TOXIC EFFECT OF OIL AND OIL PRODUCTS ON WHEAT TRITICUM AESTIVUM AND THE MANIFESTATION OF RESISTANCE OF MICROMYCETES OF THE GENUS ASPERGILLUS TO OIL PRODUCTS

Full Text

Нефть и нефтепродукты являются ключевым компонентом для топлива всех видов транспорта, а также повсеместно используется в промышленных целях для производства ряда различных материалов. Углеводороды нефти и их производные являются основными загрязнителями окружающей среды в результате неуправляемых выбросов из скважин, аварийных разливов при повреждении хранилищ и трубопроводов и других процессов [1]. В результате нефтяного загрязнения в почве формируется раздельно-частичная или бесструктурно-массивная структура. Поступая в почву, нефтепродукты ухудшают её биологические, химические и физические свойства [2; 3]. Для ликвидации утечки разливов нефтепродуктов и нефти в мире организуется рекультивация путём комбинирования технических, химических и биологических средств. Однако помимо проведения рекультивации происходят естественные процессы биодеструкции нефтезагрязнённых участков и существенную роль в этом выполняют различные углеводородокисляющие микроорганизмы, в особенности микроскопические грибы.

 

Условия и методы исследования

Был произведён отбор почв в нефтезагрязнёном участке в трёх различных местах: нефтезагрязнённая почва; почва, взятая на расстоянии 30–40 см от загрязнения; отдалённое на 50 м от загрязнения место с травянистой растительностью. Пробы отбирались вблизи трамвайных рельс в городе Самара.  Из почвы путём образования суспензии и дальнейшего посева на чашки Петри были обнаружены плесневые грибы рода Aspergillus. Далее была протестирована возможность развития этих грибов в условиях дефицита кислорода на нефтяной плёнке. Был проведён посев грибов в пробирки с жидкой средой Чапека, после помещалось 0,5 мл нефти и производилась инкубация в термостате при 30 градусов в течении 10 суток. Эксперимент проводился в трёх повторностях и с контрольным образцом для каждого вида грибов.

Полученные в ходе выделения из сузпензии почв грибы были протестированы на резистентность к токсическому воздействию нефти и нефтепродуктов (тормозная жидкость, дизельное топливо, машинное масло).  В чашки Петри с использованием среды Чапека в качестве питательного субстрата шпателем было распределено по 0,1 мл среды с грибами Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus и Aspergillus candidus. Внутрь каждой чашки Петри на среду с грибами были помещены по 4 стерильных бумажных диска. На бумажные диски приливались по 10 мкл нефтепродуктов каждого типа, таким образом внутри чашек образовывалась небольшая зона и выделялись пары, которые предположительно должны повлиять на рост грибов. Чашки Петри были помещены в термостат на 10 дней при температуре 30 градусов. После проводилось регулярное наблюдение за ростом.

Для оценки токсического воздействия нефтепродуктов был проведён эксперимент с выращиванием традиционного биоиндикатора – пшеницы мягкой Triticum aestivum на водной среде с добавлением нефтепродуктов в разных концентрациях (бензин – 2 %, 1 %, дизель – 2 %, 4 %, машинное масло – 2 %, 4 %, сервисная жидкость «Дексрон» – 2 %, 4 %, тормозная жидкость – 2 %, 4 %) На чашки Петри были посажены по 10 семян пшеницы и добавлены нефтепродукты. Чашки Петри помещались в тепличные условия на 11 суток. Для определения степени ингибирования замерялась длина проростков корней и листьев на 5-е, 7-е, 9-е и 11-е сутки.

Был проведён также эксперимент для определения возможного влияния плесневого гриба Aspergillus niger на токсическое воздействие нефтепродуктов в почве. Были взяты 10 контейнеров для рассады, в каждый контейнер было добавлено 100 г почвы (почвобрикет), в почву приливалось по 4 мл нефтепродуктов разных типов (4 контейнера с тормозной жидкостью, 4 контейнера с антифризом, 2 контейнера – контрольные без нефтепродуктов и грибов). В каждые 2 из экспериментальных контейнеров приливалось по 10 мл жидкой питательной среды Чапека с колониями грибов Aspergillus niger. Контейнеры на неделю помещались в тёмное помещение со средней температурой 30 градусов. Спустя неделю в контейнеры были посажены семена пшеницы Triticum aestivum для проверки изменения степени токсичности нефтепродуктов в экспериментальных образцах с нефтепродуктами и колонией Aspergillus niger. Наблюдение проводилось 11 суток, проводились замеры проростков корней и листьев на 5-е, 7-е, 9-е и 11-е сутки.

 

Результаты и их обсуждение

Микромицеты, выделенные из суспензии почвы, были определены до видов: Aspergillus niger на загрязнённом нефтепродуктами участке, Aspergillus fumigatus в немного отдалённом от загрязнения и Aspergillus candidus в контрольном чистом участке.

Колонии Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus по итогам наблюдения показали рост на нефтяной плёнке, при визуальном осмотре удалось определить, что слой нефти стал тоньше контрольного образца.  Развитие колоний Aspergillus candidus при анаэробных условиях обнаружено не было. Максимальная устойчивость к нефтепродуктам была отмечена у вида Aspergillus niger, он рос на всех типах нефтепродуктов и визуально распространялся даже на самих дисках с нефтепродуктами. Средняя устойчивость проявилась у вида Aspergillus fumigatus, он не рос на среде с добавление дизельного топлива, а также общая скорость роста была ниже, чем у Aspergillus niger. Наименьшая устойчивость к нефтепродуктам была отмечена у вида Aspergillus candidus. Его рост отсутствовал на дизельном топливе, а также на машинном масле.

Из показателей экспериментальных и контрольных образцов роста пшеницы на водной среде с нефтепродуктами видно (рис. 1; 2), что рост листьев, корней и проростков корней отличается более чем в 4 раза, средняя длина листьев пшеницы на 11-е сутки наблюдения с экспериментальными образцами составила 1,4 см, контрольного образца – 19,4 см. Наибольший рост среди экспериментальных образцов показал образец с добавлением сервисной жидкости «Дексрон» в концентрации 2 %, рост листьев на 11-е сутки составил 2,78 см, наименьший рост отмечен в среде с добавлением бензина 2 % концентрации – 0,58 см на 11-е сутки измерения.

 

Рис. 1. Длина листьев пшеницы при выращивании на водной среде с добавлением

разных нефтепродуктов (p<0,05)

 

Рис. 2. Длина корней проростков пшеницы при выращивании на водной среде

с добавлением разных нефтепродуктов (p<0,05)

Рис. 3. Длина корней проростков пшеницы при выращивании в почве

с добавлением разных нефтепродуктов на 11-е сутки, см (p<0,05)

 

 

Средняя длина проростков корней у образцов с нефтепродуктами составила 1,9 см, у контрольного образца – 19,4 (рис. 2). Наибольший рост среди экспериментальных образцов показал образец с добавлением машинного масла в концентрации 2 %, рост листьев на 11-е сутки составил 5,86 см. Наименьшие показатели – в среде с добавлением бензина 2 % – 0,44 см за 11 суток.  При этом была обнаружено, что семена на среде с антифризом и тормозной жидкостью не проросли совсем.

На грунте с добавлением таких нефтепродуктов, как антифриз и тормозная жидкость, рост пшеницы угнетается, это видно, исходя из разницы контрольного образца от экспериментальных (рис. 3), однако рост, в отличии от водной среды, происходит. Также можно отметить, что показатели роста корней образцов с добавлением гриба Aspergillus niger в среднем на 15–20 % выше по сравнению с образцами, где были добавлены исключительно нефтепродукты: средний рост корней проростков на 11-е сутки наблюдения составил 4,05 см в почвосмеси с антифризом и добавленными грибами Aspergillus niger, в почвосмеси исключительно с анти-фризом – всего 3,05 см, то есть на 25 % ниже. В опыте с добавленной тормозной жидкостью разница составляет 13 %.

 

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод о том, что нефтепродукты и нефть даже в невысокой концентрации в небольших объёмах угнетают развитие пшеницы мягкой Triticum aestivum. При этом меняется состав микробиоты почвы, в которой начинают доминировать определённые виды потенциально патогенных микромицетов, таких как Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Aspergillus candidus, способных использовать нефтепродукты как питательный субстрат. Они крайне устойчивы к токсическому воздействию нефтепродуктов и нефти, некоторые способны развиваться даже в условиях отсутствия кислорода. Тем самым, это делает их участниками процесса естественного самоочищения почвы от нефтяных загрязнений. С другой стороны, широкое распространение на загрязнённых нефтепродук-тами почвенных субстратах подобных видов микромицетов, являющихся условно-патоген-ными для человека, способно вызвать ряд серьёзных заболеваний у человека и животных, в связи с чем необходимо продолжить изучение данных компонентов урбоэкосистем.

About the authors

Roman Viktorovich Evsigneev

Samara National Research University, Russia

Author for correspondence.
Email: evsegneev.roman@gmail.com

graduate student of the Biological Faculty

Russian Federation, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34

Failya Djalilovna Safiullina

Samara University

Email: safiyllina085@gmail.com

pupil of the VIII grade of the
Samara Regional Center for Smart Children

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34.

Tatyana Ivanovna Vasilyeva

Samara University

Email: vastaty@rambler.ru

assistant professor of the
Department of Biochemistry, Biotechnology and Bioengineering

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34.

Supplementary files