Перекись водорода при обработке растений в теплицах
Перекись водорода и товарные продукты на ее основе являются, пожалуй, единственным химическим соединением-окислителем, применение которого не сопровождается экологически вредными последствиями.
Это обусловливает все больший интерес к применению препарата в растениеводстве закрытого грунта как для стерилизации и обеззараживания различных поверхностей и конструкций, так и для прямого внесения растворов препарата при поливах. Одним из объяснений внесения перекиси под корень растения служит обогащение поливного раствора кислородом.
Однако такие меры нельзя в полной мере назвать корректными. По своим химическим свойствам перекись водорода – уникальное соединение, оно может выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя.
Соответственно, применение перекиси водорода при обработке прикорневой зоны должно быть очень осторожным и обдуманным, а еще лучше многократно проверенным.
Кроме того, сама перекись водорода способна разрушаться с образованием активного кислорода, который также может являться агентом окисления органических и неорганических соединений. Катализатором данного процесса являются соли металлов, особенно двух- и трехвалентные.
Механизм воздействия перекиси водорода на микробные и грибные клетки достаточно сложен и до конца не изучен, но, несомненно, эффект от действия перекиси есть, что уже многократно доказано.
Целью данной работы было изучение воздействия перекиси водорода на различные группы микроорганизмов, находящихся в разных фазах своего развития: в планктонном состоянии, в виде отдельных клеток, в состоянии биопленок на биологических поверхностях.
При внесении с поливом под корень и воздействии перекиси водорода в почву попадают не только фитопатогенные микроорганизмы, но и микроорганизмы, входящие в состав биологических препаратов средств защиты растений (СЗР).
Для того чтобы предположить дальнейшую реакцию сложившегося биоценоза микроорганизмов, важно понимать, к чему приведет применение этого препарата. В качестве объектов исследования были выбраны следующие микроорганизмы: Fusarium oxysporum, Trichoderma viride, Bacillus subtillis, Pseudomonas fluorescens.
На первом этапе исследования особое внимание было уделено изучению влияния перекиси водорода различной концентрации (от 1,5% до 0,5%) на свободные (планктонные) клетки микроорганизмов.
Микроорганизмы для исследований были предоставлены коллекцией кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева. Перед экспериментом каждый из микроорганизмов выращивали на жидкой питательной среде, оптимальной для роста данного микроорганизма.
Для грибных культур процесс культивирования останавливали в середине экспоненциальной фазы с целью минимизации содержания в суспензии клеток спор, что подтверждалось с помощью микроскопирования суспензии клеток. Далее готовили исследуемый раствор перекиси водорода из 37% раствора и вносили в него соответствующий объем суспензии так, чтобы концентрация клеток в растворе составляла величину не более 10 КОЕ/мл.
Суспензию клеток в перекиси водорода помещали в термостат при температуре 27 °С и через определенные интервалы времени отбирали пробы. С целью снижения воздействия концентрации перекиси водорода на микроорганизмы пробы сразу же разбавляли в стерильной дистиллированной воде в 1000 раз. В полученной суспензии с помощью метода последовательных разведений Коха определяли концентрацию клеток.
Таким образом были получены результаты, указывающие на влияние различных концентраций перекиси водорода на кинетику гибели различных микроорганизмов. Полученные данные приведены на рисунке.
Экспериментальные данные позволяют рассчитать удельную скорость гибели клеток при различных концентрациях перекиси водорода и, что самое главное, оценить, как разные микроорганизмы выживают при одних и тех же концентрациях.
Как видно из графиков, все исследуемые микроорганизмы подвержены воздействию перекиси водорода и гибнут при контакте с ней. Но скорость гибели разных групп микроорганизмов различна.
Наибольшей скоростью гибели в данных экспериментах обладают свободные (планктонные) клетки Pseudomonas fluorescens. Минимальное воздействие перекиси водорода наблюдали на Trichoderma viride. Оба микроорганизма являются стандартными представителями при формировании микробного биоценоза прикорневой зоны.
Полученные нами результаты хорошо согласуются с результатами по исследованию гибели клеток активного ила при обработке очищенной воды перекисью водорода [1]. Важным является то, что различные микроорганизмы имеют разную устойчивость к воздействию перекиси в планктонном состоянии.
Так, устойчивость клеток Bacillus subtilis намного выше, чем устойчивость Pseudomonas fluorescens в аналогичных условиях.
Фитопатогенный гриб Fusarium oxysporum менее устойчив, чем штамм Trichoderma viride. Временной интервал проведения экспериментов не превышал 60 мин., что соответствовало реальному времени между поливами в теплицах.
Полученные результаты по воздействию перекиси водорода на планктонные (свободные) клетки могут отличаться в том случае, если речь идет о микроорганизмах, образующих биологические пленки различной природы. А в условиях развития микроорганизмов на корневой системе растения они практически всегда образуют пленки, покрытые как собственными секретируемыми биологическими полимерами, так и полимерами растительного происхождения. Большая устойчивость микробных биопленок в сравнении с планктонными клетками наблюдается повсеместно в медицинской практике [2,3].
Анализ выживания клеток в биопленке крайне затруднен, и мы попытались качественно оценить устойчивость микроорганизмов, расположенных (выросших) на поверхности корневой системы растения, к перекиси водорода. Для этого была использована рассада ремонтантной земляники сорта Клери, выращенная в торфосмеси, в горшках объемом 0,5 литра.
Первоначально был определен состав и концентрация основных групп микроорганизмов в торфосмеси и проведена их первичная идентификация стандартными микробиологическими методами. Результаты исследований приведены в табл. 1.
Далее корневую систему насыщали растворами перекиси водорода различной концентрации и выдерживали равные интервалы времени. После этого корневую систему промывали объемом воды и вновь анализировали содержание и концентрацию микроорганизмов стандартными микробиологическими методами. Результаты исследований также представлены в табл. 2.
Как видно из таблицы, с увеличением концентрации перекиси водорода начинает меняться видовой состав как бактериальной, так и грибной составляющих, микробного биоценоза в торфосмеси.
Так, Alternaria sp. и Aspergillus sp. менее устойчивы, чем остальные представители грибной флоры, и при обработке 1,5% раствором практически не обнаруживаются уже через 10 мин., а Fusarium sp. и Botrytis sp. не выдерживают обработки 0,5 % раствором, грибы рода Trichoderma sp., как и раньше, выдерживают повышенные концентрации перекиси водорода.
Бактериальная составляющая микробного ценоза меняется не так существенно при увеличении концентрации перекиси водорода, а общая концентрация бактерий снижается с 10^9КОЕ/г до 10^8КОЕ/г.
Таким образом, результаты исследований показывают, что применение перекиси водорода для внесения под корень при поливах может привести к неконтролируемому сдвигу соотношения микробного ценоза в прикорневой зоне растения в сторону развития микроорганизмов различной природы, преимущественно обладающих способностью образовывать пленки биологической природы на корне.
---
Сундеева М.М., магистрант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Галкина А.Е., бакалавр кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Журавлева А.С.,бакалавр кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Бехбудзаде Н.Б., аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Шагаев А. А., аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Горюнова О.Б., кандидат технических наук, генеральный директор ООО «БИОМ-ПРО»
Белов А.А., доктор технических наук, профессор кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Марквичев Н.С., кандидат технических наук, доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, заместитель генерального директора ООО «БИОМ-ПРО»
---
Библиографический список:
1. Штамм Е. В. и др. Биотестирование в оценке эффективности технологий очистки сточных вод // Водные ресурсы. – 2011. – Т. 38. – № 2. – С. 232–238.
2. Стрелкова Е. А. и др. Роль внеклеточного полимерного матрикса в устойчивости бактериальных биопленок к экстремальным факторам среды // Микробиология. – 2013. – Т. 82. – № 2. – С. 131–131.
3. Винник Ю. С. и др. Микробные биопленки в хирургии: механизмы образования, лекарственная устойчивость, пути решения проблемы // Новости хирургии. – 2010. – Т. 18. – № 6.