Новости

28 февраля, 2022 12:33

Транспортное загрязнение увеличило количество потенциально опасных для человека микроорганизмов на листьях растений

Российские ученые совместно с коллегами из Нидерландов и Италии показали, что сообщества микробов, обитающих на поверхности листьев, чувствительны к транспортному загрязнению. С приближением к автотрассам растет активность микроорганизмов, снижается их видовое разнообразие и увеличивается доля условно-патогенных форм. Эти изменения связаны с повышенной концентрацией загрязняющих веществ (в основном цинка) и особенностями микроклиматических условий у дорог: низкой влажностью, высокой температурой и уровнем ультрафиолетового излучения. Изучение микроорганизмов растений поможет оценить экологическое состояние природы в городе и их возможное влияние на здоровье человека. Статья опубликована в журнале Plants (Q1). Исследования частично поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Отбор листьев березы повислой в Москве. Источник: Архив авторов
Изменение характеристик филлосферы березы в зависимости от автотранспортного загрязнения. Источник: Ольга Гавричкова
3 / 4
Отбор листьев березы повислой в Москве. Источник: Архив авторов
Изменение характеристик филлосферы березы в зависимости от автотранспортного загрязнения. Источник: Ольга Гавричкова

Растения — важная часть городской среды. Они формируют микроклимат, поглощают парниковые газы, очищают воздух от пыли и помогают сохранить биоразнообразие. Чтобы растения хорошо выполняли эти функции, они должны быть здоровы. Значительную роль в этом выполняют микроорганизмы, обитающие на поверхности листьев, — филлосфера.

Согласно различным исследованиям, антропогенная нагрузка в условиях города может влиять на видовой состав микронаселения листьев, подавляя одни группы организмов и увеличивая долю других, более устойчивых. Однако понимания, какие микробы входят в филлосферу, недостаточно, чтобы объяснить, как эта система функционирует в неблагоприятных условиях. Информативным параметром считается активность микроорганизмов, которая характеризует их участие в метаболических процессах, способность к росту и размножению. В условиях стресса, например, большая часть почвенных микроорганизмов может быть «спящей».

До настоящего времени активность филлосферы была малоизучена, и исследователи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино), Российского университета дружбы народов (Москва), Кольского научного центра РАН (Апатиты), Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г. К. Скрябина РАН (Пущино), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва), Вагенингенского университета (Нидерланды) и Научно-исследовательского института наземных экосистем (Италия) решили восполнить этот пробел. Они выяснили, как биологические характеристики филлосферы березы повислой (Betula pendula) меняются в зависимости от близости дерева к дороге с интенсивным движением в Москве. Этот вид растения характерен для городской среды региона, а благодаря строению листа и кроны способен накапливать большое количество вредной мелкодисперсной пыли.
Биологи отбирали березовые листья на разном удалении от дороги: 2, 10, 30 и 50 метров. Чтобы оценить видовое разнообразие и активность микроорганизмов, ученые делали смывы с листьев, а затем исследовали их.

Активность филлосферы определяли, измеряя количество выделенного микроорганизмами СО2, а функциональное разнообразие оценивали по способности потреблять различные органические субстраты. Так, например, способность разлагать ароматические соединения говорит о том, что в филлосфере присутствуют организмы-деструкторы, которые могут участвовать в биоразложении нефтепродуктов. В смывах с листьев определяли видовое разнообразие микроорганизмов молекулярно-генетическими методами, а потенциально патогенные микроорганизмы выявляли на специальных питательных средах в чашках Петри.

Исследование показало, что по мере приближения к транспортному загрязнению функциональное и видовое разнообразие микроорганизмов на поверхности листьев березы снижается (на 30% и 12% соответственно), а их активность (впрочем, «холостая» из-за неблагоприятных условий и стресса) и количество патогенов, наоборот, растет (на 37% и 17% соответственно). Так, грибы особо опасной группы (например, Aspergillus flavus, A. fumigatus, A. ochraceus, Paecilomyces variotii) были выявлены только на расстоянии 2 и 10 метров от дороги. Это происходит потому, что здесь в почве и воздухе повышается концентрация потенциально токсичных элементов, температура выше, влажность ниже, а растения стоят по-отдельности и больше подвержены воздействию ультрафиолета. Патогенные грибы, в свою очередь, приспособились к неблагоприятным условиям, например, содержащийся в них меланин защищает их как от избытка ультрафиолетового излучения, так и обезвреживает токсичные вещества, особенно цинк.

«Мы обнаружили, что у дороги увеличивается количество условно-патогенных микроорганизмов, обитающих на поверхности листьев деревьев. Поэтому важно своевременно удалять опавшую листву на таких территориях, чтобы снизить риск возникновения различных инфекций у горожан с ослабленным иммунитетом. К тому же необходимо соблюдать осторожность при уборке листьев или обрезке крон деревьев, использовать средства индивидуальной защиты кожи и органов дыхания», — комментирует Кристина Иващенко, научный сотрудник центра Smart Urban Nature Российского университета дружбы народов и Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.

Чувствительность филлосферы к антропогенному загрязнению позволяет использовать ее в качестве биоиндикатора — инструмента оценки качества окружающей среды по состоянию биоты. Полученная информация поможет в принятии решений в сфере устойчивого развития городов.
18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...