленные и автотранспортные выбросы накапливаются в почве, содержание тяжелых металлов (ТМ) и нефтепродуктов используется для санитарно-гигиенического мониторинга уровня загрязнения городской среды. Городские почвы могут быть резервуаром санитарно-опасных микроорганизмов, обычно для биомониторинга используют численность бактерий группы кишечной палочки.
Важной частью почвенного микробного сообщества являются мицелиальные микроорганизмы: микроскопические грибы (микромицеты) и мицели-альные прокариоты (актиномицеты). Потенциально патогенные (оппортунистические) грибы и актиномицеты, а также вызываемые ими заболевания пред-
Для корреспонденции: Назаренко Наталья Николаевна, канд. биол. наук, доц. кафедры биологии и защиты растений ВГАУ, 394087, г. Воронеж, E-mail: [email protected].
ставляют несомненную экологическую опасность [1, 2]. Доказано значение микогенной сенсибилизации в патогенезе аллергических заболеваний, особенно у городского населения с пониженным иммунным статусом [3]. По данным комитета по номенклатуре аллергенов Международного союза иммунологических обществ (ШШ), из 489 зарегистрированных аллергенов 86 - аллергены грибов. Серьезную проблему представляют также микотоксикозы, связанные с накоплением микробных токсинов в растениеводческой продукции [4].
В литературе имеются единичные работы по изучению структуры комплексов микромицетов и актиномицетов в почве малых городов и крупных мегаполисов [5, 6]. Недавно в Федеральный государственный реестр методик, допущенных для целей государственного экологического контроля, внесена новая «Биодиагностика состояния почвы с использованием водорослей, цианобактерий и микромицетов» [7], опробованная на подзолистых почвах Нечерноземья. Чернозем традиционно считается более бу-
дигиена и санитария. 2016; 95(3)
DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250
Оригинальная статья
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в почве Воронежа (мг/кг; данные за 2013 г.)
Городские ТМ (подвижные формы) Нефте-
зоны Cd Pb Zn Ni Cu продукты
Контроль 0,00 0,2-0,5 1,2-2,0 0,00-0,01 0,1-0,2 40-48
Правобережная часть города
Рекреация 0,00 0,7-1,0 4,2-5,6 0,00-0,1 0,1-0,3 60-82
Транспортная 0-0,1 1,0-60 3,4-27,4 0,1-28 0,3-5,1 230-700
Левобережная часть города
Рекреация 0,00 1,3-1,9 4,0-10,1 0,1-0,2 0,2-0,7 64-90
Транспортная 0-0,23 0,4-9,0 1,0-28,7 0,2-1,5 0,3-4,5 170-980
Региональ- 0 1,2 8,0 1,5 3,0 40 ный фон
ПДК (ТМ), < 0,1 6 ОДК (нефтепродукты)
23
4
3
300
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения, превышающие ПДК или ОДК, подчеркнуты значения, превышающие фон.
ферной почвой, нарушения почвенной биоты проявляются только при высоких уровнях загрязнения [8], однако нами было обнаружено изменение видового состава грибов в почве Воронежа [9, 10].
Целью работы было изучение состава и структуры комплексов мицелиальных микроорганизмов в урбо-почвах крупного областного центра Центрально-Черноземной зоны Воронежа с разным уровнем антропогенной нагрузки и выбор информативных параметров микробиомониторинга, имеющих санитарно-гигиеническое значение.
Материал и методы
Почвенные пробы отбирали из слоя 0-10 см в середине вегетационного сезона (июль) согласно «ГОСТ 17.4.3.01-83. Почвы». Отбор проб проводили отдельно для левобережной и правобережной части города в силу разного состава почв, а также уровня техногенной нагрузки.
Территория Воронежа была разделена нами на функциональные зоны, общепринятые при изучении городских почв [11]. Рекреационная зона включала парки и скверы, представлена слабонарушенными почвами (черноземы выщелоченные, частично куль-туроземы). Транспортная зона (пробы отбирали на расстоянии 3-5 м от полотна дороги вдоль оживленных автомагистралей) представлена техногенно измененными почвами (урбаноземы и индустриземы). Контроль - ненарушенный чернозем выщелоченный пригородной зоны на расстоянии 50 км от города.
Численность микроорганизмов определяли методом посева на агаризованные питательные среды (среда Чапека для микромицетов и крахмало-аммиачный агар для актиномицетов). Видовую принадлежность микромице-тов и секционный состав актиномицетов устанавливали по соответствующим определителям [1, 2, 12].
Для характеристики структуры комплексов мицелиальных микроорганизмов использовали частоту встречаемости и плотность вида (секции) [13]. В качестве показателей биоразнообразия использова-
Таблица 2
Показатели структуры комплекса микромицетов в урбопочвах Воронежа
Показатели
Контроль
Городские зоны
рекреация транспортная
Количество типичных видов 17- 19 17- 19 19 20
Из них: часто встречающихся 10- 12 10- 12 14
не характерных для контроля 12- 14 19 20
токсигенных 1- 3 3- 5 10 11
Плотность типичных видов 44 -58 54- 65 84 90
Из них токсигенных 10 20 12- 23 87 97
Индекс Шеннона Н 3,5- 3,8 3,3- 3,4 2,1- 2,4
Индекс доминирования 0,09- 0,10 0,10- -0,12 0,21- 0,23
Симпсона С
К Съеренсена сх г 1 ,0 0,69- -0,73 0,17- -0,21
ли индекс Шеннона и индекс доминирования Симп-сона, для оценки сходства комплексов - коэффициент Съеренсена [10].
Содержание ТМ в почвенных образцах определяли атомно-абсорбционным методом, нефтепродукты -методом хлороформ-гексановой экстракции.
Результаты обрабатывали с использованием программ Excel и Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение
В табл. 1 представлено содержание основных загрязняющих веществ в почве различных функциональных зон Воронежа. В рекреациях содержание нефтепродуктов превышало региональные фоновые значения до 2-2,5 раз, однако оставалось ниже ориентировочно допустимых концентраций (ОДК). В транспортных зонах, особенно в левобережной части города, фоновые значения превышены в 18-20 раз, в целом по городу в 43% проб содержание нефтепродуктов превышало ОДК почти в 2 раза.
По ТМ в почве рекреационной зоны города выявлено превышение регионального фона для Zn в левобережной части города и для Ni в правобережье. В почве транспортной зоны обнаружено превышение ПДК по веществам первого класса опасности: в пробах, отобранных вблизи оживленных перекрестков левобережья, содержание Cd оказалось выше ПДК более чем в 2 раза, содержание Pb - до 1,5 раза. По другим ТМ превышение ПДК отмечено для Zn и Cu в почве обеих частей города.
Загрязнение почв обследуемых участков привело к нарушению состава и структуры комплексов ми-целиальных микроорганизмов. Показатели видовой структуры комплекса почвенных микроскопических грибов в разных городских зонах по сравнению с контрольными участками представлены в табл. 2.
Видовое богатство микромицетов в урбопочвах не снижалось по сравнению с контролем. В рекреационных зонах города видовой состав практически не менялся, выявлена только перегруппировка типичных видов грибов по частотам встречаемости: многие виды, типичные для пригородной почвы, оказались в ранге случайных и, наоборот, при этом показатели биоразнообразия всего комплекса были близки к
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(3)
DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250
Original article
Таблица 3
Реакция почвенных микромицетов на городскую нагрузку
Виды микромицетов Группы
Acremopnium alternatum, Сephalosporium acremonium, Paecilomyces lilacinum, Trichoderma koningii*, Penicillium daleae, P. simplicissimus, Aspergillus ustus*, Botrytis cinerea, Fusarium solani*
P. tardum*, P. expansum, Humicola grisea*, A. wentii*, A. niger, Gliocladium virens, Cladosporium herbarum*
A. clavatus*, A. terreus*, A. flavus*, A. alliaceus*, P. funiculosum*, P. rubrum*, P. rugulosum*,P notatum*, Botryotrichumpiluliferum*, Stachybotrys chartarum*, Talaromyces flavus*,Alternaria alternata*
A. ochraceus*, A. versicolor*, A fumigatus*, A. terricola*, A. tamarii*, P. viridicatum*, P. variabile*, P. purpurogenum*, P. velutinum*, G. roseum*, F. nivale*
Примечание. * - Токсигенные виды, жирным шрифтом выделены патогенные и аллергенные виды.
Чувствительные
Устойчивые Индикаторные
Не характерные для контроля
контрольным значениям. По критериям, принятым в экологии [8], такие нарушения обратимы и соответствуют адаптивному диапазону «стресса» (смена доминирования типичных видов).
В почве транспортной зоны Воронежа обнаружен необратимый переход комплекса микромицетов в адаптивный диапазон «резистентности» (полная смена видового состава). При этом индекс видового разнообразия Шеннона снижался, индекс доминирования и доля типичных видов возрастали в 2 раза, т. е. явно проявлялась «концентрация доминирования» за счет элиминирования редких и случайных видов почвенных грибов. Коэффициент сходства комплексов микромицетов в контроле и почве транспортных зон был низким.
Для выявления экологической направленности сукцессии почвенных грибов в урбопочвах мы оценили долю токсигенных видов в комплексе типичных видов [1, 4]. Оказалось, что в почве транспортной зоны города она достигала почти 100%.
Все виды микромицетов по их реакции на городское загрязнение были разделены нами на 4 группы (табл. 3).
В первую группу входят чувствительные к антропогенной нагрузке виды, исчезающие или резко снижающие частоту встречаемости в урбопоч-вах. Устойчивые к городскому загрязнению виды микроскопических грибов сохраняют свою частоту встречаемости на уровне контроля.
Наибольший интерес представляют индикаторные виды, редко встречающиеся или случайные в контроле, но доминирующие в городских почвах. К ним относят виды родов Penicillium (P. rubrum, P. rugulosum, P. notatum, P. funiculosum), Aspergillus (A. flavus, A. terreus, A. clavatus, A. alliaceus), Botryot-
Таблица 4
Показатели структуры комплекса актиномицетов в урбаноземах Воронежа
Показатель Городские зоны
контроль рекреации транспортные
Количество типичных секций 10-11 10 8-9
из них: часто встречающихся 6 4-5 7-8
не характерных для контроля - - 1-2
Плотность типичных секций 80-89 71-84 90-95
Индекс Шеннона Н 2,35 2,20 2,44
Индекс доминирования С 0,20 0,21 0,20
К Съеренсена сх г 1,0 0,74-0,90 0,60-0,76
richum, Stachybotrys, Talaromyces, Alternaria. Кроме того, из почвы транспортной зоны Воронежа нами обнаружено появление не характерных для контроля видов родов Penicillium, Aspergillus, Gliocladium, Fusarium. Это заносные виды, характерные для более южных регионов, которые интродуцируются в городские почвы с нарушенным микробным сообществом.
В эти группы входят виды микромицетов, которые активно синтезируют микотоксины [2]. Вероятно, эта способность метаболизма позволяет им выигрывать обостряющуюся в условиях городской нагрузки конкурентную борьбу с другими видами и сохраняться в почве транспортных зон города.
Кроме того, среди почвенных грибов из двух последних групп многие известны как условно-патогенные виды или обладают аллергенными свойствами, что представляет опасность для здоровья городского населения с ослабленным иммунным статусом [3].
Структура комплекса актиномицетов оказалась более устойчивой к городской нагрузке, нарушения в почве всех зон Воронежа не превышали диапазона «стрессовых» реакций (табл. 4). Вероятно, это обусловлено большей устойчивостью актиномицетов к техногенному загрязнению почвы, а также широким распространением в этой группе почвенных микроорганизмов способности к синтезу токсинов [14].
Чувствительными к городской нагрузке на почву оказались род Micromonospora, а также некоторые серии стрептомицетов (табл. 5). В группе устойчивых и индикаторных секций преобладали серии стрептоми-цетов с темной или яркой пигментацией. К заносным, не характерным для контроля, но выявляемым в ур-бопочвах, можно отнести только две серии стрепто-мицетов.
Таким образом, почвенный микробиомониторинг - актуальное и перспективное направление комплекс-
Таблица 5
Реакция комплекса актиномицетов на городскую нагрузку
Секции актиномицетов
Группы
Micromonospora, Str. cinereus chromogenes, Str. cinereus aureus, Str. imperfectus
Str. cinereus achromogenes, Str. azureus, Str. albus albus, Str. roseus ruber
Nocardia, Str. roseus lavendula-roseus, Str. roseus fuscus, Str. albus albocoloratus, Str. helvolo-flavus helvolus
Str. roseus roseo-violaceus, Str. helvolo-flavus flavus
Чувствительные
Устойчивые
Индикаторные
Не характерные для контроля
гиена и санитария. 2016; 95(3)
DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-247-250_
Оригинальная статья
ного анализа городской среды, в том числе и для санитарно-гигиенических обследований. Нами продемонстрирована прямая взаимосвязь уровня загрязнения почвы и степени нарушения комплексов мице-лиальных почвенных микроорганизмов на примере урбопочв г. Воронежа, сформированных на черноземах. Информативными параметрами биомониторинга могут служить состав и структура комплекса микроскопических грибов, комплекс актиномицетов более устойчив к городскому загрязнению. В наиболее загрязненных почвах транспортной зоны накапливаются токсигенные, условно-патогенные и аллергенные виды почвенных грибов, что должно привлечь внимание специалистов к необходимости ведения локального санитарно-гигиенического биомониторинга почвы и контроля растениеводческой продукции, выращенной в зоне влияния города.
Выводы
1. Нарушения структуры комплекса почвенных микромицетов в рекреационной зоне Воронежа обратимы и соответствуют адаптивному диапазону «стресса». В транспортной зоне происходит необратимый переход в адаптивный диапазон «резистентности». Комплекс актиномицетов более устойчив, нарушения не превышают «стрессовых» реакций.
2. Доминирующее положение в почве транспортной зоны занимают токсигенные виды грибов, многие из них относятся к условно-патогенным или обладают аллергенными свойствами, что представляет санитарно-гигиеническую опасность для здоровья городского населения.
3. Микробиологические показатели (списки видов почвенных грибов) необходимо включать в реестр оценки состояния компонентов природной среды при организации локального мониторинга городских территорий.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литер ату р а
1. Билай В.И., Курбацкая З.А. Определитель токсинообразую-щихмикромицетов. Киев: Наукова думка; 1990.
2. Кашкин П.Н. Определитель патогенных, токсигенных и вредных для человека грибов. М.: Медицина; 1979.
3. Аак О.В. Аллергены грибов. Особенности микогенной сенсибилизации. Проблемы медицинской микологии. 2005; 7 (2): 12-6.
4. Тутельян В.А., Кравченко Л.В. Микотоксины (медицинские и биологические аспекты). М.: Медицина; 1985.
5. Марфенина О.Е., Кулько А.Б., Иванова А.Е., Согонов М.В. Микроскопические грибы во внешней среде города. Микология и фитопатология. 2002; 36 (4): 22-31.
6. Марфенина О.Е. Микологический мониторинг почв: возможности и перспективы. Почвоведение. 1994; (1): 75-80.
7. Ашихмина Т.Я., Алалыкина Н.М., ред. Биологический мони-
торинг природно-техногенных систем. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН; 2011.
8. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Академия; 2005.
9. Свистова И.Д., Щербаков А.П., Корецкая И.И., Талалайко Н.Н. Накопление токсичных видов микроскопических грибов в городских почвах. Гигиена и санитария. 2003; (5): 547.
10. Назаренко Н.Н., Свистова И.Д. Микробиологическая индикация почв урболандшафтов: Монография. Воронеж: ВГАУ; 2013.
11. Строганова М.Н. Городские почвы: генезис, систематика и экологическое значение: Дисс. ... докт. биол. наук. М.; 1998.
12. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А. Определитель актиномицетов. М.: Наука; 1983.
13. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: МГУ; 1988.
14. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. М.: ГЕОС; 2001.
References
1. Bilay V.I., Kurbatskaya Z.A. The Determinant of Toxicoforming Micromycetes [Opredelitel' toksinoobrazuyushchikh mikromitse-tov]. Kiev: Naukova dumka; 1990. (in Russian)
2. Kashkin P.N. The Determinant of Pathogenic, Toxigenic and Opportunistic Fungi [Opredelitel'patogennykh, toksigennykh i vrednykh dlya cheloveka gribov]. Moscow: Meditsina; 1979. (in Russian)
3. Aak O.V. Fungal allergens. Features of mycogenic sensibilization. Problemy meditsinskoy mikologii. 2005; 7 (2): 12-6. (in Russian)
4. Tutel'yan V.A., Kravchenko L.V. Mycotoxins (Medical and Biological Aspects) [Mikotoksiny (meditsinskie i biologicheskie as-pekty)]. Moscow: Meditsina; 1985. (in Russian)
5. Marfenina O.E., Kul'ko A.B., Ivanova A.E., Sogonov M.V. Microscopic fungi in the environment of the city. Mikologiya i fi-topatologiya. 2002; 36 (4): 22-31. (in Russian)
6. Marfenina O.E. Mycological monitoring of soils: opportunities and prospects. Pochvovedenie. 1994; (1): 75-80. (in Russian)
7. Ashikhmina T.Ya., Alalykina N.M., eds. Biological Monitoring of Natural and Man-Made Systems [Biologicheskiy monitoring prirodno-tekhnogennykh sistem]. Syktyvkar: Komi NTs UrO RAN; 2011. (in Russian)
8. Zvyagintsev D.G., Bab'eva I.P., Zenova G.M. Soil Biology [Bi-ologiya pochv]. Moscow: Akademiya; 2005. (in Russian)
9. Svistova I.D., Shcherbakov A.P., Koretskaya I.I., Talalayko N.N. The accumulation of toxic species of microscopic fungi in urban soil. Gigiena i sanitariya. 2003; (5): 54-7. (in Russian)
10. Nazarenko N.N., Svistova I.D. Microbiological Indication of Soil Urbolandscapes [Mikrobiologicheskaya indikatsiya pochv urbolandshaftov: monografiya]. Voronezh: VGAU; 2013. (in Russian)
11. Stroganova M.N. Urban Soils: Genesis, Taxonomy and Ecological Value: Diss. Moscow; 1998. (in Russian)
12. Gauze G.F., Preobrazhenskaya T.P., Sveshnikova M.A. The Determinant of the Actinomycetes [Opredelitel' aktinomitsetov]. Moscow: Nauka; 1983. (in Russian)
13. Mirchink T.G. Soil Mycology [Pochvennaya mikologiya]. Moscow: MGU; 1988. (in Russian)
14. Zvyagintsev D.G., Zenova G.M. Ecology of Actinomycetes [Ekologiya aktinomitsetov]. Moscow: GEOS; 2001. (in Russian)
Поступила 10.11.14 Принята к печати 04.06.15
