Действие наночастиц Al2O3 на почвенный микробиоценоз, состояние антиоксидантной системы и микрофлору кишечника красного калифорнийского червя (Eisenia fоetida)

Обсуждение возможности применения наноматериалов в агротехнологиях ограничивается тем, что число работ по комплексной оценке биологических рисков при использовании наногербецидов и наноудобрений и изучению воздействия наноматериалов, в частности наночастиц (НЧ) металлов, на почвобионтов невелико. Мы сравнили влияние наночастиц Al2O3 на микрофлору почвы и кишечника красного калифорнийского червя ( Eisenia fоetida ), адаптационные способности этого почвобионта и особенности вермикомпостирования. Предварительный анализ биологической активности НЧ Al2O3 in vitro проводили в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции. Из особей используемого биоиндикаторного вида, имеющих одинаковую массу, сформировали пять групп (в каждой n = 10). При культивировании в I, II, III и IV группах в субстрат добавляли НЧ Al2O3 в дозах соответственно 50, 100, 300, 3000 мг/кг; V группа служила контролем (НЧ в почву не вносили). На 14-е сут определяли антиоксидантную активность каталазы (КТ), супероксиддисмутазы (СОД) и оценивали численность микрофлоры кишечника червей, а также численность микробов в почве. Для определения общей численности микроорганизмов проводили посев на мясо-пептонный агар. Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, выделяли на крахмал-аммиачном агаре (КАА), микроскопические грибы - на среде Чапека, азотфиксаторы - на среде Эшби, целлюлозолитические микроорганизмы - на среде Гетчинсона. При максимальной дозировке вносимых в почву наночастиц оксида алюминия отмечалось увеличение смертности червей (до 20 %). В результате воздействия исследуемых наночастиц происходил рост активности СОД и КТ. При повышении содержания НЧ Al2O3 с 50 до 3000 мг/кг наблюдалось снижение общего числа микроорганизмов в почве: без вермикомпостирования - на 61,7-67,6 %, с вермикомпостированием - на 55,6-61,3 %. Количество грибов в почве в I, II, III и IV группах снизилось соответственно на 42,8; 52,4; 61,9 и 76,2 % относительно контроля; численность азотфиксирующих бактерий - на 64,3; 77,9; 78,6 и 85,7 %, число бактерий, культивируемых на КАА, - на 22,7; 38,6; 84,1 и 86,4 %. В I группе число целлюлозолитических бактерий в почве увеличилось на 6,9 %. Во II, III и IV группах, напротив, отмечали снижение их количества (на 16,7; 12,5 и 25,0 %). В кишечнике E. foetida с ростом содержания НЧ Al2O3 в грунте с 50 до 3000 г/кг также происходило снижение общего числа микроорганизмов - на 9,7-43,2 %. Численность грибов уменьшилась в I, II, III и IV группах соответственно на 18,0; 20,0; 39,0 и 40,0 % относительно контроля, количество азотфиксирующих бактерий - на 16,0; 60,0; 78,8 и 80,0 %. Число целлюлозолитических бактерий в кишечнике E. foetida увеличивалось под действием минимальных дозировок наночастиц (на 16,0 %), тогда как во II, III и IV группах оно снижалось (на 8,0; 32,0 и 40,0 %). Численность бактерий, культивируемых на КАА, уменьшалась в кишечнике особей из I, II, III и IV групп - соответственно на 13,3; 46,7; 60,0 и 73,3 %. Таким образом, имело место дозозависимое действие наночастиц и постепенное развитие бактерицидного эффекта в отношении почвенной и кишечной микрофлоры при возрастании количества НЧ Al2O3 в почве. Обнаруженное негативное влияние НЧ Al2O3 на почвенный биоценоз проявилось в его обеднении, что ведет к деградации почв и снижению их плодородия. Полученные данные подтверждают необходимость комплексной оценки биотоксичности НЧ в разных средах обитания. По показателям антиоксидантной системы установлены адаптационные способности E. fоetida на фоне внесения в почву НЧ Al2O3.