В сельском хозяйстве для уничтожения сорняков часто применяют химические препараты — гербициды. Их постоянное использование приводит к тому, что в почве накапливаются вредные вещества. В зависимости от концентрации и дозы они оказывают токсичное воздействие на экологию и на организм человека, вызывают серьезные заболевания, например, рак, аллергии, бесплодие, расстройства нервной системы. Многочисленные формы микроорганизмов способны поглощать гербициды, использовать их для своего обмена веществ. В последнее время появилась идея, что смешанные культуры бактерий более эффективно разрушают органические вещества. Ученые Пермского Политеха изучили процесс роста микроорганизмов, которые используют гербициды в качестве единственных источников углерода и энергии в процессе жизнедеятельности, и определили эффективное соотношение культур для очистки почвы от химических препаратов.
Статья с результатами опубликована в журнале «Химия. Экология. Урбанистика», том 1, 2023 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Гербициды часто используются для уничтожения нежелательной растительности в садоводстве и возле промышленных объектов, например, на аэродромах, железных дорогах, в водоемах. Они обладают способностью проникать в ткани и клетки растений, что приводит к их гибели. Однако гербициды содержат множество токсичных компонентов, которые могут проникать в почву и воду, загрязняя их на долгие годы. Микроорганизмы различных видов при своем росте на питательной среде способны разрушать агрохимикаты. Ученые ПНИПУ выяснили, что если объединить возможности отдельных групп бактерий, то их способность поглощать органические вещества в разы увеличивается.
Для своего исследования политехники отобрали 4 штамма бактерий (H1-H4) из почв, которые подвергались воздействию таких химикатов. Все культуры микроорганизмов ученые пересеяли на питательную среду. Чтобы оценить величину их роста на среде с гербицидом, в качестве источника питания использовали химикат «Граунд, ВР» в концентрации 50 мг/дм3.
По показателям плотности и удельной скорости роста исследователи оценивали, какие культуры микроорганизмов развиваются лучше. Чем больше химикатов поглощают бактерии, тем большей скоростью роста обладают. Наиболее активными разрушителями гербицида оказались штаммы Н1 и Н3 со значениями удельной скорости роста 0,055 и 0,027 соответственно.
— Чтобы изучить эффективность комбинации данных культур, мы приготовили из них суспензии в растворе хлорида натрия. Этот материал в разном соотношении каплями вводили в среды с гербицидом (1:1, 1:2, 2:1). Также измеряли основные показатели. Наилучшим взаимодействием культур, при котором удельная скорость роста выше (0,111), оказалось соотношение Н1 и Н3 как 1:2, — рассказывает кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Галина Козлова.
Полученные учеными результаты доказывают, что соединение разных культур бактерий в два раза увеличивает их способность разрушать вредные химические вещества. Исследования такого рода перспективны и вносят уникальный вклад в разработку препаратов для очистки почв и воды. Это значительно сократит токсичное воздействие гербицидов на экологию, что в свою очередь понизит риски возникновений многих заболеваний, таких как рак, диабет, бесплодие и другие.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60% — региональные университеты.