16.05.2017
02.05.2017
14.04.2017
14.04.2017
07.04.2017
07.04.2017
03.04.2017
27.03.2017
27.03.2017
27.03.2017
Образование и накопление антибиотиков в почве
 25.06.2014

В последние годы установлено, что в почве имеются антибиотические вещества, образуемые микробами-антагонистами. Образование антибиотических веществ микробами в почве доказано экспериментально многими исследователями. Готтлиб и Симинов показали наличие в почве хлоромидетина, образуемого актиномицетом A. venezuelae. Вещество было выделено из почвы и химически очищено. При благоприятных условиях роста актиномицета в почве накапливается до 25,0—27,8 мг/кг хлоромидетина. Образование в почве хлоромидетина актиномицетом A. venezuelae отмечает также Жефферис. Наибольшее количество его образуется при добавлении в почву пептона или сена люцерны. В присутствии крахмала или овсяной муки антибиотик в почве не образуется.
Грегори и др. наблюдали образование антибиотических веществ в почве культурами бактерий — Bacillus sp., В-6, актиномицетами — Actinomyces № 67 и грибами — Penictllium patulum. В почве при наличии соответствующих источников питания (соевая мука) образовывались следующие количества антибиотиков:

Образование и накопление антибиотиков в почве

Гессайон указывает на образование грибом Trichothecium roseum антибиотика трихотецина, причем большие количества последнего обнаруживались в глинистой почве, и меньшие — в песчаной.
По наблюдению Готтлиба антибиотик актидион образуется в почве в заметных количествах (10 μг/г и больше) в присутствии соевой муки. Гроссбард культивировал в почве Penicillium patulum в присутствии различных источников питания. Образование патулина происходило в присутствии свекловичного жома, глюкозы, свежей соломы пшеницы, Тимофеевой травы и некоторых других растительных остатков. По наблюдению автора, антибиотики образуют в почве также Aspergillus terreus и A. antibioticus при наличии соломы пшеницы и некоторых других источников питания.
В следующей работе Гроссбард показал образование антибиотиков в почве грибами: Aspergillus terreus — 70 единиц, Penicillum sp. — 80 единиц, Aspergillus clavatus — 110 единиц, Penicillium clavatus — 100 единиц на 1 г почвы.
Готтлиб и Симинов отмечали образование клавацина в почве грибом Aspergillus clavatus в количестве 16 μг/г на третий день роста в присутствии бурого сахара. Учитывая степень адсорбции и инактивации вещества почвенными частицами, авторы определяют суммарное образование его в количествах не менее 50 μг/г.
Стевенсон и Локхед исследовали образование антибиотических веществ грибом — Pentcillium sp. и актиномицетами K-1 и V-27 как в стерильной, так и в нестерильной почве. В стерильной почве гриб Penicillium образует антибиотиков столько же, сколько и на среде Чапека (около 20—30 μг/г), в нестерильной — в 3 раза меньше (7—10 μг/г). Актиномицеты образуют активного вещества до 16 ед/г и более. В качестве источников питания оба организма используют различные растительные остатки — зеленую массу клевера, ежи, костра, пшеницы.
Райт наблюдал образование гризеофульвина в почве грибом Penicillium nigricans в присутствии других почвенных грибов. По его данным, чистая культура Penicillium nigricans образует следующие количества антибиотика (в стерильных почвах): в подзоле с pH = 5,3—0,2 μг на 7-е сутки и 2,4 μг на 14-е сутки; в подзоле с Ca (ОН)2—2,4 μг на 7-е сутки и 20 μг на 14-е сутки; в садовой почве с pH = 6,2—0,6 μг на 7-е сутки и 10 μг на 14-е сутки — в 1 г почвы. При заражении почвы другими грибами образование гризеофульвина либо понижается, либо повышается в зависимости от видовых качеств грибов. На 14-е сутки инкубации было обнаружено гризеофульвина в почве (в процентах):
Образование и накопление антибиотиков в почве

В стерильной почве, зараженной нестерильной, гризеофульвин накапливается слабее, а именно, около 6 μг/г.
Автор отмечает, что в стерильной и нестерильной почве антибиотики образуются и многими другими грибами. На 14-е сутки инкубации им были обнаружены в почве, зараженной грибами, следующие количества антибиотиков:
Образование и накопление антибиотиков в почве

Наши исследования показывают, что антибиотические вещества образуются в почве разными представителями антагонистов — бактериями, актиномицетами и грибами, если для этого имеются соответствующие условия.
В подзолистой почве бактерии-антагонисты при наличии источников питания (соевая мука, солома люцерны или клевера, сахара или другие вещества) образуют в стерильной почве от 40 до 180, а в нестерильной — 10—80 ед. в 1 г (табл. 113). Образование антибиотических веществ, как видно из таблицы, происходит более интенсивно в стерильных почвах. Так же, как и на искусственных питательных средах, здесь необходимо наличие особых веществ для синтеза антибиотиков, и часто как раз не тех, которые нужны для питания и развития бактерий-антагонистов. Из многих испытанных органических веществ только некоторые были пригодны для синтеза антибиотиков, хотя развитие антагонистов происходило при всех используемых в опытах источниках питания.
Образование и накопление антибиотиков в почве

Такие же данные были получены и при испытании актиномицетов-антагонистов. Последние при развитии в почве, где имеются соответствующие органические источники питания, образуют антибиотические вещества в количествах, вполне достаточных, чтобы можно было их выявить (табл. 114). Эти антибиотики обнаруживались нами микробиологическим способом непосредственно в почве и после выделения их органическими растворителями. Экстрагирование, как правило, дает показатели меньшего количества антибиотиков. Там, где микробиологический метод дает 100 ед/г, экстрагированием удается выделить не более 10—30 ед/г, т. е. примерно 10—30% всего имеющегося в почве количества. В зависимости от характера почв и свойств самого вещества количества экстрагируемых веществ могут быть различны.
Образование и накопление антибиотиков в почве

Кореняко, Артамонова и Летунова проследили образование в почвах антибиотиков актиномицетами, принадлежащими к разным видам. Всего было изучено более 100 культур, из них 13 более подробно. Актиномицеты выращивались в почве с прибавлением различных органических источников питания. Все они, за исключением единичных, продуцировали антибиотики в почве в большем или меньшем количестве. Наиболее активные представлены в табл. 115.
Образование и накопление антибиотиков в почве

Приведенные в таблице данные показывают, что микробы-антагонисты образуют антибиотические вещества с различной интенсивностью в зависимости от типа почв. Наибольшее количество этих веществ образуется в подзоле, затем — в черноземе и в каштановых почвах, наименьшее — в красноземе.
Антимикробные свойства антибиотиков в почве проявляются иначе, чем в искусственных субстратах. He все антибиотики активны в ней. Мартин и Готтлиб показали, что циркулин, неомицин и биомицин в почве не подавляют роста спороносных бактерий Вас. subtilis даже в очень больших концентрациях (500 μг/г), тогда как на лабораторных питательных средах они подавляют рост в дозе 0,1 μг/г. В то же время субтилин заметно подавляет развитие Вас. cereus в тех же почвах. Ho наиболее активным был в опыте авторов актикомицин. Достаточно 5 μг/г актиномицина в почве, чтобы подавить развитие Вас. subtilis.
Эффективность антибиотиков в почве определяется не только свойствами их, но и концентрацией. Последняя же обусловлена скоростью образования и поступления вещества в почву, с одной стороны, и скоростью инактивации его, — с другой. Большинство антибиотиков, как известно, сравнительно быстро исчезает из почвы. Часть их инактивируется почвенным раствором или разрушается микробами, часть вымывается водой, а значительная часть адсорбируется почвенными частицами.
В своих опытах мы наблюдали степень активности искусственно вносимых антибиотических препаратов в разных почвах, при разных условиях. Изучалась скорость инактивации антибиотиков, степень вымываемости водой и адсорбция их в почве. В приведенной табл. 116 даны средние показатели для черноземных почв.
Образование и накопление антибиотиков в почве

В почву вносилось до 2000 ед/г химически чистых препаратов. Препарат 1609 вносился в количество 10 000 ед/г.
Как видно из этих данных, стрептомицин, глобиспорин и террамицин инактивируются в черноземе примерно в равных количествах (около 25%), пенициллин в меньшем количестве, а препарат № 1609 полностью инактивировался. В других почвах инактивация тех же антибиотиков иная (табл. 117). Наименьшая инактивация последних отмечается в подзолистой почве и в красноземах, наибольшая в черноземе.
Образование и накопление антибиотиков в почве

Чтобы установить адсорбированную часть антибиотиков в почвах, мы производили вымывание последних водей. При внесении в подзолистую почву антибиотиков в количестве 2000 ед/г удается отмыть водой следующие порции: пенициллина — 1650 ед/г, стрептомицина — 40 ед/г, глобиспорина — 120 ед/г, террамицина — 350 ед/г, а антибиотика № 1609 — 0. Больше всего отмывается пенициллина и в других почвах: в красноземе — 1800 ед/г, в сероземе — 1500 ед/г.
Сопоставляя цифровые показатели инактивации и вымываемости антибиотиков водой, можно установить количества их, находящиеся в адсорбированном состоянии, а следовательно, и адсорбционную способность почв. В подзолистой почве, по нашим данным, адсорбировалось: глобиспорина — 1800 ед., стрептомицина — 1880 ед., террамицина — 1350 ед., пенициллина — 280 ед. в 1 г. В сероземе адсорбировалось соответственно 1670, 1600, 1200 и 380 ед. в 1 г. Стрептомицин поглощается черноземом в количестве 1120 ед. и красноземом — 1650 ед.; глобиспорин, соответственно, 1080 и 1540 ед/г; террамицин — 900 и 1620 ед/г.
Как видно из приведенных данных, выявляемые количества антибиотиков значительно меньше тех, что вносились. Чтобы придать одному грамму почвы, например серозему, антибактериальную способность, необходимо минимум 350 ед. стрептомицина, 100 ед. глобиспорина, 600 ед. террамицина, 130 ед. пенициллина и более 10 000 ед. препарата № 1609. Если в эту почву внести несколько меньшие дозы антибиотиков, то антимикробные свойства ее нельзя будет обнаружить ни качественной пробой, ни экстрагированием различными растворителями (водой, спиртом, эфиром, ацетоном и др.).
Все эти данные показывают, что к тем цифровым показателям, которые мы получали при количественном определении антибиотиков, образуемых в почве микробами-антагонистами, следует прибавить и те количества, которые поглощаются и инактивируются. Если в почве мы обнаруживали 20 ед/г антибиотического вещества, то в действительности его было продуцировано антагонистами значительно больше.
Скорость разрушения антибиотиков в почве различна. Одни из них инактивируются в почве в первые часы после внесения, другие могут сохраняться длительное время — несколько дней или даже несколько недель в зависимости от природы вещества и свойств субстрата.
Антибиотики — основания, такие как, например, стрептомицин, инактивируются в почве очень быстро; нейтральные соединения (хлоромицетин) слабо инактивируются, а вещества кислотного типа занимают промежуточное положение.
Адсорбция и инактивация антибиотических веществ зависят в значительной степени от кислотности почвы. Ауреомицин и террамицин насыщают нейтральный глинозем дозой в 30 000 μг/г, а для насыщения кислого глинозема требуется 60 000 цг/г и более, т. е. в два раза больше.
Богатая гумусом почва поглощает при pH = 3,2 4000 μг/г антибиотиков, а при pH = 5,6—7,6 — 400 μг/г, т. е. в десять раз меньше.
Следовательно, антимикробное действие антибиотиков в таких почвах будет различным; чтобы подавить рост бактерий Вас. polymyxa в почве, при pH = 5,6 требуется террамицина 500 μг/г, а при pH = 6,2—200 μг/г.
Сохраняемость антибиотиков в почвах с различной кислотностью также неодинакова.
По данным Грегори с сотрудниками, антибиотик актидион сохраняется в щелочной почве с pH = 7,8 в течение 8 суток, а в кислой при pH = 5,2 — более 14 дней; клавацин инактивируется в щелочной почве полностью в первые сутки, а в кислой сохраняется 3—4 дня; 90% фрадицина сохраняется в щелочной почве в течение 14 суток, а в кислой он адсорбируется и инактивируется полностью в первые сутки.
Хлоромицетин слабее инактивируется в почве, чем стрептомицин и террамицин. При внесении хлоромицетина в стерильную почву он сохраняется более 14 суток почти без изменения. В нестерильной почве, где обитает большое количество различных микроорганизмов, препарат постепенно инактивируется — через 3 суток сохраняется лишь 70%, через 7 дней — около 30%, через 2 недели он обнаруживается только в количестве 20%.
Прамер и Старки установили, что стрептомицин, внесенный в почву в дозе 1000 μг/г, сохраняется в стерильной почве более 3 недель, а в нестерильной — 2 недели. Около 50% его разрушается в течение первой недели. В присутствии глюкозы антибиотик сохраняется в почве более длительное время.
Джеффрис испытывал многие антибиотические вещества. Он вносил их в разные почвы и наблюдал скорость разрушения. Получены следующие данные (табл. 118).
Как видно, более быстрая инактивация антибиотиков происходит в садовой земле. По данным автора, некоторые вещества разрушаются быстрее в стерильной почве, чем в нестерильной, что является непонятным и противоречит наблюдениям других исследователей.
По нашим данным, длительность сохранения антибиотических веществ весьма различна и зависит, во-первых, от свойств самих веществ, а во-вторых, от типа почв и внешних условий (температуры, влажности, кислотности и пр.). Один и тот же антибиотик в разных почвах инактивируется и исчезает с различной скоростью. Например, глобиспорин сохраняется в подзоле 7 суток, а в красноземе — 2 дня. Ауреомицин активен в подзоле 10 дней, а в красноземе не более 3 дней (табл. 119
Образование и накопление антибиотиков в почве

Наиболее быстро инактивируются антибиотики в красноземе и в подзоле.
Препарат № 1609 в нестерильных почвах исчезает моментально; другие препараты обнаруживаются еще спустя несколько дней. В стерильных почвах антибиотические вещества удерживаются значительно более длительное время, чем в нестерильных. Как видно из табл. 119, большая часть активных веществ исчезает в первые 2—3 дня из нестерильных почв и сохраняется до 2—3 месяцев в стерильных почвах.
Аналогичные данные получаются и при внесении в почву нативных антибиотиков. Кореняко, Артамонова и Летунова вносили в подзол, чернозем, серозем и краснозем активные вещества актиномицетов в виде культуральной жидкости. Было испытано около 700 нативных препаратов, из них 12 — более подробно. Результаты исследований приведены в табл. 120.
Образование и накопление антибиотиков в почве

Небольшое инактивирующее действие оказывает почвенный раствор. Раствор, полученный при помощи сильного пресса из инкубированных образцов почв подзола, серозема и чернозема, был испытан нами на четырех антибиотиках — пенициллине, глобиспорине, препарате № 15 (гризине) и препарате № 1609. К раствору антибиотика с точно установленным титром прибавлялся этот раствор в разных дозах и через некоторое время (1—5 часов и более) определялась активность препаратов. Результаты этих исследований не всегда были .четко выражены, однако достоверные данные были получены в опытах с гризином и препаратом № 1609, а в отдельных случаях и с пенициллином. Раствор инкубированной почвы подзола инактивировал антибиотики в меньшей степени, чем растворы, полученные из серозема и чернозема. Один миллилитр раствора, извлеченного из подзола, нейтрализовал 20—30 ед. препарата № 1609, 5—7 ед. гризина и 2—5 ед. пенициллина. Почвенный раствор инкубированного серозема инактивировал 50—60 ед. препарата № 1609, 7—10 ед. гризина и 10— 12 ед. пенициллина. Раствор инкубированного чернозема инактивировал соответственно 80, 15 и 25 ед. Кроме того, он же инактивировал и глобиспорин в количестве около 5—7 ед.
Инактивирующая сила почвенного раствора тесно связана с видовым составом и жизнедеятельностью микроорганизмов. Если инкубировать почву с небольшим количеством органического вещества и к этому еще заразить ее определенными видами бактерий, то полученный таким образом раствор может инактивировать значительно больше антибиотиков. Подзолистая почва в нашем опыте инкубировалась с разными видами бактерий (спороносными и неспороносными) с примесью разных источников органического питания (мука соевая, сено клевера, кукурузный экстракт, пептон). Наибольший эффект был получен в опыте с одной неспороносной палочкой (шт. № 6), инкубированной в почве с соевой мукой. Раствор, полученный от нее, (1 мл), инактивировал 100 ед. препарата № 1609 и до 50 ед. пенициллина, но не инактивировал ни гризина, ни глобислорина. Последний инактивировался раствором почвы, инкубированной с бактерией № 15 в присутствии сена клевера.
Инактивирующее действие почвенного раствора отмечали Ваксман и Вудруф. Они испытывали действие актино-мицина в чистом растворе и в растворе с примесью гумусовой вытяжки. Культура бактерий (Вас. mycoides) погибала в первом случае от дозы 1 μг, во втором от дозы 10 μг и более. Аналогичное действие наблюдал и Скиннер при изучении антибиотика, полученного им от актиномицета A. albido-flavus.
Инактивация антибиотиков в почве, по-видимому, вызывается в основном продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. В литературе показано, что с усилением жизнедеятельности последних разрушение антибиотиков ускоряется. В приведенных выше опытах, в почве, инкубированной с соевой мукой, развитие бактерий было очень интенсивным и состав их отличался от почвы с клевером или пептоном.
Винтер и Виллеке вносили пенициллин в компостированную, богатую гумусом почву и в бедную органикой глинистую почву. В гумусированной почве, где обильно развивались микробы, антибиотик исчезал через два-три часа. В почве, бедной гумусом, тот же антибиотик сохранялся двенадцать часов. Если устранить стерилизацией микрофлору из почвы, то пенициллин сохраняется в ней более трех суток, а в нестерильной исчезает на вторые сутки.
Инактивирующая роль микрофлоры почвы была показана нами в опытах с чистыми культурами бактерий и актиномицетов. Было установлено, что антибиотики — пенициллин, мицетин и стрептомицин — инактивируются продуктами жизнедеятельности разных видов бактерий и актиномицетов в разной степени. Одни виды или штаммы бактерий инактивируют сильнее стрептомицин, другие — пенициллин или мицетин. Имеются культуры, продукты жизнедеятельности которых усиливают активность антибиотиков.
Приведенные здесь данные меняют наши представления о сохраняемости антибиотиков в почве. Антибиотики не всегда полностью инактивируются в почве. В зависимости от почвенно-климатических условий, а также собственных химических свойств антибиотики могут сохраняться и накапливаться в почве.