Транспортное загрязнение увеличило количество потенциально опасных для человека микроорганизмов на листьях растений
28.02.2022
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).
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.
![(jpg, 41 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=a46465e1-01d2-4db6-a8ec-6d45e9a874c3)
Рисунок 1. Отбор листьев березы повислой в Москве. Источник:
Архив авторов
![(jpg, 107 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=b0b1beab-cc23-40c2-9c06-c5470b216354)
Рисунок 2. Изменение характеристик филлосферы березы
в зависимости от автотранспортного загрязнения. Источник: Ольга Гавричкова