Антибиотики – фитотоксичность/ биота почвы, 1. Фасоль, Овощи

Продолжаю тему влияния антибиотиков на почву и сельскохозяйственные растения – первый пост был опубликован 25.12.2023.

Интенсивное развитие животноводства приводит к усилению использования ветеринарных препаратов. Общее ежегодное потребление антибиотиков период с 2000 по 2015 годы в 76 странах мира увеличилось на 65% и достигло 42 миллиарда установленных суточных доз. Согласно прогнозам, к 2030 году глобальное потребление антибиотиков возрастет на 200% в сравнении с 2015 годом. Большинство антибактериальных препаратов не полностью метаболизируются в организме животных и 30–90 % выводятся через мочу и фекалии. Таким образом, высокий процент применяемых лекарств поступает в воду и почву непосредственно через экскременты скота или при использовании навоза в качестве удобрения.                                                            Тетрациклины, сульфонамиды, β-лактамы, макролиды, аминогликозиды, фторхинолоны являются широко используемыми антибактериальными соединениями . К наиболее часто встречающимся ветеринарным антибиотикам в навозе свиней, крупного рогатого скота и птицы относятся: тетрациклины, тилозин, сульфаметазин, ампролиум, монезин, вирджиниамицин, пенициллин, никарбазин, линкомицин. Концентрация варьируется от следовых количеств до 216 мг/дм3 навозной жижи . После приема лекарств антибиотики в основном выделяются в качестве исходных соединений. Установлено, что метаболиты антибактериальных препаратов, обнаруженные в экскрементах животных, являются биологически активными и могут потенциально преобразовываться в исходное соединение.    

 В настоящее время разрабатываются методы, направленные на снижение концентраций остаточных ветеринарных препаратов, позволяющие сократить их поступление в почву -  наиболее распространено -  адсорбция и деградация посредством компостирования навоза скота.

Воздействие антибиотиков на растения

Изучение воздействия антибиотиков на растительные организмы начались еще в 50-е годы XX века и продолжается в настоящее время.

Научно подтверждено, что воздействие антибиотиков оказывает влияние на развитие и физиологию растений, проявляющееся в снижении общей биомассы , всхожести , скорости прорастания , длины и биомассы корней , количества корней , высоты и биомассы побега , длины гипокотиля , количества и размера листьев , длины междоузлий , уменьшении семядоли , подавлении свободного ветвления , снижении скорости фотосинтеза, синтеза и содержания хлорофилла , транспирации , деформации тканей и органов , уменьшении массы плодов , нарушении окислительно-восстановительного гомеостаза , ингибировании ферментов, продуцируемых фитоплазмами , изменении антиоксидантных и генетических показателей , изменении структуры микробного сообщества в ризосфере растений.

 Предлагаю рассмотреть подобно применительно к разным культурам

Фасоль – супесь/суглинок

Влияние 160 мг/дм3 хлортетрациклина и окситетрациклина на прорастание  фасоли (Phaseolus vulgaris L. var. University of Idaho 114) на супесчаной и суглинистой почвах продемонстрировало, что воздействие антибиотиков на рост и развитие растений зависело от характеристик почвы и видов растений. В супесчаной почве  растения фасоли отрицательно реагировали на антибиотики – через 28 суток у обработанных растений обнаружился зарождающийся хлороз, отсутствие развития усиков, снижение в сравнении с контролем сухой массы побега и корня, среднего количества и размера стручков, среднего количества клубеньков в корнях, содержание Ca, Mg, K, N в побегах растений и K в корнях. Снижение поглощения N связывалось авторами с ингибированием антибиотиками азотфиксирующих бактерий. Фасоль, выращенная на суглинистой почве, демонстрировала отсутствие токсического эффекта в связи со способностью суглинка поглощать большее количество антибиотика, делая его менее доступным.

Овощные культуры

Влияние окситетрациклина на прорастание в растворе и выращивание в почве, загрязненной навозом, содержащим антибиотики, салата (Lactuca sativa L.), моркови (Daucus carota) и перца (Capsicum annum), продемонстрировало зависимость от используемых видов растений. Семена моркови оказались наиболее восприимчивы, а семена перца – наименее восприимчивыми. Воздействие окситетрациклина сильнее угнетало длину корня. Анализ детоксифицирующих ферментов НАДФН-цитохром Р450 редуктазы и глутатион-S-трансферазы показал, что активность ферментов возрастала с увеличением концентрации препарата в почвенно-навозной смеси, независимо от вида растения. Таким образом, при стрессе, вызванном антибиотиком, срабатывала система детоксикации. Наблюдалось снижение частоты микориз моркови, за которым следовали салат, а затем перец. Содержание свободного пролина в корне было выше, чем в листьях, вероятно, из-за более высокого накопления антибиотиков в корне растений, так как пролин способствует осмотической регулировке, стабилизации и защите целостности мембран и макромолекул от повреждений .

Воздействие 5–20 мг/кг окситетрациклина на выращенные в суглинистой песчаной почве огурец (Cucumis sativus), томаты (Solanum lycopersicum), салат (Lactuca sativa) продемонстрировали токсический эффект антибиотика. Вес плодов томата не отличался от контроля, что связывалось авторами с низкими концентрациями антибиотика в плодах. Высота растений, содержание хлорофилла, масса побегов и корней, общая площадь поверхности корней были ингибированы для томата и огурца. У томата окситетрациклин снижал количество листьев, у огурца уменьшал размер листьев и вес плодов [93]. Изучение влияния 500 мг/кг окситетрациклина и тилозина на рост и развитие гороха (Cirrosut vulgatum) в полевом эксперименте через 60 суток продемонстрировало снижение урожайности в 1,5 раза в сравнении с контролем. Наибольшее токсическое воздействие оказал окситетрациклин .

 Анализ 1–10000 мкг/дм3 десяти антибиотиков разных групп с использованием трех видов растений: салата (Lactuca sativa), люцерны (Medicago sativa), моркови (Daucus carota) выявил снижение фитотоксичности в следующем порядке: левофлоксацин > хлортетрациклин > тетрациклин > сульфаметоксазол > тилозин > окситетрациклин > сульфаметазин > линкомицин > амоксициллин > триметоприм. Ни один из антибиотиков не вызывал значительного снижения всхожести семян. Величина удлинения корня была наиболее чувствительным показателем.

Морковь была наиболее чувствительным видом растений, за ней следовали салат, затем люцерна. Незначительное воздействие антибиотиков на всхожесть растений объясняется высокой консервативностью процесса прорастания, при котором многие питательные вещества, в том числе углеводы и белки, сохраняются и остаются доступными для прорастания, даже если клеточные процессы преобразования этих соединений оказываются под негативным влиянием. Кроме того, семенная оболочка выполняет функцию защитного барьера между зародышем и окружающей средой, что препятствует проникновению антибактериальных препаратов и воздействию на развивающийся организм. После прорастания корни молодых растений поглощают антибиотики, которые впоследствии влияют на развитие органов растения, следствием чего является ингибирование роста корней и побегов.

При подготовке поста использован литературный источник, находящийся в открытом доступе:  Фитотоксичность антибиотиков и их влияние  на микробиоценоз почвы, Космачева А.Г., 2022