CC BY
5УДК:579.61/66+581.1,582.232
Рахманова А.К.
Заведующая лаборатории биотехнологий, Международный научно-технологический парк Академии наук Туркменистана Туркменистан, г. Ашхабад
Гадамов Д.Г.
Директор, д.х.н.
Международный научно-технологический парк Академии наук
Туркменистана Туркменистан, г. Ашхабад
Акмурадов А.
Докторант, к.б.н. Институт общей и прикладной биологии при Инженерно-технологическом университете Туркменистана имени Огуз Хана
Таганова Б.Ч.
Научный сотрудник лаборатории биотехнологий, Международный научно-технологический парк Академии наук Туркменистана Туркменистан, г.
Ашхабад
БОРЬБА С ОПУСТЫНИВАНИЕМ: КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД
БИОТЕХНОЛОГИЙ Аннотация: в статье рассматриваются перспективы использования сине -зелёных водорослей в борьбе с опустыниванием, биомасса которых может быть использована в качестве сырья для производства бионанокомпозитных средств, строительных материалов, биопрепаратов. Обсуждаются возможности использования цианобактерий в различных
сферах, в том числе в борьбе с опустыниванием, миграции песка. Проведен обзор отечественной и зарубежной литературы, обзор полученных результатов научных исследований и опытов учёных в мире науки.
Ключевые слова: опустынивание, биотехнологии, сине-зелёные водоросли, цианобактерии, засухоустойчивые растения,
бионанокомпозитные материалы, зоомелиорации, фитомелиорации.
Технологии, которые применялись ранее сегодня совершенствуются. В борьбе с опустыниванием с методами биотехнологий нами ведутся исследования сине-зелёных водорослей (цианобактерий) и засухоустойчивых растений, устойчивые в засушливых условиях. Также ведутся исследования таких засухоустойчивых растений, на сыпучих песках как верблюжья колючка, эфимеры, эфемероиды, кустарники: белый и чёрный саксаул, кандым, черкез, песчаная акация, астрагалы, ферула, в барханах и травяном покрове преобладающие растения как вздутая осока, селин-трава с помощью которых останавливают и закрепляют пески. Все они хорошо растут на песках и соленых почвах, не давая их состоянию ухудшаться. 80% территории Туркменистана занимает пустыня. Каракумы словно лоскутное одеяло, собраны из различных типов пустынь: песчаные, лёссовые, глинистые, каменистые, щебнистые, солончаковые. Это бескрайняя равнина, простирающаяся до самого горизонта, с юга на неё напирают живописные скалы и ущелья гор Копетдага, которые обрываются с высоты в застывшее «море» холмистого предгорья, за которыми уже начинается пустыня. Изменение климата, засухи и другие факторы приводят к опустыниванию,Туркменистан активно борется с деградацией земель в соответствии с Конвенцией ООН по борьбе с опустыниванием и Национальной программой действий по борьбе с опустыниванием (НПДБО), включающей мероприятия по лесовосстановлению. Данные исследования по борьбе с опустыниванием территорий, разрабатывают методы, основанные
на методах зоомелиорации - основанная на использовании в качестве мелиоранта живых микроорганизмов и макробиологических организмов, фитомелиорации - закреплении песков деградированных пастбищ древесно-кустарниковой и травянистой растительностью. Экологическая проблема характерна практически для всех стран мира. Общая площадь подверженных опустыниванию земель составляет более 3 млрд га - это 40% продуктивной площади земного шара.
В биотехнологии для получения различных биологически активных веществ в качестве сырья в основном часто используется биомасса одноклеточных организмов. Биобъектом наших исследований являются сине-зеленые водоросли (цианобактерии) водных и почвенных источников Туркменистана. Скорость развития, проведения различных исследований, дает возможность работать с цианобактериями и делают их удобными модельными объектами для изучения различных физиологических процессов и метаболических путей в фотосинтезирующих клетках. Таким образом, цианобактерии представляют интерес как для фундаментальных, так и для практических исследований. На основе ЦБ разработано бионанотехнологическое средство которое применилось на месте исследований на сыпучих песках с последующей посадкой засухоустойчивых растений.
Синезеленые водоросли в основном преобладают в водоёмах которые богаты минеральными веществами. Их приспособленность к жизни при экстремально высокой температуре базируется на своеобразии физико-химических, структурных и функциональных свойств всех компонентов клетки.
Синезеленые водоросли насчитывают более 1500 видов . В научных литературных источниках у разных авторов они упоминаются под разными названиями: цианеи, цианобионты, цианофиты, цианобактерии, цианеллы,
синезеленые водоросли, цианофицеи. Развитие исследований приводит некоторых авторов к изменению взглядов на природу этих организмов.
Синезеленые водоросли легко приспосабливаются к различным условиям обитания и к их изменениям и могут быть активны, так как обладают фотоавтолитотрофным (миксотрофным) типом питания. В подобных местообитаниях почти полностью отсутствует конкуренция, и цианобактерии занимают доминирующее положение. Большинство синезеленых водорослей способны синтезировать все органические вещества своей клетки за счет энергии света. Еще одним признаком синезеленых водорослей, отличающим их от других прокариот, является возможность протекания в пределах одной клетки двух взаимоисключающих процессов -оксигенного фотосинтеза и анаэробной азотфиксации.
Сине-зелёные водоросли одни из самых древних на планете и наиболее распространённые. Их можно встретить в солёной и пресной воде, в влажной почве. Эти водоросли являются старейшей группой прокариотических организмов, участвующих в фотосинтезе и оказывающих значительное влияние на глобальную экосистему. Нами было исследованы местные источники, некоторые образцы с Каспийского моря, если сравнить с океанской водой то соленость моря примерно в три раза меньше (30-36%) . Сине-зеленые водоросли (Cyanoprokaryota / Cyanophyta / Cyanobacteria) являются неотъемлемым компонентом водной экосистемы Каспия и выполняют различные функции. Принадлежность к прокариотам и способность цианобактерий к фотосинтезу, даёт возможность культивирования на средах, содержащих в основе только минеральные элементы, все эти особенности позволяют получать большое количество биомассы, чем при использовании гетеротрофных культур при сравнимых расходах. При этом среди цианобактерий встречаются уникальные штаммы, для которых характерно накопление соединений, имеющих практическую ценность.
Идентифицировано 6 видов синезеленых водорослей, среди которых преобладали цианобактерии нескольких групп. Выделенные культуры штаммов относятся к «группе культур» Cyanothece (подгруппа I) которая включает семь изученных штаммов, выделенных из разных условий обитания. Cyanothece, Myxobaktron, Synechococcus относящиеся к первой подгруппе, Oscillatoria, Pseudanabaena, Spirulina, Trichodesmium из III подгруппы, Anabaena, Nostoc из IV подгруппы. Также обнаружены нитчатые формы цианобактерий, которые известны высокой степенью морфологической сложности и дифференцировки относящиеся к подгруппа V. Встречаемость представителей этих видов составила 60%, степень доминирования - 28%. Выделенные сине-зелёные водоросли были выбраны в качестве биообъекта искусственного культивирования для биотехнологических целей. Активное накопление сине-зеленых водорослей происходило при наличии питательных веществ, тёплой воды не ниже 20*С, отсутствия какого-либо движения воды. Деление водорослей в сутки наблюдалось по разному, но результаты показали что, за короткое время можно достичь увеличение объёма биомассы. Организмы в водоеме эту биомассу не едят и не используют в своей жизнедеятельности.
Перспективность использования термофильных синезеленых водорослей как ресурсного объекта обусловлена их способностью к быстрому воспроизводству биомассы в условиях высоких температур и постоянства химического состава термальных вод источников. Использование термальных вод в качестве питательной среды и источника энергии способствует значительному снижению энергозатрат в производстве.
Многими авторами подтверждена перспективность использования сине-зелёных водорослей в качестве источника разнообразных биологически активных веществ. Некоторые из этих веществ могут служить ценным сырьем для производства фармацевтической, косметической продукции, стимуляторов продуктивности сельскохозяйственных животных и
урожайности сельскохозяйственных культур, мы исследуем функциональные возможности ЦБ в борьбе с опустыниванием. Известно что, перегной почвы обязан своим происхождением водорослям и бактериям. Питание их в основном автотрофное, но давно замечено, что они не гнушаются и готовых органических веществ (миксотрофность). Встречаются в симбиозе с грибами (лишайники), в корнях саговников, в теле некоторых простейших а внутри известкового субстрата выделяя органические кислоты растворяют и откладывают известь, которая их замуровывает.
В лабораторных условиях на искусственных водных планктонах подготовлена биомасса сине-зелёных водорослей нескольких видов, состав которого богат витаминами, минеральными веществами, ферментами, пигментами. На основе этой биомассы нами разработаны бионанокомпозитные материалы, которые апробируются на песчаных местностях. Полученные результаты показали что процесс результативен наблюдается образование корочки в виде плёночного покрытия.
Нами предложено использование сине-зелёных водорослей как источника вторичных метаболитов карбоната кальция, строматолитов который в силу особенностей метаболизма , устойчивы к воздействию повышенных температур. Проведенных нами результаты исследований, показали, что возможно и перспективно промышленное культивирование сине-зелёных водорослей применение их и засухоустойчивых растений в борьбе с опустыниванием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефимова М.В., Ефимов А.А. Синезеленые водоросли или цианобактерии? вопросы систематики М.: Научный журнал Современные проблемы науки и образования. - 2007. - № 6 (часть 1) - С. 34-39
2. Определитель бактерий Берджи / Ред. Хоулт Дж., Криг Н., Снит П., Стейли Дж., Уильяме С. М.: Мир, 1997. Т.1. 431 с.
3. Ефимов А. А., Ефимова М.В. Водоросли гидротерм камчатки как сырье для получения биологически активных веществ М.: Научный журнал Фундаментальные исследования . - 2007. - № 10 - С. 71-72
4. Т.И. Михайлюк1 , К. Глазер2 , У. Карстен2 роль цианобактерий в формировании биологических почвенных корочек приморских песчаных дюн (балтийское море, германия) "// цианопрокариоты/цианобактерии: систематика, экология, распространение: Мат. Докл. / II Межд. Конф. Сыктывкар, Россия, 2019.- С. 203-206.
5. Georgianna D.R.,Mayfield S.P. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels//Nature.-2012.-Vol.488.-P.329-335.
6. Диссертация Усербаева А. А. Генетическая характеристика штамма Cyanobacterium sp. IPPAS B-1200- потенциального продуцента биодизеля: Автореферат дис. Докт.фил. наук М.: 2017-10 с.
Rakhmanova A.R.
Head of the Biotechnology Laboratory, International Science and Technology Park of the Academy of Sciences of Turkmenistan Turkmenistan, Ashgabat
Kadamov D.K.
Director, d.c.s. International Science and Technology Park of the Academy of
Sciences of Turkmenistan Turkmenistan, Ashgabat
Akmuradov A.
Doctoral, c.b.s. Institute of General and Applied Biology at Engineering and Technology University of Turkmenistan named after Oguz Khan
Taganova B.
Researcher at the Laboratory of Biotechnology, International Science and Technology Park of the Academy of Sciences of Turkmenistan Turkmenistan, Ashgabat
COMBATING DESERTIFICATION: AN INTEGRATIVE BIOTECHNOLOGY APPROACH
Abstract: The article discusses the prospects for the use of blue-green algae in the fight against desertification, the biomass of which can be used as a raw material for the production of bionanocomposite products, building materials, and biological products. The possibilities of using cyanobacteria in various fields are discussed, including in the fight against desertification and sand migration. A review of domestic and foreign literature was carried out, a review of the results of scientific research and the experiences of scientists in the world of science was carried out.
Key words: desertification, biotechnology, blue-green algae, cyanobacteria, drought-resistant plants, bionanocomposite materials, zoomelioration, phytomelioration.
