close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

92.Вестник Томского государственного университета. Биология №2 2008

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ВЕСТНИК
ТОМСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ
Научный журнал
2008
№ 2 (3)
Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС 77-29499
от 27 сентября 2007 г.
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НАУЧНО-РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Майер Г.В., д-р физ.-мат. наук, проф. (председатель); Дунаевский Г.Е., д-р техн.
наук, проф. (зам. председателя); Ревушкин А.С., д-р биол. наук, проф. (зам.
председателя); Катунин Д.А., канд. филол. наук, доц. (отв. секр.); Аванесов С.С.,
д-р филос. наук, проф.; Берцун В.Н., канд. физ.-мат. наук, доц.; Гага В.А., д-р
экон. наук, проф.; Галажинский Э.В., д-р психол. наук, проф.; Глазунов А.А.,
д-р техн. наук, проф.; Голиков В.И., канд. ист. наук, доц.; Горцев А.М., д-р техн.
наук, проф.; Гураль С.К., канд. филол. наук, проф.; Демешкина Т.А., д-р филол.
наук, проф.; Демин В.В., канд. физ.-мат. наук, доц.; Ершов Ю.М., канд. филол.
наук, доц.; Зиновьев В.П., д-р ист. наук, проф.; Канов В.И., д-р экон. наук,
проф.; Кривова Н.А., д-р биол. наук, проф.; Кузнецов В.М., канд. физ.-мат. наук, доц.; Кулижский С.П., д-р биол. наук, проф.; Парначев В.П., д-р геол.минерал. наук, проф.; Петров Ю.В., д-р филос. наук, проф.; Портнова Т.С.,
канд. физ.-мат. наук, доц., директор Издательства научно-технической литературы; Потекаев А.И., д-р физ.-мат. наук, проф.; Прозументов Л.М., д-р юрид. наук, проф.; Прозументова Г.Н., д-р пед. наук, проф.; Савицкий В.К., зав. редакционно-издательским отделом; Сахарова З.Е., канд. экон. наук, доц.; Слижов Ю.Г., канд. хим. наук, доц.; Сумарокова В.С., директор Издательства ТГУ;
Сущенко С.П., д-р техн. наук, проф.; Тарасенко Ф.П., д-р техн. наук, проф.;
Татьянин Г.М., канд. геол.-минерал. наук, доц.; Унгер Ф.Г., д-р хим. наук,
проф.; Уткин В.А., д-р юрид. наук, проф.; Шилько В.Г., д-р пед. наук, проф.;
Шрагер Э.Р., д-р техн. наук, проф.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
«ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА.
БИОЛОГИЯ»
Кулижский С.П., д-р биол. наук, проф., зав. каф. почвоведения и экологии почв,
директор Биологического института (председатель); Астафурова Т.П., д-р биол.
наук, проф., зав. каф. агрономии, директор Сибирского ботанического сада (зам.
председателя); Москвитина Н.С., д-р биол. наук, проф., зав. каф. зоологии позвоночных и экологии (зам. председателя); Акимова Е.Е., канд. биол. наук, м.н.с.
ОСП «НИИ ББ ТомГУ» (отв. секретарь); Кривова Н.А., д-р биол. наук, проф.,
директор ОСП «НИИ ББ ТомГУ»; Бушов Ю.В., д-р биол. наук, проф., зав. каф.
физиологии человека и животных; Данченко А.М., д-р биол. наук, проф., зав.
каф. лесоведения и зеленого строительства; Карначук Р.А., д-р биол. наук,
проф., зав. каф. физиологии и биотехнологии растений; Островерхова Г.П., д-р
биол. наук, проф., зав. каф. зоологии беспозвоночных; Пяк А.И., д-р биол. наук,
проф., каф. ботаники; Свиридова Т.П., канд. биол. наук, зам. директора Сибирского ботанического сада; Стегний В.Н., д-р биол. наук, проф., зав. каф. цитологии и генетики.
© Томский государственный университет, 2008
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
БОТАНИКА
Свиридова Т.П., Зиннер Н.С. Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L.
и Hedysarum theinum Krasnob. в условиях Томской области ................................................... 5
БИОТЕХНОЛОГИЯ
Дорофеев В.Ю., Карначук Р.А., Шилова И.В. Элементный состав клеток
каллусной культуры княжика сибирского (Atragene speciosa Weinm.) in vitro ................... 12
Лаврентьева Л.В., Авдеев С.М., Соснин Э.А., Величевская К.Ю. Бактерицидное
действие ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп
на чистые культуры микроорганизмов .................................................................................... 18
Минаева О.М., Акимова Е.Е., Семенов С.Ю. Антагонистическое действие
на фитопатогенные грибы и стимулирующее влияние на рост и развитие растений
формальдегидутилизирующих бактерий Pseudomonas sp. B-6798 ....................................... 28
ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
Кузнецова Н.П. Комплексная система защиты оранжерейных растений
от вредителей и болезней в Сибирском ботаническом саду ТГУ ......................................... 43
ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Терещенко Н.Н., Бубина А.Б., Писаренко С.В. Эффективность торфо-минеральных
и органических вермикомпостсодержащих грунтов .............................................................. 47
Середина В.П., Андроханов В.А., Алексеева Т.П., Сысоева Л.Н.,
Бурмистрова Т.И., Трунова Н.М. Экологические аспекты биологической
рекультивации почв техногенных экосистем Кузбасса ......................................................... 61
ЦИТОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
Малахова Л.А., Амельченко В.П., Катаева Т.Н. Цитогенетические исследования
редких растений Томской области в СибБС – методическая основа сохранения
их биоразнообразия .................................................................................................................... 73
ЭКОЛОГИЯ
Воробьев Д.С., Франк Ю.А., Залозный Н.А., Лушников С.В.,
Ступакова Л.П. К вопросу устойчивости Limnodrilus hoffmeisteri
(Oligochaeta, Tubificidae) к нефтяному загрязнению .............................................................. 83
Аннотации статей на английском языке …………………………………………………. 89
Сведения об авторах ………………………………………………………………………… 92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
CONTENTS
BOTANICA
Sviridova T.P., Zinner N.S. Prospects of cultivation Hedysarum alpinum L.
and Hedysarum theinum Krasnob. in conditions of Tomsk region ................................................ 5
BIOTECHNOLOGY
Dorofeev V.Yu., Karnachuk R.A., Shilova I.V. Element structure of Clematis
Siberian (Atragene speciosa Weinm.) callus culture cells in vitro .............................................. 12
Lavrent’eva L.V., Avdeev S.M., Sosnin E.A., Velichevskaya K.Yu. Analysis
of excilamps UV radiation bactericide action on pure microorganism cultures .......................... 18
Minaeva O.M., Akimova E.E., Semenov S.Y. Antagonistic effect on phytopatogenic
fungi and stimulation influence on growth and development of plants
by bacteria Pseudomonas sp. B–6798 utilizing formaldehyde .................................................... 28
PLANTS PROTECTION
Kuznetsova N.P. Complex system of protection greenhouse plants from pests
and diseases in Siberian botanical gardens of Tomsk state university ......................................... 43
SOIL SCIENCE AND FORESTRY
Tereshchenko N.N., Bubina A.B., Pisarenko S.V. Effectiveness of peat and mineral
and organic vermicompost containing soil mixture ..................................................................... 47
Seredina B.P., Androhanov V.A., Alekseeva T.P., Sysoeva L.N., Burmistrova T.I.,
Trunova N.M. Ecological aspects of biological recultivation soil of Kuzbass
technogenic ecosystem ................................................................................................................. 61
CYTOLOGY AND GENETIC
Malakhova L.A., Amelchenko V.P., Kataeva T.N. Cytological research
of the rare plants of Tomsk region in Siberian Botanical gardens – methodical basis
for the preservation their biodiversity .......................................................................................... 73
ECOLOGY
Vorobiev D.S., Frank Y.A., Zalozny N.A., Lushnikov S.V, Stupakova L.P.
To the question of Limnodrilus hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae) tolerance
to oil contamination ...................................................................................................................... 83
Summaries of the articles in English .......……………………………………………………. 89
Information about the authors ……………………………………………………………….. 92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L.
5
БОТАНИКА
УДК 582.4
Т.П. Свиридова, Н.С. Зиннер
ПЕРСПЕКТИВЫ ВЫРАЩИВАНИЯ Hedysarum alpinum L.
И Hedysarum theinum Krasnob. В УСЛОВИЯХ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. Приведены результаты интродукции двух ценных лекарственных
растений: копеечника альпийского Hedysarum alpinum L. и копеечника чайного Hedysarum theinum Krasnob. Рассмотрены их биологические особенности при выращивании в условиях культуры на юге Томской области. Исследованы всхожесть
семян, семенная и сырьевая продуктивности, ритм сезонного развития, содержание флавоноидов в надземной части растений.
Ключевые слова: интродукция, семенная продуктивность, сырьевая продуктивность, цикл развития, всхожесть, копеечник альпийский, копеечник чайный,
флавоноиды.
В мировой медицинской практике для лечения многих заболеваний человека предпочтение часто отдается препаратам растительного происхождения,
которые, по сравнению с синтетическими, характеризуются мягким и более
широким спектром терапевтического действия. В свою очередь интенсивные,
часто неконтролируемые заготовки лекарственного сырья приводят к обеднению видового разнообразия, а некоторые виды растений ставят на грань
исчезновения. С целью сохранения природных растительных ресурсов и расширения сырьевой базы лечебных препаратов в ботанических садах проводят
изучение полезных растений для дальнейшего их выращивания в условиях
культуры. В Сибирском ботаническом саду Томского государственного университета (СибБС ТГУ) интродукция лекарственных растений с контролем
содержания биологически активных веществ проводится с 1972 г. Виды рода
Hedysarum L. (Hedysarum alpinum L., Hedysarum theinum Krasnob.) привлекли
наше внимание как ценные лекарственные растения с разнообразным терапевтическим действием; кроме того, они уже в настоящее время отнесены к
редким, нуждающимся в охране видам [1, 2].
Hedysarum alpinum L. – копеечник альпийский – лекарственное растение,
используемое в официнальной медицине, препарат из надземной части которого (алпизарин) применяют для лечения герпесных инфекций; ценится
данный вид и в народной медицине; представляет интерес как кормовое и
декоративное растение. Hedysarum theinum Krasnob. – копеечник чайный
(красный корень, белковый, белочный, медвежий) – используется в народной медицине Сибири как болеутоляющее, противовоспалительное, мочегонное, общеукрепляющее средство, при воспалении предстательной железы, острых и хронических нефрологических заболеваниях.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
Т.П. Свиридова, Н.С. Зиннер
Материалы и методы исследования
В СибБС ТГУ К. альпийский впервые выращен в 1996 г. из семян, собранных в природных местах обитания (Омская область); К. чайный выращен в
1993 г. из семян, собранных на Алтае (хр. Холзун, кедрово-лиственничное
редколесье). Семена были любезно предоставлены сотрудником ЦСБС СО
РАН С.Б. Володарской. В дальнейшем в опытной работе использовались семена ежегодных репродукций, полученные в Томске.
Выращивание растений копеечника альпийского и копеечника чайного
осуществлялось в экспериментальном хозяйстве СибБС ТГУ на светло-серых
лесных оподзоленных почвах с содержанием гумуса 4,6%, pН 5,4.
Посев семян проводили в первой декаде апреля в теплице. В грунт высевали
в первой половине мая. Способ посева рядовой, междурядья 60 см, норма высева – 100 штук на 1 пог. м. Скарификацию семян осуществляли мелкой наждачной бумагой в течение 20–30 с. За всеми растениями проводили наблюдения согласно методике Н.И. Майсурадзе с соавт. [3], а также «Методическим
указаниям по семеноведению интродуцентов» [4]. Лабораторную всхожесть
семян определяли в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге в
4-кратной повторности (по 100 штук в каждой в течение 30 дней при температуре 20°C). При определении количества флавоноидов в надземной части копеечников нами использовалась методика, описанная в [5]. Степень развития надземных органов определяли путем измерений их у 10–25 генеративных растений в фазу плодоношения. На таком же числе растений определяли семенную
и сырьевую продуктивность. Рост репродуктивного побега наблюдали с периодичностью в 7 дней у 15 модельных растений. Сбор надземной части для
химических исследований осуществляли у 10–15 особей в фазу массового цветения. Количественные показатели обрабатывали статистически [6].
Результаты и обсуждение
В результате исследований установлено, что в условиях Томской области копеечник альпийский проходит полный цикл развития: вегетирует, цветёт, плодоносит, образует жизнеспособные семена 3,02±0,1 мм длиной и 1,97±0,09 мм
шириной. Масса 1 000 штук семян варьирует от 4,24 до 6,17 г и зависит от года
сбора и возраста растений. При изучении всхожести установлено, что в лабораторных условиях при температуре +20°C в течение одного месяца, сразу после
сбора (конец июля – первая половина августа), способно прорастать до 70% семян. Через 90 дней хранения всхожесть увеличивается и уже на 10-й день после
посева составляет 95%. Достаточно высокая всхожесть семян (92–94%) сохраняется в течение 3 лет. При других способах посева (полевые условия, теплица)
этот показатель составляет 40–68%. Механическая скарификация, свет, очистка
семян от околоплодников увеличивают всхожесть и энергию прорастания до 98–
100% в лабораторных условиях и до 58–88% в полевых условиях и теплице.
В генеративный период развития растения вступают на 2-й год жизни.
Наступление фаз развития зависит от возраста растений и погодных условий
года наблюдений. Так, растения 2-го года жизни начинают вегетировать позже
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L.
7
на 7–14 дней и позже вступают в фазы бутонизации, цветения, плодоношения.
Отрастание К. альпийского 3–9 годам наблюдается во второй половине мая, бутонизация отмечается с 10–18 июня, цветение – с 17–27 июня по 17–23 июля
(рис. 1), семена созревают в конце июля – начале августа. Прохладным и дождливым летом (2004–2005 гг.) периоды фаз развития более растянуты.
Наступление фаз развития зависит и от климатических условий конкретного
региона. По данным Л.И. Фоминой [7], при выращивании К. альпийского в Читинской области наблюдается более позднее наступление фаз развития, чем в
Томской: в Читинской области семена созревают в конце августа, а в условиях
Томска, как указано выше, – в конце июля – начале августа.
Рис. 1. Плантация копеечника альпийского во время массового цветения
С возрастом изменяются значения ряда биоморфологических показателей:
высота побега, количество листьев на побеге, количество побегов в кусте и
др. (табл. 1). Значительные различия выявлены между растениями 2-го и последующих годов жизни.
Важнейшими биологическими характеристиками вида являются семенная
и сырьевая продуктивность, способность к воспроизводству. Потенциальная
семенная продуктивность у К. альпийского в значительной степени зависит
от возраста: на 2-м году жизни значение этого показателя очень низкое –
328,0 семяпочек на генеративный побег, на 4–5-м годах она увеличивается до
1604,4–1639,9 семяпочек. Самая высокая потенциальная семенная продуктивность отмечена у восьмилетних растений в 2003 г. Реальная семенная продуктивность зависит не только от возраста растений, но и от условий года
наблюдений. В 2004 г. отмечена высокая завязываемость семян у девятилетних растений – 51,2%. Высокие показатели реальной семенной продуктивности во все годы наблюдений отмечены у более взрослых растений: у восьмидевятилетних выше, чем у четырехлетних. Данная зависимость отмечена по
массе семян как с одного генеративного побега, так и на особь.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
Т.П. Свиридова, Н.С. Зиннер
Учитывая перспективы использования надземной части К. альпийского
для получения лекарственных препаратов, нами была определена сырьевая
продуктивность культивируемых растений. Самые низкие показатели сырьевой продуктивности (надземная часть) имеют растения на 2-м году жизни.
С возрастом она увеличивается, и с восьмилетних растений уже можно получить массу сухого сырья почти в 4 раза больше, а с пятилетних – в 2,4 раза
больше, чем с четырехлетних.
К. альпийский двух–девяти лет, выращиваемый в СибБС, синтезирует в
надземной части достаточно высокое для представителей рода Hedysarum L.
содержание флавоноидов – от 3,02 до 4,06%.
У восьми- и девятилетних растений значение этого показателя снижается
и составляет 3,02–3,14%. По данным Р.Я. Пленник, Э.М. Гонтарь, Е.В. Тюриной и др., в Hedysarum turczaninovii Peshkova, в природных местах обитания,
в надземной части содержится 1,17% флавоноидов, в условиях интродукции
(ЦСБС) – 0,26–0,84%, в Hedysarum neglectum Ledeb. у дикорастущих растений – 2,42%, у H. austrosibiricum B. Fedsch., в зависимости от органа (листья,
соцветия, стебли), – от 0,56 до 4,28% [8].
Семена копеечника чайного почковидные, 3,9±0,1 мм длиной и 2,8±0,02 мм
шириной, масса 1000 штук – от 6,8 до 9,3 г, в зависимости от года сбора. Установлено, что всхожесть семян зависит от условий проращивания (лаборатория,
полевые условия, теплица) и длительности хранения. Наиболее высокие показатели всхожести отмечены при проращивании в условиях лаборатории (48–51%),
наименьшие показатели имеет полевая всхожесть при посеве во второй декаде
мая (6–12%) и при посеве в теплице (25–28%). Часть семян (10%) способна прорастать сразу после сбора (июль). Таким образом, за 60 дней опыта прорастает
50% семян. В процессе экспериментов выявлено, что скарификация семян значительно увеличивает всхожесть, которая составляет при посеве в грунт в среднем 43,8% (в контроле 6–12%). Выживаемость растений, выращенных из скарифицированных семян, увеличивается до 30–40% (в контроле – от 4 до 7%). Предварительное выращивание растений в условиях теплицы не оправдало себя, т.к.
после высадки в грунт отмечается гибель 70–80% особей.
В генеративный период развития К. чайный при выращивании в Томской
области вступает на 3–4-й год жизни (рис. 2). На 3-й год зацветают единичные
растения, массовое вступление в генеративный период развития наступает на
4-м году. Весеннее отрастание растений отмечается 10–15 мая, бутонизация –
23 мая – 20 июня, первые цветки – 30 мая – 21 июня, последние – 30 июня –
8 июля, созревание семян приходится на июль – начало августа. В результате
многолетних наблюдений выявлено, что у К. чайного в почвенно-климатических условиях культуры на юге Томской области плодоношение и созревание семян не ежегодное. Так, в 2004 г. эти фазы у растений отсутствовали,
т.е. все цветки осыпались, практически не завязавшись, а в 2005 г. были отмечены массовое плодоношение и редкая для всего периода наблюдений очень
высокая завязываемость семян (33,6% против 0–13,9% в другие годы).
На 10-м году жизни число генеративных побегов составляло 16,0+2,3, а на
13-м году увеличилось до 47,5±3,8; высота побегов варьирует в разные годы
наблюдений от 115,6 до 130,0 см (табл. 2).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Генеративные побеги
Год
жизни
Кол-во
на особь,
шт.
Высота,
см
Семенная продуктивность
на 1 генеративный побег, шт.
Стеблевые листья
Ширина,
см
Длина,
см
Кол-во
на побег,
шт.
Потенциальная
2-й
0,5± 0,3
56,1± 4,9
10,3+0,3
5,6+0,1
11,0+0,7
328,0±25,0
4-й
5,1±0,4
122,4±6,1
11,7±0,05
5,4±0,3
15,8±1,1
1639,9±55,5
5-й
9,6±0,9
133,0±5,5
14,8±0,7
6,6±0,3
14,6±1,15
1604,4±57,0
8-й
15,7±2,1
142,0±4,4
11,6±0,5
6,1±0,4
15,7±1,4
2668,8±35,0
9-й
14,0±2,5
128,2±3,6
11,0±0,9
5,6±0,3
16,6±1,1
1948,0±38,9
Примечание. Шрифтом выделены данные 2003 г., в остальных случаях – показатели 2004 г.
Реальная
0
450,0±38,0
462,4±48,2
670,0±25,0
997,3±45,0
Коэффициент
продуктивности, %
Биоморфологическая характеристика Hedysarum alpinum L,. выращиваемого в СибБС (2003–2004 гг.)
0
24,7
25,3
25,1
51,2
Масса семян, г
на побег
на особь
0
2,61±0,4
2,23±0,2
3,2±0,5
4,22±0,9
0
13,3±0,7
21,4±1,2
50,5±7,2
59,5±6,0
Масса сухой
надземной
массы на
особь, г
2,4±0,2
44,4±1,0
108,5± 3,6
174,2±0.9
155,0±4,6
Таблица 2
Биоморфологическая характеристика Hedysarum theinum Krasnob. в условиях культуры (2002–2005 гг.)
Год
жизни
10
11
12
13
Генеративные побеги
Кол-во
на особь,
шт.
16,0± 2,3
17,0±2,7
23,3±1,7
47,5±3,8
Высота, см
125,4± 3,8
125,1±4,4
115,6±4,8
130,0±2,62
Семенная продуктивность
на 1 генеративный побег, шт
Стеблевые листья
Кол-во на
побег,
шт.
13,4±0,63
14,1±0,61
14,0±0,3
12,0±0,43
Длина,
см
Ширина,
см
Потенциальная
Реальная
Коэффициент
продуктивности, %
16,5±0,6
15,5±0,5
17,6±0,5
16,1±0,6
6,5±0,3
6,9 ±0,3
6,8±0,1
6,6±0,1
231,7±7,3
325,6±12,41
179,5±9,4
348,0±12,83
32,2±4,6
27,3±5,2
0
117,1±10,7
13,9
8,38
0
33,6
Масса семян с
1 побега, г
Масса сухой
надземной
части на особь,
г
0,23±0,9
0,31±0,6
0
1,1
110,4±1,75
120,7±1,85
134,0±1,5
370,5±2,6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
Т.П. Свиридова, Н.С. Зиннер
Рис. 2. Копеечник чайный во время массового цветения
Увеличиваются и показатели урожайности семян с особи: 3,68 г у
10-летних растений и 52,25 г у 13-летних (2005 г.).
Урожайность лекарственного сырья с возрастом увеличивается и составляет у 10-летних растений 110,4 г сухой надземной массы, у 13-летних –
370,5 г с особи. В надземной части К. чайного, собранной в фазу цветения с
особей 10–12 лет, содержание флавоноидов составляет 1,48–1,5%, в фазу
плодоношения 0,85–1,3%.
В данной статье мы привели результаты исследований по интродукции копеечника чайного, выращенного из семян, собранных, как указано выше, в
природных местах обитания (Горный Алтай, хребет Холзун, кедроволиственничное редколесье). За 15 лет исследований (1993–2007 гг.) был изучен
посевной материал из пяти ценопопуляций с хребтов Горного Алтая: хребет
Проходной (субальпийское травянистое редколесье, 1700 м над ур. м.), хребет
Ивановский (кедрово-лиственничное редколесье, 1800 м над ур. м.), хребет
Ивановский (высокотравный альпийский луг, 1800 м над ур. м.), хребет Холзун
(кедрово-лиственничное редколесье), хребет Холзун (берег горного ручья,
1900 м над ур. м.).
Большинство растений, появившихся из семян, собранных в первых трех
ценопопуляциях, выпали в первые 3 года исследований. До настоящего времени сохранилось 70% взошедших растений К. чайного с хребта Холзун
(кедрово-лиственничное редколесье, растениям 15 лет). Около 50% растений,
выращенных из семян, собранных на хребте Холзун на берегу горного ручья,
выпали в первые 3 года, достигли возраста в 15 лет единичные экземпляры.
Данные наших исследований о влиянии происхождения посевного материала
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L.
11
К. чайного на результаты интродукции согласуются с данными Н.А. Карнауховой по интродукции указанного вида в лесостепную зону Западной Сибири [9,
10]. По результатам исследований автор делает вывод о зависимости выживаемости растений в культуре от условий произрастания природных популяций.
В условиях культуры в разных регионах – в Томской (лесная зона Западной Сибири) и Новосибирской (лесостепная зона Западной Сибири) областях
копеечник чайный ведет себя неодинаково, приспосабливаясь к новым почвенно-климатическим условиям. В условиях Новосибирской области [10]
происходит более позднее наступление фаз развития (5–7 дней) в сравнении с
нашими наблюдениями, отмечается более высокая завязываемость семян
(процент семенификации 82–89%).
Изученные копеечники, в первую очередь К. альпийский, зарекомендовали себя как виды, перспективные для выращивания в Томской области. Копеечник альпийский ежегодно проходит полный цикл развития: вегетирует,
цветет, плодоносит. Ритм сезонного развития изучаемых видов находится в
зависимости от климатических условий региона. У копеечника чайного в отдельные годы плодоношение отсутствует, выживаемость растений зависит от
экологических условий произрастания природных популяций.
Литература
1. Габриэлян Э.Ц., Денисова Л.В., Калинин Р.В. и др. Редкие и исчезающие виды флоры
СССР, нуждающиеся в охране. Л.: Наука, 1981. 264 с.
2. Копеечник чайный (красный корень) Hedysarum theinum Krasnob. // Красная книга Республики Алтай. Особо охраняемые территории и объекты. Горно-Алтайск, 2002. С. 23–24.
3. Майсурадзе Н.И., Киселев В.П., Черкасов О.А. и др. Методика исследований при интродукции лекарственных растений. Сер. Лекарственное растениеводство. М.: Наука,
1984. Вып. 3. 33 с.
4. Методические указания по семеноведению интродуцентов. М.: Наука, 1980. 63 с.
5. Калинкина Г.И., Сальникова Е.А., Тихонов В.Н. Методы фармакогностического анализа лекарственного растительного сырья. Химический анализ. М.: Академия, 2002. 52 с.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Наука, 1979. 416 с.
7. Фомина Л.И. Первые этапы онтогенеза Hedysarum alpinum L. и Lezpedeza hedysaroides (Pall) Kitag в Читинской области // Растительные ресурсы. 1990. Т. 26, вып. 3. С. 370–
382.
8. Пленник Р.Я., Гонтарь Э.М., Тюрина Е.В. и др. Полезные растения Хакасии. Ресурсы
и интродукция. Новосибирск: Наука, 1989. 269 с.
9. Карнаухова Н.А. Сохранение биоразнообразия южносибирских видов рода Hedysarum L. в природе и при интродукции // Проблемы ботаники южной Сибири и Монголии:
Материалы Первой междунар. науч.-практ. конф. Барнаул, 2002. С. 83–84.
10. Карнаухова Н.А. Особенности развития Hedysarum theinum Krasnob. в природных
условиях и при интродукции в Центральном сибирском ботаническом саду (г. Новосибирск) // Растительные ресурсы. 2007. Вып. 3. С. 14–24.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
В.Ю. Дорофеев, Р.А. Карначук, И.В. Шилова
БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 581.14
В.Ю. Дорофеев, Р.А. Карначук, И.В. Шилова
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КЛЕТОК КАЛЛУСНОЙ КУЛЬТУРЫ
КНЯЖИКА СИБИРСКОГО (Atragene speciosa Weinm.) in vitro
Аннотация. Впервые показано содержание элементов в клетках каллусной
культуры княжика сибирского, длительно пассируемого на питательной среде
Мурасиге – Скуга в темноте. При исследовании качественного и полуколичественного состава микроэлементов составлен ряд предпочтительного накопления элементов каллусными клетками. Проведено сравнение содержания элементов, обнаруженных в клетках каллусса и в дикорастущем растении соответственно.
Ключевые слова: каллусная культура, субкультивирование клеток in vitro,
Atragene speciosa Weinm., ноотропное действие, озоление, эмиссионная спектрометрия.
Княжик сибирский – Atragene speciosa Weinm. сем. Ranunculaceae – многолетнее растение, произрастающее в таежных лесах Сибири. Надземная
биомасса его используется в народной медицине для лечения сердечнососудистых, гинекологических и опухолевых заболеваний, как кардиотоническое, противоревматическое, диуретическое, ранозаживляющее, болеутоляющее и общеукрепляющее средства. Исследователями НИИ фармакологии
ТНЦ СО РАМН и СибГМУ в княжике сибирском обнаружены фенолоспирты, флавоноиды, антрахиноны, кумарины, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества, алкалоиды, тритерпеновые гликозиды, полисахариды, каротиноиды и органические кислоты. Установлено, что экстракт этого растения оказывает ноотропное и противоязвенное действия, обладает противосудорожным, транквилизирующим, стресс-протективным свойствами [1], а
также выраженным антистрессорным и противоневротическим действием, не
уступая по своей активности диазепаму, но при этом лишен его побочных
эффектов. Фракции, полученные из экстракта, проявляют выраженный ноотропный и противоишемический эффекты [2].
Поскольку это вид с разреженным ареалом произрастания, имеются трудности в сборе лекарственного сырья. Жизненная форма княжика сибирского – лиана, поэтому интродукция этого растения невозможна. Интерес к введению его в ассептическую культуру in vitro вызван возможностью получения вышеперечисленных соединений для создания на их основе ноотропного
и адаптогенного фитопрепарата.
Метод культуры тканей и клеток лекарственных растений in vitro позволяет
получать экологически чистое сырье круглый год, увеличивать выход биологически активных веществ, регулируя их накопление в культуре. Так, в качестве источника алкалоидов успешно культивируются клеточные культуры Atropa
belladonna L., Symphytum officinale, Aconitum sp.; алкалоидов и сапонинов –
Nigella sp.; витамина Е – Carthamus tinctorius L.; эфирных масел – Lavandu-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Элементный состав клеток каллусной культуры княжика сибирского
13
la sp., и многие другие растения [3, 4]. Данный метод имеет ряд преимуществ
перед использованием интактного растения. Он позволяет получать сырьё независимо от климатических условий, поддерживать рост растений круглый год,
что важно для видов, имеющих в цикле своего развития периоды покоя.
На основе изучения биосинтетических процессов можно получить наиболее богатые тканевые клоны биологически действующих веществ, а также
заменить интактные растения, природный ареал которых недостаточен для
использования в практических целях.
В Томском государственном университете на кафедре физиологии растений и биотехнологии была впервые получена каллусная культура растительных клеток княжика сибирского in vitro в качестве продуцента физиологически активных веществ [5]. Крупномасштабное промышленное оборудование
(ферментеры) для культивирования в дальнейшем позволит быстро получать
биомассу растительных клеток in vitro.
Получены предварительные данные фитохимического анализа накопления
биологически активных веществ каллусной культуры княжика сибирского.
Спектрофотометрическим методом определена сумма флавоноидов. Методом
тонкослойной хроматографии обнаружены фракции высокополярных тритерпеновых гликозидов (сапонинов), в том числе длительно пассируемых
штаммов (32 и 44 субкультивирований) каллусной культуры княжика сибирского. Результаты позволяют говорить о способности клеточной культуры
сохранять синтез соединений, характерных для интактных растений.
В настоящее время потребность в препаратах, содержащих микроэлементы, значительно возросла. Микроэлементы в растениях могут стимулировать
действие их биологически активных соединений [6]. Известно содержание
микроэлементов в дикорастущем княжике сибирском.
Нашей задачей явилось исследование элементного состава каллусной
культуры клеток in vitro и сравнение с таковым дикорастущего княжика сибирского (Atragene speciosa Weinm.).
Объекты и методики исследования
Объектом исследования явилась каллусная культура клеток княжика сибирского, полученная при использовании в качестве экспланта сегментов черешков молодых листьев интактных растений из республики Хакасия (Ширинский район) [7].
Данная культура на протяжении 44 субкультивирований в темноте выращивалась на питательной среде Мурасиге – Скуга [8] с модифицированным
гормональным составом. Ауксин 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота и цитокинин 6-бензиламинопурин в концентрациях 0,6 и 0,3 мг/л соответственно,
оказывающие наиболее эффективное действие на пролиферацию каллусной
культуры княжика сибирского, добавлялись в питательную среду.
Исследовали качественный и полуколичественный состав микроэлементов
в каллусной культуре Atragene speciosa Weinm. В ходе атомно-эмиссионного
анализа биологических образцов одним из основных этапов является озоление.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
В.Ю. Дорофеев, Р.А. Карначук, И.В. Шилова
Озоление. Использовали традиционный способ озоления биологических
проб, время озоления 2–3 сут [9]. Для приготовления зольного остатка брали
навеску 1 г измельченной воздушно-сухой массы растительного сырья (клеток каллусной культуры), помещали ее в предварительно прокаленный до
постоянной массы фарфоровый тигель и равномерно распределяли по дну.
Навеску сырья в тигле осторожно обугливали над слабым пламенем горелки.
После полного обугливания сырья тигли переносили в муфельную печь
для полного прокаливания остатка при температуре 550–650°С, избегая
сплавления золы и спекания ее со стенками тигля. Дальнейшее высушивание
проводили до постоянной массы при температуре 400–450°С в течение 3 сут
до образования серой золы постоянной массы. Для этого массу зольного остатка периодически взвешивали, предварительно охладив в эксикаторе. Определение общей золы в каллусе проводили в соответствии с методикой ГФ
XI (1990).
Процентное содержание общей золы (X) в абсолютно сухом сырье вычисляли по формуле
X = (m1 100 × 100) ÷ (m2 (100 – w)),
где m1 – масса золы, г; m2 – масса навески, г; w – потеря в массе сырья при
высушивании, %.
Зольный остаток использовали для обнаружения минеральных элементов.
Эмиссионная спектрометрия. Определение микроэлементов проводилось
спектрографически на спектрографе из золы исследуемых образцов методом
эмиссионной спектрометрии [9]. Этот метод применяется для исследования элементного (качественного и количественного) состава вещества по спектру излучения его атомов.
Результаты и обсуждение
Количество золы в растительном сырье колеблется в определенных пределах
и зависит от специфики самого сырья и условий его сушки. В зольном остатке
растений чаще всего содержатся следующие элементы: K, Na, Mg, Ca, Fe, C, Si,
P; реже и в меньшем количестве – Cu, Mn, Al и др. Эти элементы обнаруживаются в виде оксидов или солей угольной, фосфорной, серной и других кислот.
Полученный нами зольный остаток клеток каллусной культуры составил
0,15 г от навески 1 г воздушно-сухой массы. Процентное содержание общей
золы в абсолютно сухой массе клеток in vitro составило 17,38. Процент общей золы каллусной культуры клеток Atragene speciosa Weinm. 16,20, что в
2 раза превышает аналогичный показатель дикорастущего растения. Методом
эмиссионной спектрометрии установлено наличие 18 элементов. Из них макроэлемент – марганец, 6 микроэлементов и 11 ультрамикроэлементов.
Исследования показали, что качественный состав элементов, обнаруженных в каллусе и дикорастущем растении, идентичен, тогда как количественное содержание существенно отличалось. В дикорастущем княжике сибирском обнаружены следующие элементы: Mn; Ni; Cr; Mo; V; Pb; Zn; Ag; Cu;
Si; Bi; Co; Na; Mg; Sn; Al; Ca; Fe [6, 10–12].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Элементный состав клеток каллусной культуры княжика сибирского
15
На основании данных спектрографического анализа составлен ряд предпочтительного накопления элементов клетками каллусной культуры Atragene
speciosa Weinm.: Mg>Zn>Fe>Ag>Mn>Cu>Cr>W=Cd>Ta>Ti>Al>V>Mo>Ni>Sn>
>Pb>Bi. Отличительным свойством каллусной культуры является ее способность
накапливать следующие микроэлементы: серебро, цинк, медь, хром, свинец,
марганец, магний, железо, молибден, никель. В клетках in vitro наблюдали содержание Mg и Fe в концентрациях на порядок ниже, чем в надземной биомассе
дикорастущих особей в период плодоношения. Высокие концентрации этих элементов в дикорастущем растении, возможно, связаны со способностью накапливать их при переходе в очередную фазу онтогенеза либо являются ответом на геохимическую ситуацию данного района.
Необходимо отметить, что содержание серебра (0,24 мг % на 100 г воздушно-сухой массы клеток каллусной культуры) и цинка (0,51 мг %) значительно превышает таковое дикорастущего Atragene speciosa Weinm. – 0,045 и
0,256 мг % соответственно. Однако дикорастущий княжик сибирский в значительном количестве содержит магний, железо, марганец, никель, молибден,
ванадий, свинец, алюминий и висмут. Возможно, наличие высоких концентраций некоторых элементов в клетках каллусной культуры объясняется способностью аккумулировать их в процессе 44 субкультивирований на питательной
среде Мурасиге – Скуга с содержанием микроэлементов по прописи, приведенной в табл. 1.
Таблица 1
Содержание некоторых источников элементов в питательной среде
Мурасиге – Скуга, обнаруженных в клетках каллусной культуры
княжика сибирского
Состав
Mg SO4 × 7H2O
FeSO4 × 7H2O
MnSO4 × 4H2O
ZnSO4 × 7H2O
Na2MoO4 × 2H2O
CuSO4 × 5H2O
Концентрация
исходного
раствора,
мг/л
Источник магния
1,50 × 10–3
7 400
Источник железа
1,00 × 10–4
5 560
Источники микроэлементов
9,99 × 10–5
4 460
2,99 × 10–5
1 720
1,00 × 10–6
50
1,00 × 10–7
5
Концентрация
в питательной
среде, М
Объём
исходного раствора
на 1 л питательной
среды, мл
50
5
5
Наблюдающаяся динамика накопления микроэлементов в дикорастущем
растении зависит от биогеохимической специфики ареала произрастания
данного вида.
Различия в элементном составе надземной части растения и клеточной
культуры in vitro связаны с избирательностью поглощения этих элементов в
разные фазы развития в зависимости от биохимических процессов, протекающих в органах растения и клетках каллуса in vitro. Данные сравнительного анализа приведены в табл. 2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
В.Ю. Дорофеев, Р.А. Карначук, И.В. Шилова
Таблица 2
Содержание элементов в дикорастущем растении* и каллусной культуре клеток
Atrgene speciosa Weinm. (мг % на 100 г воздушно-сухой массы)
Содержание элементов
в листьях дикорастущего растения
Элемент
в период*:
цветения
плодоношения
Макроэлемент
Mg
–
25,180
Железо
Fe
6,420
3,487
Микроэлементы
Cu
0,183
0,021
Zn
0,256
0,241
Mn
0,256
1,283
Mo
0,019
0,236
Ni
0,562
0,221
Ультрамикроэлементы
Cr
0,064
0,018
V
0,014
–
W
–
–
Sn
–
–
Pb
0,015
0,017
Cd
–
–
Al
2,740
2,034
Ti
–
–
Ta
–
–
Ag
0,045
0,023
Bi
0,023
–
* Приведены данные из [6, 10].
в каллусной
культуре
2,400
0,260
0,150
0,510
0,230
0,004
0,003
0,026
0,005
0,024
0,003
0,003
0,024
0,006
0,020
0,021
0,240
–
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о возможности
использования клеточной культуры in vitro, как и надземной биомассы дикорастущего княжика сибирского, в качестве источника разнообразных микроэлементов, в том числе незаменимых, при различных гипомикроэлементных состояниях. Наряду с этим необходимо учитывать специфику в накоплении исследуемых
элементов в процессе культивирования княжика сибирского in vitro.
Заключение
Впервые методом эмиссионной спектрометрии определено содержание
8 элементов в клетках каллусной культуры княжика сибирского, из которых
макроэлемент – марганец, 6 микроэлементов и 11 ультрамикроэлементов.
Литература
1. Краснов Е.А., Шилова И.В., Суслов Н.И. Исследования по разработке оригинального
ноотропного фитопрепарата // Химия природных соединений. 1981. № 6. С. 806.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Элементный состав клеток каллусной культуры княжика сибирского
17
2. Шилова И.В., Краснов Е.А., Андреева Т.И. и др. Исследование химического состава
надземных частей Atragene sibirica L. и ее культуры ткани // Материалы Всерос. совещания «Физиология и биотехнология растений». Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. С. 79–81.
3. ShoyamaY., Nishioka I., Hatano K. IV. Aconitum spp. (Monkshood) // Biotechnology in
Agriculture and Forestry 15. Medicinal and Aromatic Plants III / Ed. by Y.P.S. Bajaj. Springer–
Verlag Berlin Heidelberg: Printed in Germany, 1991. P. 68–73.
4. Schmauder H.-P., Doebel P. XIX Nigella spp.: in vitro culture, regeneration, and the formation of secondary metabolites // Biotechnology in Agriculture and Forestry 15. Medicinal and
Aromatic Plants III / Ed. by Y.P.S. Bajaj. Springer–Verlag Berlin Heidelberg: Printed in Germany, 1991. P. 311–336.
5. Карначук Р.А., Клепикова Т.В., Шилова И.В. и др. Культура ткани Atragene
sibirica L. – продуцент биологически активных сапонинов // Материалы Междунар. совещания «Физиолого-биохимические аспекты изучения лекарственных растений». Новосибирск, 1998. С. 29.
6. Сдобникова Л.А., Ковалевич Н.В. Содержание микроэлементов в княжике сибирском, произрастающем в Казахстане // Некоторые проблемы фармацевтической науки и
практики. Алма-Ата, 1975. C. 118–119.
7. Карначук Р.А., Дорофеев В.Ю. Княжик сибирский (Atragene speciosa Weinm.) in
vitro – источник физиологически активных веществ // Материалы VIII Междунар. конф.
«Биология клеток растений in vitro и биотехнология». Саратов, 2003. С. 134–135.
8. Murashige T., Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bioassay with Tobacco
Tissue Culture // Physiol. Plant. 1962. Vol. 15, № 13. P. 473–497.
9. Кашкан Г.В., Кулешов В.И. и др. Анатомо-эмиссионное определение микроэлементов в биологических жидкостях и тканях // Тезисы докл. I Областной науч.-технич. конф.
«Основные разработки медицинской техники учреждениями и предприятиями г. Томска».
Томск, 1988. С. 8–9.
10. Шилова И.В., Краснов Е.А., Барановская Н.Б. и др. Элементный состав надземной
части Atragene sibirica L. // Растительные ресурсы. 2002. Т. 38, вып. 4. С. 69–74.
11. Шилова И.В., Краснов Е.А., Барановская Н.В. и др. Аминокислотный и минеральный состав надземной части Atragene speciosa Weinm. // Химико-фармацевтический журнал. 2002. Т. 36, № 11. С. 26–28.
12. Шилова И.В., Барановская Н.В., Сырчина А.И. и др. Аминокислотный и элементный состав активной фракции княжика сибирского // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2008. № 3. С. 30–33.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев, Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
УДК 577.344.2
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев,
Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
БАКТЕРИЦИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИМЕРНЫХ И ЭКСИПЛЕКСНЫХ ЛАМП
НА ЧИСТЫЕ КУЛЬТУРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ
Аннотация. Проведены сравнительные исследования бактерицидного действия излучения нескольких новых эксиламп и ртутной лампы низкого давления на
чистые культуры микроорганизмов − стандартные тест-штаммы Escherichia
coli, Staphylococcus aureus и выделенные из внешней среды. Получен выраженный
бактерицидный эффект, причем изученные культуры микроорганизмов обладают
различной чувствительностью к излучению эксиламп.
Ключевые слова: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, р. Pseudomonas,
р. Bacillus, р. Sarcina, инактивация, УФ излучение, эксилампа.
Бурное развитие исследований в области стерилизации, ставшее особенно
заметным в последнее десятилетие, вызвано возросшим количеством научных и производственных направлений, требующих создания стерильных условий. Широкое распространение получают различные способы дезинфекции
окружающей человека среды.
Среди хорошо известных и широко применяемых методов стерилизации
достойное место занимают методы, основанные на использовании ультрафиолетового излучения (УФ излучение), которое как высокоточное оружие
поражает именно живые клетки, чаще всего не изменяя химического состава
среды (химические дезинфектанты). УФ излучение позволяет осуществлять
эффективную стерилизацию, не ухудшая внешнего вида и функциональных
характеристик воды, пищи, упаковки, воздуха помещений и т.д., что выгодно
отличает его от химических способов дезинфекции.
УФ дезинфекция обладает такими достоинствами, как: 1) высокая эффективность против широкого спектра патогенных микроорганизмов в воде;
2) минимальные пространственные требования к установкам; 3) отсутствие в
использовании дополнительных химических веществ (безреагентный процесс); 4) короткое время обработки сред; 5) отсутствие влияния на вкус и запах чистой воды; 6) минимум побочных продуктов, включая токсичные вещества (за редким исключением после обработки не образуются мутагенные
фотопродукты); 7) относительная безопасность и легкость введения в эксплуатацию (например, не надо транспортировать и хранить цистерны с хлором); 8) легкость в автоматизации оборудования; 9) возможность внедрения
УФ дезинфекции в традиционные системы очистки без их существенного
переустройства.
Бактерицидное действие УФ излучения основано на фотохимических реакциях, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК.
Помимо ДНК, ультрафиолет действует и на другие структуры клеток, в частности на РНК, клеточные мембраны и т.д. Наиболее эффективным инактиви-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
19
рующим действием обладает коротковолновое ультрафиолетовое излучение с
длинами волн 200−295 нм (так называемый бактерицидный диапазон спектра). Излучение в этом диапазоне хорошо поглощается как пуриновыми, так
и пиримидиновыми азотистыми основаниями ДНК, которая, как было доказано, является основной мишенью при летальном и мутагенном действии УФ
излучения на биосистемы [1]. Отметим, что в рамках бактерицидного диапазона спектра чувствительность к действию УФ излучения вирусов и клеток
различного происхождения может сильно различаться.
УФ инактивация была впервые получена в 1892 г., однако исследование,
создание и разработка устройств для её осуществления по-прежнему остаются актуальными [2–5]. Первые ультрафиолетовые лампы были кварцевыми и
получили своё название от названия материала колбы.
В целях получения экономичного источника бактерицидного излучения в
1936–1940 гг. были разработаны увиолевые ртутно-аргоновые лампы низкого
давления (РЛНД). В них около 90% составляет доля атомарной линии ртути
253,7 нм, обеспечивающей бактерицидное действие. Устройства имеют простые источники питания и неприхотливы в эксплуатации, что обусловило их
широкое распространение. Бактерицидная отдача современных РЛНД достигает 16−33% [6. С. 27].
Кроме того, получили распространение мощные ртутные лампы высокого
давления (РЛВД), спектр которых представляет собой широкополосный континуум. По разным оценкам, в области длин волн 240–300 нм сосредоточено
11−15% лучистого потока [7], а бактерицидная отдача составляет 8−12% [4, 6].
Общие недостатки этих устройств – вероятность разгерметизации колбы
лампы и загрязнение ртутью окружающей среды, что недопустимо в случае
медицинских и биологических приложений. Массовое производство ртутных
ламп ведёт к большим затратам по их утилизации [8].
В последнее время заметное распространение получают эксимерные и эксиплексные лампы (или эксилампы) [9–13]. Наиболее привлекательными для
практических целей являются эксилампы барьерного и емкостного разрядов.
Достоинствами этих ламп с практической точки зрения являются:
1) отсутствие ртути в колбе, что соответствует экологическим стандартам
(исключая эксилампы видимого диапазона спектра на галогенидах ртути
HgX*, которые для дезинфекции не применяются);
2) разнообразие в конструктивном исполнении;
3) легкость включения с быстрым выходом на максимум мощности после
зажигания (питание эксиламп барьерного и емкостного разрядов осуществляется импульсами напряжения с амплитудой до нескольких киловольт и частотой до нескольких сотен килогерц, поэтому данные устройства не нуждаются в специальных стартерах);
4) в отличие от люминесцентных и тепловых источников излучения, у эксиламп большая часть лучистого потока сосредоточена в УФ или вакуумном
ультрафиолетовом (ВУФ) диапазоне, в сравнительно узкой спектральной зоне полушириной от 2 до 15 нм для эксиплексных молекул и до 30 нм для эксимеров инертных газов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев, Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
Эксилампа на димерах Xe2* (с максимумом излучения на λ=172 нм)
обеспечивает бактерицидный эффект в контаминированных водных растворах. На первой стадии процесса происходит гомолиз воды ВУФ излучением
H2O + hv (λ < 190 нм) → H2O* → H• + •OH + H− + eaq−, а на второй – образовавшиеся радикалы •OH окисляют микробную органику. Эта же эксилампа
может быть использована для бактерицидной обработки воздуха, если
учесть, что излучение димеров Xe2* полностью поглощается воздухом с
образованием озона.
В другой стороны, спектр излучения эксиламп на галогенидах инертных
газов (например, на молекулах KrCl*, λ=222 нм; XeBr*, λ=283 нм) практически целиком лежит в бактерицидном диапазоне, что ставит вопрос о возможности их использования в качестве техники УФ дезинфекции. Их излучение
поглощается водными и воздушными средами относительно слабо.
Впервые бактерицидное действие излучения ВУФ и УФ эксиламп исследовали Т. Опенлендер и Г. Баум в 1996 г. [14]. Они использовали две эксилампы на молекулах Xe2* и KrCl*. За следующие десять лет доказано бактерицидное действие излучения эксиламп на молекулах XeBr* (283 нм) XeCl*
(308 нм) [15, 16], а некоторые решения были запатентованы [17–19].
Методические указания по применению ультрафиолетового излучения
МУ2.3.975-00 ориентированы на первый максимум поглощения ДНК на длине волны 265 нм [6]. Однако коротковолновое излучение, вплоть до ВУФ
диапазона, также может вызывать инактивацию.
На рис. 1 представлены спектр инактивирующего действия УФ излучения на Escherichia сoli и спектр поглощения ДНК, реконструированные по
данным [20, 21], а также максимумы излучения различных ламп. Видно, что
спектры почти конгруэнтны. Это означает, что инактивирующее действие
излучения на Escherichia сoli вызвано процессами димеризации оснований
ДНК. Поэтому в идеале наибольшим инактивирующим эффектом должен
обладать источник излучения, имеющий близкий к поглощению ДНК
спектр.
Эксилампы на молекулах XeBr*, KrCl* и KrBr* могут обладать бактерицидным действием, близким к действию излучения ртутных ламп низкого давления (см. рис. 1). Это предположение нуждалось в экспериментальной проверке, поскольку спектры излучения эксиламп не являются линейчатыми и
могут захватывать большие интервалы длин волн, обеспечивающих повреждение ДНК.
В частности, бактерицидное действие излучения XeBr-эксилампы обусловлено её спектром, имеющим коротковолновый «хвост» в диапазоне длин
волн 260–282 нм, который покрывает половину первого пика поглощения
ДНК. Максимум интенсивности B–X полосы молекулы XeBr* (283 нм) находится примерно на таком же расстоянии от максимума спектра действия, что
и резонансная линия РЛНД, т.е. Δλ1≈Δλ2 (рис. 2). Это позволяет надеяться на
то, что обе указанные лампы обладают сопоставимым бактерицидным эффектом. Мы провели прямое сравнение бактерицидного эффекта этих ламп.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
21
Рис. 1. Спектр инактивирующего действия УФ излучения на E. сoli (1),
интегральный спектр поглощения ДНК (2) (построено по данным [22, 23])
и соответствующие максимумы излучения различных эксиламп и РЛНД
Рис. 2. Спектральные характеристики: 1 – спектр действия УФ излучения на E. сoli;
2 – интегральный спектр поглощения ДНК; 3 – спектр излучения эксилампы XeBr
барьерного разряда; 4 − атомарная линия ртути в РЛНД
В экспериментах использовалась XeBr-эксилампа (модель XeBr_BD_P,
лаборатория оптических излучений Института сильноточной электроники
СО РАН, Россия) [22], обеспечивающая освещенность до 10 мВт/см2, спектр,
представленный на рис. 2, и бактерицидная отдача 8,7%. В качестве РЛНД
была взята лампа Philips TUV-15 c бактерицидной отдачей 27% [6]. Эта лампа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев, Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
во время опытов закрывалась диафрагмой таким образом, чтобы обеспечивались дозы облучения, сопоставимые по величине с дозами облучения XeBrэксилампой. Так добивались одинаковой освещенности обоих источников
излучения. Мощность и дозу облучения определяли в абсолютных единицах
фотоприемником С8026 (Hamamatsu Photonics KK) c головкой H8025-222.
В экспериментах учитывали, что XeBr-эксилампа практически сразу после
пуска выходит на режим, а РЛНД требовала 2,5 мин разогрева для стабильного светового потока, поэтому облучение производили только после того, как
РЛНД разогреется.
Объектом облучения была тест-культура Escherichia coli (штамм ATCC
25922), полученная из музея бактериальных культур ГиСК МИБП им. Л.А. Тарасевича (Москва, Россия). Эта культура проявляет самую низкую среди энтеробактерий чувствительность к разного рода воздействиям, а потому считается
важным тест-объектом для оценки санитарно-эпидемиологического состояния
окружающей среды.
Эксперименты подтвердили справедливость нашей гипотезы: оба источника излучения действительно обеспечивают одинаковый бактерицидный
эффект, потому что излучают в тех участках, где спектры действия излучения
сопоставимы по величине (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость количества выживших клеток Escherichia coli
от величины поверхностных доз облучения УФ излучением
XeBr-эксилампы (■) и РЛНД (●)
В этом же цикле исследований было дополнительно проведено сравнение
бактерицидного действия излучения нескольких эксиламп на молекулах
XeBr* (283 нм), KrCl* (222 нм) и эксилампы с многокомпонентной смесью на
рабочих молекулах KrCl* и KrBr* (206 нм) [23].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
Облучали различные культуры: эталонные штаммы Escherichia coli
(ATCC 25922), Staphylococcus aureus (АТСС 25923) и микроорганизмы, выделенные из воды, кожи и слизистых оболочек человека, идентифицированные нами как представители р. Sarcina, р. Pseudomonas и р. Bacillus.
В таблице приведены значения поверхностной экспозиции в энергетических единицах, обеспечивающие достижение бактерицидной эффективности
99,9% при облучении различными эксилампами. Анализ результатов показывает, что эксилампы обеспечивают указанную бактерицидную эффективность
при поверхностных дозах, сопоставимых с дозами РЛНД, если принять во
внимание данные [24], и УФ резистентность различных культур микроорганизмов различна [25].
Экспериментальные значения поверхностной дозы облучения клеток
микроорганизмов различными эксилампами
при бактерицидной эффективности 99,9%
Культура
Escherichia coli (ATCC 25923)
Staphylococcus aureus (25923)
р. Sarcina
р. Pseudomonas
р. Bacillus
XeBr*
60
150
90
110
100
HS, Дж/м2
KrCl*
85
370
–
–
190
KrCl* + KrBr*
65
320
120
160
130
Бактерицидная эффективность эксиламп убывает в следующем ряду: XeBr
(282 нм) > KrCl_KrBr (222 и 206 нм) > KrCl(222 нм). Эксилампы KrCl и
KrCl_KrBr работают хуже, чем XeBr; возможно, это связано с тем, что коротковолновая часть спектра намного активнее поглощается липидными оболочками микроорганизмов, а это уменьшает вероятность инактивации ДНК. То,
что эксилампа KrCl_KrBr работает эффективнее, чем KrCl, можно объяснить
наличием излучения B–X полосы молекулы KrBr* в её спектре. Это излучение поглощается ДНК сильнее, чем излучение на 222 нм (см. рис. 1) и отчасти компенсирует потери излучения в клеточных оболочках.
Следует подчеркнуть, что в сравнении с традиционными РЛНД эксилампы, с точки зрения их применимости для бактерицидной обработки, позволяют шире варьировать геометрию колбы (и, соответственно, дают больше
возможностей при создании реакторов для обеззараживания), не содержат
ртути (т.е. не требуют выполнения столь жёстких требований по рециклированию, которые характерны для РЛНД), не требуют длительного разогрева,
сразу обеспечивают нужный бактерицидный поток.
Кроме того, линейчатый спектр РЛНД не создаёт достаточного количества
нарушений в ДНК [26], поэтому инактивированная ДНК способна восстановиться до рабочего состояния после окончания облучения. Этот эффект – фотореактивация ДНК – долгое время не принимался во внимание ни отечественными, ни зарубежными конструкторами бактерицидной техники.
Особенно актуален этот вопрос для систем УФ дезинфекции, предназначенных для обработки воды в замкнутых объемах (бассейны, замкнутые цик-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев, Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
лы водоподготовки на предприятиях). Реактивировавшие микроорганизмы
приобретают дополнительную резистентность к излучению РЛНД на 254 нм.
Так, в [26] было показано, что широкополосное излучение KrCl-эксилампы
обеспечивает меньшую бактерицидную эффективность, чем РЛНД при равных экспозициях (что совпадает с нашими данными), но и заметно меньшую
долю фотореактивированных микроорганизмов. Эффект связан с тем, что
широкая полоса УФ излучения обеспечивает большее число необратимых
повреждений ДНК, чем линейчатое излучение РЛНД.
Как уже упоминалось, для эксперимента были взяты тест-штаммы микроорганизмов, относящихся к различным систематическим группам и имеющих
очень большие различия в строении и физиологии. Сравнивали чувствительность к облучению эксилампами стандартных тест-штаммов и микроорганизмов, выделенных из внешней среды (воды) и с поверхности кожи и слизистых оболочек человека. Это связано с тем, что при наличии выраженного
бактерицидного эффекта и в силу некоторых позитивных характеристик
(меньшее озонирование воздуха, отсутствие ртути и т.д.) перспективно использование этих ламп в составе установок для физиотерапии заболеваний
кожи, слизистых оболочек, послеоперационной обработки швов, ран и т.д.
Эти вопросы важно исследовать для оценки ближайших и отдаленных последствий воздействия излучения УФ ламп на микроорганизмы, относящиеся
к патогенной и нормальной микрофлоре человека.
Помимо прочих функций (снабжение организма витаминами, органическими и аминокислотами, участие в переваривании ряда питательных веществ), нормальная микрофлора функционирует как важная составная часть
всего комплекса защитных механизмов, лежащих в основе резистентности
организма. Защитный эффект нормальной микрофлоры заключается в том,
что между ее представителями и попадающими из внешней среды микроорганизмами, в том числе патогенными, возникают сложные формы взаимоотношений (от конкуренции до антагонизма). Так, например, только у кишечной палочки известно около 30 видов антибиотикоподобных веществ (колицинов), с помощью которых она активно подавляет своих конкурентов.
Значение защитных свойств нормальной микрофлоры велико, т.к. потенциально опасный агент обезвреживается во внешней среде (на подступах к
организму), не допускается его проникновение внутрь. Изменение нормальной микрофлоры – дисбактериоз – наступает в результате применения факторов и веществ, угнетающих нормальную микрофлору или изменяющих условия ее обитания в неблагоприятную сторону [27].
В качестве объекта исследования использовали музейные штаммы Escherichia coli и Staphylococcus aureus. Эти виды микроорганизмов являются условно-патогенными, относятся к нормальной микрофлоре человека и животных.
Наличие их свидетельствует о возможном загрязнении того или иного объекта
(почва, вода, воздух, предметы) патогенными бактериями, а количественный
учет позволяет определить массивность загрязнения и степень эпидемической
опасности объекта. E. coli среди энтеробактерий наиболее устойчива к разного
рода воздействиям [25] и является основным видом энтеробактерий, применяемым для санитарного контроля дезинфекции с использованием УФ излучения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
25
Сравнительный анализ чувствительности культур микроорганизмов
к бактерицидному действию излучения KrCl_KrBr, KrCl, XeBr-эксиламп
показал, что большей устойчивостью обладают стафилококки, псевдомонады и бациллы [28]: они инактивируются большими дозами излучения (см.
таблицу). Самой чувствительной к воздействию излучения всех видов использованных в эксперименте эксиламп является Escherichia coli (рис. 4–6).
Рис. 4. Зависимость количества выживших клеток микроорганизмов
от величины поверхностных доз облучения УФ излучением
KrCl_KrBr-эксилампы
Рис. 5. Зависимость количества выживших клеток микроорганизмов
от величины поверхностных доз облучения УФ излучением
KrCl-эксилампы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
Л.В. Лаврентьева, С.М. Авдеев, Э.А. Соснин, К.Ю. Величевская
Рис. 6. Зависимость количества выживших клеток микроорганизмов
от величины поверхностных доз облучения УФ излучением
XeBr-эксилампы
Результаты исследования влияния действия излучения эксиламп на микроорганизмы и сравнение их с другими светотехническими устройствами,
применяемыми для УФ стерилизации, свидетельствуют, что их использование оказывает выраженный бактерицидный эффект на широкий спектр микроорганизмов, обитающих в воде, на поверхности кожи и слизистых оболочек человека. Протестированные штаммы микроорганизмов обладают различной чувствительностью к излучению эксиламп, однако излучение эксиламп не обладает избирательностью действия и губительно действует на все
использованные в эксперименте культуры микроорганизмов.
Литература
1. Gates F. A study of the bacterial action of ultraviolet light III / The absorption of ultraviolet by bacteria // Journal of General Physiology. 1930. Vol. 14, № 1. P. 31–42.
2. Вассерман А.Л. Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания
воздуха // Светотехника. 2004. № 1. С. 46–47.
3. Шлифер Э.Д. Устройство комбинированной СВЧ УФ озонной бактерицидной обработки
жидких, газообразных, и твёрдофазных объектов // Светотехника. 2004. № 6. С. 46−50.
4. Васильев А.И., Красночуб А.В., Кузьменко М.Е. и др. Анализ современных промышленных источников бактерицидного ультрафиолетового излучения // Светотехника. 2004.
№ 6. С. 42–45.
5. Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Соснин Э.А. УФ-инактивация микроорганизмов:
сравнительный анализ методов // Вестник Томского государственного университета. Сер.
«Биологические науки». Приложение. 2003. № 8. С. 108–113.
6. Методические указания МУ 2.3. 975-00 // Светотехника. 2001. № 1. С. 21–31.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
27
7. Haag W.R. Comparison of commercial lamps for radical oxidation and direct photolysis in
water: Report for LLNL. Livermore, CA. 1996. 6 Aug. 18 р.
8. Wolsey R. The Lamp Disposal Controversy // Lighting Futures. 1998. Vol. 3, № 2. P. 1–4.
(http://www.lrc.rpi.edu./programs/Futures/LF-LampDisposal/index.asp).
9. Eliasson B., Kogelschatz U. UV Excimer Radiation from Dielectric-barrier Discharges //
Appl. Phys. B. 1988. Vol. B 46. P. 299–303.
10. Boyd I.W., Zhang J.-Y., Kogelschatz U. Development and Applications of UV Excimer
Lamps / Photo-Excited processes, Diagnostics and Applications. (Ed. A. Peled). The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2003. P. 161–199.
11. Ломаев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А. и др. Эксилампы – эффективные источники
спонтанного УФ и ВУФ излучения // Успехи физических наук. 2003. Т. 173, № 2. С. 201–217.
12. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. и др. Эксилампы барьерного и емкостного разряда и их приложения // ПТЭ. 2006. № 5. С. 5–26.
13. Соснин Э.А. Эксилампы и новое семейство газоразрядных ультрафиолетовых облучателей на их основе // Светотехника. 2006. № 6. С. 25–31.
14. Oppenländer Т., Baum G. Wasseraufbereitung mit Vakuum-UV/UV−Excimer−Durchflussphotoreaktoren. Wasser-Abwasser. 1996. Vol. 137, № 6. P. 321–325.
15. Coogan J.J. Processing opaque fluids using water-coupled excimer light sources // Proc. of
10th Int. Symposium on the Science and Technology of Light Sources. Toulouse, 2004. P. 168, 521.
16. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Yusupov M.R. et al. Proc. of 2nd International Workshop
on Biological Effects of Electromagnetic Fields. Rhodes Greece. London, 2002. P. 953.
17. Патент RU 43458. Приоритет 27.09.2004. Рег. № заявки 2004128561/22 от
27.09.2004. Опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.
18. Патент RU 2225225 С2. Приоритет 14.08.2001. Рег. № заявки 2001122943/13.
Опубл.10.03.2004. Бюл. №7.
19. Патент RU 62224. Приоритет 09.01.2007. Рег. № заявки 2007100293/22 от
09.01.2007. Опубл. 27.05.2007. Бюл. № 15.
20. Von Sonntag C. Process technologies for water treatment. New York: Plenum Press,
1987. Р. 128–144.
21. Oppenländer T. Photochemical Purification of Water and Air. Weincheim: WILEY−VCH Verlag, 2003. 368 р.
22. Портативные коаксиальные эксилампы серии BD_P [Электронный ресурс] //
http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/ technologies/ excilamps/developments/BD_P.pdf
23. Avdeev S.M., Boichenko A.M., Sosnin E.A. et al. Barrier-Discharge Excilamp on a Mixture of Krypton and Molecular Bromine and Chlorine. Laser Physics. 2007. Vol. 17, № 9. P.
1119–1123.
24. Руководство З 3.1.683-98 // Светотехника. 1998. № 4. С. 4–18.
25. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и
гигиена. М.: Деловая литература, 2001. 388 с.
26. Clauss M., Mannersmann R., Kolch A. Photoreactivation of Escherichia coli and Yersinia
enterolytica after irradiation with a 222 nm excimer lamp compared to a 254 nm low-pressure
mercury lamp // Acta hydrochim. Hydrobiol. 2005. Vol. 33, № 6. P. 579–584.
27. Коротяев А.И., Бабичев С.А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология. СПб.: Специальная литература, 1998. 592 с.
28. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига и др. М.: Мир,
1997. Т. 1–2. 800 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
УДК 579.64:631.46
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
АНТАГОНИСТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ НА ФИТОПАТОГЕННЫЕ
ГРИБЫ И СТИМУЛИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ
РАСТЕНИЙ ФОРМАЛЬДЕГИДУТИЛИЗИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ
Pseudomonas sp. B-6798
Аннотация. Показаны кинетические аспекты взаимоотношений бактерий
Pseudomonas sp. B-6798 с растением-хозяином и фитопатогенными грибами. Кинетика ингибирования роста грибов рода Fusarium и Bipolaris бактериями описывается модифицированным уравнением Н.Д. Иерусалимского. Количественно антифунгальный эффект бактериальных штаммов при проведении лабораторных
тестов может быть оценен с помощью константы ингибирования (Ki). Зависимость параметров роста и развития растений от логарифма концентрации бактерий в инокуляте в лабораторных тестах принимает вид выпуклой кривой с
максимумом. Лабораторные тесты и полевые испытания позволяют рекомендовать бактерии штамма рseudomonas sp. В-6798 к применению в качестве агента
биофунгицида против возбудителей корневых гнилей зерновых культур, обладающего одновременно стимулирующими рост и развитие растений свойствами.
Ключевые слова: Pseudomonas, ризобактерии, антифунгальная активность,
ростостимулирующая активность, кинетика ингибирования, антагонизм.
В связи с биологизацией и экологизацией сельскохозяйственного производства направление по созданию биопрепаратов для защиты растений становится
все более актуальным [1–4]. Существует множество биологических функций
микроорганизмов, направленных на осуществление биосинтеза метаболитов
различного действия. Потенциальным объектом агробиотехнологии являются
ризосферные PGPR (от Plant Growth-Promotion Rhizobacteria), широко используемые для разработки биологических средств защиты растений от фитопатогенов, а также биопрепаратов, стимулирующих рост и повышающих продуктивность растений. Механизм действия этих микроорганизмов на фитопатогены
включает конкуренцию за источник питания, эффективную колонизацию ризосферы, синтез антибиотических и рострегулирующих веществ [2–4]. Над расширением ассортимента микробиологических препаратов, изысканием путей их
совершенствования работают многие биотехнологические центры России [5].
Среди ризосферных бактерий особое место занимают бактерии рода Pseudomonas. О перспективах их практического применения можно судить по
списку уже разработанных биопрепаратов («BlightBan A506», «BioSave»,
«Blue-Circle», «Intersept», «Victus», «Планриз», «Агат-25», «Псевдобактерин2»), проявляющих высокую антагонистическую активность по отношению к
фитопатогенным грибам и бактериям, а также способность к стимуляции
роста сельскохозяйственных культур [3, 6].
Несмотря на все видимые преимущества, применение биологических
средств защиты растений сдерживается их достаточно высокой стоимостью
при учете нестабильности положительных эффектов, которая складывается
из стоимости углеводсодержащих питательных сред и затрат на мероприятия
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
29
по обеспечению стерильности. В связи с этим возникает необходимость поиска новых микроорганизмов, которые могли бы использовать в качестве
источника углерода и энергии менее дорогостоящие соединения, обеспечивающие одновременно стерильность процесса культивирования.
Таким образом, целью представленной работы являлось изучение формальдегидрезистентных бактерий Pseudomonas sp. В-6798 как агентов биоконтроля фитопатогенных грибов, а также стимуляторов роста растений.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись формальдегидрезистентные бактерии
Pseudomonas sp. ВКПМ В-6798, выделенные из активного ила очистных сооружений Томского нефтехимического комбината и способные использовать
формальдегид в составе минеральных сред в качестве единственного источника углерода и энергии в концентрации 267 М (8 г/л) [7].
Для оценки эффективности применения бактерий опытного штамма использовались бактерии Pseudomonas fluorescens ВКМ AP-33, которые являются
активным началом биологического препарата «Планриз», официально рекомендованного к применению на территории РФ против грибных фитопатогенов [6]. При оценке антагонистической активности в качестве тест-объектов
рассматривались фитопатогенные разновидности Fusarium oxysporum var. lini и
F. oxysporum var. gladioli, предоставленные М.В. Штерншис (НГАУ, Новосибирск) из коллекции микроорганизмов кафедры биологических методов защиты растений Новосибирского агроуниверситета. Штамм фитопатогенного гриба F. oxysporum var. sp. был выделен в 1996 г. сотрудниками лаборатории биокинетики и биотехнологии НИИ ББ ТГУ с зерен пшеницы. Культура гриба Bipolaris sorokiniana предоставлена заведующей лаборатории микробиологии
СибНИИ СХ и Торфа СО Россельхозакадемии Н.Н. Терещенко (Томск). Для
оценки ростстимулирующей активности использовались семена: кукурузы
сорта Молдавская-215 АМВ (средняя масса семени 0,5 г, общая всхожесть –
75%); пшеницы сорта Тулунская-12 (средняя масса зерна 0,03 г, общая всхожесть – 97%); овса сорта Нарымский-943 (средняя масса зерна 0,05 г, общая
всхожесть – 93%).
Питательные среды и культивирование. Культивирование бактерий Pseudomonas sp. B-6798 проводилось на минимальной питательной среде М9 [8] с
формальдегидом 2 г/л в колбе объемом 250 мл с 50 мл питательной среды.
Культуры выращивались в термостате при 30±0,5ºС до достижения бактериальной численности 1–9·109 кл/мл. Контроль численности осуществлялся
прямым подсчетом клеток в камере Горяева и посевом методом предельных
разведений на плотную питательную среду с дальнейшим подсчетом КОЕ
[9]. Бактерии Pseudomonas fluorescens AP-33 (биопрепарат «Планриз») были
предоставлены лабораторией биологической защиты ФГУ «ФГТ станции защиты растений в Томской области». Для выращивания грибов использовался
20%-ный сусло-агар [9].
Изучение кинетики ингибирования бактериями роста фитопатогенных
грибов. Предложенная методика исследования антифунгальной активности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
позволяет проследить зависимость скорости роста грибов от титра бактерий в
инокуляте [10]. Единым параметром оценки степени антифунгального влияния бактерий на грибы предложено использование константы ингибирования.
В качестве измеряемого параметра, отражающего рост гифов грибов во времени, был взят диаметр колоний, образующихся на твёрдых агаризованных
средах на чашках Петри при стандартизованной процедуре инокуляции.
На чашки Петри с сусло-агаром газоном высевались бактериальные суспензии в объеме 0,1 мл. Концентрация бактерий в инокуляте составляла 101–
109 кл/мл. После появления видимого бактериального роста для предотвращения физического контакта бактериальных и грибных колоний посевы заливали тонким слоем среды (≈1 мм), затем на ее поверхность помещали агаровые блоки с мицелием гриба диаметром 1 мм равномерно по шаблону.
Блоки вырезали из сплошного шестисуточного газона мицелия гриба цилиндрическим пробкорезом. Чашки инкубировали в термостате при температуре
24±1,0ºС.
Исследование влияния бактериальной концентрации на рост и развитие
растений в вегетационных лабораторных экспериментах. В экспериментах
была создана модель малых наземных искусственных систем, предложенная
Л.А. Сомовой [11], состоящая из трех звеньев: стерильный песок, которым
заполнялись вегетационные сосуды, – растение-хозяин – бактериальные
штаммы в концентрациях 101–109 кл/мл. Предварительно обеззараженные и
пророщенные семена помещались в пробирки, заполненные крупным стерильным речным песком (12,5 см3) и равномерно увлажнялись стерильным
раствором Кнопа [12]. Инокуляция песка проводилась 0,1 мл бактериальных
суспензий в концентрациях 101–109 кл/мл. Растения выращивали в фитокамерах при 12-часовом режиме освещения и температуре 24±0,5ºС.
Проведение полевых экспериментов. В ходе экспериментов бактеризованные семена (кукурузы – путем замачивания в суспензиях с титром 104,
106 кл/мл, овса и пшеницы – предпосевным увлажнением суспензией с титром 106 кл/мл) высевали на пробные площадки. Семена кукурузы высаживали
на расстоянии 10–15 см друг от друга, пшеницу и овес высевали по норме
6 млн семян на 1 га. В ходе эксперимента снопиками по 10–15 растений проводили отбор равномерно по всей площади. В лабораторных условиях у отобранных растений измеряли длину, сухую биомассу и т.д. [13]. Полевые эксперименты с кукурузой и овсом были поставлены в вегетационный период
2004 г., с пшеницей – в сезоны 2003 и 2005 гг.
Статистическая обработка материала. Данные, полученные в ходе экспериментов, обрабатывались с помощью пакета STATISTICA (версия 6.0) и
представлены в виде средней с доверительным интервалом с учетом критерия
Стьюдента для 95% уровня значимости выборок с нормальным распределением и в виде медианы для неравномерно распределенных выборок. Сравнение данных параметров роста и развития растений в полевых экспериментах
производим по непараметрическому критерию Манна–Уитни (р<0,05). Скорость роста грибных колоний на твердой питательной среде определяли с
использованием линейного регрессионного анализа. Параметры уравнений
для исследования кинетики ингибирования роста грибов бактериальными
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
31
штаммами и параметров роста растений вычислялись с использованием нелинейного регрессионного анализа [14].
Результаты и обсуждение
Кинетика ингибирования роста фитопатогенных грибов ризосферными
бактериями in vitro. Фунгистатическая активность является достаточно распространенным признаком среди бактерий различных таксономических
групп. Антифунгальная способность дает экологическое преимущество бактериальной популяции, которая конкурирует с микроскопическими грибами
в специфической среде обитания. Практическое значение эта бактериальная
черта нашла как в медицине, так и в сельском хозяйстве, где бактерии, обладающие антифунгальной активностью, широко используют в борьбе с различными почвенными фитопатогенными грибами (агенты защиты растений)
[3]. Антифунгальная активность бактерий, обнаруженная in vitro, как правило, положительно коррелирует с их способностью ингибировать рост фитопатогенов in vivo [15], поэтому лабораторные эксперименты – это неотъемлемая часть и эффективный способ изучения взаимоотношений почвенных грибов с ризосферными бактериями. Однако большинство известных методик
позволяет лишь оценить присутствие фунгистатического эффекта, не давая
четкого представления о его степени [16].
Нами была предложена и апробирована методика, позволяющая численно
оценить эффект подавления роста грибных колоний бактериями на твердых
питательных средах в чашках Петри. В ходе экспериментов каждые 24 ч проводили измерение диаметра грибных колоний, образующихся на агаризованных питательных средах с различными концентрациями бактерий в инокуляте при стандартизованной процедуре инокуляции. На рис. 1 на примере гриба
Fusarium oxysporum var. lini на среде с Pseudomonas sp. В-6798 показано увеличение диаметров колоний с течением времени.
Известно, что рост филоментозных организмов, т.е. увеличение их биомассы, не подчиняется экспоненциальному закону. Зависимость роста гифов
грибов от времени линейна [11]. В наших экспериментах рост колоний грибов является линейным как в чашках с ложным высевом, так и в присутствии
бактерий в различных концентрациях, причем с увеличением концентрации
происходит замедление роста гриба, которое отражается в уменьшении наклона прямых.
За количественную оценку скорости роста гриба брали тангенс угла наклона прямых, отражающих изменение диаметра колоний с течением времени. Анализ полученных данных показал, что скорость роста грибных колоний
с увеличением концентраций бактерий в чашках Петри стремится к предельному значению, не равному нулю, т.е. не наблюдается полного абсолютного
ингибирования роста грибов бактериями изучаемых штаммов. В рассмотренных моделях взаимодействия грибов с бактериями достаточно концентрации
107–108 кл/мл для достижения предельного значения скорости роста грибов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
60
1
Диаметр грибных колоний, мм
50
2
40
3
30
4
20
10
0
20
40
60
80
100
120
140
Время, ч
Рис. 1. Рост колоний гриба Fusarium oxysporum var. lini при различных концентрациях
клеток Pseudomonas sp. штамм В-6798: 1 – в контроле (ложный посев);
2 – при концентрации бактерий в инокулюме 103 кл/мл; 3 – 106 кл/мл; 4 – 109 кл/мл
Согласно литературным данным, эффект ингибирования роста грибов бактериями рода Pseudomonas связан прежде всего с выделением псевдомонадами
различных антибиотиков и сидерофор (желто-зеленый пигмент, осуществляющий транспорт железа) [2, 4, 19]. Известно, что бактерии Pseudomonas sp.
В-6798 синтезирует желто-зеленый пигмент [7], а эффект ингибирования роста
грибных колоний уменьшается добавлением в среду соединений трехвалентного железа [10], поэтому нам представляется, что в эффекте ингибирования наибольшую роль занимает сидерофорный механизм.
Для описания кинетики ингибирования роста грибных колоний исследуемыми бактериями нами было использовано модифицированное уравнение
Н.Д. Иерусалимского [17]:
V (C ) = V∞ + Vmax
K in
,
K in + C n
(1)
где V(C) – скорость увеличения диаметра колоний фитопатогенных грибов
(мм/ч); V∞ – остаточная скорость роста гриба при «бесконечной» концентрации бактерий (мм/ч); Vmax – кинетический параметр, отражающий скорость
роста гифов в отсутствии бактерий и в сумме с V∞, численно равный максимальной скорости роста данного гриба (мм/ч); Ki – константа ингибирования,
численно равная концентрации бактерий, при которой достигается половина
от максимального эффекта ингибирования (кл/мл); n – коэффициент нелинейности ингибирования; С – концентрация клеток бактерий в инокулюме
(кл/мл).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
Графическое отображение описанной модели представлено на рис. 2. Параметры уравнения для каждого вида грибов определялись методом нелинейного регрессионного анализа (табл. 1).
Из представленной таблицы видно, что коэффициент корреляции (R) находится на достаточно высоком уровне, что в целом говорит о значительном
соответствии практически полученных данных примененной формуле для
вычисления параметров ингибирования.
Об эффективности фунгистатического влияния изучаемых бактерий можно судить по константе ингибирования (Ki). Чем ниже данный параметр
уравнения, тем чувствительнее гриб к данной бактерии и наоборот, чем
больше значение константы, тем менее чувствителен к влиянию бактерии
гриб. Наибольшей чувствительностью к присутствию бактерий обладал гриб
Bipolaris sorokiniana. Значительный эффект ингибирования роста колоний
этого вида гриба наблюдался на концентрациях порядка 10 кл/мл в инокуляте. В ряду рассмотренных разновидностей фитопатогенных грибов рода
Fusarium наибольшей чувствительностью к бактериям Pseudomonas sp.
В-6798 обладает фузариум, выделенный с зерен пшеницы (F. oxysporum
var. sp.): концентрация клеток данного вида бактерий, выше которой не происходит заметного увеличения эффекта ингибирования роста колоний, составляет около (≈10*Ki) 175 кл/мл.
Скорость роста грибных колоний, мм/ч
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Ki
0,0
0,0005
0,0500
0,0050
0,5000
5,0000
500,0000 50000,0000
50,0000
5000,0000
5E5
5E6
5E8
5E7
Концентрация бактериальных клеток в инокуляте, кл./мл
Рис. 2. Зависимость скорости роста колоний гриба Fusarium oxysporum var. lini
от концентраций бактериальных клеток Pseudomonas sp. B-6798
5E9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
Таблица 1
Кинетические параметры ингибирования роста грибов бактериями
Pseudomonas sp. B-6798
Вид гриба
Fusarium oxysporum var. lini
Fusarium oxysporum var. sp.
Fusarium oxysporum var.
gladioli
Bipolaris sorokiniana
n,
Vmax,
K i,
V∞,
кл/мл
отн. ед.
мм/ч
мм/ч
449,7±51,0 0,14±0,02 0,56±0,03 0,05±0,02
17,5±5,9 0,29±0,10 0,44±0,02 0,09±0,01
R,
отн. ед.
0,965
0,971
396,3±25,4 0,14±0,02 0,51±0,05 0,02±0,01
0,953
5,4±1,0
0,08±0,04 0,14±0,02 0,08±0,02
0,875
О силе антифунгального действия бактерий можно также судить по остаточной скорости роста колоний гриба (V∞). Анализируя этот параметр, можно
судить о том, насколько полно подавляют рост гриба изучаемые виды бактерий. Наибольшее подавление роста грибных колоний бактериями опытного
штамма наблюдалось в варианте с F. oxysporum var. gladioli, что иллюстрируют данные табл. 1.
Анализ представленных данных показал, что наблюдаются некоторые отличия в реакции грибов на присутствие бактериальных колоний. Наиболее
явными они представляются при анализе параметров ингибирования роста
колоний грибов разных родов (в нашем случае – грибы родов Fusarium и Bipolaris), хотя в менее отчетливой форме они существуют даже внутри одного
вида (рассмотренные разновидности фузариума). Можно предположить, что
для изучения параметров ингибирования роста колоний гриба определенного
рода недостаточно эксперимента на одном из его видов, константа ингибирования варьирует, по нашим наблюдениям, даже в пределах вида. Однако для
оценки присутствия антифунгального эффекта в целом эксперимент на одной
разновидности достаточно показателен для всего вида.
Влияние бактерий штамма Pseudomonas sp. В-6798 на кинетические параметры роста растений в модельных экспериментах. В литературных источниках широко представлены сведения, описывающие положительное влияние на
рост и развитие растений бактерий, отнесенных к ризосферным или тяготеющих
к зоне ризосферы [3, 5, 11]. Нами был поставлен ряд экспериментов с использованием метода малых наземных экосистем [11], направленных на изучения
влияния Pseudomonas sp. В-6798 на рост и развитие растений пшеницы, овса и
кукурузы в лабораторных условиях. В ходе экспериментов каждые 24 часа проводились замеры длины наземной части растений. Данные о росте пшеницы
представлены на рис. 3 на примере изменения длины растений вариантах с инокуляцией бактериями Pseudomonas sp. В-6798 с титром 106 кл/мл.
Как известно, рост любого органа, как и самого растения в целом, описывается в виде S-образной (сигмоидальной) кривой Сакса. Из множества количественных моделей роста растений наибольшее распространение получила логистическая функция [18]. Логистическая кривая имеет симметричный характер, т.е. скорость роста на начальном этапе увеличивается так же быстро, как и
падает на заключительном этапе развития растения или органа. Если рост на
начальном этапе замедлен, то кривая приобретает экспоненциальный вид.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
160
140
Длина проростка, мм
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Время,час
ч
Время,
Рис. 3. Изменение длины вегетативной части пшеницы с течением времени
Рост растений пшеницы на изучаемой нами стадии (прорастание–фаза выхода третьего листа) соответствует S-образной кривой (см. рис. 3). Для описания данной кривой нами было использовано следующее логистическое
уравнение [19]:
y (t ) =
Ae rt ,
B + x0 e rt
(2)
где y соответствует длине проростка с течением времени (мм); t – время (ч);
r – скорость удлинения проростка (мм/ч); x0 – «минимальная» длина проростка, соответствующая длине проростка после активации зерна в течении 24 ч
(мм); А – константа уравнения, численно соответствующая произведению
минимальной длины проростка на максимально возможную в условиях эксперимента (мм): A=x0*xmax; В – константа уравнения, численно соответствующая разности минимальной длины проростка из максимальной (мм):
B= xmax–x0. Рост проростков овса также соответствовал описанному логистическому уравнению.
Рост проростков кукурузы соответствовал экспоненциальному закону
[19]:
(3)
L = L 0 e rt ,
где L – длина вегетативной части растения (мм); L0 – длина проростка кукурузы после активации зерна в течение 24 ч, «минимальная» длина (мм); r –
скорость удлинения растения (мм/ч); t – время (ч).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
Кинетические параметры роста проростков кукурузы, пшеницы и овса определялись методом нелинейного регрессионного анализа. Анализ данных
показал, что бактерии по-разному изменяют параметры экспоненциального и
логистического роста растений.
В экспериментах с кукурузой в присутствии бактерий наблюдается значимое увеличение L0, поэтому растения в опытных вариантах на момент
окончания эксперимента обладают большей длиной вегетативной части,
несмотря на то, что скорость роста проростков незначимо отличаются от
контроля (рис. 4). Зависимость начальной длины растения (L0) от концентрации, представленной в логарифмическом виде, можно описать выпуклой
кривой с экстремумом, который приходится на концентрации бактерий,
значения параметра в которых максимальны.
6
5
L0, мм
4
3
2
1
0
0
101
102
10 3
10 4
105
106
10 7
108
109
Концентрация бактерий в инокуляте, кл./мл
Рис. 4. Влияние концентрации бактерий Pseudomonas sp. B-6798 в инокуляте
на длину проростка кукурузы после активации зерна в течение 24 ч
Рост и развитие растений проходят в конкретных условиях среды. Взаимодействие генотипа и среды определяется, с одной стороны, способностью организма реализовывать определенное значение признака в различных, как оптимальных, так и стрессовых условиях (норма реакции генотипа), а с другой – силой действия на организм фактора среды или их совокупности. Количественно
реакция генотипа по величине признака на один фактор среды выражается кривой оптимума [18]. Кривые толерантности, или кривые оптимума, согласно закону толерантности, сформулированному В. Шелфордом, зависят от условий
среды и оказывают влияние на скорость протекания биологических процессов.
Кривая оптимума имеет колоколообразный вид. В зоне оптимума значение признака максимально, в зонах максимума или минимума – минимально.
Полученная кривая соответствует закону толерантности и может быть
описана представленной кривой оптимума. В зону оптимума попадают концентрации бактериальных клеток 104–107 кл./мл.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
37
Анализ кинетических параметров логистического роста овса и пшеницы
показал, что параметром, на котором можно проследить отчетливое влияние
бактериальной концентрации, является максимально возможная в условиях
эксперимента длина проростка (xmax). Распределение этого параметра под
действием бактериальной концентрации, представленной в логарифмическом
виде, также имеет вид выпуклой кривой с экстремумом.
Аналогичным образом была описана логистическая кривая роста корней
кукурузы. Полученная зависимость xmax, как и в вегетационных экспериментах, может быть описана выпуклой кривой с экстремумом, который приходится на оптимальные для роста корней бактериальные концентрации (104–
106 кл./мл) (рис. 5).
130
120
110
xmax , мм
100
90
80
70
60
50
40
30
0
101
102
10 3
10 4
105
106
10 7
10 8
109
Концентрациябактериального
бактериального инокулята,
Концентация
инокулята,кл./мл
кл./мл
Рис. 5. Зависимость максимальной длины корня от концентрации
бактерий Pseudomonas sp. B-6798 в инокуляте
Влияние обработки бактериальных культур на развитие растений в лабораторных экспериментах. По окончании экспериментов, где проростки кукурузы,
пшеницы и овса указанных выше сортов проращивались в вегетационных сосудах, были произведены замеры следующих параметров: длина основного корня
(для кукурузы); суммарная длина корневой системы (для овса и пшеницы), количество корней второго порядка; сухая биомасса растения. Зависимости исследуемых параметров от концентрации бактериальных культур, как правило, принимают вид кривой с перегибом. В табл. 2 приведены данные о бактериальных
концентрациях, в которых отмечен пик эффекта стимуляции, максимальном значении измеряемого параметра и его отношении к контролю в вегетационном
эксперименте с кукурузой и с пшеницей. Оптимальными концентрациями бактерий во всех вариантах для кукурузы оказались 105, 106 кл/мл. Для пшеницы наибольший эффект на параметры развития оказала концентрация 104 кл/мл. В целом зона оптимума бактериальных клеток для развития растений соответствует
зоне оптимума, показанного для параметров кинетического роста этих сельскохозяйственных культур.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
Таблица 2
Оптимальные концентрации бактериальных культур, максимальное значение
измеряемых параметров развития растений
Кукуруза
Пшеница
Параметр
Суммарная длина
корней, мм
Сухая биомасса, г
Длина главного
корня, мм
Кол-во корней
второго порядка,
шт.
Овес
Сухая биомасса, г
Суммарная длина
корней, мм
Сухая биомасса, г
Вариант
Оптимальная
концентрация,
кл/мл
Максимальное значение
Отношение
к контролю
Pseudomonas
sp. В-6798
104
294,3±55,2
1,6
Планриз
104
224,1±55,2
1,2
Pseudomonas
sp. В-6798
104
0,30±0,04
2,1
Планриз
104
0,23±0,04
1,6
Pseudomonas
sp. В-6798
105
100,4±7,6
2,8
Pseudomonas
sp. В-6798
106
17±2
2,1
Pseudomonas
sp. В-6798
Pseudomonas
sp. В-6798
Pseudomonas
sp. В-6798
106
0,65±0,03
5,0
101
200,6±42,3
2,7
102
0,42±0,08
2,1
Концентрация псевдомонад опытного штамма для растений овса, в которых наблюдаются максимальные значения параметров развития, находятся на
уровне 10–100 кл/мл. Такой низкий диапазон оптимальных бактериальных
концентраций для овса можно объяснить тем, что корневые выделения овса
мало привлекательны для данных бактерий или имеют достаточно малое содержание соединений, которые могли бы использовать бактерии Pseudomonas sp. В-6798 в качестве источника углерода и энергии. В более высоких
концентрациях нами не только не отмечено эффекта стимуляции, но и наблюдалось частичное ингибирование параметров роста растений. Некоторое
ингибирование отмечено также для отдельных параметров развития кукурузы в концентрациях 108–109 кл/мл. Известно, что дефицит в почве того или
иного элемента минерального питания может вызвать ситуацию, когда ризосферные микроорганизмы будут выступать реальными конкурентами по отношению к корням растений [11]. Это может произойти в результате более
эффективного поглощения микробными клетками минеральных элементов из
почвенных растворов или из-за повышенной в этих условиях скорости экзоосмоса органических соединений корнями.
Таким образом, вероятным нам представляется, что концентрация PGPR,
приходящаяся на зону оптимума для каждого вида бактерий, может варьировать. Кроме того, она в меньшей степени изменяется непосредственно для
вида растения-хозяина.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
Влияние ризосферных бактерий на рост и развитие кукурузы, пшеницы и
овса в полевых экспериментах. Проведение полевого эксперимента позволило выявить влияние бактерий Pseudomonas sp. B-6798 на рост и развитие растений в естественных условиях.
В целом можно отметить положительное влияние бактеризации семян на
параметры развития растений. За исключением полевого сезона 2005 г., наблюдается достоверное увеличение длины растений, сухой биомассы под
действием ризосферных бактерий в среднем на 30–80% по отношению к растениям без бактеризации (табл. 3). Достаточно низкое влияние бактерий на
развитие пшеницы в сезон 2005 г. можно объяснить благоприятными погодными условиями вегетационного сезона, позволившими растениям в контрольных и опытных вариантах достигнуть максимально возможной в данных условиях длины, т.е. реализовать ресурсный параметр. Следует также
отметить, что эксперименты с пшеницей в приведенные годы проводились в
разных почвенно-климатических зонах, поэтому не исключено, что более
тяжелые почвы, на которых произрастала пшеница в 2005 г., являлись неблагоприятным фактором для процесса корневой колонизации.
Таблица 3
Параметры развития растений и их увеличение
по отношению к контролю в полевых экспериментах
Культура, год
эксперимента
Параметр
Вариант
Значение
Отношение
к контролю
Овес,
2004 г.
Длина растений, мм
Сухая
биомасса, г
80,7±19,2*
75,9±4,2*
1,97±0,17*
2,12±0,13*
1,5
1,4
1,3
1,4
Кукуруза,
2004 г.
Сухая
биомасса, г
Планриз
Ps. sp B-6798
Планриз
Ps. sp B-6798
Ps. sp B-6798,
104 кл/мл
Ps. sp B-6798,
106 кл/мл
Планриз
Ps. sp B-6798
Планриз
Ps. sp B-6798
Планриз
Ps. sp B-6798
Планриз
Ps. sp B-6798
127,5±11,4*
1,4
146,9±3,0*
1,6
67,4±3,9*
82,1±2,2*
1,38±0,03*
2,33±0,14*
81,5±1,9
83,4±1,9
2,31±0,12
2,95±0,35
1,1
1,4
0,9
1,6
1,0
1,0
0,9
1,2
Пшеница,
2003 г.
Пшеница,
2005 г.
Длина растений, см
Сухая
биомасса, г
Длина растений, см
Сухая
биомасса, г
* р<0,05.
Несмотря на то что в данном сезоне не удалось достигнуть статистически
значимого отличия длины и биомассы растений по окончании эксперимента,
рост бактеризованных растений до начала кущения значительно опережал
контрольный. Это связано со стимуляцией роста растений бактериями именно на ранних этапах развития последних, поскольку численность бактерий в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
зоне ризосферы в этот период максимальна (в дальнейшем возможно их значительное вытеснение из ризосферы аборигенными видами).
По нашим данным, при бактеризации псевдомонадами растения быстрее
проходят фазы развития, достигая цветения в более короткие сроки, когда
удлинение вегетативной части практически прекращается. Так, начало цветения впервые отмечено в варианте с обработкой опытным штаммом псевдомонаса, а затем в варианте с планризом.
Полевые эксперименты, проведенные с растениями овса и кукурузы,
показали, что бактеризация семян привела к увеличению параметров развития растений, начиная с фазы проростков; положительное действие бактерий отмечается до окончательного замера длины вегетативной части и сухой биомассы.
На основании данных, полученных в фазу полной спелости, нами была
вычислена урожайность пшеницы [20].
На рис. 6 представлена урожайность пшеницы в различных вариантах
полевого эксперимента 2005 г.
Хотя параметры развития бактеризованных растений практически не
отличаются от контрольного варианта в фазу полной спелости, наблюдается увеличение урожайности пшеницы. На ее увеличение в большей мере
оказало влияние увеличение количества зерен в колосе и рост значений
массы 1000 зерен.
34
*
Урожайность, ц/га
32
30
28
26
24
22
Контроль
Планриз
Ps.sp. B-6798
Рис. 6. Урожайность пшеницы в различных вариантах полевого эксперимента 2005 г.
Звездочкой отмечено статистически значимое отличие р<0,05
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антагонистическое действие на фитопатогенные грибы
41
Данные полевых испытаний подтверждают полученный в лабораторных
экспериментах эффект стимуляции роста и развития пшеницы, овса и кукурузы бактериями формальдегидрезистентного штамма Pseudomonas sp.
B-6798.
В процессе полевых и лабораторных экспериментов бактерии опытного
штамма оказывали на рост и развитие растений больший эффект, чем широко
применяемые в России бактерии P. fluorescens AP-33, являющиеся активным
началом биопрепарата «Планриз».
Высокая антагонистическая активность по отношению к фитопатогенным
грибам Pseudomonas sp. В-6798 может служить основанием для разработки
биологического препарата с полифункциональными свойствами.
При выращивании бактерий на среде, содержащей формальдегид, стоимость препарата на их основе снижается на 25–30% по сравнению с аналоговыми биопрепаратами за счет уменьшения затрат на обеспечение стерильности процесса культивирования. При этом биологическая эффективность от
применения препарата на основе бактерий штамма Pseudomonas sp. В-6798
на 10–60% выше аналогового биопрепарата «Планриз».
Литература
1. Надыкта В.Д. Перспективы биологической защиты растений от фитопатогенных
микроорганизмов // Защита и карантин растений. 2004. № 6. С. 26–28.
2. Боронин А.М., Кочетков В.В. Биологические препараты на основе псевдомонад //
АГРО XXI. 2000. 140 с.
3. Штерншис М.В., Джалилов Ф.С., Андреева И.В., Томилова О.Г. Биопрепараты в защите растений. Новосибирск, 2000. 128 с.
4. Benizri E., Baudon E., Guckert A. Root colonization by inoculated plant growth-promoting
rhizobacteria // Biocontrol science and technology. 2001. № 11. P. 557–574.
5. Смирнов О.В. Многоцелевое действие биопрепаратов // Защита и карантин растений.
2006. № 2. С. 20–21.
6. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению
на территории Российской Федерации. М.: Федеральное агентство по сельскому хозяйству
(Россельхоз) Минсельхоза РФ, 2005. 420 с.
7. Патент РФ 21022474. Штамм метилотрофных бактерий Pseudomonas sp. ВКПМ
В-6798, способный использовать формальдегид в качестве единственного источника углерода и энергии в бедной минеральной среде / Е.В. Евдокимов, М.В. Миронов, А.В. Евдокимов, И.Э. Макиенко, Е.В. Корниевская. 8 с.
8. Миллер Дж. Эксперименты в молекулярной генетике. М.: Мир, 1976. 438 с.
9. Руководство к практическим занятиям по микробиологии / Под ред. Н.С. Егорова.
М.: МГУ, 1995. 224 с.
10. Гущина Ю.А., Корниевская Е.В. Кинетика оценки антагонистического действия формальдегидутилизирующих псевдомонад на патогенные грибы рода Fusarium. Режим доступа:
http://psn.ru, свободный.
11. Сомова Л.А. Функциональная и индикаторная роль гетеротрофных микроорганизмов
в искусственных экосистемах: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. Красноярск, 1999. 86 с.
12. Баславская С.С., Трубецкова О.Н. Практикум по физиологии растений. М.: Изд-во
МГУ, 1964. 228 с.
13. Методические указания по проведению производственных испытаний средств и
методов защиты зерновых культур от болезней // Приложение к защите и карантину растений. М.: МГУ, 2004. 23 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, С.Ю. Семенов
14. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
15. Georgakopoulos D.G., Fiddaman P., Leifert C., Malathrakis N.E. Biological control of
cucumber and sugar beet damping-off caused by Pythium ultimum with bacterial and fungal
antagonists// Journal of applied microbiology. 2002. № 92. P. 1078–1086.
16. Kerr J.R. Bacterial inhibition of fungal growth and pathogenicity // Microbial ecology in
health and disease. 1999. № 11. Р. 129–142.
17. Евдокимов Е.В. Динамика популяций в задачах и решениях: Учеб. пособие. Томск:
ТГУ, 2001. 73 с.
18. Смиряев А.В., Мартынов С.П., Кильчевский А.В. Биометрия в генетике и селекции
растений. Режим доступа: http://library.timacad.ru, свободный.
19. Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б. Математические модели биологических продукционных процессов. М.: Изд-во МГУ, 1993. 302 с.
20. Ковалев В.М. Теория урожая. Режим доступа: http://library.timacad.ru, свободный.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Комплексная система защиты оранжерейных растений
43
ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
УДК 632.7: 633,88: 631.526 (57.1.16)
Н.П. Кузнецова
КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОРАНЖЕРЕЙНЫХ
РАСТЕНИЙ ОТ ВРЕДИТЕЛЕЙ И БОЛЕЗНЕЙ
В СИБИРСКОМ БОТАНИЧЕСКОМ САДУ ТГУ
Аннотация. Обобщены многолетние исследования по разработке комплексной
системы защиты растений от вредителей и болезней с учётом экологических
особенностей оранжерейно-тепличного комплекса. Впервые в Сибири установлена
возможность применения для защиты растений интродуцентов мировой флоры,
привлечённых из тропических широт, биологического метода с использованием
полезных насекомых.
Ключевые слова: комплексная система, защита растений, биологический
метод, насекомые.
Защита растений от вредителей и болезней – одно из традиционных направлений научных исследований в Сибирском ботаническом саду Томского государственного университета (СибБС ТГУ). В 1940-е гг. профессором Н.Н. Лавровым проводились углублённые фитопатологические исследования плодовых
и ягодных растений; в 1950–1960-е гг. научные интересы доцента З.С. Бабенко
были сфокусированы на изучении вредителей плодовых и ягодных культур; в
1970-е гг. младший научный сотрудник М.Р. Головина, старший научный сотрудник Т.В. Соколовская исследовали вредителей древесных, цветочнодекоративных растений; в 1980-е гг. кандидат биологических наук Н.П. Кузнецова начала разработку комплексной системы мероприятий по защите растений от вредителей и болезней оранжерейно-тепличного комплекса и открытого
грунта в условиях Сибири [1, 2].
Комплексная система защиты растений в ботаническом саду имеет несколько уровней.
1-й уровень – использование методов управления ростом растений (оптимальный световой режим, соответствующий диапазон температуры и влажности, сбалансированное питание, необходимый полив). Использование этих
факторов благоприятно влияет на состояние растений и препятствует размножению вредителей и развитию болезней.
2-й уровень – карантин растений, который препятствует ввозу и распространению новых для ботанического сада вредителей и болезней. Карантинные
мероприятия проводят в изолированном от фондовых коллекций помещении,
куда после экспертизы помещают привезенные растения или те, которые уже
выращиваются в ботаническом саду, но по разным причинам развиваются слабо, угнетены.
3-й уровень – непосредственное использование методов защиты растений
(фитосанитарный и санитарно-гигиенический, механический, биологический,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
Н.П. Кузнецова
химический). Фитосанитарное обследование всех экспозиций проводится для
обнаружения вредителей и определения степени их вредоносности визуально. Санитарно-гигиенические мероприятия дают возможность предотвратить
распространение вредителей и возбудителей болезней. Этот метод предусматривает удаление растительных остатков, выбраковку больных и сильно
поврежденных особей полностью или частично, борьбу с сорной растительностью внутри оранжерей и в межтепличных пространствах с целью снижения
численности многих вредных насекомых. Механический метод имеет большое
значение для сбора и уничтожения червеца, щитовки, мокриц и многоножек.
Биологический метод в оранжереях ботанического сада применяется для борьбы с сосущими вредителями – оранжерейной белокрылкой (Trialeurodes
vaporariorum Westw.) с помощью энкарзии (Encarsia formosa Gahan), оранжерейной тлей (Myzodes persicae Sc.), расселяя афидиуса (Aphidius sp.).
Оранжерейная белокрылка – широкий полифаг, повреждающий в условиях оранжерейно-тепличного комплекса растения 12 семейств. Наиболее предпочитаемыми тропическими растениями являются для нее виды сем. Araceae
(Alocasia macrochiza Schott, A. odora C. Koch.), Verbeniaceae (Duranta
repens L.), Solanaceae (Cyphomandra betaceae Sendt). среди субтропических –
виды сем. Caprifoliaceae (Viburnum odoratissinum Ker. Gad, V. tinus L.), Myrtaceae (Eucalyptus citrodora Hook, E. amрhifolis Nauchin). Сильная степень повреждения (в отдельные годы) отмечена у видов сем. Solanaceae (Cyphomandra betaceae Sendt), Malvaceae (Hibiscus cyriacus L.), Bignoniaceae (Jacoranda
mimosofolea L.), Logoniaceae (Nicodemia diversifolia Ten), слабая степень – у
видов сем. Araceae (Alocasia macrochiza Schott, A. odora C. Koch.), Verbeniaceae (Lantana camara L.), Acanthaceae (Sanchesia nobilis Hook), Caprifoliaceae (Viburnum odaratis sinum Ker, Gawl, V. tinus L.), Myrtaceae (Eucalyptus
citrodora Hook, E.amрhifolis Nauchin).
Численность белокрылки можно регулировать с помощью энкарзии, заселяя ею тропические и субтропические растения. Расселение энкарзии проводили в чашках Петри, соотношение паразит : хозяин составляло 1:10–1:25,
кратность выпусков – 3, интервал 7–10 дней [3, 4].
При изучении биологических особенностей развития энкарзии установлено, что она откладывает яйца в личинки хозяина всех возрастов, предпочитая
старшие (II–III). На длительность преимагинального развития большое влияние оказывают интенсивность света, продолжительность светового дня и
температура. В условиях короткого дня и низкой освещённости энкарзия не
развивается.
Эффективность энкарзии в подавлении численности белокрылки зависит
от вида растений. Наиболее предпочитаемыми являются около 20 видов:
Nicodemia diversifolia Ten, Lantana camara L., Cestrum pargui L. Her., Sanchesia nobilis Hook, Duranta repens L., Alocasia macrochiza Schott, A. odora
C. Koch., Viburnum odaratis sinum Ker., Gawl, V. tinus L., Hoemantus katharinae
Baker, Gardenia jasmonoides Ellis, Jacoranda mimosofolea L., Eucalyptus citrodora Hook, Hibiscus cyriacus L., Datura arborea L., Euphorbia pulcherrina L. На
некоторых видах энкарзия поселяется неохотно, например на Cyphomandra
betaceae Sendt, в листьях которой содержатся резкие пахучие вещества.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Комплексная система защиты оранжерейных растений
45
Эффективность использования энкарзии в оранжерейно-тепличном комплексе зависит также от температуры воздуха внутри помещения и сезона
года. На тропических растениях энкарзия расселяется круглый год, на субтропических – с середины лета, когда температура в оранжереях поднимается
выше нижнего порога ее развития (+15…16°С). В неблагоприятных для энкарзии условиях регулирование численности белокрылки осуществляли жёлтыми клеевыми ловушками.
Оранжерейная тля также является одним из массовых вредителей, заселяет разнообразные тропические и субтропические растения. В оранжереях ботанического сада она появляется в I–II декадах мая, при жаркой, сухой погоде – во II–III декадах апреля. Быстрое нарастание численности вредителя вызывает необходимость применения против него пестицидов. Однако использование химических средств борьбы с тлёй исключает возможность применения биологического метода против других вредителей, одновременно с тлёй
заселяющих растения.
Большая роль в снижении численности тли до хозяйственно неощутимого
уровня принадлежит энтомофагу афидиусу. Данное насекомое обнаружено в
экспозициях СибБС в 1990 г. Тлю, заражённую афидиусом, легко отличить от
незараженной: она становится малоподвижной, вздутой. Яйца и личинки
афидиуса развиваются внутри тела тли, а куколка завершает развитие в ее
шкурке. Зимует в фазе личинки последнего возраста или в фазе предкуколки
в мумифицированной тле. Весной, при устойчивых среднесуточных температурах 7–10°С (II, III декада мая), из мумий вылетают взрослые насекомые.
Перед вылетом паразит прогрызает круглое отверстие в правой нижней половине тела мумии и медленно выходит из него. На одном листе Cestrum pargui зарегистрировано от 1 до 30 мумий. Самки откладывают яйца в тлей разного возраста и даже в личиночные шкурки. Фаза яйца длится 4–5 дней, личинки – 8–10, куколки – 9–10 дней. В оранжереях СибБС афидиус активно
заселяет тлю на Jacaranda mimosofolia, Sanchesia nobilis, Gunura aurantiaca,
Сestrum pargui.
Полностью исключить применение пестицидов в борьбе с вредителями
растений закрытого и открытого грунтов не представляется возможным по
разным причинам: во-первых, из-за отсутствия полезных насекомых в борьбе
с некоторыми вредителями – корневыми червецами, обитателями почвы, щитовками; во-вторых, из-за трудоёмкости обработки крупномерных растений
на высоте механическим способом; в-третьих, из-за высокой численности
вредителей в отдельные годы. Проведенный нами анализ повреждаемости
вредителями оранжерейных растений за последние 25 лет показал, что только
149 видов из 77 семейств (общее количество видов 1 500) подвергаются нападению насекомых. Наибольшее количество видов растений (от общего количества видов) повреждает сем. Arecaceae (14 видов), Аrасеае (10), Моrасеае
(8), Оlеасеае (6), Verbenaceae (5). Максимальное количество вредителей повреждает растения сем. Acanthaceae, Аpocy-naceae, Araceae, Cactaceae, Caprifoliaceae, Euphorbiaceae, Malvaceae, Oleaceae, Pittosporaceae, Rubiaceae. Проведенное автором исследование позволило ограничить применение химического метода и отказаться от профилактических обработок.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
Н.П. Кузнецова
Таким образом, в Сибирском ботаническом саду ведётся постоянный мониторинг видового состава, биологических особенностей развития насекомых-фитофагов и их энтомофагов. Анализ проведенных исследований позволяет совершенствовать систему мероприятий по защите растений, в которой
главное место занимают карантинный, санитарно-гигиенический, биологический методы и очень ограничен химический метод.
Литература
1. Кузнецова Н.П. Изучение насекомых при интродукционных исследованиях лекарственных, цветочно-декоративных растений в решении вопросов их охраны и воспроизводства в ландшафтах. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1995. С. 152.
2. Кузнецова Н.П. Защита интродуцированных растений как новое научное управление
в Сибирском ботаническом саду // Биоразнообразие беспозвоночных животных: Материалы II Всерос. школы-семинара с международным участием. Томск: Изд-во Том. ун-та,
2007. С. 149–153.
3. Бондаренко Н.В. Биологическая защита растений. Л.: Колос, 1978. 251 с.
4. Чалков А.А. Биологическая борьба с вредителями овощных культур защищённого
грунта. М.: Мир, 1986. 94 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
61
УДК 631.41
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева,
Л.Н. Сысоева, Т.И. Бурмистрова, Н.М. Трунова
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ
ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ КУЗБАССА
Аннотация. В работе рассматриваются экологические условия формирования
и свойства почв техногенных ландшафтов Кузбасса. Выявлены специфические
особенности функционирования эмбриоземов в пределах Краснобродского угольного разреза. На основе полевых и экспериментальных исследований установлена
эффективность торфяных препаратов в биологической рекультивации пород
угольных отвалов.
Ключевые слова: техногенный ландшафт, функционирование эмбриоземов,
угольный разрез, биологическая рекультивация
Интенсивное техногенное воздействие на почвенный покров, вплоть до его
полного уничтожения, наблюдается в районах горнодобывающей промышленности, особенно в Кузбассе, где преобладает карьерный способ добычи угля.
Следовательно, рекультивация таких земель и возвращение их в народно-хозяйственное использование является весьма актуальной экологической проблемой,
важнейшей в системе мероприятий по охране окружающей среды, оптимизации
экологической обстановки как в целом по России, так и в отдельных ее регионах.
Кемеровская область не является исключением. Более того, рекультивация нарушенных земель на ее территории является приоритетной при осуществлении
природоохранных мероприятий. Это положение обусловлено наличием и дальнейшим развитием открытого способа добычи каменного угля, при котором
происходит изъятие из оборота продуцирующих земель, находящихся непосредственно под угольными разрезами, а также нарушением площадей, связанным со
складированием на них вскрышных пород.
Как известно, существует два этапа рекультивации нарушенных земель:
горно-технический и биологический. Целью горно-технического этапа рекультивации считается создание местообитаний с заданными свойствами и
режимами в субстрате, а главной целью биологического этапа – ускорение
восстановления почвенно-экологических функций и экосистемы в целом [1].
Основным механизмом ускорения восстановления этих функций является
активизация освоения субстрата живыми организмами. Показателем эффективности восстановленных почвенно-экологических функций служит образование органо-аккумулятивного горизонта в почве, формирование которого
естественным путем идет очень медленно. Многие исследователи считают,
что при рекультивации нельзя полностью восстановить первичный профиль
бывшей типичной (зональной) почвы, поэтому выделяют такие техногенные
образования в отдельную группу антропогенных почв [2, 3]. Появление профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов позволило выделить четыре типа эмбриоземов, отражающих наиболее важные эта-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
пы самовосстановления почвенно-экологических функций в техногенном
ландшафте [4, 5].
При открытой разработке каменноугольных месторождений на поверхность выносятся неплодородные почвы – так называемые породы отвала,
представляющие собой смесь вскрышных и вмещающих пород, а также непромышленные прослои угля, что приводит к полному уничтожению на значительных территориях естественного биоценоза [6]. Более того, образующийся отвал представляет собой очень плотный грунт с высокой степенью
щебнистости. Каменистость пород обусловливает низкую водоудерживающую способность и является механическим препятствием для развития корневой системы, т.е. отрицательно сказывается на росте и развитии растений.
Необходим поиск малозатратных способов восстановления биологической
продуктивности нарушенных земель без традиционного нанесения на рекультивируемую поверхность плодородного почвенного слоя.
Объекты и методы исследования
В качестве фоновых почв были исследованы выщелоченные, оподзоленные черноземы и лугово-черноземные почвы Беловского района Кемеровской
области. В качестве техногенного субстрата исследован грунт отвала восточного разреза Краснобродский Кемеровской области. С целью ускорения биологической рекультивации поверхности грунта отвальной породы в полевом
опыте на угольном отвале восточного разреза Краснобродский испытан торфяной препарат – органоминеральное удобрение (ОМУ), приготовленное на
основе торфа низинного типа месторождения «Темное» Томской области.
Гранулометрический состав рассматриваемых почв определяли по Н.А. Качинскому [7]. Агрохимический анализ почв и образцов грунта отвальной породы
проводили по общепринятым методикам [8]. Общую численность и отдельные
виды микроорганизмов основных физиологических групп грунта определяли
методом посева на агаризованную питательную среду [9] в лаборатории микробиологических исследований ГНУ СибНИИ СХ и торфа (г. Томск). Ферментативную активность грунта исследовали по общепринятой методике [10].
Полевой опыт заложен по методике [11] на делянках площадью 1 м2 в
4-кратной повторности. Опыт предполагает разное количество внесения органоминерального удобрения (ОМУ) на 1 га – 25 и 50 т. Рассматриваемые варианты выравнены по внесению минеральных удобрений – доза их внесения как
таковых, так и в составе ОМУ, одинакова и необходима для роста и развития
травяной культуры. Органоминеральное удобрение содержит нативный торф,
азотные, фосфорные, калийные минеральные соли и активированный торф,
являющийся отходом производства стимулятора роста растений [12]. Полевой
опыт включал следующие варианты:
1) грунт отвала (ГО) – контроль;
2) ГО + NPK;
3) ГО + ОМУ, 25 т/га;
4) ГО + ОМУ, 50 т/га.
Во всех вариантах произведен посев злаково-бобовой культуры донника.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
63
Результаты и их обсуждение
Краснобродский угольный разрез расположен в основном в Беловском районе Кемеровской области. Согласно почвенно-географическому районированию он входит в почвенный округ «островной» лесостепи и лесостепи Кузнецкой котловины. На территории района расположено около десяти угольных
разрезов и шахт. Кемеровская область лежит в центре азиатского материка и
характеризуется континентальным климатом с продолжительной морозной и
ветреной зимой и коротким, но жарким летом. Кузнецкая котловина находится
на стыке двух геоморфологических провинций – Западно-Сибирской равнинной низменности и Горной системы Алтая и Саян.
В строении Кузнецкой котловины и окаймляющих ее горных кряжей принимают участие породы, разнообразные по возрасту, составу и происхождению. Кузнецкая котловина сложена главным образом осадочными породами
палеозойского, мезозойского, третичного и послетретичного возраста. При
замедленном движении и ослаблении сноса с прилегающих горных систем на
дне котловины накапливались мощные толщи органических остатков, давших начало богатейшим залежам каменного угля.
Вся территория Кузнецкой котловины характеризуется значительным однообразием почвообразующих пород, представленных карбонатными буровато-желтоватыми лессовидными иловато-пылеватыми тяжелыми суглинками, обладающими повышенной чувствительностью к особенностям биоклиматических условий, под воздействием которых они превращаются в почву.
Современный рельеф Кузнецкой котловины может быть охарактеризован как
эрозионно-аккумулятивный, равнинный, слабовсхолмленный, с широкими и
совсем пологими водоразделами и общим уклоном территории в югозападном направлении. Однообразие равнинного рельефа нарушается лишь в
центральной части котловины рядом возвышенностей, ориентированных в
широтном направлении. Техногенный рельеф часто неупорядочен, представлен гребнями, осыпями [2].
Структура почвенного покрова Кузнецкой котловины складывается из
сложного сочетания эволюционно сопряженных автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных почв: серых лесных, черноземов, лугово-черноземных и луговых [13], однако фоновыми почвами территории угольного
разреза являются черноземные. Черноземы оподзоленные и выщелоченные
приурочены к плакорам водоразделов и выпуклым склонам преимущественно южной, юго-восточной и юго-западной экспозиций, к выровненным и относительно хорошо дренированным открытым безлесным или слабо залесенным участкам. Почти все они распаханы и лишь небольшие целинные участки сохранились по склонам логов или на водоразделах под редким березовым
лесом. Почвообразующими породами для черноземных почв являются лессовидные карбонатные суглинки.
Черноземы оподзоленные характеризуются проявлением процессов интенсивного гумусонакопления, выщелачивания карбонатов и слабой элювиально-иллювиальной дифференциацией почвенного профиля под влиянием
нисходящих почвенных растворов. Карбонаты в профиле оподзоленных чер-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
ноземов залегают глубже, чем в профиле выщелоченных. Черноземы оподзоленные имеют среднемощный (до 50 см) гумусовый горизонт; в горизонте АВ
отмечается наличие остаточного кремнезема, заметно выраженного на структурных агрегатах. Для данных черноземов характерно присутствие уплотненного текстурного горизонта В, обогащенного илом в результате вмывания
из вышележащего горизонта. Структурные агрегаты педогенной массы в
этом горизонте имеют темноокрашенные кутаны, что свидетельствует о наличии процессов лессиважа.
Основными морфологическими признаками выщелоченных черноземов
являются наличие достаточно мощного гумусового горизонта (45–60см) темно-серой окраски и языковатость его нижней границы. Характерной особенностью данного подтипа черноземов считаются выщелоченность карбонатов
из верхней части профиля и образование иллювиально-карбонатного горизонта, в котором наблюдается максимальное содержание СаСО3 (по сравнению с нижележащими горизонтами).
Обыкновенные черноземы отличаютя от оподзоленных и выщелоченных
несколько меньшей мощностью гумусового горизонта, повышенным уровнем
вскипания и худшей оструктуренностью. Данные отличия являются следствием формирования этого подтипа в условиях большей засушливости, меньшей промачиваемости почвенной толщи атмосферными осадками.
Черноземы Кузнецкой котловины по своим свойствам и морфологическому строению отличны от аналогичных почв Западно-Сибирской низменности. Они характеризуются повышенным гумусонакоплением, несколько
большей мощностью гумусового горизонта, а также хорошей оструктуренностью. В лесостепной зоне Кузнецкой котловины, в частности в Беловском
районе, наряду с черноземными почвами по депрессионным элементам рельефа незначительной выраженности, приуроченных к конечным аккумулятивным позициям геохимических ландшафтов, отмечаются лугово-черноземные
почвы. У последних хорошо развит зернисто-комковатый или комковатый
гумусовый горизонт, наблюдается постепенный переход в нижележащие горизонты. Одновременно в полугидроморфных почвах обнаруживаются признаки, не свойственные черноземам, но характерные для почв гидроморфного
ряда: растянутость гумусового горизонта, оглеение нижних горизонтов и повышенная увлажненность.
Гранулометрический состав рассматриваемых черноземных почв имеет
признаки лессовидности материнской породы. Об этом свидетельствует преобладание фракции крупной пыли, доля которой в верхних горизонтах составляет 46,8–51,9%. Содержание песчаной фракции незначительно. Доля
илистой фракции изменяется в пределах 22,2–30,3%. Преобладание в гранулометрическом составе исследуемых почв крупной пыли и ила заметно отличает их от аналогичных почв других регионов Западной Сибири, в которых
доминируют песчаные и иловатые фракции. Выделяющийся визуально иллювиальный горизонт в черноземных почвах выражен по гранулометрическому составу слабо: наблюдается небольшое обогащение его илистой фракцией, что можно объяснить перемещением ила вглубь почвенного профиля в
процессе лессиважа. Признак обогащения илистой фракцией в иллювиальном
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
65
горизонте выщелоченных черноземов относят к унаследованному, поскольку
радиальное перераспределение высокодисперсных частиц было возможным
лишь при промывном водном режиме прошлой, доземледельческой стадии
развития этих почв [14, 15]. В лугово-черноземных почвах можно также отметить некоторое перемещение илистых частиц из верхних горизонтов в
нижние. Распределение тонких фракций по профилю во многих случаях отражает привнос их талыми водами и ливневыми потоками с более возвышенных элементов рельефа.
Черноземы исследуемой территории имеют интенсивно прокрашенный
гумусом горизонт. Содержание гумуса в биогенно-аккумулятивных горизонтах находится в пределах 7,04–7,21%, что позволяет отнести их к среднегумусным. Высокое содержание гумуса в слое 0–20 см и довольно резкое понижение на глубине 50 см связано с особенностями климатических условий
региона. Поступающие с опадом растительные остатки разлагаются и минерализуются в год выпадения не полностью. При недостаточном количестве
осадков основной влагооборот совершается в толще небольшой мощности,
поэтому и корневая система сосредоточивается главным образом в верхней
части профиля.
Для лугово-черноземных почв подтверждается их основной диагностический признак – относительно большая растянутость гумусового горизонта
при значительном содержании гумуса в верхнем горизонте (9,32%). Сумма
обменных катионов увеличивается от 40,4–45,3 мг-экв./100 г в черноземах
выщелоченных до 47,2 мг-экв./100 г в лугово-черноземных почвах. Для верхних горизонтов характерно биогенное накопление кальция, а нижний максимум можно объяснить высокой карбонатностью материнских пород. В соотношении состава обменных катионов наблюдается следующая закономерность: количество поглощенного магния почти в 6 раз меньше поглощенного
кальция, что обусловлено не только различиями в литологии материнских
пород, но и тем, что черноземы этой зоны испытали в прошлом более длительное воздействие лесной растительности. Реакция почвенного раствора
закономерно изменяется от нейтральной в верхних гумусово-аккумулятивных горизонтах до слабощелочной в нижних.
Одной из важнейших фациальных особенностей черноземов лесостепной
зоны является резкое проявление признаков палеогидроморфизма и палеогалогенеза, отражающихся в современных свойствах почв [16–19]. Эти черноземы отличаются языковатостью гумусового горизонта, повышенной гидрофильностью органического вещества, способностью глинистых минералов
приобретать супердисперсное состояние под влиянием слабоминерализованных содовых растворов [20]. Все это свидетельствует о былой более гидроморфной стадии почвообразования, сочетающейся одновременно с процессами осолонцевания.
Фоновые почвы территории угольного разреза обладают рядом благоприятных свойств, что позволяет отнести их к потенциально плодородным. Содержание валового азота колеблется от 0,408% в черноземе, выщелоченном
до 0,453% в лугово-черноземной почве. Почвы с таким содержанием валового азота считаются богатыми данным элементом, в то же время его гидроли-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
зуемые формы представлены сравнительно низкими величинами (4,06–
4,48 мг/100 г почвы). В черноземах азот закреплен в большей степени и менее
подвижен, чем, например, в серых лесных и дерново-подзолистых почвах.
Несмотря на достаточно высокое количество валового фосфора (0,184–
0,196%), подвижных его соединений в почвах данного региона содержится
сравнительно мало. По величине обменного калия исследуемые почвы относятся к среднеобеспеченным.
Таким образом, ненарушенные естественные экосистемы находятся в состоянии динамического равновесия. И хотя основными особенностями почв
техногенных экосистем является общая положительная направленность изменения их свойств, период восстановления техногенно нарушенных почв,
как указывалось выше, достаточно длительный.
В настоящее время в результате сложившейся неселективной технологии
проведения вскрышных работ на Краснобродском угольном разрезе состав
субстрата отвалов представляет собой хаотичную смесь вскрышных и вмещающих пород, состоящую в основном из обломков осадочных пород (песчаников, алевролитов, аргиллитов) с различной степенью дисперсности (от
нескольких миллиметров до десятков и более сантиметров).
Полевое почвенное обследование выявило, что основу почвенного покрова,
сформировавшегося на поверхности отвала, составляют эмбриоземы инициальные и органо-аккумулятивные. При этом время после окончания горнотехнического этапа формирования отвала превышает 20 лет. Такая структура
почвенного покрова, сформировавшегося посредством развития естественных
почвообразовательных процессов, свидетельствует о неудовлетворительном
почвенно-экологическом состоянии данного техногенного объекта [6].
Исследование агрохимических свойств пород отвала Краснобродского
разреза показало, что практически все агрохимические показатели не имеют
явно выраженных дифференциации и закономерностей (табл. 1). Значительные колебания агрохимических свойств обусловлены в большей мере неоднородностью слагающих отвалы грунтосмесей, а также незначительным, в
рамках эволюции почв, периодом времени воздействия гипергенных и биогенных факторов на материал отвалов. Реакция среды (рН) исследованных
образцов в основном нейтральная, с небольшими отклонениями в ту или
иную сторону. При этом в большинстве образцов зафиксировано отклонение
в область щелочной реакции.
Материал отвалов угольных разрезов в той или иной степени обогащен
углеродистым материалом, причем вмещающие породы в большинстве случаев содержат больше углистых частиц. Естественно, в сравнении с естественными почвами, наибольшее количество углерода содержится в каменных
и окисленных углях, а также в углистых аргиллитах. Однако сопоставления
такого рода для сравнительной биогенности почв и пород неправомерны, т.к.
углеродистые вещества каменных углей и других пород практически не участвуют в формировании сорбционных свойств и плодородия развивающихся
на поверхности отвалов почв. Об этом свидетельствуют и в корне различные
отношения углерода к валовому содержанию азота, которое показывает в породах степень окисленности и минерализации органического вещества, а
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
также их азотонасыщенность. Поэтому материал отвалов характеризуется
очень широким отношением С:N (19–65). В естественных почвах это соотношение регулируется процессами гумификации и минерализации и не превышает 13.
Как известно, об интенсивности процессов минерализации и разложения
органических веществ можно судить по выраженности процессов аммонификации и нитрификации. В данном случае образование аммиака и нитратов происходит практически во всех образцах пород, однако интенсивность
этих превращений в каждом случае своя и зависит от эдафических свойств
конкретного местообитания и от степени развитости биогенных процессов.
В целом же содержание валового азота и подвижных форм его в породах и
грунтосмесях отвалов, по сравнению с естественными почвами, очень мало
и недостаточно для развития основных видов культурных растений.
По содержанию валового и подвижного фосфора породы вскрыши можно
отнести к слабо- и среднеобеспеченным; чем больше в отвальных грунтосмесях содержится лессовидных суглинков, тем выше содержание подвижных
форм фосфора. Не смотря на высокое содержание в грунтосмесях отвалов
первичных и вторичных минералов, имеющих в своих кристаллических решетках значительное количество калия, обменными формами, которые могут
быть использованы в формировании питательного режима, данные отвалы
обеспечены в недостаточной степени.
Таблица 1
Агрохимические свойства эмбриоземов на отвале Краснобродского разреза
Глубина,
см
рНводн.
0–5
5–10
10–20
7,4
7,8
7,5
0–5
5–10
10–20
6,9
7,4
7,7
0–10
20–30
6,5
6,7
Сорг., %
Азот, %
Фосфор, %
Эмбриозем инициальный
4,51
0,113
0,205
6,36
0,101
0,276
5,08
0,078
0,197
Эмбриозем органо-аккумулятивный
3,95
0,207
0,259
4,76
0,168
0,243
4,89
0,098
0,197
Чернозем выщелоченный
7,6
0,608
0,423
6,8
0,531
0,369
Калий, %
С:N
2,52
1,95
2,76
39,9
63,0
65,1
3,46
2,76
3,08
19,1
28,3
49,9
3,45
2,97
12,5
12,8
Проведенные нами агрохимические исследования показали, что материал
отвала Краснобродского разреза характеризуется удовлетворительными агрохимическими свойствами и не содержит фитотоксичных веществ, серьезно
препятствующих развитию растительности на поверхности отвала. Однако
даже после 20-летнего естественного преобразования субстрата отвала на его
поверхности не сформировался ни растительный, ни почвенный покров. Это
обусловлено лимитирующими факторами, препятствующими развитию процессов естественного самовосстановления нарушенной экосистемы. Для
улучшения экологического состояния техногенного ландшафта необходимо
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
проведение рекультивационных мероприятий, направленных на ускорение
биогенных и педогенных процессов на поверхности отвала.
Основная задача рекультивации угольных отвалов – интенсификация почвообразовательных процессов, создание на рекультивируемой поверхности
плодородного горизонта. Ведущие факторы почвообразования – растения и
сопутствующий комплекс микроорганизмов, способных трансформировать
органическое вещество отмерших растений во фрагменты гумуса, а также
разрушать горные породы, переводя их в мелкозем.
С целью создания благоприятных условий роста и развития растений
можно использовать торф и препараты на его основе. Торф обладает высокой
водоудерживающей способностью, содержит гуминовые вещества, под влиянием торфа должны активизироваться почвенные микроорганизмы и повыситься активность осуществляемых ими метаболических процессов, что
обеспечит создание в короткие сроки на поверхности рекультивируемых
грунтов устойчивого биоценоза. Используемый в полевом опыте торфяной
препарат – органоминеральное удобрение (ОМУ) – будет обеспечивать корнеобитаемый слой доступным для растений и микроорганизмов органическим веществом и элементами минерального питания, стимулировать рост и
развитие растений.
Эффективность торфяных препаратов оценивалась микробиологической и
ферментативной активностью, а также ростом и развитием культуры донника.
Согласно результатам микробиологического анализа в начале опыта
(06.05.2007 г.) все рассматриваемые варианты отличались весьма низкой численностью микроорганизмов, в особенности усваивающих органический азот
(аммонификаторы) (табл. 2). Внесение ОМУ в грунт отвальной породы способствовало некоторому увеличению количества микроорганизмов, потребляющих как органические, так и минеральные формы азота (учитываемых на
МПА и КАА соответственно), возможно, из-за высокого содержания в составе торфяного препарата источников азотного питания.
Численность деструкторов целлюлозы (см. табл. 2) в вариантах с использованием ОМУ в начале опыта (06.05.2007 г.) оказалась ниже, чем в грунте
отвальной породы, что, вероятно, связано с недоступностью для микроорганизмов лигно-целлюлозного комплекса торфа.
Незначительное увеличение численности целлюлозолитиков в вариантах с
использованием ОМУ отмечалось в конце летнего периода (28.08.2007 г.),
причем основу этого микробного сообщества во всех исследуемых вариантах
опыта и на всем протяжении периода наблюдений составляют не миксобактерии, а менее активные, приспособленные к более труднодоступным субстратам актиномицеты.
Внесение в грунт отвальной породы ОМУ, особенно в дозе 50 т/га, обусловило увеличение (по сравнению с исходным грунтом) численности сахаролитических грибов. Учитывая низкую численность целлюлозолитиков в
вариантах с внесением ОМУ, источником доступных для грибов сахаров в
этом случае могут служить низкомолекулярные углеводы, присутствующие в
самом торфяном препарате, или корневые выделения, рост которых простимулировало его внесение. Отсутствие азотобактера во всех вариантах опыта
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
может быть связано с резким дефицитом доступных для него источников углерода или повышенной токсичностью грунта.
Таблица 2
Микробиологическая активность грунта отвальной породы
при выращивании донника
Группы
микроорганизмов
Варианты опыта
Дата
отбора
0
1
2
3
Численность некоторых групп микроорганизмов, N·10n клеток/г
06.05
248
121
468
586
Аммонификаторы, N·105
(микроорганизмы на МПА)
28.08
260
134
484
565
4
315
395
Микроорганизмы на КАА,
N·105
06.05
334
184
280
342
710
28.08
350
245
570
714
515
Сахаролитические грибы,
N·103
06.05
26
7
12
14
30
28.08
28
2
24
27
Численность разрушителей целлюлозы, N·103 клеток/г
06.05
12
118
–
64
Общая численность
28.08
–
224
120
220
48
Миксобактерии
Актиномицеты
Грибы
42
456
06.05
4
90
–
37
19
28.08
–
27
8
15
29
06.05
0
28
–
27
19
28.08
29
196
109
204
426
06.05
8
0
–
0
4
28.08
–
1
3
1
1
Примечание. 0 – зональная почва; 1 – грунт отвала (ГО); 2 – ГО+NPK; 3 – ГО+ОМУ,
25т/га; 4 – ГО+ОМУ, 50 т/га.
Почвообразовательный процесс протекает при участии ферментов, увеличивающих скорость биохимических реакций. Среди различных классов ферментов важное место принадлежит окислительно-восстановительным.
Использование обеих доз ОМУ не повлияло на каталазную активность –
она оказалась одинаковой во всех вариантах опыта, включая контрольный, и
в 3,5–4,0 раза ниже, чем в зональной почве. Полученная закономерность характерна для любого срока наблюдений (табл. 3).
Органоминеральное удобрение оказало влияние на дегидрогеназную активность. Если в грунте отвальной породы активность дегидрогеназы на всем
протяжении опыта находилась на минимальном уровне, то внесение ОМУ,
особенно высокой его дозы (50 т/га), привело к возрастанию дегидрогеназной
активности, что обусловлено, по всей вероятности, присутствием в составе
торфа низкомолекулярных органических соединений, способных к дегидрированию (см. табл. 3).
Самая высокая полифенолоксидазная и пероксидазная активность на протяжении всего времени исследований отмечена для грунта отвальной породы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
без внесения ОМУ, что свидетельствует о процессе деградации самой угольной фракции, находящейся в составе грунта отвала с образованием веществ
фенольной природы, являющихся субстратом для данных ферментов. Снижение активности полифенолоксидазы и пероксидазы на вариантах с внесением ОМУ, возможно, обусловлено их адсорбцией на торфе.
Наиболее оптимальные условия для роста и развития растений обеспечены
внесением в грунт отвала ОМУ в дозе 25 т/га. В этом случае получены максимальная всхожесть семян и урожайность зеленой массы донника – 9,0 т/га по
сравнению с 6,5 т/га в варианте с внесением только минеральных удобрений.
На варианте грунта отвальной породы взошедшие растения погибли.
Таблица 3
Ферментативная активность грунта отвальной породы
при выращивании донника
№ п/п
0
1
2
3
4
Варианты
опыта
Зональная
почва
ГО
ГО+NPK
ГО+ОМУ,
25 т/га
ГО+ОМУ,
50 т/га
Каталаза,
мл О2/мин
Активность ферментов
ПолифенолокДегидрогеназа, сидаза, мг 1,4мг ТТХ/ 10 г
n-бензохинона /
10 г
за сут
за 30 мин
06.05
28.08
06.05
28.08
Пероксидаза,
мг 1,4-nбензохинона /
1,0 г
за 30 мин
06.05 28.08
06.05
28.08
3,2
–
4,5
–
1,5
–
11,4
–
0,9
0,9
1,2
1,7
0
1,2
0
1,5
4,8
1,8
4,6
2,4
15,0
9,3
17,3
10,8
0,9
1,5
15,5
3,8
1,0
2,9
10,4
13,3
0,8
1,1
20,3
7,4
0,9
0,3
12,1
8,4
Заключение
Достаточное количество осадков, равнинный, слабовсхолмленный характер
рельефа, лессовидность и карбонатность пород, лугово-степная растительность с
примесью березово-осиновых лесов – все это создает условия для образования в
пределах Краснобродского угольного разреза почв черноземного типа. Исследованные фоновые черноземы по гранулометрическому составу относятся к тяжелосуглинистым иловато-крупнопылеватым разновидностям. По содержанию и
запасам гумуса их можно отнести к среднегумусным, однако в целом они характеризуются более выраженным гумусонакоплением и несколько большей мощностью гумусового горизонта по сравнению с аналогичными почвами центральной части Западно-Си-бирской равнины. Фоновые почвы угольного разреза
Краснобродский являются потенциально плодородными. Они характеризуются
достаточно высоким содержанием валового азота и фосфора и сравнительно
низким содержанием доступных для растений и микроорганизмов соединений
азота, фосфора и калия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экологические аспекты биологической рекультивации почв
71
Показано, что грунт отвала Краснобродского угольного разреза характеризуется удовлетворительными агрохимическими свойствами, не содержит
фитотоксичных веществ, серьезно препятствующих развитию растительности. Однако даже после 20-летнего естественного преобразования субстрата
отвала на его поверхности не сформировался ни растительный, ни почвенный
покров. В связи с этим для улучшения экологического состояния территории
необходимо проведение рекультивационных мероприятий.
В полевом опыте, организованном с целью создания условий для ускоренной биологической рекультивации угольных отвалов, показано, что использование торфяного препарата ОМУ обеспечило активизацию биологических
процессов: по окончании вегетационного периода возросла численность микроорганизмов, потребляющих органические и минеральные формы азота,
сахаролитических грибов и разрушителей целлюлозы. При наличии высокой
полифенолоксидазной и пероксидазной активности самого грунта отвальной
породы и высокой дегидрогеназной активности, обусловленной внесением
ОМУ, создаются условия для реакций поликонденсации окисленных фенольных соединений и продуктов дегидрирования низкомолекулярных соединений с образованием первичной структуры гумуса. Активация биологических
процессов на вариантах с использованием ОМУ обеспечила рост и развитие
культуры донника.
Литература
1. Курачев В.М. Рекультивация почв техногенных ландшафтов: проблемы и перспективы исследований // Вестник с.-х. науки. 1994. № 1. С. 98–104.
2. Трофимов С.С., Таранов С.А. Особенности почвообразования в техногенных экосистемах // Почвоведение. 1987. № 11. С. 95–99.
3. Зонн С.В., Травлеев А.П. Географо-генетические аспекты почвообразования, эволюции и охраны почв. Киев: Наукова думка, 1989. 216 с.
4. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1992.
305 с.
5. Курачев В.М, Андроханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов //
Сиб. экол. журн. 2002. № 3. С. 255–261.
6. Андроханов В.А., Куляпина Е.Д., Курачев В.М. Почвы техногенных ландшафтов:
генезис и эволюция. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. 151 с.
7. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы. Методы его изучения. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 188 с.
8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ,
1970. 478 с.
9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева. М.: Изд-во
МГУ, 1991. 304 с.
10. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука, 1976. 179 с.
11. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1968. 336 с.
12. Патент. 2282607 РФ, МПК С05G 1//00 «Органоминеральное удобрение» / Алексеева Т.П., Сысоева Л.Н., Трунова Н.М., Бурмистрова Т.И. Опубл. 27.08.06 г.
13. Середина В.П. Особенности почвообразования и свойства почв техногенных ландшафтов Кузнецкой котловины // Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов: Материалы V11 Междунар. конф. 19–23 сентября 2005 г.
Кызыл: Тув. ИКОПР СО РАН, 2005. Т. 1. С. 286–289.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
В.П. Середина, В.А. Андроханов, Т.П. Алексеева и др.
14. Хмелев В.А. Лессовые черноземы Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1988.
201 с.
15. Хмелев В.А., Танасиенко А.А. Черноземы Кузнецкой котловины. Новосибирск:
Наука. 1983. 256 с.
16. Горшенин К.П. Почвы южной части Сибири. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 592 с.
17. Базилевич Н.И. Геохимия почв содового засоления. М.: Наука, 1965. 351 с.
18. Богданов Н.И. Особенности почвенного покрова и эволюция почв Западной Сибири. Омск, 1977. 60 с.
19. Елизарова Т.Н., Казанцев В.А., Магаева Л.А., Устинов М.Т. Эколого-мелиоративный потенциал почвенного покрова Западной Сибири. Новосибирск: Наука. Сибирская
издательская фирма РАН, 1999. 240 с.
20. Чижикова Н.П., Градусов Б.П., Травникова Л.С. Минералогический состав глинистого материала почв // Структура, функционирование и эволюция системы биогеоценозов
Барабы. Новосибирск: Наука, 1974. Т. 1. С. 159–183.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические исследования редких растений
73
ЦИТОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
УДК 576. 312. 36+581.9
Л.А. Малахова, В.П. Амельченко, Т.Н. Катаева
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕДКИХ РАСТЕНИЙ
ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ В СибБС – МЕТОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА
СОХРАНЕНИЯ ИХ БИОРАЗНООБРАЗИЯ
Аннотация. Подведены итоги цитогенетического изучения редких видов растений Томской области за 30-летний период в культуре и природных популяциях.
Обобщены данные современной литературы по числам хромосом.
Ключевые слова: редкие виды, Томская область, хромосомы.
В Сибирском ботаническом саду Томского госуниверситета (СибБС ТГУ)
изучение редких и исчезающих растений Томской области проводится с
1970-х гг. Начиная с 1980-го г. и по настоящее время углубленно разрабатываются научные проблемы сохранения и воспроизводства редких и исчезающих растений в культуре и природной обстановке не только традиционными
способами. Впервые в системе ботанических садов России применен популяционно-цитогенетический метод, позволяющий познать генотипические механизмы адаптации видов, а также пути их эволюционных преобразований
при изменениях окружающей среды. Исследования проводятся на базе оригинальных научных экспозиций, включающих более 120 видов из 80 родов и
35 семейств. Кариологические исследования природных популяций проведены для 82 видов, выявлены особенности их кариотипической структуры в
периферийных популяциях. Создана уникальная для садов России экспозиция внутривидовых хромосомных форм лука-слизуна, на базе которой изучаются механизмы адаптационной изменчивости полиморфных видов в условиях интродукции. Исследование проведено при поддержке гранта РФФИ
№ 43-10-3 в 1993–1995 гг.
Объектами исследования являются редкие виды растений, вошедшие в Красную книгу Томской области [1]. Материал для исследования взят из природных
популяций Томской области, а также получен из различных ботанических садов
России и других стран. Число хромосом определялось в меристеме корней вегетирующих растений и проростков семян по общепринятым цитологическим методикам [3].
Анализ числа хромосом у редких видов растений Томской области
В настоящее время числа хромосом известны у 70 из 76 видов покрытосеменных растений, включенных в Красную книгу Томской области [3–6, 9, 13,
14]. В их число вошли 38 видов, которые изучены нами непосредственно в
природных популяциях Томской области и у интродуцентов, выращиваемых
на экспериментальном участке СибБС (табл. 1).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Числа хромосом редких видов растений Томской области
№
n/n
1
1
2
3
Название вида
2
Achnatherum sibiricum (L.)
Keng ex Tzvelev
Alfredia cernua (L.) Cass.
Allium ledebourianum Schultes
et Schultes
Числа
хромосом
Литературные источники
3
4
5
3LC
24
Sokolovskaya and Probatova, 1978,1 980; Rudyka, 1990
–
3LC
26
3LC
16
Rostovtseva, 1979a, 1983
Vosa, 1977; Gritsenko and Gurzenkov, 1983; Friesen, 1986, 1988, 1997;
Nanuscyan and Polyakov, 1989; Zakirova and Nafanailova, 1992
Kartashova et al., 1974
32
16
Vakhtina and Kudrjaschova, 1980; Krasnikov et al., 1983,1984; Friesen
et al.,1988; Zakirova and Nafanailova, 1992; Ohri and Pistrick, 2001
32, 48
16, 32
32
Krasnikov, 1984, 1985a
Friesen, 1986, 1988, 1991; Krasnikov and Lomonosova, 1990; Ohri and
Pistrick, 2001
32
4
5
6
7
Allium lineare L.
Allium nutans L.
Числа хромосом
по данным
Л.А. Малаховой
и др.
6
Статус
редкости
3VU
3NT
Allium obliquum L.
2EN
Allium schoenoprasum L.
3VU
24
32, 48, 64, 72
16
32
16
Zakirova and Nafanailova, 1988
Shang et al., 1997
Vosa, 1977; Friesen, 1986, 1988; Ohri and Pistrick, 2001
Jacobsen and Owubey, 1977
Vosa, 1977; Yurtsev and Zhukova, 1978; Sopova, 1972; Murin, 1978,
1984; Rostovtseva, 1977; Krogulevich, 1971, 1976; Hindakova, 1976;
Gohil and Kaul, 1981a; Pandita, 1979; Bougourd and Parker, 1976;
Zhukova, 1980; Mehra and Pandita, 1979, 1981; Love and Love, 1980b,
1981c; Dawe and Murray, 1979, 1980; Pogosian, 1983; Gritsenko and
Gurzenkov, 1983; Speta, 1984; Wittmann, 1984; Friesen, 1985, 1991,
1997; Krasnikov, 1984, 1985a; Rudyka, 1986; Özhatay, 1986a, 1993;
Lavrenko and Serditov, 1987; Lavrenko et al., 1989, 1991; Nishikawa et
al., 1986; Zakirova and Nafanailova, 1990; Tardif and Morisset, 1991;
Ohi, 1990; Wetschnig, 1992; Montgomery et al., 1997; Inada and Eudo,
1999;Lövkvist and Hultgard, 1999; Ohri and Pistrick, 2001
26
32–72
(32, 36, 38, 39, 40,
48)
16, 32
16,16+1-2B,
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
Цитогенетические исследования редких растений
П р о д о л ж е н и е т а б л. 1
1
2
3
4
Kurosawa, 1979
16, 32
El-Gadi and Elkington, 1977; Friesen, 1986, 1988; Nanuscyan and Polyakov, 1989
16+4B
32
El-Gadi and Elkington, 1977
Fernandes Gasas and Machin Santamaria, 1978; Paster, 1982
16+0-18B
16,16+1-2B
16+0-10B
16+2-10B,16
Aquilegia sibirica Lam.
2EN
9
Artemisia gmelinii Web. ex
Stechm.
3LC
10
Artemisia laciniata Willd.
3LC
11
12
13
Artemisia latifolia Ledeb.
Artemisia macrantha Ledeb.
Artemisia tanacetifolia L..
3NT
3NT
2NT
Halkka, 1985
Chinnappa and Basappa, 1986
Cai and Chinnappa, 1987
Ohi, 1990
24
Inada, 1991
16+2B
Tardif and Morisset, 1992
Pogosian, 1990
48
14
54
Pogosian, 1997
Rostovtseva, 1977, 1981, 1984; Vassiljeva, 1990; Friesen, 1991a
Volkova and Boyko, 1985; Stepanov and Muratova, 1992; Probatova et
al., 1997, 1998
36
Rudyka, 1990; Yan et al., 1989; Qiao et al., 1990; Probatova et al., 2001
18
18
Khatoon and Ali, 1993; Hoshi et al., 2003
Rostovtseva, 1979a; Volkova and Boyko, 1985; Krogulevich, 1978; Kaul
and Bakshi, 1984; Nishikawa, 1990; Wendelberger, 1960
56, 60
54
54
–
–
6
Bongourd and Parker, 1975, 1979, 1979a
14
16+0-9B
8
5
16, 24
Krasnikov et al., 1983, 1984
Zhukova and Petrovsky, 1987a; Wendelberger, 1960
Wendelberger, 1960
Нет публикаций
Нет публикаций
14
18, 54
18
54, 72
108
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
Л.А. Малахова, В.П. Амельченко, Т.Н. Катаева
П р о д о л ж е н и е т а б л. 1
1
14
2
Bistorta vivipara (L.) S.F.Gray.
3
2EN
4
96
Murin, 1976; Löve and Löve, 1988
5
6
98
Rostovtseva, 1977
80
Zhukova et al., 1977a
66, 88, 99
Engel, 1978
около 100
Zhukova and Petrovsky, 1976; Dawe and Murray, 1979; Murin et al., 1980;
Yurtsev and Zhukova, 1982
–
120
88
около 12
14
Huang,R.-f. et al, 1996a
Stepanov and Muratova, 1995
12, 24, 36
102
Stepanov, 1994a
Ancev, 1976a; Hindakova, 1974; Murin, 1974; Wcislo, 1983; Laane and
Lie, 1985; Albers and Möbsting, 1998; Lövkvist and Hultgard, 1999
68
–
24
Ancev, 1978; Van Loon and Kieft, 1980; Wcislo, 1983
Hommel and Wieffering, 1979; Semerenko, 1985b; Druskovic and Lovka,
1995
Belaeva and Siplivinsky, 1975
3LC
26
Krogulevich, 1978; Yuan, 1993
24
3NT
26, 52
26
Probatova and Sokolovskaya, 1995
Gagnidze et al., 1992, 1998; Daniela, 1997
26
3LC
20,24
ХЧЦР, 1969; Крогулевич, Ростовцева, 1984
20
Murin, 1976; Niemirowicz-Szczyatt and Malepszy, 1980; Arohonka, 1982;
Pogan et al., 1987; Javurkova-Jarolimova, 1992; Staudt et al., 1997
14
15
Brunnera sibirica Stev.
2EN
16
Campanula rapunculoides L.
2EN
19
20
21
22
Dasystephana cruciata (L.)
Adanson
Dasystephana macrophylla
(Pallas.) Luev.
Dasystephana septemfida Pallas
Erythronium sibiricum
(Fisch. et Mey.) Kryl.
52
42
23
Fragaria moschata Duch.
Löve and Löve, 1982
Zhukova, 1982
3NT
28, 35, 42, 56
24
Goniolimon speciosum (L.)
Boiss.
2EN
25
Hedysarum alpinum L.
2EN
–
Lippert, 1985
Нет публикаций
14
Krogulevich, 1978; Dawe and Murray, 1979; Lavrenko et al., 1990; Löve
and Löve, 1982a
16
Yan et al., 1989
72
102
32
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
Цитогенетические исследования редких растений
П р о д о л ж е н и е т а б л. 1
1
26
2
Hypericum ascyron L.
3
1CR
4
16
около 20–22
18
5
Krasnoborov et al., 1980
Kogi, 1984; Nishikawa, 1990
Strid and Franzen, 1981; Baden, 1983; Buttler, 1985; Baltisberger, 1991b;
Nafanailova and Zakirova, 1991; Budantsev et al., 1992
27
Nepeta nuda L.
2EN
18
28
Orostachys spinosa (L.)
C.A. Mey.
3LC
24
Probatova and Sokolovskaya, 1989
28
Uhrikova, 1974a, 1978; Löve and Löve, 1982b; Ietswaart and Kliphuis,
1985; Dmitrieva and Parfenov, 1985, 1987; Pashuk, 1987; Castroviejo,
1983; Delgado et al., 2000; Lövkvist and Hultgard, 1999
29
33
Potentilla erecta (L.) Raeusch.
Pulsatilla patens (L.) Mill.
3NT
3NT
14, 21, 28, 38
Magulaev, 1979a
18
Davlianidze, 1985
14
Javurkova-Jarolimova, 1992
Kartashova et al., 1974; Uhrikova, 1978; Rostovtseva, 1981, 1984; Dawe
and Murray, 1979; Löve and Löve, 1982; Murin et al., 1980; Semerenko,
1985b, 1990; Krasnikov, 1991a
Mehra and Sharma, 1975b; Parkash, 1979; Mehra, 1982; Kozuharov and
Petrova, 1991
16
14
42
34
Schedonorus giganteus (L.)
Sorreng. =Festuca gigantea (L.)
Vill.
2EN
56
28, 42
56
35
Sedum aizoon L.
3LC
32–34, 48,
61, 64, etc
6
Krogulevich, 1978
Kozuharov and Nikolova, 1975; Probatova and Sokolovskaya, 1978, 1979;
Strid and Franzen, 1981, 1983 Petrova in Prokudin et al., 1977; Tveretinova
in Procudin et al., 1977; Malachova et al., 1979; Dmitrieva, 1985a; Guzik,
1984; Parfenov and Dmitrieva, 1988; Stepanov and Muratova, 1995; Montgomery et al., 1997; Lövkvist and Hultgard,1999
18
18
24
28
16
42
Seal, 1983
Alexeev et al., 1987
Gurzenkov, 1973
Amano, 1990
90,98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Л.А. Малахова, В.П. Амельченко, Т.Н. Катаева
О к о н ч а н и е т а б л. 1
1
2
3
4
71–124, 32–34
5
6
Amano and Ohba, 1992, 1993
48, 61, 63,
64, 78, 80,
84, 85, 88,
93–97,102
30-32, 64
36
37
Stipa pennata L.
Viola dactyloides Schult.
3LC
2EN
66
44
24
24
38
Viola dissecta Ledeb.
2EN
48
Probatova and Sokolovskaya, 1995
Funamoto et al., 1995
Petrova in Prokudin et al., 1977; Krasnikov, 1991a
Stepanov and Muratova, 1992
Krasnoborov et al., 1979; Yurtsev and Zhukova, 1982
44
–
Sokolovskaya and Probatova, 1986a; Probatova and Bezdeleva, 1998
–
40
Stepanov, 1994
Примечание. Латинские названия растений выверены по С.К. Черепанову [10]; статус редкости приведен по Красной книге природы Санкт-Петербурга [2]; литературные источники приведены по справочнику «Index…» [9]; виды под № 3, 13, 17, 18, 30, 32, 33 пока не включены в Красную книгу Томской области.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические исследования редких растений
79
Впервые изучено число хромосом у трех новых редких видов: Artemisia
latifolia, A.macrantha, Goniolimon speciosum. Некоторые виды изучались многими авторами. Особенно интенсивно исследовался Allium schoenoprasum
(более 60 авторов), у которого отмечены диплоиды и триплоиды.
У Bistorta viviparia 13 авторов отмечают варьирование числа хромосом от 88
до 120. Единственное определение – около 12 хромосом – нам представляется
маловероятным. Это может быть результатом неверного определения вида.
Festuca gigantea оказалась довольно полиморфной: у нее имеются диплоиды, окто- и гексаплоиды; в условиях культуры и в природных популяциях
Томской области число хромосом у этого вида равно 42.
Наибольшие вариации числа хромосом отмечены у Sedum aizoon: от 30–32
до 124, в Томской популяции – от 90 до 98.
У других 12 редких видов Томской области (Alfredia cernua, Aquilegia sibirica, Campanula rapunculoides, Dasystephana macrophilla, Hedysarum
alpinum, Hypericum ascyron, Orostachys spinosa, Potentilla erecta, Primula cortusoides, Primula macrocalyx, Pulsatilla patens, Stipa pennata) вариации числа
хромосом либо незначительны, либо отстутсвуют. Некоторые виды (Allium
ledebourianum, Brunnera sibirica, Fragaria moschata) имеют существенные
различия по числу хромосом в пределах своего ареала; как правило, на северном пределе они являются полиплоидами. Это необходимо учитывать при
оценке итогов интродукции и использовании интродукционного материала в
реинтродукции.
Анализ полученных данных показал, что 40 % изученных видов имеют
постоянное число хромосом независимо от эколого-географических условий
произрастания. Для большинства видов отмечен внутривидовой хромосомный полиморфизм преимущественно полиплоидного характера. В первую
очередь это касается видов Allium, Artemisia, отдельных представителей семейства орхидных, Brunnera sibirica, Minuartia stricta, Kochia prostrata.
Так, для Allium lineare отмечены 3 хромосомные формы: диплоидная
(2n = 16), тетраплоидная (2n = 32) и гексаплоидная (2n = 48). Тетраплоидный
цитотип характерен для образцов, собранных в окр. г. Томска и интродуцированных в СибБС; гексаплоидный цитотип отмечен у образцов, полученных
из Норвегии и Польши. Allium nutans является чрезвычайно полиморфным
видом по числу хромосом в условиях интродукции (2n = 32, 36, 38, 39, 40, 48,
64), однако в природных популяциях на всем протяжении своего ареала он
тетраплоидный (2n = 32) [5, 6]. Образцы Allium obliquum, полученные из Германии, являются тетраплоидными (2n = 32), хотя данный вид преимущественно известен как диплоид (наши данные и [8]). Allium schoenoprasum в
культуре обнаружил 2 хромосомные формы: диплоидную (2n = 16) и тетраплоидную (2n = 32), при этом диплоидный цитотип отмечен у большинства
интродуцентов, а тетраплоидный – лишь у образцов, полученных из Москвы.
Сравнение числа хромосом томских образцов с таковым растений из других частей ареала показало, что многие виды в популяциях Томской области
являются более высокохромосомными. Так, реликтовый вид бруннера сибирская в томских популяциях (Аникино, Коларово) и в условиях интродукции в
СибБС является высокоплоидным (2n = 12х = 72), однако в литературе опи-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Л.А. Малахова, В.П. Амельченко, Т.Н. Катаева
саны только ди-, тетра- и гексаплоидные цитотипы [9]. Другой реликтовый
вид – володушка многожильчатая – в Томской области представлен тетраплоидной формой (2n = 28), тогда как в горных популяциях на юге Сибири
(Алтай, Западный Саян) он имеет диплоидное число хромосом (2n = 14;
см. табл. 1).
Три вида рода Artemisia (полынь Гмелина, полынь широколистная и полынь
крупноцветковая), интродуцированные из природных популяций Томской области [5, 8], являются высокоплоидными, особенно полынь крупноцветковая, у
которой мы впервые определили число хромосом (2n = 12х = 108) [8, 13]. У полыни широколистной мы отметили 2 хромосомные формы – гексаплоидную
(2n = 54) и октоплоидную (2n = 72). У гониолимона красивого, который произрастает на юге Томской области, также установлено наиболее высокое число
хромосом (2n = 4х = 32) по сравнению с другими видами данного рода.
Как известно, большинство редких видов Томской области, вошедших в
Красную книгу, произрастает в крайне суровых климатических условиях,
находясь на северной границе своего ареала. Как подчеркивает Э. Майр [12],
условия среды обитания для вида вблизи границы его ареала близки к экстремальным, отбор жесток, поэтому только ограниченное число генотипов
может выжить. Уменьшение мощности потока генов, увеличение давления
отбора и усиливающаяся степень инбридинга обедняют генетическую изменчивость периферических популяций. Вероятно, периферические популяции с
трудом поддерживают свое существование [12, 15], поэтому нередко у отдельных видов растений на границах ареалов закрепляются высокоплоидные
цитотипы как наиболее адаптированные к суровым условиям периферии. Эти
же тенденции к адаптации, вероятно, сохраняются и у интродуцентов, взятых
из природных популяций Томской области, поскольку условия культуры для
большинства из них также являются экстремальными. Однако часть видов,
даже в крайних условиях границы ареала, в том числе и при интродукции,
эволюционирует на постоянной хромосомной основе в пределах генотипической нормы реакции (Kitagawia baicalensis, Hedysarum alpinum, Dasystephana
septemfida, виды рода Cypripedium, Aquilegia sibirica, Actaea spicata, Festuca
gigantea).
Выявление генотипических критериев адаптации редких видов
в условиях интродукции
Одним из подходов к изучению роли генотипической изменчивости в протекании микроэволюционных процессов и адаптации интродуцентов к суровым условиям среды является постановка экспериментов по реинтродукции
редких видов. Нами были заложены опыты по реинтродукции различных
внутривидовых хромосомных форм модельного вида Allium nutans в естественные фитоценозы в окрестностях с. Коларово (Томская область). В эксперименте участвовали 7 хромосомных форм A.nutans – тетраплоиды (формы
А-32, К-32, М-32), пентаплоиды (форма К-40), гексаплоиды (М-48) и анеуплоиды (формы К-38 и К-39).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические исследования редких растений
81
Кроме лука-слизуна, в реинтродукционный эксперимент было вовлечено
еще 19 редких видов на территории Заповедного парка и экспериментального
участка СибБС (табл. 2).
Для лука-слизуна кариологические исследования проводились на вегетирующих растениях у хромосомных форм А-32, К-32, К-40, К-38, К-39 и на
проростках семян, полученных в условиях реинтродукционного эксперимента у всех хромосомных форм. Подсчет числа хромосом у вегетирующих растений показал, что после 6-7-летнего реинтродукционного эксперимента все
изученные образцы оказались тетраплоидными (2n = 32). Только для анеуплоидной формы К-39 (число хромосом определено у четырех потомков) обнаружены образцы с 2n = 32, 36 и 39.
Семенной материал оказался более гетерогенным. Так, во всех проростках, собранных с хромосомных форм А-32, К-32 И К-38, установлено тетраплоидное число хромосом 2n = 32. В проростках семян, собранных с хромосомных форм К-39, К-40 и М-48, обнаружены единичные проростки с 2n =
32, 33, 35, 36, 40, 48. При этом в семенном поколении формы К-39 преобладают тетраплоидные проростки, в семенном поколении формы К-40 – проростки с 2n = 40 и формы М-48 с 2n = 48.
Таблица 2
Редкие виды Томской области, реинтродуцированные на территории СибБС ТГУ
Вид
2n
Alfredia cernua (L.) Cass.
26
Aquilegia sibirica Lam.
14
Brunnera sibirica Stev.
Campanula rapunculoides L.
Dianthus deltoides L.
Eryngium planum L.
Festuca gigantea (L.) Villar
Filipendula vulgaris Moench.
Fragaria moschata Duch.
Hemerocallis minor Mill.
Hypericum ascyron L.
Lychnis chalcedonica L.
Paeonia anomala L.
Polygonatum humile Fisch. ex
Maxim
Primula macrocalyx Bunge
72
102
30
16
42
14
14
22
18
24
10
20, 30
22
Primula pallasii Lehm.
22
Sedum aizoon L.
Trollius asiaticus L.
Veronica incana L.
98
16
34
Место реинтродукции
Заповедный парк, экспериментальный
участок
Заповедный парк, экспериментальный
участок
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк, экспериментальный
участок
Заповедный парк
Заповедный парк
Заповедный парк
Таким образом, реинтродукционный эксперимент с A. nutans показал, что
при переносе различных цитотипов из культуры в природные условия среды
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
Л.А. Малахова, В.П. Амельченко, Т.Н. Катаева
наибольшим адаптационным потенциалом обладает тетраплоидный цитотип,
характерный для природных популяций данного вида. Однако в культуре
А. nutans может существовать в форме крупного хромосомного комплекса.
Для остальных видов, реинтродуцированных на территории СибБС, отклонений в числе хромосом не отмечено.
Исследования числа хромосом позволяют сделать заключение о возможности проведения реинтродукции на базе репродукции в условиях интродукционного эксперимента в СибБС.
Литература
1. Красная книга Томской области / Под ред. А.С. Ревушкина. Томск: Изд-во Том. унта, 2002. 402 с.
2. Красная книга природы Санкт-Петербурга. СПб.: Профессионал, 2004. 416 с.
3. Малахова Л.А. Кариологический метод в интродукции растений // Ускорение интродукции растений Сибири. Новосибирск: Наука, 1989. С. 47–56.
4. Малахова Л.А. Кариологический анализ природных популяций редких и исчезающих растений на юге Томской области // Бюл. ГБС АН СССР. 1990. Вып. 155. С. 60–65.
5. Малахова Л.А., Маркова Г.А. Числа хромосом цветковых растений Томской области.
Двудольные растения // Ботанический журнал. 1994. Т. 79, № 12. С. 103–106.
6. Амельченко В.П. К изучению кариосистематики полыней Приенисейской группы //
Новые данные о природе Сибири. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1979. С. 114–119.
7. Амельченко В.П. Биосистематика полыней Сибири. Кемерово: Ирбис, 2006. С. 114–122.
8. Отчет о НИР по теме: Цитогенетические и морфобиологические аспекты изучения
редких растений для целей реинтродукции (заключительный). Томск, 2005. 62 с.
9. Index to plant chromosome numbers 1973–2003. Missouri: Botanical Garden, 2004. 2425 p.
10. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб.: Мир и семья, 1995. 992 с.
11. Хромосомные числа цветковых растений Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск: Наука, 1969. 285 с.
12. Майр Э. Популяция, виды и эволюция. М.: Мир, 1974. 460 с.
13. Wendelberger G. Die Section Heterophyllae der Gattung Artemisia L. // Bibliotheca
Botanica. Heft 125. 1960. 124 s.
14. Числа хромосом цветковых растений флоры СССР. Л.: Наука, 1990. С. 122–123.
15. Грант В. Видообразование у растений. М.: Мир, 1984. 528 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К вопросу устойчивости Limnodrilus hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae)
83
ЭКОЛОГИЯ
УДК 574.64
Д.С. Воробьев, Ю.А. Франк, Н.А. Залозный,
С.В. Лушников, Л.П. Ступакова
К ВОПРОСУ УСТОЙЧИВОСТИ LIMNODRILUS HOFFMEISTERI
(OLIGOCHAETA, TUBIFICIDAE) К НЕФТЯНОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ
Аннотация. Работа посвящена изучению жизнедеятельности червей-тубифицид в условиях нефтяного загрязнения. В ходе лабораторного эксперимента с Limnodrilus hoffmeisteri наблюдали наибольшие показатели плодовитости червей в
присутствии нефти в донных отложениях. Установлено, что условия аэрации
влияют на максимальную выживаемость червей, но «пик» их выживаемости во
всех случаях зафиксирован при концентрации нефти 3–4 г/кг.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, донные отложения, тубифициды,
Limnodrilus hoffmeisteri.
Выживаемость, плодовитость, появление аномальных отклонений в эмбриональном развитии организмов – это основные тест-функции, характеризующие отклик тест-объекта на повреждающее действие среды в методиках
биотестирования. Изменение любого показателя жизнедеятельности или
функций организма под воздействием токсиканта зависит от его особенностей, специфики метаболизма организма, факторов внешней среды. У водных
организмов хроническая токсичность выражается в гонадотропном и эмбриотропном действии токсиканта, что приводит к нарушению плодовитости, эмбриогенеза и постэмбрионального развития, возникновению мутаций в потомстве, сокращению продолжительности жизни, появлению «карликовых»
форм [1].
Аспекты существования червей-тубифицид в условиях нефтезагрязненных отложений изучены достаточно слабо. Тубифициды, в том числе Limnodrilus hoffmeisteri, – широко распространенные организмы макрозообентоса.
Основываясь на положении, дополняющем «закон» толерантности Шелфорда, можно сказать, что «широко распространенные организмы обычно обладают большим диапазоном толерантности ко всем факторам», и сделать теоретическое заключение, что данный вид тубифицид достаточно устойчив к
нефтяному загрязнению.
Целью нашей работы явилось исследование жизнедеятельности червей в
условиях нефтяного загрязнения донных отложений. Основные задачи сводились к изучению выживаемости взрослых лимнодрилусов и молоди, вариабельности плодовитости.
Материал и методы исследования
Исследование выживаемости и плодовитости тубифицид в нефтезагрязненных донных отложениях проводилось в лабораторных условиях; исполь-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Д.С. Воробьев, Ю.А. Франк, Н.А. Залозный, С.В. Лушников, Л.П. Ступакова
зовался один из широко распространенных видов – Limno-drilus hoffmeisteri
Claparede, 1862. В эксперименте применяли 30 0,5-литровые емкости (5 контрольных, незагрязненных, и 25 экспериментальных, загрязненных илом).
Длительность эксперимента – 60 сут от начала культивирования червей. В
качестве субстрата для червей использовался ил из условно чистого озера,
расположенного вблизи пос. Межениновка (Томский район Томской области). Ил отбирался дночерпателем системы Петерсена; его процеживали через
мельничный газ № 19 (количество ячей в 1 кв. см) для удаления грубого детрита. Для «стерилизации» (уничтожения макробеспозвоночных животных,
коконов олигохет и др.) ил раскладывали в кюветы и в течение 5 ч выдерживали в термостате при температуре 70–72°С. Далее ил загрязняли нефтью и
ежедневно перемешивали в течение 5 мин для оптимизации процессов сорбции нефти частицами ила. Через 10 дней в каждую емкость помещали по 30 г
загрязненного ила. Пробы на определение содержания нефти отбирались на
момент начала эксперимента (посадки червей в аквариумы). Химический
анализ массовой концентрации нефтепродуктов в донных отложениях проводился в аккредитованной лаборатории природных превращений нефти Института химии нефти СО РАН методом ИК-спектрометрии на приборе «SPECORD M 80»; методика анализа – РД 39-0147098-015-90. В эксперименте были задействованы незагрязненный ил (контроль) и ил, загрязненный нефтью в
следующих концентрациях (г/кг): 0,15±0,04; 2,02±0,50; 4,40±2,04; 6,50±1,62;
12,23±3,06.
После загрузки ила в экспериментальные емкости медленно заливалась
отстоянная водопроводная вода в объеме 300 мл. В каждую емкость помещали по 5 взрослых особей лимнодрилусов. Во время эксперимента (60 сут) не
проводили аэрацию и доливку воды; температура воды была практически
постоянной (22–23°С).
Через 60 сут ил промывался через мельничный газ № 70 и разбирался
под бинокуляром. Для каждой емкости фиксировали: количество взрослых
червей; количество молоди; количество коконов; количество зародышей в
коконе. Статистические сравнения совокупностей производили с помощью
непараметрического критерия Манна–Уитни.
Результаты и обсуждение
Информация о выживаемости червей-тубифицид в нефтезагрязненных донных отложениях в научной литературе достаточно скудна; авторы приводят
сведения о количественных показателях бентоса в различных условиях существования, о доминировании групп бентоса. Исследования проводились в разных географических зонах, на водных объектах с различным спектром загрязняющих веществ; не всегда известно содержание нефти в составе донных отложений [2]. Такую информацию сложно кумулятивно проанализировать. Решение этой задачи оптимально провести в лабораторных условиях.
По нашим данным, в условиях дефицита растворенного кислорода (0,8–
1,0 мг/л) и повышенных температур воды (23°С) наибольшая выживаемость
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К вопросу устойчивости Limnodrilus hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae)
85
червей наблюдалась при содержании нефти 2–4 г/кг сухого ила (рис. 1); достоверных отличий не выявлено.
Выживаемость взрослых червей, %
100
90
80
70
60
50
40
30
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Содержание нефти в иле, г/кг
Рис. 1. Выживаемость взрослых лимнодрилусов при различных концентрациях нефти
в условиях дефицита кислорода (0,8–1,0 мг/л); отмечены области ошибки
среднего значения
По данным Л.И. Цветковой [3], фактором, тормозящим развитие тубифицид, является содержание нефтепродуктов в донных отложениях свыше
6 г/кг, что согласовалось с полученными нами результатами: при концентрациях нефти в илах 6–7 г/кг наблюдалось снижение выживаемости. Однако следует отметить, что высокое содержание нефти в донных отложениях
(более 12 г/кг) влияло на выживаемость (смертность) лимнодрилусов на том
же уровне, что и в контроле.
Интересный факт был обнаружен нами при включении в общий анализ результатов предыдущих исследований выживаемости лимнодрилусов в нефтезагрязненных илах.
Расположение графиков в единой системе координат выявило одинаковый
«пик» выживаемости в двух экспериментах. В условиях дефицита кислорода
(0,8–1,0 мг/л) максимальная выживаемость была на уровне 76%, а в условиях с
содержанием кислорода 7,0–9,0 мг/л – 95% (рис. 2). Не было выявлено «летальной» концентрации нефти, при которой погибли бы все черви. Предыдущие исследования перемещения червей в нефтезагрязненных илах показали,
что даже высокая концентрация нефти в отложениях (более 35 г/кг) не являлась для лимнодрилусов критической – черви передвигались из чистых участков ила в загрязненные [4]. Определение высшего смертельного порога требует
дополнительных экспериментальных исследований.
Плодовитость – наследственно закрепленный признак, находящийся под
сильным влиянием внешних воздействий. В период размножения многие
факторы среды часто становятся лимитирующими.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
Д.С. Воробьев, Ю.А. Франк, Н.А. Залозный, С.В. Лушников, Л.П. Ступакова
Выживаемость взрослых червей, %
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18
Содержание нефти в иле, г/кг
содержание растворенного кислорода в воде 7,0-9,0 мг/л
содержание растворенного кислорода в воде 0,8-1,0 мг/л
Рис. 2. Выживаемость взрослых лимнодрилусов в нефтезагрязненных отложениях
в условиях с различным содержанием растворенного кислорода в воде
Количествомолоди
молоди ии эмбрионов
эмбрионов вв
Количество
коконах
нана
одного
шт.
коконах
одноговзрослого
взрослого червя, шт
Плодовитость лимнодрилусов представлена как сумма вышедших из коконов молодых червей и количество эмбрионов в коконах, отнесенных к количеству червей (рис. 3). Наибольшие показатели плодовитости червей в условиях дефицита кислорода наблюдались при содержании нефти в донных
отложениях 2–7 г/кг.
70
60
50
40
30
20
10
0
Контроль, 0
0,15 ± 0,04
2,02 ± 0,50
4,40 ± 2,04
6,50 ± 1,62
12,23 ± 3,06
Содержание нефти в иле, г/кг
Рис. 3. Общее количество молоди и эмбрионов в коконах на одного взрослого червя
(содержание растворенного кислорода в воде 0,8–1,0 мг/л;
через 60 сут после посадки червей)
С практической точки зрения (при использовании лимнодрилусов в мероприятиях по очистке водных объектов от нефти) наиболее важно количество
вышедшей из коконов молоди в условиях нефтяного загрязнения отложений,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К вопросу устойчивости Limnodrilus hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae)
87
т.к. именно благодаря процессам биотурбации и происходит интенсификация
процессов деструкции нефти в донных отложениях. В контрольных емкостях
среднее количество вышедшей из коконов молоди было низким по сравнению
с емкостями с загрязненными отложениями – 40,25 особей (или 8,05 особей
молодых червей на одного взрослого) (рис. 4). Во всех опытных емкостях с
загрязненными отложениями среднее количество молоди лимнодрилусов было
выше, чем в контроле. Даже при минимальном содержании нефти в отложениях (0,15 г/кг) наблюдалось увеличение среднего количества червей – 51,75 особей (или 10,35 особей молодых червей на одного взрослого). Достоверных отличий между количеством молоди в аквариумах с разным содержанием нефти
выявлено не было.
При изучении влияния кислородного и температурного режимов на интенсивность обмена, развития и выживания Tubifex tubifex Н.Р. Архиповой [5]
было отмечено, что молодь, только что вышедшая из коконов, отличалась
лучшей выживаемостью и быстрым ростом при малых концентрациях растворенного кислорода в воде (1,76–1,82 мг/л при 18–20°С). Вероятно, аналогичную закономерность можно экстраполировать и на лимнодрилусов.
70
Количество молоди, шт.
Количество молоди, шт
60
50
40
30
20
10
0
-2
3
8
13
Содержание нефти в иле, г/кг
Рис. 4. Среднее количество молоди лимнодрилусов в емкостях
(содержание растворенного кислорода 0,8–1,0 мг/л;
длительность эксперимента 60 сут)
Выводы
1. В условиях дефицита растворенного кислорода (0,8–1,0 мг/л) при температуре воды 23°С наибольшая выживаемость лимнодрилусов составляет
76%; при этом содержание нефти колебалось в пределах 2–4 г/кг сухого ила.
2. Анализ выживаемости взрослых лимнодрилусов в условиях нефтяного
загрязнения донных отложений, но в разных кислородных условиях (I – содержание растворенного кислорода в воде 7,0–9,0 мг/л; II – 0,8–1,0 мг/л), по-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Д.С. Воробьев, Ю.А. Франк, Н.А. Залозный, С.В. Лушников, Л.П. Ступакова
казал, что характерен общий «пик» выживаемости (I – 95%; II – 77%) в отложениях с содержанием нефти 3–4 г/кг.
3. Наибольшие показатели плодовитости червей в условиях дефицита растворенного кислорода (0,8–1,0 мг/л) наблюдались при содержании нефти в
донных отложениях 2–7 г/кг.
4. Наибольшее количество молоди лимнодрилусов (11,7 особей на одного
взрослого червя), отмечено в отложениях с содержанием нефти в количестве
6,50 г/кг.
Литература
1. Брагинский Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования
на Daphnia magna Str. и других ветвистоусых ракообразных (критический обзор) // Гидробиологический журнал. 2000. Т. 36, № 5. С. 50–70.
2. Воробьев Д.С. Влияние нефти и нефтепродуктов на макрозообентос // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309, № 3. C. 42–45.
3. Цветкова Л.И. О роли тубифицид в кислородном балансе водоемов // Водные малощетинковые черви (систематика, экология, исследования фауны СССР): Труды ВГБО.
М.: Наука, 1972. Т. 17. С. 118–125.
4. Воробьев Д.С., Франк Ю.А., Залозный Н.А. и др. Перемещение Limnodrilus
hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae) в нефтезагрязненных илах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2008. № 2. С. 82–89.
5. Архипова Н.Р. Влияние кислородного и температурного режимов на интенсивность
обмена, развитие и выживание Tubifex tubifex (Müll.) (Oligochaeta, Tubificidae) в эмбриональный период // Биология, морфология и систематика водных беспозвоночных. Л.: Наука, 1980. С. 31–40.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Annotations
89
FEDERAL AGENCY OF EDUCATION
VESTNIC TOMSK STATE UNIVERCITY. BIOLOGY
SCIENTIFIC PERIODICAL
Certification of registration: PI № FS 77-29499 on September, 27, 2007
SUMMARIES
BOTANICA
Sviridova T.P., Zinner N.S. Prospects of cultivation Hedysarum alpinum
L. and Hedysarum theinum Krasnob. in conditions of Tomsk region. Data obtained results of introduction two valuable herbs: Hedysarum alpinum L. and Hedysarum theinum Krasnob. Biological features are considered at cultivation in conditions of culture in the south of Tomsk region. The rhythm of seasonal development, the contents flavonoids in an underground part of plants are investigated,
germination of seeds, seed and raw productivity.
BIOTECHNOLOGY
Dorofeev V.Yu., Karnachuk R.A., Shilova I.V. Element structure of
Clematis Siberian (Atragene speciosa Weinm.) callus culture cells in vitro. For
the first time the structure of elements in Clematis Siberian callus long growing culture cells on Murashige and Skoog medium in darkness is shown. At research qualitative and quantitative structure of microelements in Atragene speciosa Weinm. callus culture of 44 subculture a number of preferable accumulation of elements by callus cells is made. On the basis of data of the analysis the method issue spectrometry
and literary leads comparison of the maintenance of the elements which have been
found out in callus cells and a wild-growing plant accordingly.
Lavrent’eva L.V., Avdeev S.M., Sosnin E.A., Velichevskaya K.Yu. Analysis of excilamps UV radiation bactericide action on pure microorganism cultures. The comparative study of several modern excilamps and low-pressure Hglamp radiation impact on pure bacterial cultures of E. coli, Staphylococcus and
extracted from water and human skin and mucosal tunic f. Pseudomonas, f. Bacillas, f. Sarcina are presented. It is shown that in any case we obtained pronounced
UV-lamp radiation effect to all abovementioned microorganisms. The UV sensitivity of microorganisms under the action of UV irradiation has been varied.
Minaeva O.M., Akimova E.E., Semenov S.Y. Antagonistic effect on phytopatogenic fungi and stimulation influence on growth and development of
plants by bacteria Pseudomonas sp. B-6798 utilizing formaldehyde. This survey
shows kinetic aspects of interrelations of bacteria Pseudomonas sp. B-6798 with
plant-host and phytopatogenic fungi. Inhibition kinetics of growth of fungi Fusarium and Bipolaris by bacteria is described by modifying equation of
N.D. Ierusalimsky. Quantitative antifungal effect of bacterial strains under laboratory experiments can be estimated with the help of the constant of inhibition (Ki).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
Annotations
It is found that the dependence of plant growth and development parameters from
the logarithm of bacteria concentration in inoculum in laboratory tests, as a rule,
appears as a convex curve with extremum. In field experiments we revealed stimulation of growth and development of oat, wheat and maize under the influence of
bacteria Pseudomonas sp. B–6798. The conducted laboratory tests and field experiments give an opportunity to recommend using bacteria Pseudomonas sp. B6798 as biofungicide against root rot pathogens on grains which has, at the same
time, properties stimulating plant growth and development.
PLANTS PROTECTION
Kuznetsova N.P. Complex system of protection greenhouse plants from
pests and diseases in Siberian botanical gardens of Tomsk state university.
This article summarize long-term researches on working out of complex system of
protection plants from pests and diseases are generalized in view of ecological features of greenhouse complex. For the first time in Siberia the opportunity of application for protection plants cultivated spices from word flora, involved from tropical regions and biological method with use of useful insects is established.
CYTOLOGY AND GENETIC
Malakhova L.A., Amelchenko V.P., Kataeva T.N. Cytological research of
the rare plants of Tomsk region in Siberian Botanical gardens – methodical
basis for the preservation their biodiversity. Sum up of cytological studies of the
rare plants of Tomsk region in the culture and natural populations on the south region for the 30-years period. The date on the numbers of chromosomes presents in
tables. Generalize the modern literature about the numbers of chromosomes.
SOIL SCIENCE AND FORESTRY
Seredina B.P., Androhanov V.A., Alekseeva T.P., Sysoeva L.N., Burmistrova T.I., Trunova N.M. Ecological aspects of biological recultivation soil of
Kuzbass technogenic ecosystem. It has been observed soils ecological condition
of formation and features technogenic land scape of Kuzbass. It has bee revealed
functioning specific peculiaritys of embriozeme within the bounds of Krasnobrodsk,s coal strip mine. On basis of fields survey and experimental study it has
been established peat dust efficacy for mine tip biological recultivation of solid
refuse.
Tereshchenko N.N., Bubina A.B., Pisarenko S.V. Effectiveness of peat
and mineral and organic vermicompost containing soil mixture. Effectiveness
of a number of peat and mineral and organic vermicompost containing soil mixture
was analyzed. The best indexes of vegetative growth of tomato seedlings were provided by soil mixture «Garant» and peat organic soil, containing 25% of vermicompost. Soil mixture «Charodei», containing humus, also provided good indexes
of tomato growth and seed germination; soil mixture «Fart» appeared to be less
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Annotations
91
effective because of intensive plant growth and development inhibition. To observe
consumer rights, soil mixture quality control is important; main criteria together
with chemical and sanitary and epidemiological properties showed are microbiological indexes: essential and potential activity of azotobacter, number of nitrogen-fixing and phosphate mobilizing bacteria.
ECOLOGY
Vorobiev D.S., Frank Y.A., Zalozny N.A., Lushnikov S.V, Stupakova L.P.
To the question of Limnodrilus hoffmeisteri (Oligochaeta, Tubificidae) tolerance to oil contamination. The work is devoted to investigation of Tubificidae
worms’ activity in oil polluted bottom sediments. During laboratory experiment
with Limnodrilus hoffmeisteri we observed the highest fecundity of worms in presence of oil. It has been shown that aeration influenced worms’ surviving, but the
maximum surviving has been detected at 3–4 g oil per kg in all cases.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
Сведения об авторах
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Акимова Елена Евгеньевна – кандидат биологических наук, младший
научный сотрудник лаборатории биокинетики и биотехнологии ОСП «НИИ
биологии и биофизики» Томского государственного университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Алексеева Татьяна Петровна – кандидат химических наук, старший
научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований ГНУ
СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: burmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Амельченко Валентина Павловна – кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник, зав. лабораторией биоморфологии и цитогенетики растений Сибирского ботанического сада Томского государственного
университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Андроханов Владимир Алексеевич – доктор биологических наук, зам.
директора по научной работе Института почвоведения и агрохимии СО РАН
(г. Новосибирск).
E-mail: androhan@rambler.ru
Бубина Алла Борисовна – научный сотрудник лаборатории микробиологии ГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: microbio@mail.ru
Бурмистрова Татьяна Ивановна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник; ученый секретарь ГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: burmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Воробьев Данил Сергеевич – кандидат биологических наук, доцент кафедры ихтиологии и гидробиологии Томского государственного университета; старший научный сотрудник отдела экологического мониторинга Департамента экологии ОАО «Томский научно-исследовательский и проектный
институт нефти и газа Восточной нефтяной компании» (ОАО «ТомскНИПИнефть ВНК») (г. Томск).
E-mail: danilvorobiev@yandex.ru
Дорофеев Вячеслав Юрьевич – кандидат биологических наук, старший
научный сотрудник кафедры физиологии растений и биотехнологии Биологического института Томского государственного университета.
E-mail: karnach@mail.tsu.ru
Зиннер Надежда Сергеевна – младший научный сотрудник лаборатории интродукции лекарственных растений Сибирского ботанического сада
Томского государственного университета.
E-mail: zinner@inbox.ru
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сведения об авторах
93
Карначук Раиса Александровна – доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой физиологии растений и биотехнологии Биологического
института Томского государственного университета.
E-mail: karnach@mail.tsu.ru
Катаева Татьяна Николаевна – старший лаборант лаборатории биоморфологии и цитогенетики растений Сибирского ботанического сада Томского государственного университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Кузнецова Наталья Петровна – кандидат биологических наук, старший
научный сотрудник, зав. лабораторией научных основ защиты растений от вредителей Сибирского ботанического сада Томского государственного университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Лушников Сергей Валерьевич – генеральный директор Научно-технического объединения «Приборсервис» (г. Томск).
E-mail: mail@priborservice.tomsk.ru
Малахова Лидия Александровна – старший научный сотрудник лаборатории биоморфологии и цитогенетики растений Сибирского ботанического
сада Томского государственного университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Минаева Оксана Модестовна – кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета.
E-mail: biotech@sibmail.com
Писаренко Светлана – младший научный сотрудник лаборатории
микробиологии ГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: microbio@mail.ru
Свиридова Татьяна Петровна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, зам. директора по научной работе, зав. лабораторией интродукции лекарственных растений Сибирского ботанического сада
Томского государственного университета.
E-mail: sbg125yandex.ru
Семенов Сергей Юрьевич – кандидат биологических наук, доцент кафедры сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета.
E-mail: pure@sibmail.com
Середина Валентина Петровна – доктор биологических наук, доцент;
профессор кафедры почвоведения и экологии почв Биологического института
Томского государственного университета.
Сидорская Светлана Николаевна – студент IV курса кафедры ихтиологии и гидробиологии Биологического института Томского государственного университета.
E-mail: icht@bio.tsu.ru
Сысоева Лидия Николаевна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований ГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: burmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
Сведения об авторах
Терещенко Наталья Николаевна – доктор биологических наук, доцент кафедры сельскохозяйственной биотехнологии Биологического института Томского государственного университета.
E-mail: ternat@mail.ru
Трунова Нина Максимовна – старший научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований ГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии (г. Томск).
E-mail: burmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Франк Юлия Александровна – кандидат биологических наук; заместитель генерального директора по научной работе Научно-технического объединения «Приборсервис» (г. Томск).
E-mail: sci@priborservice.tomsk.ru
Шилова Инесса Владимировна – кандидат фармацевтических наук,
доцент кафедры фармацевтической химии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
E-mail: karnach@mail.tsu.ru
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа