CC BY
46
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.57.136 Латушкина Е.Н.1, Кудайбергенова А.Е.2
1ORCID: 0000-0002-7723-4804, Доцент, кандидат геолого-минералогических наук,
кандидат педагогических наук, Российский университет дружбы народов, 2ORCID: 0000-0002-2461-7721, Аспирант, Российский университет дружбы народов ВИДОВОЙ СОСТАВ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ: НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА АСТАНЫ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Аннотация
Основной идеей исследования является сохранение видового разнообразия растительных сообществ, произрастающих в городских условиях. В работе приведены доминирующие виды растений, характерных для естественной степной экосистемы на территории Акмолинской области Республики Казахстан и искусственно созданных фитоценозов на урбанизированной территории - в столице Республики и за ее пределами. Нами были сформулированы практические рекомендации по сохранению естественного видового разнообразия флоры города Астаны при создании искусственных фитоценозов. Полученные данные могут быть использованы в практике озеленения урбанизированных территорий, при корректировке планов создания искусственных растительных сообществ в урбосистемах.
Ключевые слова: флора, городская среда, степная экосистема.
Latushkina E.N.1, Kudaibergenova A.E.2 1Associate professor, PhD in Geology and Mineralogy, PhD in Pedagogy, Peoples' Friendship University of Russia, 2Postgraduate student, Peoples' Friendship University of Russia SPECIES COMPOSITION OF NATURAL AND ARTIFICIAL PHYTOCENOSES OF THE URBANIZED TERRITORY: BY THE EXAMPLE OF THE CITY OF ASTANA OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract
The main idea of the research is to preserve species diversity of vegetation communities growing in urban places. The paper indicates dominant species ofplants characteristic of natural steppe ecosystems in the territory of the Akmola region of the Republic of Kazakhstan and artificially created phytocenoses on the urbanized territory - in the capital of the Republic and beyond its borders. We made a list ofpractical recommendations for the conservation of natural species diversity of the flora of the city of Astana when creating artificial phytocenoses. Obtained data can be used for landscaping of urbanized territories, or when adjusting plans for the creation of artificial vegetation communities in urban systems.
Keywords: flora, urban environment, steppe ecosystem.
Урбанизированной территорией, взятой в качестве объекта исследования, стала столица Республики Казахстан - г. Астана. До 1961 года город именовался Акмолинск, в период с 1961 по 1992 годы - Целиноград, с 1992 по 1998 годы - Акмола. Статус столицы Астана получила 10 декабря 1997 г. [2], то есть 20 лет назад и именно с этого момента началась интенсивная урбанизация данной территории. Поскольку Астана находится на начальном этапе своего развития, как крупная городская агломерация, то для ее устойчивого развития и эффективного управления ее функционированием необходимо поддерживать качество и стабильное состояние окружающей природной среды города, отслеживать внутренние и внешние связи компонентов такой искусственно созданной урбанизированной экосистемы, сохранять и поддерживать биоразнообразие, присущее данной территории. В этой связи целью настоящей работы стал анализ и систематизация данных о видовом составе растений, произрастающих в естественных условиях и искусственно созданных фитоценозах на изучаемой территории. Для достижения указанной цели были: 1) проведен анализ климатических условий объекта исследований, 2) составлен перечень преобладающих видов растений степной экосистемы Республики Казахстан, 3) систематизированы данные о доминирующих видах растений, произрастающих в естественных условиях Акмолинской области, 4) структурированы сведения о видах растений, образующих искусственные насаждения г. Астаны и его окрестностей; 5) разработаны рекомендации для поддержания естественного видового разнообразия флоры на городской и прилежащей к ней территории столицы Казахстана. Методами решения поставленных задач послужили: анализ специальной литературы и собственные наблюдения.
Результаты и их обсуждение. Астана расположена в пределах степной естественной экосистемы. Урбанизированная территория занимает западную окраину Казахского мелкосопочника, которая сложена остатками древней горной территории, выровненной процессами денудации и выветривания, и в значительной мере погребенной под рыхлыми продуктами разрушения коренных пород. Город размещен на степной равнине, образованной низкими надпойменными террасами и занимает оба берега р. Ишим [8].
Климат на изучаемой территории резко континентальный. Зима продолжительная, морозная и сопровождается низкими температурами. Лето сухое и жаркое, наблюдаются частые засухи. Продолжительность холодного периода 163-171 день, теплого - 194-202 дня2. Среднегодовая температура воздуха 3,1°С, зимой —15°С, в летний период -20°С [1].
Зима начинается в декабре и длится до начала апреля, она характеризуется суровостью климата и низкой температурой воздуха; абсолютный минимум был зафиксирован в январе 1893 года (-51,6°С). Температура ниже сорока градусов опускалась в декабре 1929 года (-43,5°С) и феврале 1895 года (-48,9°С). Число метельных дней может достигать 30, число дней с туманами - 60 и более. Первый снег выпадает в ноябре. Средняя мощность устойчивого снежного покрова 30 см сохраняется 130-140 дней.
Весна длится 1,5-2 месяца, температура апреля в среднем колеблется от 8°С до 10°С, в мае - от 12°С до 16°С. Среднегодовая влажность воздуха в 2013 году была на уровне 69 %, в 2010 году - 59 %.
Лето в Астане начинается в конце мая и заканчивается в сентябре. Средняя температура этого времени года составляет 18°С, максимум температуры приходится на июль. Абсолютный максимум был зафиксирован в июле 1936 года, он составил 41,6°С.
Осень очень короткая. К октябрю температура воздуха опускается до отметки -8°С, абсолютный минимум в этом месяце равнялся -25,3°С в 1914 году, месячный максимум атмосферных осадков составил 71 мм в 1995 году [4].
Количество часов солнечного сияния за год 2200. Ветровой режим характеризуется преобладанием ветров юго-западного направления. Скорость ветра может доходить до 15 м/сек; раз в 20 лет фиксируется превышение указанной скорости ветра. Количество осадков в год составляет порядка 300 мм. Исследуемый регион характеризуется резко выраженным недостаточным увлажнением и наличием пыльных бурь [3].
Степная зона Республики включает три подзоны: разнотравно-ковыльную (засушливую), типчаково-ковыльную и ксерофитно-разнотравно-типчаково-ковыльную степи, которые отличаются типами почв и произрастающими на них фитоценозами (табл. 1).
Таблица 1 - Типы почв и преобладающие виды растений степной экосистемы Республики Казахстан
(составлено по мате зиалам, опубликованным на официальном сайте ТОО «НИПИ «Астанагенплан» [10])
Подзоны Почвы Преобладающие виды растений
Разнотравно-ковыльные (засушливые) степи Черноземы южные малогумусовые Ковыль (Stipa), типчак (Festuca valesiaca), тонконог (Koeleria), шалфей (Salvia stepposa), зопник (Phlomis tuberosa), вероника (Veronica spicata) и др.
Карбонатный малогумусовый чернозем Ковыль Коржинского (Stipa korshinskyi), типчак (Festuca valesiaca), ковылок (Stipa lessingiana)
Малоразвитый южный чернозем Овсяница (Festuca), астра (Aster), вероника (Veronica), полынь (Artemisia), жабрица (Seseli) и др.
Солонцеватый южный чернозем Полынь (Artemisia), грудница (Linosiris villosa, Linosiris tatarica)
Типчаково-ковыльные степи Темно-каштановые Типчак (Festuca valesiaca), ковыль (Stipa), тонконог (Koeleria), грудницы (Linosiris villosa, Linosiris tatarica), полынь австрийская (Artemisia austriaca), зопник колючий (Phlomis pungens), зопник клубненосный (Phlomis tuberosa), солонечник (Galatella linosyris) и др.
Солонцеватые темно-каштановые Типчак (Festuca valesiaca), ковыль (Stipa), полынь (Artemisia) грудницы (Linosiris villosa, Linosiris tatarica)
Ксерофитно-разнотравно-типчаково-ковыльные степи Средне-каштановые Ковыль (Stipa), типчак (Festuca valesiaca), тырса (Stipa capillata), тонконог (Koeleria), житняк (Agropyron), вострец (Leymus ramosus), грудницы (Linosiris villosa, Linosiris tatarica), солонечник (Galatella linosyris), прутняк (Kochia prostrata), ферула татарская (Ferula tatarica)
Данные, приведенные в табл. 2, были получены на основе собственных наблюдений и материалов, опубликованных на официальном сайте ГУ «Управление архитектуры и градостроительства г. Астаны» [5], [7].
Таблица 2 - Доминирующие виды растений Акмолинской области
Род Вид
Класс: Однодольные (Liliopsida)
Семейство: Злаки (Poaceae)
Ковыль (Stipa) Ковыль-волосатик (Stipa capillata)
Ковыль Лессинга (Stipa lessingiana)
Ковыль перистый (Stipa pennata)
Ковыль сарептский (Stipa sareptana)
Овсяница (Festuca) Типчак (Festuca valesiaca)
Овсяница красная (Festuca rubra)
Овсяница луговая (Festuca pratensis)
Пырей (Elytrigia) Пырей гребенчатый (Agropyron cristatum)
Житняк гребневидный (Agropyron pectinatum)
Пырей (Elytrigia) Пырей ползучий (Elytrigia repens)
Тонконог (Koeleria) Тонконог гребенчатый (Koeleria cristata)
Вейник (Calamagrostis) Вейник наземный (Calamagrostis epigejos)
Костер (Bromus) Костер безостый (Bromus inermis)
Лисохвост (Alopecurus) Лисохвост луговой (Alopecurus pratensis)
Прибрежница (Aeluropus) Прибрежница солончаковая (Aeluropus littoralis)
Бескильница (Puccinellia) Бескильница расставленная (Puccinellia distans)
Окончание табл. 2 - Доминирующие виды растений Акмолинской области
Род Вид
Бекмания (Beckmannia) Бекмания обыкновенная (Beckmannia eruciformis)
Мятлик (Poa) Мятлик луговой (Poa pratensis)
Мятлик луковичный (Poa bulbosa)
Двукисточник (Phalaroides) Двукисточник тростниковый (Phalaroides arundinacea)
Тростник (Phragmites) Тростник южный (Phragmites australis)
Семейство: Осоковые (Cyperaceae)
Осока (Carex) Осока лисья (Carex vulpina)
Осока черноколосая (Carex melanostachya)
Осока светлая (Carex diluta)
Семейство: Лилейные (Liliaceae)
Тюльпан (Tulipa) Тюльпан Шренка (Tulipa suaveolens)
Класс: Двудольные (Dicotyledones)
Семейство: Астровые (Asteraceae)
Пиретрум Pyrethrum Пиретрум щитковый (Pyrethrum)
Пупавка (Anthemis) Пупавка Корнух-Троцкого (Anthemis trotzkiana)
Полынь (Artemisia) Полынь белая (Artemisia lercheana Web.)
Полынь (Artemisia) Полынь австрийская (Artemisia austriaca)
Полынь сорная (Artemisia scoparia Waldst. Et Kit.)
Полынь черная (Artemisia pauciflora)
Полынь кустарниковая (Artemisia proceriformis)
Полынь понтийская (Artemisia pontica)
Полынь однотычинковая (Artemisia monogina)
Тысячелистник (Achillea) Тысячелистник благородный (Achillea nobilis)
Девясил (Inula) Девясил британский (Inula britannica)
Семейство: Бобовые (Leguminosae)
Солодка (Glycyrrhiza) Солодка голая (Glycyrrhiza glabra)
Солодка щетинистая (Glycyrrhiza echinata)
Карагана (Caragana) Карагана-кустарник (Caragana flutex)
Люцерна (Medicago) Люцерна серповидная (Medicago falcata)
Копеечник (Hedysarum) Копеечник Разумовского (Hedysarum razoumovianum)
Семейство: Молочайные (Euphorbiaceae)
Молочай (Euphorbia) Молочай Сегиеровский (Euphorbia sequieriana)
Семейство: Розовые (Rosaceae)
Лапчатка (Potentilla) Лапчатка белеющая (Potentilla dialbata)
Таволга (Filipendula) Таволга зверобоелистная (Spiraea hypericifolia)
Таволга городчатая (Spiraea crenata)
Шиповник (Rosa) Шиповник коричный (Rosa majalis)
Земляника (Fragaria) Земляника лесная (Fragaria vesca)
Слива(Prunus) Черемуха обыкновенная (Prunus padus)
Рубус (Rubus) Ежевика (Rubus caesus)
Семейство: Амарантовые (Chenopodiaceae)
Лебеда (Atriplex) Лебеда седая (Atriplex cana)
Лебеда (Atriplex) Лебеда татарская (Atriplex tatarica)
Камфоросма (Camphorosma) Камфоросма (Camphorosma monspeliaca)
Лебеда (Atriplex) Обиона бородавчатая (Halimione verrucifera)
Бассия (Bassia) Бассия седая (Bassia sedoides)
Прутняк (Kochia) Прутняк (изень) (Kochia prostrata)
Рогач (Ceratocarpus) Рогач сумчатый (Ceratocarpus utriculosus)
Семейство: Березовые (Betulaceae)
Береза (Betula) Береза пушистая (Betula pubescens)
Семейство: Вязовые (Ulmaceae)
Вяз (Ulmus) Вяз гладкий (Ulmus laevis)
Семейство: Ивовые (Salicaceae)
Тополь (Populus) Осина (Populus tremula)
Тополь белый (Populus alba)
Тополь черный (осокорь) (Populus nigra)
Тополь пирамидальный (Populus pyramidalis)
Ива (Salix) Ива пепельно-серая (Salix cinerea)
Ива белая (Salix alba)
Ива трехтычинковая (Salix triandra)
Из табл. 2 видно, что видовое разнообразие растительных сообществ Акмолинской области насчитывает более 65 видов растений, относящихся к трем семействам класса однодольных и восьми семействам класса двудольных растений.
По внешнему периметру города искусственно создан зеленый пояс общей площадью 73000 га. При этом каждый год засаживается территория равная пяти тысячам гектаров [11]. В работе О.С. Телегиной и Е.П. Вибе [9] рассмотрено состояние искусственных насаждений зеленого пояса, согласно которым доминирующими видами являются: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), береза повислая (Betula pendula), вяз приземистый (Ulmuspumila), клен ясенелистный (Acer negundo), тополь бальзамический (Populus balsamifera), лох узколистный (Elaeagnus angustifiolia), ива ломкая (Salix fragilis) и др. (табл. 3).
Таблица 3 - Основные виды растений искусственно созданной зеленой зоны вокруг Астаны
Семейство Род Вид
Класс: Хвойные (Pinophyta)
Сосновые (Pinaceae) Сосна (Pinus) Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)
Класс: Двудольные (Dicotyledones)
Березовые (Betulaceae) Береза (Betula) Береза повислая (Betula pendula)
Вязовые (Ulmaceae) Вяз (Ulmus) Вяз приземистый (Ulmus pumila)
Сапиндовые (Sapindaceae) Клен (Acer) Клен ясенелистный (Acer negundo)
Ивовые (Salicaceae) Тополь (Populus) Тополь бальзамический (Populus balsamifera)
Тополь пирамидальный (Populus pyramidalis)
Ива (Salix) Ива ломкая (Salix fragilis)
Лоховые (Elaeagnaceae) Лох (Elaeagnus) Лох узколистный (Elaeagnus angustifiolia)
Розовые (Rosaceae) Боярышник (Crataegus) Боярышник обыкновенный (Crataegus laevigata)
Яблоня (Malus) Яблоня сибирская (Malus baccata)
Слива (Prunus) Вишня Бессея (Cerasus besseyi)
Черемуха виргинская (Prunus virginiana)
Бобовые (Fabaceae) Карагана (Caragana) Акация желтая (Caragana arborescens)
Кизиловые (Comaceae) Кизил (Cornus) Дерен белый (Cornus alba)
Жимолостные (Caprifoliaceae) Жимолость (Lonicera) Жимолость татарская (Lonicera tatarica)
Крыжовниковые (Grossulariaceae) Смородина (Ribes) Смородина золотистая (Ribes aureum)
Из табл. 3 следует, что видовой состав искусственного фитоценоза, созданного за пределами г. Астаны представлен преимущественно древесными и древесно-кустарниковыми растениями. При этом, как показали собственные наблюдения, травянистый покров достаточно редкий и большая часть площади территории не покрыта травянистой растительностью. Кроме того, видовой состав растений зеленого пояса г. Астаны существенно отличается от естественной растительности, характерной для Акмолинской области.
Столица Республики расположена в типчаково-ковыльной степи на темно-каштановых почвах. Типичной растительностью для данной территории является: типчак (Festuca valesiaca), ковыль (Stipa), тонконог (Koeleria), грудницы (Linosiris villosa, Linosiris tatarica), полынь (Artemisia), зопник колючий (Phlomis pungens), зопник клубненосный (Phlomis tuberosa), солонечник (Galatella linosyris) и др.
В таблице 4 приведены основные сведения о флоре г. Астаны, полученные Э.В. Обезинской, А.Е. Кебекбаевым, Е.И. Крижановской, А.А. Либрик [6] в результате мониторинга зеленых насаждений в сквере Шахматистов Астаны. Анализ парков и скверов города, показал, что это типичная растительность для изучаемой территории, которая, в основном, согласуется с растительностью, высаживаемой за пределами города. Вместе с этим наблюдается отсутствие выраженного травянистого покрова.
Таблица 4 - Флора г. Астаны в скверах и парках
Семейство Род Вид
Класс: Двудольные (Dicotyledones)
Ивовые Тополь Тополь пирамидальный (Populus pyramidalis)
(Salicaceae) (Populus) Осина обыкновенная (Populus tremula)
Березовые (Betulaceae) Береза (Betula) Береза повислая (Betula pendula)
Маслиновые (Oleaceae) Ясень (Fraxinus) Ясень зеленый (Fraxinus lanceolata)
Астровые (Asteraceae) Тагетес (Tagetes) Тагетес прямостоячий (Tagetes erecta)
Окончание табл. 4 - Флора г. Астаны в скверах и парках
Семейство Род Вид
Розовые (Rosaceae) Груша (Pyrus) Груша уссурийская (Pyrus ussuriensis)
Яблоня (Malus) Яблоня сибирская (Malus baccata)
Слива (Prunus) Вишня степная (Prunus fruticosa)
Класс: Хвойные (Pinophyta)
Сосновые (Pinaceae) Сосна (Pinus) Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)
Ель (Picea) Ель колючая (Picea pungens)
Ель сибирская (Picea obovata)
В заключение отметим, что при создании искусственных растительных сообществ в г. Астане необходимо высаживать растения, характерные для региона, а именно представителей семейств: злаки (Poaceae), астровые (Asteraceae), бобовые (Leguminosae), молочайные (Euphorbiaceae), розовые (Rosaceae), амарантовые (Chenopodiaceae). Из березовых дополнить список высаживаемых видов березой пушистой (Betula pubescens), из вязовых - вязом гладким (Ulmus laevis), из ивовых - тополем белым (Populus alba) и тополем черным (Populus nigra), ивой пепельно-серой (Salix cinerea), ивой белой (Salix alba) и ивой трехтычинковой (Salix triandra). Это позволит при создании искусственных фитоценозов сохранить естественное разнообразие видов растений степной экосистемы в городских условиях.
Список литературы / References
1. Акмолинская область: Энциклопедия. - Алматы: ТОО «Казак энциклопедиясы», 2009. - 544 с.
2. Астана - столица Республики Казахстан // Официальный сайт Президента Республики Казахстан. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.akorda.kz/ru/republic_of_kazakhstan/astana
3. Гвоздецкий Н.А. Казахстан: очерк природы / Н.А. Гвоздецкий, В.А. Николаев. - М.: Мысль, 1971. - 295 с.
4. Кожахметова Э.П. Об изменении температурного режима Астаны и ее окрестностей / Э.П. Кожахметова, П.Ж. Кожахметов // Гидрометеорология и экология. - 2014. - № 1. - С. 7-15.
5. Краткая пояснительная записка ГКП «НИПИ Генерального плана г. Астаны» // Официальный сайт ГУ «Управление архитектуры и градостроительства г. Астаны». - 2010. - 227 с. - URL: http ://www. saulet. astana.kz/management/org/5/
6. Мониторинг состояния зеленых насаждений города Астаны (на примере сквера «Шахматистов») / Э.В. Обезинская, А.Е. Кебекбаев, Е.И. Крижановская, А.А. Либрик // Актуальные проблемы лесного комплекса. -2015. - № 41 - С. 199-202.
7. Нысанбаев А. Республика Казахстан: энциклопедический справочник / А. Нысанбаев, А.А. Абдулин. - Алматы: ТОО «Казак энциклопедиясы», 2001. - 582 с.
8. Ордабаев С.И. Казахстан: страна и люди, природа, история, экономика, культура / С.И. Ордабаев. - М.: Парад, 2007. - 459 с.
9. Телегина О.С. Состояние искусственных насаждений зеленой зоны города Астаны / О.С. Телегина, Е.П. Вибе // Сб. Современные технологии в сельскохозяйственной науке и производстве: Сб. докладов научно-практической конференции ученых и специалистов ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока». - Саратов: Изд-во «Научная книга», 2016. - С. 391-393.
10. Товарищество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский проектный институт «Астанагенплан». - URL: http://astanagenplan.kz/
11. Today.kz Новости: Назарбаев сравнил создание зеленой зоны Астаны со строительством нового города. - URL: https://goo. gl/ZMWNsz
Список литературы / References in English
1. Akmolinskaja oblast': Jenciklopedija. [Akmola region: Encyclopedia] - Almaty: TOO «Kazak jenciklopedijasy» [LLP Kazakh encyclopedia], 2009. - 544 P. [in Russian]
2. Astana - stolica Respubliki Kazahstan [Astana - the capital of the Republic of Kazakhstan] // Oficial'nyj sajt Prezidenta Respubliki Kazahstan. [Jelektronnyj resurs]. [Official site of the Prezident of the Republic of Kazakhstan. [Electronic resource]. - Rezhim dostupa: http: //www.akorda.kz/ru/republic_of_kazakhstan/astana [in Russian]
3. Gvozdeckij N.A. Kazahstan: ocherk prirody [Kazakhstan: Sketch of the nature] / N.A. Gvozdeckij, V.A. Nikolaev. -M.: Mysl', 1971. - 195 P. [in Russian]
4. Kozhahmetova Je.P. Ob izmenenii temperaturmogo rezhima Astany i ee okrestnostej [About changing of the Astana's tempreature in her environs] / Je.P. Kozhahmetova, P.Zh. Kozhahmetov // Gidrometeorologija i jekologija [Hydrometeorology and ecology]. - 2014. - № 1. - P. 7-15. [in Russian]
5. Kratkaya pojasnitel'naja zapiska GKP «NIPI General'nogo plana g. Astany» // Oficial'nyj sajt GU «Upravlenie arhitektury i gradostroitel'stva g. Astany». [Executive Summary SCE «Research and Design Institute of Astana // Official site of GU «Department of Architecture and Urban Planning in Astana»]. 2010. - 227 p. - URL: http://www.saulet.astana.kz/management/org75/ [in Russian]
6. Monitoring sostojanija zelenyh nasazhdenij goroda Astany ( na primere skvera «Shahmatistov») [Monitoring of the green plantations of Astana city (in «Chess Players» square) / Je.V. Obezinskaja, A.E. Kebekbaev, E.I. Krizhanovskaya, A.A. Librik // Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa [Actual problems of the forest complex]. - 2015. - № 41 - 199-202 P. [in Russian]
7. Nysanbaev A. Respublika Kazahstan: jenciklopedicheskij spravochnik [Nysanbaev A. Republic of Kazakhstan: the ecyclopedic reference book] / A. Nysanbaev, A.A. Abdulin. - Almaty: TOO «Kazak jenciklopedijasy» [LLP «Kazakh encyclopedia], 2001. - 582 P. [in Russian]
8. Ordabaev S.I. Kazahstan: strana i ljudi, priroda, istorija, jekonomika, kul'tura [Kazakhstan: the country and people, nature, history, economy, culture] / S.I. Ordabaev. - M.: Parad, 007. - 459 P. [in Russian]
9. Telegina O.S. Sostojanie iskusstvennyh nasazhdenij zelenoj zony goroda Astany [Condition of artificial plants of the green zone of Astana city] / O.S. Telegina, E.P. Vibe // Sb. Sovremennye tehnologii v sel'skohozjajstvennoj nauke i proizvodstve: Sb. dokladov nauchno-prakticheskoj konferencii uchenyh i specialistov FGBNU «NIISH Jugo-Vostoka» [Collection of modern technology in agricultural science and production: Collection the scientific-practical conference of scientists and experts FSSI «Agricultural Research Institute of South-East]. - Saratov: Izd-vo «Nauchnaja kniga», 2016. - 391393 P. [in Russian]
10. Tovarishestvo s ogranichennoj otvetstvennost'ju «Nauchno-issledovatel'skij proektnij institut «Astanagenplan» [Limited Liability Company Research Institute «Astanagenplan»]. - URL: http://astanagenplan.kz/ [in Russian]
11. Today.kz novosti: Nazarbaev sravnil sozdanie zelenoj zony Astany so stroitel'stom novogo goroda [Today.kz news: Nazarbayev compared the creation of a green zone of Astana with the construction of the new city]. - URL: https://goo.gl/ZMWNsz [in Russian]
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.57.092 Савельева В.В.1, Джавахия В.В.2, Глаголева Е.В.3, Глаголев В.И.4, Савушкин В.А.5
1 Аспирант, младший научный сотрудник, 2кандидат биологических наук, заведующий лабораторией,
3 4 5
,, инженер,
Федеральное государственное учреждение Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук ОПТИМИЗАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ STREPTOMYCES HYGROSCOPICUS - ПРОДУЦЕНТА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ СУБСТАНЦИИ РАПАМИЦИНА
Аннотация
Рапамицин является продуктом метаболизма актиномицета S. hygroscopicus и представляет собой азотсодержащий макролид. В настоящее время рапамицин и его производные имеют широкое клиническое применение в качестве противоопухолевых и иммуносупрессивных агентов.
В данном исследовании проводилась оптимизация питательной среды для штамма S. hygroscopicus R 33-41 при помощи метода математического планирования эксперимента. Оптимизация ферментационной среды совмещала в себе планирование полного факторного эксперимента (ПФЭ 23) с методами крутого восхождения и движения по градиенту концентрации. Параметр оптимизации - количество целевого вещества (рапамицина) по окончанию культивирования. Применение данного метода позволило повысить выход рапамицина на 24,7%.
Ключевые слова: Streptomyces hygroscopicus, рапамицин, питательная среда, оптимизация.
Saveleva V.V.1, DzhavakhiyaV.V.2, Glagoleva E.V.3, Glagolev V.I.4, Savushkin V.A.5
Postgraduate student, Junior Researcher, 2PhD in Biology, 3,4,5Engineer, Federal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology», Russian Academy of Sciences NUTRIENT MEDIUM OPTIMIZATION FOR STREPTOMYCES HYGROSCOPICUS, A PRODUCER OF RAPAMYCIN PHARMACEUTICAL SUBSTANCE
Abstract
Rapamycin is a nitrogen-containing macrolide produced by Streptomyces hygroscopicus. Today rapamycin and its derivatives are widely used as anti-tumor and immunosuppressive agents. In this study the nutrient medium for S. hygroscopicus R 33-41 strain was optimized using design-of-experiments methodology. The performed medium optimization combined the planning of a full factorial design (FFD 23) with the steepest ascent method and movement along concentration gradient. The amount of a target substance (rapamycin) to the end offermentation was chosen as the optimization parameter. The application of this method provided a 24.7% increase in the rapamycin output.
Keywords: Streptomyces hygroscopicus, rapamycin, nutrient medium, optimization.
Введение
Со времен открытия стрептомицина в 1943 году [1, C. 103-105], было показано, что стрептомицеты (лат. Streptomyces) образуют тысячи соединений (антибиотики, иммуносуппрессанты, противоопухолевые вещества и др.), обладающих большим потенциалом использования в различных отраслях жизнедеятельности человека. Метаболиты, образующиеся в процессе жизнедеятельности актиномицетов, составляют около 2/3 от всех известных антибиотических веществ [2]. Одним из наиболее важных веществ, синтезируемых стрептомицетами, является рапамицин - ингибитор mTOR (от англ. mammalian target of rapamycin), и после циклоспорина, наиболее широко используемый иммуносуппресант микробиологического происхождения [3, C. 102-108].
Несмотря на значимость использования и широкий спектр возможностей применения рапамицина в медицине, его получение ограничивается низкой продуцирующей способностью природных штаммов (например, S. hygroscopicus AY-BI1206 [4, C. 436-439], S. hygroscopicus NRRL 5491 [5, C. 727-732]), что увеличивает себестоимость субстанции и снижает возможные объемы его промышленного производства.
Оптимизация питательной среды является главным фактором в повышении выхода продукта, поскольку образование антибиотических веществ регулируется в основном условиями культивирования микроорганизмов [6, C. 56-102]. Традиционно состав питательной среды, оптимальной для выращивания продуцентов, определялся методом длительного эмпирического подбора, в ходе которого устанавливается качественный и количественный состав среды [7, C. 19-23], [8], [9]. В настоящее время при оптимизации питательных сред для микроорганизмов все шире
