Материал: Іутинська Г.О. Ґрунтова мікробіологія

залежить від експресії гену sfi А. Функції останнього залежать від ефек­ тивності системи репарації (експресії генів /ех А і гес А). Відповідність результатів SOS-хромотесту і тесту Еймса є дуже високою. При переві­ рці групи хімічних речовин за тестом Еймса мутагенними виявилися 7В%, у SOS-хромотесті - 75%, досліджених сполук.

Подібні до SOS-хромотесту принципи закладені в тесті Umu. Штам S.typhimurium 1535 містить плазміду pSK10Q01, зчеплену з генами Umu С, Umu D, Lac Z, а також додаткові мутації uvrB і rfa. Тест базується на індукції гену Umu С, який разом Із генами /ех А, гес А і Umu D контролює процес SOS-репарації. З іншого боку, індукція гену Umu С стимулює ак­ тивність внутрішньоклітинної ß-галакгозидази, оскільки вона утворює функціональну цілісність з геном Lac Z.

Менш чутливими до дії мутагенів є репаративні тести. Сутність ЇУ полягає у втраті мікроорганізмами чутливості до дії одних мутагенів під впливом Інших.Так, штами S.typhimurium (uvrB+/uvr) під дією мутагенів втрачають чутливість до УФ-променів, Escherichia cofi (роІА+/роіА‘), Bacillus subtilis (recAVecA') - набувають здатності до репарації під дією мутагенів.

Мутагенну дію хімічних сполук реєструють також за люмінесценці­ єю ревертантів у темнових штамів люмінесцентних бактерій після їх експозиції з досліджуваним мутагеном. Індикаторними культурами для виявлення генотоксичної ДІЇ хімічних речовин є темнові мутанти

Photobacterium.

Для індикації мутагенної активності хімічних агентів використовують гаплоїдний штам Saccharomyces cerevisiae р2089, ауксотрофний по адені­ ну. Реєстрація мутагенного ефекту відбувається за зміною забарвлення колоній у тест-об’єкга: ауксотрофи! колонії червоного кольору, прототроф» - білого. Для обліку індукції внутрішньогенної мітотичної рекомбінації ви­ користовують диллоїдний штам Saccharomyces cetevisiae П3288.

У тесті на індукцію мітотичного кросінговеру використовують штам дріжджів Sacc/iaromyces cerevisiae Т1. Частота міжгенної мітотичної ре­ комбінації зростає за присутності генотоксичних речовин. Генетична активність останніх оцінюється за результатами обліку суціпьнозабарвлених (рожевих, червоних) або секторних (біло-рожевих, біло-червоних, біло-рожево-червоних) колоній тестерного мікроорганізму на фоні білих прототрофних колоній.

Використання зазначених тестів дало можливість встановити, що багато пестицидів мають здатність індукувати мутації' в геномі мікроор­ ганізмів. Для оцінки ступеню генетичної небезпечності пестицидів К.Є. Ємновою зі співавт. була розроблена система тестів і тест-об’єктів, яка представлена на рис. 12.7.

264

Риє. 12.7. Набір /поспію та твст-об’єктів для визначання генетичної'активностіпестицидів та фунту

А- репараційний тест; Б - тест на індукцію реверсій у прокаріотів;

В- тест на індукцію реверсій в клітинах еукаріотів: Г - тест на внутрішньогенну мітотичну рекомбінацію; Ґ - тест на індукцію мітотичного кросінговеру

За цією схемою було досліджено 20 пестицидних препаратів, серед яких 7 були віднесені до групи шкідливих (ептам, ерадікан, ерадіканекстра, тилам, триалат, сурпас, примекстра); 8 препаратів характеризу­ вались як помірно шкідливі (алірокс, ацетал, гвардіан, прометрин, цинеб, хардін, ефаль, ацетазин); 5 гербіцидів виявилися малошкідливими (атразин, симазин, семерон, ефзид із міддю, арцерид). Таким чином, тіолкарбаміди виявилися шкідливими, сим-триазини - помірно- і малошкідливими для мікроорганізмів.

Розробники цього методу дослідили не тільки препарати пестици­ дів, а також мутагенний фон ґрунтів, де протягом тривалого часу (більш як 5 років) застосовували різні гербіциди. Було показано, що ґрунт, який систематично обробляється гербіцидами (лінуроном, атразином, аліро-

265

ксом, ацетазином), характеризується мутагенним фоном, який у 1020 раэ'гв перевищує частоту спонтанних мутацій тест-мікроорганізму (ауксотрофного мутанту E co// WP2).

Таким чином, перед дослідниками постає проблема аналізу і пере­ гляду переліку найбільш вживаних у сільському господарстві пестицидів І традиційних норм їх застосування з метою попередження незворотних порушень у мікробних угрупованнях ґрунтів, що може привести до втра­ ти родючості.

266

13.1.Мікробіологічний моніторинг ґрунтів

Узв'язку з великим впливом людини на навколишнє природне се­ редовище виникла необхідність в організації та проведенні моніторингу довкілля (екологічний моніторинг).

Вперше основоположний термін “моніторинг було введено в нау­ кову мову у 1972 році перед проведенням конференції ООН з охорони навколишнього середовища у Стокгольмі. Він означав систему регуляр­ них спостережень за елементами природного середовища в просторі й часі з певною метою відповідно до попередньо розробленої програми. Пізніше Ю.А. Ізраель уточнив це поняття і запропонував називати моні­ торингом систему спостережень, оцінки і прогнозування стану природ­ ного середовища, яка дозволяє виявляти зміни у біосфері під впливом антропогенних чинників. Доцільно додати, що моніторинг є також систе­ мою безперервних і довгострокових спостережень.

Однією зі складових екологічного моніторингу є біологічний моніто­ ринг, який теж являє собою систему спостережень, оцінки та прогнозу­ вання будь-яких змін у біоті, викликаних як природними чинниками, так і чинниками антропогенного походження. Останні набули особливо важ­ ливого значення в наш час, коли відбувається інтенсивний розвиток техніки у всіх галузях господарства. Структура біологічного моніторингу може бути різною залежно від підходів, методів, об'єктів та мети спо­ стережень.

Якщо підходити з точки зору систематичного положення організмів, то біологічний моніторинг можна розділити на ботанічний, зоологічний, мікробіологічний, вірусологічний. Необхідно також враховувати і різно­ манітні сфери Існування організмів - наземні та водні екосистеми. Най­ більшою мірою був розроблений та введений до дії моніторинг ґрунто­ вих безхребетних тварин, у той же час мало уваги приділялося моніто­ рингу ґрунтових мікроорганізмів. Із точки зору методів спостережень біо­ логічний моніторинг може бути біохімічним, генетичним, фізіологічним.

Термін "мікробіологічний моніторинг" запропонований З.і. Нікітіною, яка вважає мікробний компонент біогеоценозів за пріоритетний об’єкт моніторингу наземних екосистем. Мікроорганізми є досить зруч­ ним об’єктом спостережень. Завдяки відносно значній сумарній поверхні вони тісніше контактують Із середовищем існування, ніж інші ґрунтові організми, внаслідок чого досить чутливі до змін навколишнього сере­ довища. Крім того, їх відносно високі швидкості росту і розмноження дозволяють дослідникам визначати дію на них будь-якого екологічного

267

чинника за порівняно короткі строки. Відома функціональна стабільність мікробного компоненту екосистем. У той же час реакції мікроорганізмів у відповідь на дію антропогенних чинників швидкі і стосуються різних сто­ рін їхньої життєдіяльності - росту, морфологічних змін, накопичення хі­ мічних елементів, активності метаболізму, стану регуляторних механіз­ мів в клітині.

Виходячи із загальних уявлень про моніторинг, мікробіологічним моніторингом є систематичні довгострокові спостереження за мікроор­ ганізмами з метою оцінки, прогнозування та попередження негативних змін у мікробному ценозі фунту під дією природних і антропогенних чинників.

На основі аналізу сучасних підходів можна виділити такі напрямки мікробіологічного моніторингу фунтів (за К.І. Андрекж, О.В. Валагуровою, К.О. Мятликовою):

а) спостереження за мікроорганізмами як безпосередніми виконав­ цями або сліввиконавцями тих чи інших процесів у ґрунтах;

б) спостереження за мікроорганізмами-іцдикаторами - за їх наявні­ стю, станом або поведінкою, що дозволить визначити характер змін у середовищі їх існування.

В першому випадку спостереження необхідно проводити у порівня­ льному аспекті - мікрофлора фунтів забруднених локалітетів (ділянок, районів, регіонів) повинна, по можливості, порівнюватись із мікрофло­ рою фунтів незабруднених місць існування.

Мікробіологічний моніторинг фунтів, що входить у загальну мережу державного екологічного моніторингу, повинен складатися з таких етапів:

1)визначення стану мікробної системи ф унту за комплексом біоіндикаційних показників;

2)розробка математичних моделей динаміки біоіндикаційних пока­

зників;

3)включення мікробіологічних показників та моделей їх кількісних змін у державну комп’ютерну мережу екологічного моніторингу фунтів.

Спеціального комплексу мікробіологічних досліджень потребує проблемно орієнтований моніторинг, зокрема земель, що забруднені

важкими металами, нафтою і продуктами нафтопереробки, радіонуклі­ дами.

1 етап. Визначення стану мікробноі’системи фунту за комплексом біоіндикаційних показників

У створенні концепції мікробіологічного моніторингу фунтів україн­ ські вчені (Інститут мікробіології І вірусології НАН України) базувалися на системному підході до мікробіоти як складної самоврегульованої від­ критої біологічної системи, яка має ієрархічну структуру організації з та­

268