Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ДИНАМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ КЛЕТОК ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ BACILLUS MUCILAGINOSUS И НАКОПИТЕЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ СИЛИКАТНЫХ БАКТЕРИЙ ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В СИСТЕМЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Козлов А.В. 1 Копосова Н.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный педагогический университет им. Козьмы Минина»
В условиях лабораторных экспериментов было изучено 30-дневное изменение численности живых микробных клеток чистой культуры Bacillus Mucilaginosus, а также накопительной культуры природного комплекса силикатных бактерий, происходящее при биохимической деградации природных кремнийсодержащих пород – диатомита, цеолита и бентонитовой глины. Бактерии были выделены из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нижегородской области. Для сравнения использовался штамм В-2609 бациллы Bac. Mucilaginosus. Было выявлено, что численность Bac. Mucilaginosus имела максимальное увеличение при деструкции бентонитовой глины (до 66,10×106 клеток/1 мл), оказалась на среднем уровне при деструкции диатомита (17,80×106 клеток/1 мл) и была минимальной при деградации цеолита (до 2,13×106 клеток/1 мл). Штаммовый вариант изучаемой бациллы давал аналогичные, но более высокочисленные тенденции по породам. Накопительная культура природного комплекса почвенных силикатных бактерий давала максимальную численность на варианте с цеолитовой породой (до 476,3×106 клеток/1 мл), среднюю – на варианте с диатомитом (до 320,4×106 клеток/1 мл) и минимальную – на варианте с бентонитовой глиной (до 273,3×106 клеток/1 мл).
численность бактериальных клеток
силикатные бактерии
Bacillus Mucilaginosus
биохимическая деградация пород
диатомит
цеолит
бентонитовая глина
1. Биогеотехнология металлов: практическое руководство. – М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. – 375 с.
2. Бочарникова Е.А. Кремниевые удобрения и мелиоранты: история изучения, теория и практика применения / Е.А. Бочарникова, В.В. Матыченков, И.В. Матыченков // Агрохимия. – 2011. – № 7. – С. 84–96.
3. Добровольский Г.В. Экология почв / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. – М.: Изд-во МГУ, 2012. – 412 с.
4. Козлов А.В. Лабораторно-инструментальные методы исследований в экологии объектов окружающей среды. – Н. Новгород: НГПУ им. К. Минина, 2016. – 89 с.
5. Козлов А.В. Роль и значение кремния и кремнийсодержащих веществ в агроэкосистемах / А.В. Козлов, А.Х. Куликова, Е.А. Яшин // Вестник Мининского университета. – 2015. – № 2 (10). – С. 23.
6. Козлов А.В. Экологическая оценка влияния диатомита на фитоценоз и состояние почвенно-биотического комплекса светло-серой лесной легкосуглинистой почвы: автореф. дисс. канд. биол. наук. – Москва, 2013. – 24 с.
7. Матыченков В.В. Роль подвижных соединений кремния в растениях и в системе «почва-растение»: Автореф. дис. … докт. биол. наук. – Пущино, 2008. – 34 с.
8. Муха В.Д. Естественно-антропогенная эволюция почв (общие закономерности и зональные особенности). – М.: КолосС, 2004. – 271 с.
9. Нетрусов А.И. Микробиология / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – М.: Академия, 2006. – 352 с.
10. Няникова Г.Г. Bacillus Mucilaginosus. Перспективы использования / Г.Г. Няникова, Е.Я. Виноградов. – С-Пб.: НИИХ, С-ПбГУ, 2000. – 124 с.

В почвоведении известен факт прямого участия всех микробиотических представителей как в первичной деструкции почвообразующих пород, так и в формировании профиля почвенного тела [3, 8]. Однако в практике почвенной микробиологии, к сожалению, пока недостаточно сведений о прямом участии некоторых родов почвообитающих микроорганизмов в деградации веществ, используемых в качестве удобрений и почвенных кондиционеров [2, 6, 7]. В том числе данный пробел имеется и в отношении эффектов от прямого (без участия собственно почвенного вещества) биохимического воздействия силикатных бактерий, выделенных из конкретных природных биогеоценозов, на вещество высококремнистых пород – диатомита, цеолита и бентонитовой глины [5].

Цель исследования. Целью исследования настоящей работы явилось изучение динамики численности живых клеток накопительной природной культуры силикатных бактерий, а также чистой культуры Bacillus Mucilaginosus, выделенных из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нижегородской области, в условиях осуществления биохимической деградации вещества природных кремнийсодержащих пород, которые используются в наших полевых исследованиях в качестве удобрений и почвенных кондиционеров.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в 2017 году на базе научно-образовательного центра «Биотехнология» и лабораторного комплекса «Эколого-аналитическая лаборатория мониторинга и защиты окружающей среды» Мининского университета в виде серии постановочных лабораторных экспериментов с природными кремнийсодержащими породами. Данные материалы подвергались микробиологической деградации чистой культурой Bacillus Mucilaginosus и накопительной культурой комплекса силикатных бактерий, выделенных из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы природного биогеоценоза (лесной массив Борского района Нижегородской области).

Объектами исследований являются кремнийсодержащие породы – диатомит Инзенского месторождения (Ульяновская область), цеолит Хотынецкого месторождения (Орловская область) и бентонитовая глина Зырянского месторождения (Курганская область), обобщенный химический состав которых представлен в таблице.

Накопительную культуру комплекса силикатных бактерий получали путем засева стерильного жидкого варианта питательного агара Александрова-Зака (ААЗ) навеской подготовленной почвы с последующим культивированием бактериальной биомассы в термостате в течение 7 суток при температуре +26?С. Чистую природную культуру Bac. Mucilaginosus получали аналогичным способом в виде двойного пересева идентифицированных клеток на селективном жидком варианте питательного агара Няниковой-Виноградова (АНВ) [10].

Обобщенный химический состав высококремнистых пород

Порода

ИЕ*

Элемент в оксидной форме (на абс.-сух. вещество)

SiO2

P2O5

K2O

CaO

MgO

Диатомит

80

         

- валовая форма, %

83,1

0,05

1,25

0,52

0,48

- подвижная форма, мг/кг

12200

37

350

10

39

Цеолит

48

         

- валовая форма, %

56,6

0,23

1,82

13,3

1,90

- подвижная форма, мг/кг

7950

260

250

4800

1600

Бентонит

150

         

- валовая форма, %

52,3

0,12

0,92

5,5

3,2

- подвижная форма, мг/кг

10500

165

87

46,1

14,2

* – ионообменная емкость, мг-экв./100 г

Для сравнения жизнеспособной численности природной клетки Bac. Mucilaginosus использовали условный эталон – аналогичную бактерию штамма В-2609, лиофилизат которого был закуплен во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ФГУП «ГосНИИгенетика»). Первичная биомасса данного штамма была получена аналогичным с природными клетками образом при его двукратном культивировании на L-агаре (АЛ) в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Затем производился засев испытуемых пород полученными бактериальными комплексами. Опыты ставили в стерильных конических колбах на 100 мл, в которые асептически помещалось по 40 мл селективной жидкой питательной среды и точно по 1,000 г высушенной кремнийсодержащей породы, после чего полученная система асептически засевалась 10 мл суспензии 7-суточной накопительной культуры силикатных бактерий, а также чистой культуры природного и штаммового вариантов Bac. Mucilaginosus [1, 4].

Засеянные колбы помещались в термостат и культивировались при +26?С в течение 30 суток; 2 раза в сутки содержимое колб встряхивалось в течение 1-го часа. Через определенные интервалы времени (на 1, 3, 5, 7, 10, 12, 15, 20, 25 и 30 день) производилось определение численности живых клеток бактерий люминесцентной микроскопией с акридином оранжевым [9] с помощью микроскопа «БиоТех-330–LED2–Tr».

Математическая обработка результатов исследований выполнена методами вариационной статистики с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007; повторность в опытах четырехкратная.

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 1 представлена 30-дневная динамика численности живых клеток чистой природной культуры Bacillus Mucilaginosus и штамма В-2609, принятого за условный эталон, в системе «диатомит-культура».

koz1.tiff

Рис. 1. Динамика численности живых клеток чистой почвенной культуры (АНВ) и штамма В-2609 (АЛ) Bacillus Mucilaginosus при биохимической деградации диатомита Инзенского месторождения

Нужно сказать, что численность клеток Bac. Mucilaginosus обоих рассматриваемых вариантов увеличивалась достаточно плавно к 15-му дню культивирования, где составила 17,80?106 клеток/1 мл по почвенной культуре и 19,69?106 клеток/1 мл по эталонному штамму В-2609. В течение всей экспозиции эксперимента с диатомитом численность штаммовых клеток была стабильно выше количества природного аналога.

Данные рис. 2 отражают 30-дневную динамику численности живых клеток чистой природной культуры Bacillus Mucilaginosus и штамма В-2609, принятого за условный эталон, в системе «цеолит-культура».

При бактериальной деструкции цеолита численность почвенной культуры Bac. Mucilaginosus увеличивалась не с такой интенсивностью, как на варианте с диатомитом. Здесь наибольшее количество живых клеток было отмечено на 10-й и 12-й дни эксперимента – 7,82?106 и 5,19?106 клеток/1 мл. Количество клеток штамма В-2609 аналогичным образом увеличивалось к 10-му дню, где составило 7,82?106 клеток/1 мл. На 15-й и 20-й дни численность была практически неизменна (плато в 3,99–3,83?106 клеток/1 мл), далее резко шел спад жизнеспособности культуры.

На рис. 3 показана 30-дневная динамика численности живых клеток чистой природной культуры Bacillus Mucilaginosus и штамма В-2609, принятого за условный эталон, в системе «бентонит-культура».

koz2.tiff

Рис. 2. Динамика численности живых клеток чистой почвенной культуры (АНВ) и штамма В-2609 (АЛ) Bacillus Mucilaginosus при биохимической деградации цеолита Хотынецкого месторождения

koz3.tiff

Рис. 3. Динамика численности живых клеток чистой почвенной культуры (АНВ) и штамма В-2609 (АЛ) Bacillus Mucilaginosus при биохимической деградации бентонита Зырянского месторождения

Из всех изучаемых пород вариант с бентонитовой глиной оказался самым многочисленным по количеству клеток бактерий Bac. Mucilaginosus. Кроме того, на данном варианте максимальный пик численности бацилл пришелся уже на 7-й день как по почвенной культуре, так и по штамму. В частности, по природной культуре данная численность составила 32,84?106 клеток/1 мл, в то время как по штамму В-2609 – 66,10?106 клеток/1 мл. В последующие дни экспозиции эксперимента с бентонитом жизнеспособность бацилл стабильно снижалась.

Данные рис. 4 показывают 30-дневную динамику численности живых клеток накопительной природной культуры комплекса силикатных бактерий в системе «порода-культура» с различными кремнийсодержащими материалами.

koz4.tiff

Рис. 4. Динамика численности живых клеток накопительной почвенной культуры комплекса силикатных бактерий при биохимической деградации кремнийсодержащих пород

В отличие от обеих изучаемых культур Bac. Mucilaginosus, численность накопительной культуры комплекса силикатных бактерий, полученная на агаре Александрова-Зака, по-иному изменялась в зависимости от той или иной кремнийсодержащей породы. Так, на варианте с диатомитом пик численности клеток пришелся на 15-й день и составил 320,4?106 клеток/1 мл. На варианте с цеолитом в это же время численность составила 476,3?106 клеток/1 мл. Однако на варианте с бентонитовой глиной пик максимального числа пришелся много раньше – на 5-й день (273,3?106 клеток/1 мл), после чего показатель снижался до плато, пришедшегося на 12-й и 15-й дни (183,9–176,1?106 клеток/1 мл), а затем спадал до уровня численности бактерий остальных вариантов исследования.

Заключение

В условиях лабораторных экспериментов было изучено 30-дневное изменение численности живых микробных клеток чистой культуры Bacillus Mucilaginosus, а также накопительной культуры природного комплекса силикатных бактерий, происходящее при биохимической деградации природных кремнийсодержащих пород – диатомита, цеолита и бентонитовой глины. Бактерии были выделены из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нижегородской области. Для сравнения использовался штамм В-2609 бациллы Bac. Mucilaginosus. Было выявлено, что численность Bac. Mucilaginosus имела максимальное увеличение при деструкции бентонитовой глины (до 66,10?106 клеток/1 мл), оказалась на среднем уровне при деструкции диатомита (17,80?106 клеток/1 мл) и была минимальной при деградации цеолита (до 2,13?106 клеток/1 мл). Штаммовый вариант изучаемой бациллы давал аналогичные, но более высокочисленные тенденции по породам. Накопительная культура природного комплекса почвенных силикатных бактерий давала максимальную численность на варианте с цеолитовой породой (до 476,3?106 клеток/1 мл), среднюю – на варианте с диатомитом (до 320,4?106 клеток/1 мл) и минимальную – на варианте с бентонитовой глиной (до 273,3?106 клеток/1 мл).


Библиографическая ссылка

Козлов А.В., Копосова Н.Н. ДИНАМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ КЛЕТОК ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ BACILLUS MUCILAGINOSUS И НАКОПИТЕЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ СИЛИКАТНЫХ БАКТЕРИЙ ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В СИСТЕМЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 7-2. – С. 222-226;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11725 (дата обращения: 21.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252