РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 51-56
УДК 574::539.1.04:58.051:58.071:581.5
ВЛИЯНИЕ ПОЧВЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ НА ПЕРЕХОД 137Cs В РАСТЕНИЯ
© 2015 г. Е. Ю. Паренюк1, E. Е. Шаванова1, В. В. Ильенко2, Л. В. Титова3,
С. Е. Левчук1, И. Н. Гудков2, *
1Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии (УкрНИИСХР) Национального университета биоресурсов и природопользования Украины (НУБиП Украины), Киев, Украина 2Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев 3Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного НАН Украины, Киев
В экспериментах на искусственных средах показано, что наиболее интенсивный переход 137Cs из субстрата в растения (увеличение в 1.5 раза по сравнению с контролем) наблюдается при инокуляции семян рапса штаммом Azotobacter chroococcum УКМ В-6003. Лучшие показатели по снижению накопления радионуклида — в 1.3 раза отмечали при инокуляции семян штаммом Burkholderia sp. IMER-B1-53. Коллекционный штамм Bacillus megaterium УКМ В-5724 по сравнению с родственным природным микроорганизмом B. mуcoides — компонентом микробоценозов загрязненных радионуклидами почв обладал повышенной способностью к накоплению 137Cs.
Зона отчуждения Чернобыльской АЭС, почвенная микрофлора, растения, накопление 137Cs. DOI: 10.7868/S0869803115010105
Радиоэкологическая ситуация в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС в основном определяется загрязнением окружающей среды 90Sr, 137Cs, 238-240pu и 241Am и изменяется не только с естественным распадом радионуклидов, но и с их переходом в другие физико-химические состояния [1]. Накопление растениями основного дозообра-зующего радионуклида 137Cs с годами снижается. Причиной являются процессы его связывания в почве в реакциях обмена с различными химическими соединениями, адсорбции почвенным поглощающим комплексом и переходом в слаборастворимое труднодоступное растениям состояние.
Микрофлора играет важную роль в преобразовании физико-химического состояния радионуклидов в почве. В зависимости от типа почвы, а, соответственно, и населяющего его микробоце-ноза, эти процессы могут как ускоряться, так и тормозиться. Данных о влиянии радиоактивного загрязнения на состояние почвенных микробоценозов имеется крайне мало. Было установлено, что различные виды бактерий различаются по способности к аккумуляции радионуклида. Так, в условиях загрязненной 137Cs искусственной среды клетки Rhodococcus sрр. накапливали значительно большее количество радионуклида, чем
* Адресат для корреспонденции: Украина, 03041, Киев-041, ул. Героев Обороны, 15, кафедра радиобиологии и радиоэкологии; тел.: + (38044) 527-89-26; e-mail: ingudkov@ ukr.net.
штамм Pseudomonas sрр., который практически не проявлял склонности к его аккумуляции [2]. Сообщалось о различиях в поглощении 137Cs бактериями, выделенными из загрязненной радиоактивным цезием почвы [3]. Существует мнение, что разная способность к поглощению и депонированию ионов цезия и его химического аналога калия объясняется неодинаковым уровнем их сродства с различными катионами, для которых в клетках имеются специфические транспортные системы; определенное влияние на эти процессы могут иметь и отдельные физико-химические факторы [4].
Целью работы было оценить особенности развития микрофлоры в почвах зоны Полесья с повышенным уровнем радиоактивного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС и ее влияние на переход основного дозообразующего радионуклида 137Cs из почвы в растения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Бактерии выделяли из почв зоны отчуждения и зоны безусловного (обязательного) отселения Чернобыльской АЭС с различной плотностью ра-дионуклидного загрязнения (табл. 1), но одного типа (дерново-подзолистые) и с близкими агрохимическими свойствами, используя стандартные микробиологические методики. Отборы
51
4*
Таблица 1. Уровни радионуклидного загрязнения почвы по 137С8 из различных мест отбора зоны отчуждения Чернобыльской АЭС
Место отбора образцов почвы Удельная активность, Бк/кг Плотность поверхностного загрязненияк, Бк/м2 Мощность дозы, мкГр/ч
с. Новошепеличи 5 500 ± 97 1650 ± 29 1.790
с. Копачи 800 ± 33 240 ± 10 0.261
с. Залесье 510 ± 17 153 ± 5 0.156
с. Хочева 120 ± 6 36 ± 2 0.036
с. Дитятки 35 ± 4 11 ± 1 0.012
проб почвы осуществляли в сентябре 2011 г. и ежемесячно в период с июня по октябрь 2012 г.
В качестве агентов бактериальных удобрений использовали штаммы микроорганизмов, полученные из коллекции Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины (ИМВ): Azotobacter chroococcum УКМ В-6003, Azotobacter chroococcum УКМ В-6020, Bacillus megaterium УКМ В-5724, Agrobacterium radiobacter 1MB В-7246.
Видовая идентификация доминирующих штаммов микроорганизмов проводилась с помощью ПЦР-анализа [5]. ДНК из бактерий экстрагировали с помощью UltraClean Microbial DNA Isolation Kit [6].
Для оценки способности почвенных бактерий, изолированных из загрязненных радионуклидами территорий, и коллекционных культур к накоплению 137Cs был проведен модельный эксперимент с использованием безкалийного глюкозо-пептонного бульона с добавлением 137Cs с удельной радиоактивностью 2600 Бк/мл. Содержание 137Cs определяли по методике ASTM E181-10 [7]. Опыт проводили в семикратной повторности. Полученные данные подвергались статистической обработке с помощью пакета программ Microsoft Office Excel.
Для анализа биологической доступности 137Cs растениям под влиянием инокулированных микроорганизмов использовали озимый рапс Brassica napus L. — известный калиефил, склонный к накоплению цезия, сорта Атлант. В качестве субстрата был применен кварцевый песок фракции 0.8—1.2 мм, который автоклавировали в течение 20 мин при 140°С и давлении 2 атм., после чего прокаливали 30 мин при температуре 150°С. К 50 г субстрата добавляли 5 мл раствора 137CsCl (40 Бк/мл) и 5 мл среды Мурасиге—Скуга в качестве источника питательных элементов для растений.
Для определения интенсивности накопления 137Cs микроорганизмами почвы был оценен ко-
эффициент накопления (ХН) радионуклида в биомассе бактерий, который рассчитывался как отношение активности радионуклида в биомассе бактерий к его активности в субстрате.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Видовой состав культивируемых бактерий, выделенных из загрязненных радионуклидами почв
Полученные в результате культивирования различные по морфологическим характеристикам колонии были идентифицированы, каждому из выделенных морфотипов присвоен порядковый номер и рассчитан индекс доминирования Симпсона (Ид). По результатам сравнения значений индексов колонии, Ид которых превышал 01., признавались доминирующими и пересевались в чашки с глюкозо-пептонным агаром (ГПА) для выделения чистых культур и дальнейшего мо-лекулярно-генетического анализа (табл. 2).
В образцах, выделенных из почв бывших сельскохозяйственных угодий в районе с. Хочева, доминировали изоляты В1, B4d, В10 и B6b, с. Дитятки - В1, B4d, В2, В6Ь и В11, с. Залесье - B4d, В2, В5, В11, В74, с. Новошепеличи и с. Копачи — B4d, В10, В11, В15.
Наиболее представленными оказались Arthro-bacter oxydans, семейство Micrococcaceae, а Strepto-myces sp. BK21 и Streptomyces lavendulae strain NRRL B-1230 доминировали лишь в одной из локаций.
Изменение биологической доступности 137Сs растениям под влиянием микрофлоры почв
Было исследовано влияние различных видов микроорганизмов на накопление 137Cs растениями рапса. Для анализа были выбраны четыре изо-лята, каждый из которых присутствовал в высеве всех точек отбора образцов почвы: Burkholderia glathei B6b, Burkholderia sp. В11, Flavobacterium sp. В2, Pseudomonas frederiksbergensis В10.
Таблица 2. Результаты идентификации микроорганизмов, выделенных из загрязненных радионуклидами почв
Код изолята Длина секвенированно-го фрагмента ДНК, пар нуклеотидов Гомология с объектами базы данных GenBank, % Ближайший известный организм (номер в GenBank)
В1 758 99 Bacillus mycoides strain BCHMAC12
B4d 911 99 Arthrobacter oxydans strain Z1369/strain 1662/A. sp. F + C/M7
В2 739 97 Flavobacterium sp. TISTR 1602
В5 594 99 Massilia sp. mf19-1
B6b 819 98 Burkholderia glathei Hg11
В10 622 100 Pseudomonas frederiksbergensis strain TPK 2-4
В11 485 99 Burkholderia sp. IMER-B1-53
В7 759 99 Streptomyces sp. BK21 / 20 / 17 / 16 / 15
В15 549 99 Streptomyces lavendulae strain NRRL B-1230/S. lav-endulae subsp. lavendulae strain NBRC 12344. / NBRC
Таблица 3. Аккумуляция 137С8 различными видами почвенных микроорганизмов, выделенных из загрязненных радионуклидами почв (А), и коллекционными штаммами (Б), %%
Группы Видовая принадлежность Время культивирования, ч
12 24 48 72
А P. frederiksbergensis TPK 2-4 Burkholderia glathei Hg11 Burkholderia sp. IMER-B1-53 B. mycoides BCHMAC12 Flavobacterium sp. TISTR 1602 0.48 ± 0.08 0.56 ± 0.04* 1.33 ± 0.12* 0.66 ± 0.05* 0.51 ± 0.04* 0.56 ± 0.03* 1.33 ± 0.12 0.33 ± 0.05* 0.46 ± 0.08 0.31 ± 0.03* 0.59 ± 0.08* 0.50 ± 0.10* 1.65 ± 0.25* 0.43 ± 0.08 0.28 ± 0.04* 1.13 ± 0.40* 4.83 ± 0.61* 0.18 ± 0.01* 0.28 ± 0.04
Б A. chroococcum УКМ B-6003 A. chroococcum УКМ В-6082 B. megaterium УКМ B-5724 Agrobacterium radiobacter 1MB B-7246 0.42 ± 0.05* 0.84 ± 0.18* 1.46 ± 0.19* 0.87 ± 0.04 2.52 ± 0.32* 0.29 ± 0.05* 1.51 ± 0.20 1.85 ± 0.29* 6.37 ± 1.95* 0.45 ± 0.07* 1.00 ± 0.12* 1.37 ± 0.21* 5.15 ± 1.25* 0.43 ± 0.06*
* Группы достоверно отличаются прир > 0.95.
Для определения интенсивности накопления 137Cs микроорганизмами почвы был оценен коэффициент накопления (КН) радионуклида в биомассе бактерий (табл. 3). Самым высоким этот показатель был у Bacilus megaterium через 48 ч выращивания и составлял 6.37%о. Наименьшим в течение всего периода инкубации был КН в клетках P. frederiksbergensis, выделенного из загрязненных радионуклидами почв. Он варьировал от 0.51 через 12 ч инкубации до 0.28% через 72 ч. Полученные результаты подтверждают данные E. Johnson et al. [3], которые установили, что среди микроорганизмов, выделенных из почв зоны отчуждения сразу после аварии, представитель
рода Bacillus имел наивысшую способность к накоплению 137Cs.
Вместе с тем, дру
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.