Оценка влияния антибиотиков бензилпенициллина, окситетрациклина и тилозина на каталазную активность дерново-подзолистой и серой лесной почв

В процессе развития общества антропогенное влияние на состояние окружающей среды всё более усиливается, вследствие чего появляются новые загрязняющие вещества. Одними из них являются лекарства, в том числе антибиотики, которые обнаруживаются в почве, поверхностных и грунтовых водах. Пути поступления антибиотиков в окружающую среду различны. В агроэкосистемы, в первую очередь, ветеринарные препараты попадают посредством применения навоза в качестве удобрений сельского хозяйства. Кроме этого, в почвы проникают и медицинские антибиотики в составе сточных вод. После использования, до 90% антибиотиков выделяются из организма, либо без изменений, либо в виде метаболитов, некоторые из которых остаются биологически активными, что делает их потенциально опасными для бактерий и других организмов в окружающей среде [1]. Одними из наиболее информативных в оценке состояния экосистем являются методы биологического мониторинга. К таким исследованиям относится определение ферментативной активности почв [3, 4, 5]. Каталазная активность является при этом одной из наиболее часто изучаемых характеристик, в связи с участием в окислительно-восстановительных процессах почвы, активностью в широком диапазоне pH и легкостью определения [4].

К настоящему времени опубликован ряд исследований о влиянии некоторых антибиотиков на каталазную активность чернозема. Установлено, что загрязнение данного типа почв бензилпенициллином, фармазином, стрептомицином, ампициллином, тилозином, тромексином приводит к снижению активности каталазы. Смесь антибиотиков фармазина и нистатина при этом оказала большее воздействие, чем индивидуальное применение этих антибиотиков. С увеличением концентрации антибиотиков, ингибирование каталазной активности усиливается. Максимальное её снижение отмечается на 10 сутки опыта. Однако наблюдалось восстановление активности каталазы по прошествии 30 и более суток [1, 2].

Исследований воздействия антибиотиков на каталазную активность среднесуглинистой дерновоподзолистой и серой лесной почв в данный момент в литературных источниках не обнаружено.

Цель работы – исследование влияния антибиотиков различных групп на каталазную активность среднесуглинистой дерново-подзолистой и серой лесной почв при их индивидуальном и комбинированном воздействии методом лабораторного моделирования.

Для исследования были выбраны среднесуглинистые дерново-подзолистая и серая лесная почва с участков сельскохозяйственного назначения на территории Суздальского района Владимирской области. Почвенные образцы отбирали с пахотного горизонта верхнего слоя почвы (0–20 см) в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84.

В качестве исследуемых поллютантов были выбраны медицинские и ветеринарные антибиотики разных групп: бензилпенициллин, окситетрациклин, тилозин.

Определение каталазной активности осуществляли газометрическим методом (А.Ш. Галстяна), основанном на измерении скорости распада пероксида водорода в почве по объему кислорода, выделяющегося в процессе реакции [5]. Опыты проводили в трехкратной повторности. Для исследования в образцы почв вносили растворы антибиотиков окситетрациклина, тилозина и бензилпенициллина в диапазоне концентраций 50–700 мг/кг почвы при изучении их индивидуального и комбинированного влияния. Загрязненные образцы почв экспонировались при температуре 27° C в течение 5 суток. Контролем служила исходная почва без внесения антибиотиков. Все образцы почв были увлажнены дистиллированной водой до 60%.

Основные агрохимические показатели исследуемых почв приведены в табл.

Таблица

Агрохимические показатели почв

Показатели, единица измерения	Значения показателей		Методика исследования
	Дерново-подзолистая почва	Серая лесная почва
Кислотность солевой вытяжки, pHKCl, ед. pH	5,56±0,2	6,78±0,2	ГОСТ 26483-85
Кислотность обменная, ммоль/100 г	0,10±0,035	0,09±0,032	ГОСТ 26484-85
Кислотность гидролитическая, ммоль/100 г	2,16±0,26	0,87±0,10	ГОСТ 26212-91
P 2 O 5 , мг/кг	436,5±87,3	242,0±48,4	ГОСТ Р 54650-2011
K 2 O, мг/кг	275,6±41,34	834,0±125,1	ГОСТ Р 54650-2011
Органическое вещество (гумус), %	2,36±0,47	3,99±0,60	ГОСТ 26213-91
Азот аммиачный, мг/кг	0	0,48±0,07	ГОСТ 26489-85
Азот нитратный, мг/кг	10,1±1,52	2,40±0,72	ГОСТ 26951-86
Гранулометрический состав, содержание физической глины, %	30,2±3,02	35,5±3,55	ГОСТ 12536

В результате исследования были определены значения каталазной активности дерновоподзолистой почвы при индивидуальном (см. рис. 1 на с. 81) и комбинированном действии антибиотиков (см. рис. 2 на с. 81).

Каталазная активность контрольного образца дерново-подзолистой почвы составила 5,06 ± 0,05 мл O2/мин*1 г.

Рис. 1. Зависимость каталазной активности дерново-подзолистой почвы от концентрации антибиотиков при их индивидуальном влиянии

Индивидуальное действие бензилпенициллина оказывает стимулирующее влияние на среднесуглинистую дерново-подзолистую почву. При индивидуальном воздействии окситетрациклина и тило-зина каталазная активность данной почвы изменилась незначительно.

Концентрация, мг/кг

ЕЗ Окситетрациклин+Тилозии

□ Бензилпенииллин+Тилозин

О Окситетрацик.лин+Бензилпеиииллин

■ Окситетраииклин+Бензилпеннциллин+Тилознн

Рис. 2. Зависимость каталазной активности дерново-подзолистой почвы от концентрации антибиотиков при их комбинированном влиянии

Смесь окситетрациклина и тилозина оказывает наиболее сильное ингибирующее влияние на каталазную активность изученной дерново-подзолистой почвы, слабое ингибирование наблюдалось при воздействии смеси окситетрациклина и бензилпенициллина. Сочетание бензилпенициллина и тилозина не оказывает заметного воздействия на каталазную активность данной почвы. При комбинированном воздействии трех антибиотиков, происходило стимулирование каталазной активности при концентрациях 50–200 мг/кг, при концентрациях 300–700 мг/кг каталазная активность не претерпевала значительных изменений.

Были определены значения каталазной активности серой лесной почвы при индивидуальном (см. рис. 3) и комбинированном действии антибиотиков (см. рис. 4).

Каталазная активность контрольного образца серой лесной почвы составила 3,82±0,05 мл O2/мин*1 г.

О 50    100    150    200    300    400    500    600    700

Концентрация мг/кг

Окситетрациклин □Бензилпенициллин ОТилозин

Рис. 3. Зависимость каталазной активности серой лесной почвы от концентрации антибиотиков при их индивидуальном влиянии

На всем диапазоне концентраций бензилпенициллин оказывает стимулирующее воздействие, тилозин – ингибирующее. Окситетрациклин стимулирует каталазную активность серой лесной почвы при концентрации 400–600 мг/кг почвы на 7–10% и ингибирует на 4% при концентрации 700 мг/кг почвы, при концентрациях 50–300 мг/кг наблюдается незначительное увеличение активности каталазы.

ЕЗОкситетрациклин+Тилозин

■ Бензилпеннциллин+Тилозин

О Окситетра циклин+Бензилпенициллин

В Окситетра циклин+Бензилпенициллин+Тилозин

Рис. 4. Зависимость каталазной активности серой лесной почвы от концентрации антибиотиков при их комбинированном влиянии

Бинарные смеси тилозина с окситетрациклином и бензилпенициллином оказывают стимулирующее влияние на каталазную активность исследуемой серой лесной почвы на всем диапазоне концен- траций. Комбинированное воздействие окситетрациклина и бензилпенициллина, а также трехкомпа-нентная смесь антибиотиков при концентрации 50–150 мг/кг не оказывают значительного воздействия, при концентрации 200–700 мг/кг наблюдается незначительное ингибирование.

Впервые проведена оценка воздействия антибиотиков тилозина, окситетрациклина и бензилпенициллина на каталазную активность среднесуглинистых дерново-подзолистой и серой лесной почв. Установлено, что при воздействии разных групп антибиотиков на среднесуглинистые серую лесную и дерново-подзолистую почвы, активность каталазы может как усиливаться, так и уменьшаться. Эффекты воздействия данных препаратов зависят как от природы антибиотиков и их концентрации, так и от типа почв. В связи с тем, что роль каталазы заключается в разрушении перекиси водорода, токсичной для живых существ, снижение активности данного фермента может способствовать накоплению пероксида водорода и его патогенном действии на почвенные организмы. Кроме этого, каталаза играет ведущую роль в окислительно-восстановительных реакциях почвы, влияя на синтез гумусовых веществ. Соответственно, изменение каталазной активности может привести к снижению плодородия и нарушению функционирования экосистемы.