Микроорганизмы снежного покрова

Введение
Проблема: Проблема территориального распределения микроорганизмов, их контаминация и концентрирование в различных средах антропоэкосистемы представляет большой интерес. При изучении экологии современного города основное внимание уделяется физическим и химическим факторам, неблагоприятно влияющим на человека и окружающую его среду. Микробиологические факторы рассматриваются реже и их роль в оценке взаимоотношения человека и окружающей среды в условиях промышленного города изучена недостаточно.На сегодняшний день, существующие технические возможности измерения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не позволяют в полной мере получить информацию о составе и механизмах переноса промышленных выбросов. Оптимальной депонирующей средой для получения современной информации о поступлении загрязняющих веществ из атмосферы за сравнительно длительный период времени является снежный покров.
Цель: проанализировать микробиологическую характеристику снежного покрова.
Задачи:Изучить снежный покров как индикатор экологического состояния городской среды.
Определить, какие микроорганизмы населяют снежный покров и изучить их особенности.
1. Снежный покров как индикатор экологического состояния городской средыОдним из самых удобных и экономичных природных планшетов, для изучения загрязнения атмосферного воздуха, является снежный покров. Снег может служить индикатором атмосферного загрязнения поллютантами различного типа: пылью, тяжелыми металлами, нефтяными полициклическими ароматическими углеводородами, белковыми соединениями и т.д. Снежный покров можно также использовать и для целей дистанционного зондирования параметров загрязнения местности, в том числе и из космоса.Снег, как природный планшет-накопитель позволяет прослеживать величину сухих и влажных атмосферных выпадений в зимний сезон. На территориях с присутствием сплошного снежного покрова практически исключается его литогенное загрязнение, что позволяет использовать вещественный и химический состав твердого осадка снега, как функцию атмосферных выпадений.Чистый снег имеет pH = 5,6, что связано с наличием в воздухе CO2, образующим угольную кислоту, подкисляющую атмосферные осадки. Если в воздухе много оксидов азота, сернистого газа, диоксида серы и других кислотных оснований, то снег будет иметь величину pH < 5,6 (снег кислый). Если снег имеет значение pH выше 5,6, то он щелочной и загрязнен оксидами металлов, автомобильными выхлопами. В работе по изучению снеготалой воды города Дубны авторы отмечают подщелачивание осадков на всей территории города, что обусловлено щелочными выбросами (золы городских котельных, твердых фракций сгоревшего топлива). Снежный покров, исходя из условий формирования и существования, включает воду в твердом состоянии как основной компонент (ее содержание обычно более 99%), а также примесные твердые фракции аэрозольных частиц. Следовательно, изучение особенностей накопления химических элементов в твердой и жидкой фазах снежного покрова, является одной из важных задач экологического мониторинга.
2. Микроорганизмы снежного покроваМикроорганизмы в воздухе находятся постоянно, несмотря на то, что атмосфера является неблагоприятной средой для их размножения, что обусловлено отсутствием питательных веществ и недостатком влаги. Жизнедеятельность микроорганизмов в воздухе обеспечивают взвешенные частицы воды, слизи, пыли и т.д. Микроорганизмы, находящиеся в воздушной среде, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний – гриппа, ангины, кори, скарлатины. Состав микрофлоры атмосферного воздуха зависит от интенсивности солнечной радиации, ветра, метеоосадков, покрова почвы, плотности населения и др. Меньше всего микробов в воздухе над лесами, морями, снегами. Больше приходится на слои воздуха, расположенные над промышленными городами. В атмосферном воздухе находятся споры грибов, актиномицетов, бацилл, дрожжи, микрококки, сарцины, стафилококки и др. Микрофлора снежного покрова тоже довольно разнообразна. Снежный покров обладает уникальной способностью извлекать из атмосферного воздуха загрязняющие вещества и микроорганизмы, сорбировать на своей поверхности пылевые выпадения и аккумулировать их в своей массе до своего исчезновения. В снег так же попадают микроорганизмы из почвенного покрова.Городская среда имеет свои особые микробиологические свойства. Урбоэкосистемы характеризуются интенсивной производственной, хозяйственной и бытовой деятельностью человека, что сопровождается изменением качества окружающей среды. В ходе урбанизации формируется особый состав микроорганизмов, резко отличающийся от состава микроорганизмов естественных экосистем. Кроме того происходит его постоянное изменение под действием как природных характеристик среды так и антропогенных нагрузок города. Особенность состава микроорганизмов в городских условиях определяется такими специфическими экологическими условиями как: повышение температуры, изменение кислотности, изменение давления и т.д. Так же на формирование микробиоценозов влияют специфические компоненты городской среды – развитая сеть транспортного сообщения, большое количество промышленных предприятий, бытовых котельных, здания, коммуникации, высокая плотность населения. Способность снежного покрова извлекать из атмосферного воздуха загрязняющие вещества успешно используется для оценки загрязненности как сравнительно малых территорий отдельных городов, так и обширных территорий. Транзит микроорганизмов со стоком талых вод активизируется скоростью снеготаяния. В мнoгocнeжный год зафиксировано максимальное насыщение талых вод жизнеспособными микроорганизмами. Установлено, что малоснежные зимы менее опасны, чем многоснежные, в отношении выноса микроорганизмов из верхнего слоя почвы. Санитарно-бактериологический анализ освободившихся от снега почв показал, что индексы санитарно-показательных микроорганизмов превышают норму. Частичное улучшение обстановки отмечается в середине лета, но лишь в деградированных вариантах почв. Урбаноземы – молодые почвы, постоянно диагностируют высокий уровень биозаражения по клостридиальному, термофильному тестам и таковому бактерий группы кишечной палочки. Вблизи водотоков несформированные почвы с низкой самоочищающей способностью становятся очагами повышенного заражения, оказываясь причиной плохого качества воды. Именно в этих точках отбора выявлено высокое содержание фитопатогенных бактерий и грибов, вспышки размножения которых провоцировали несанкционированные свалки мусора, пищевых отходов, загнивающей продукции, поступающей из погребов, овощехранилищ и гаражей. В летнее время ливневые стоки транспортировали небезопасный пул санитарно-показательных микроорганизмов. В почвенной пыли приземного слоя воздуха, на листьях зеленых насаждений тополя, клена, березы, а также газонной траве содержание бактерий группы кишечной палочки, клостридий и термофильных микроорганизмов в селитебно-транспортных зонах оказалось выше допустимых значений во все сроки наблюдений как летом, так и осенью. Суточная динамика качества приземного воздуха демонстрирует наибольшую микробную загрязненность в дневные часы в отличие от утренних и вечерних, что возможно связано с пребыванием микроорганизмов ночью во взвешенном аэрозоле.Газопылевые выбросы предприятий и автотранспорта создают мощные техногенные потоки токсичных веществ, в том числе тяжелых металлов, загрязняющих все компоненты городской среды: почву, растения, воздушное пространство и снеговой покров. Одним из показателей степени ежегодного переноса загрязняющих веществ воздушными потоками и осаждения их в пределах городской территории может быть оценка микробиологического состава снегового покрова. Многолетние исследования качества воздуха и снега свидетельствуют о высоком и химическом и биологическом загрязнении компонентов окружающей среды городов.Свежий и старый снег в городской среде обладают высоким микробным изобилием и разнообразием. Самыми чистыми были образцы снега, отобранные в сосновом бору и в парке культуры и отдыха. В самом городе свежевыпавший снег содержал большее количество микроорганизмов. Причем во всех местах отбора проб отмечалась тенденция нарастания количества микроорганизмов в старом снеге.Доминирующими микроорганизмами в образцах свежего снега были Bacteroidetes (39,1 ± 5,7 %), плесневые грибы (27,3 ± 3,1 %), кокковые микроорганизмы (24,2 ± 2,9 %) и бациллы (9,4 ± 1,4 %). Количество гетеротрофных микроорганизмов в снеговом покрове фоновой территории составляет 1210 КОЕ/мл, микромицетов – 125 КОЕ /мл. Интересен характер распространения микроорганизмов по глубине снежного покрова: практически во всех отобранных пробах максимальные значения были зафиксированы в верхних слоях снегостава. Следует отметить, что в этих же точках зафиксированы максимальные значения по всей глубине снегостава. Во всех пробах доминировали бактерии рода Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus.Анализ содержания микромицетов выявил сходное с гетеротрофными микроорганизмами распределение обилия по глубине снегового покрова, их количество варьировалось в интервале от 50 до 7000 КОЕ/мл, что было ниже показателей, полученных для бактерий. Наибольшая степень микологического загрязнения – превышение составило в 55 раз – установлена на тех же территориях, что и для гетеротрофных микроорганизмов. Во всех пробах доминировали дрожжеподобные грибы, в том числе рода Candida. В промышленных районах и вблизи крупных автомагистралей преобладали микромицеты с темным цветом пигмента, что можно объяснить их резистентностью к ультрафиолетовому излучению и тяжелым металлам.Следующим этапом работы стало проведение биотестирования с целью определения токсичности снеговых проб. По результатам биотестирования снеговых проб c помощью термофильного штамма одноклеточной зеленой водоросли C. vulgaris была установлена гипертоксичность проб. Нетоксичными и слаботоксичными были пробы, отобранные в пешеходных зонах улиц и в жилой зоне города. При оценке токсичности проб снега при помощи тест-объекта L. minor практически во всех исследуемых пробах были отмечены морфологические отклонения биотеста уже на вторые сутки: окраска листецов менялась до светло-зеленой, желтой и белой. ЗаключениеТаким образом, микроорганизмы широко распространены во внешней среде. Они находятся в воздухе, почве, воде, на окружающих нас предметах, пищевых продуктах, в организме человека и животных. Этим микроценозам посвящено д остаточное количество работ. Но, несмотря на большое количество публикаций, посвященных микробиологии воздуха, вопросы микробной контаминации снега и сохранения жизнеспособности бактерий при отрицательных температурах изучены еще недостаточно. Мало работ посвящено исследованию снежного покрова, как функциональной экосистемы, хотя снег является важным хранилищем микробного генетического материала.Снег является индикатором загрязнения атмосферы. В среднем на поверхность Земли в течение года выпадает около 1 м осадков. Вопреки сложившимся представлениям снег и дождевая вода содержат достаточно большое количество солей и микроорганизмов, что дает основание приравнивать их к экосистемам. Капля воды, падающая с высоты одного километра, поглощает загрязнения, содержащиеся в 10—15 литрах воздуха. Таким образом, литр дождевой воды поглощает примеси, содержащиеся в 250—300 тыс. литров воздуха. Эти примеси содержат различные вещества естественного и антропогенного происхождения, которые могут использоваться микроорганизмами. Наличие водорастворимых неорганических питательных веществ позволяют микробным сообществам процветать, поддерживать микробиологическую активность по отношению к органическим веществам, находящимся в снежном покрове.Устойчивость к противомикробным препаратам широко распространена и встречается у многих родов бактерий. Устойчивость к антибиотикам была обнаружена в различных средах, включая водную среду. Научных исследований, посвященных антибиотикорезистентности микроорганизмов снежного покрова, известно очень мало. Хотя водная среда и снежный покров, особенно в условиях городской среды, могут играть важную роль в накоплении и распространении устойчивых к антибиотикам в микроорганизмов. Устойчивость к антибиотикам является одним из серьезных препятствий на пути успешного лечения бактериальных заболеваний. Городская среда является важным резервуаром бактерий, устойчивых к антибиотикам.
Список использованной литературы:
Егоров Н.С. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / Под ред. Н.С. Егорова. – М.: Высш.шк., 1989. – 688 с.Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. – М.: Дрофа, 2005. – 445 с.Карибаева А.К., Койшиева Г.Ж. ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ // Материалы V Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: https://scienceforum.ru/2013/article/2013008461 (дата обращения: 25.12.2021).Лыков И.Н., Морозова Н.С., Крымская С.А. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СКРИНИНГ ГОРОДСКОГО СНЕГА // Экология урбанизированных территорий. 2021. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrobiologicheskiy-skrining-gorodskogo-snega (дата обращения: 25.12.2021).Нетрусова А.И. Экология микроорганизмов Учеб. для студ. вузов / под. Ред. проф. Нетрусова А.И./ М.: Academia, 2004. – 272 с.