CC BY
79
Известия Саратовского университета. 2010. Т. 10. Сер. Хпмпя Бполотя Экология, вып. 1
13. Захаров В.Ю. Концепция биомониторинга как составной части комплексного экологического мониторинга // Экологический мониторинг, ML; Ижевск, 2002. С.42-54.
14. География и мониторинг биоразнообразия. М., 2002. 432 с.
15. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Теоретические подходы и практические рекомендации по созданию и внедрению системы биологического мониторинга на объектах по уничтожению химического оружия // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2004. Вып.7. С.119-130.
16. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Экологические и исторические аспекты уничтожения химического оружия в Саратовской области // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2005. Вып.8. С.88-96.
17. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т.В. Экологические проблемы уничтожения химического оружия в Саратовской области // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2005. Вып.8. С.97-105.
18. Толстых А.В,, Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова Т. В. Разработка, внедрение и эксплуатация системы биологического мониторинга на объекте по уничтожению химического оружия в Саратовской области // Поволж. экол. журн. Спец. вып. Саратов, 2005. С.47-62.
19. Шляхтин Г.В., Толстых A.B., Завьялов Е.В., Перевозникова Т. В. Оценка морфогенетического гомеостаза живых компонентов экосистем в системе биологического
мониторинга (на примере объекта по уничтожению химического оружия в нос. Горный Саратовской области) .// Поволж. экол. журн. Спец. вып. Саратов, 2005. С.83-102.
20. Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Перевозникова ТВ. Интегральная оценка состояния живых компонентов экосистем в биологическом мониторинге объектов по уничтожению химического оружия (на примере пос. Горный Саратовской области) // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2006. Вып.9. С.82-90.
21. Перевозникова ТВ., Шляхтин Г.В., Завьялов Е.В., Бе-резуцкий М.А. Теоретические и практические подходы к выделению модельных площадей как основополагающий этап в организации биомониторинговых наблюдений на объектах по уничтожению химического оружия // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Саратов, 2006. Вып.9. С.97-102.
22. Перевозникова Т. В, Система биологического мониторинга вокруг объектов по уничтожению химического оружия (на примере терминала в пос. Горный Саратовской области): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Саратов, 2007. 20 с.
23. Захаров В.М. и др. Биотест: Интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. М., 1993. 68 с.
24. Захаров В.М. и др. Последствия чернобыльской катастрофы: Здоровье среды. М., 1996. 170 с.
25. Захаров В.М., Баранов A.C., Борисов В.П., Валецкий A.B. Здоровье среды: методика оценки. М., 2000. 68 с.
УДК 577.35
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
НА ПРИРОСТ ОДНОКЛЕТОЧНОЙ ВОДОРОСЛИ SCENEDESMUS
ДА Усанов, A.B. Скрипаль, A.B. Рзянина, А.Д. Усанов
Саратовский государственный университет E-mail: [email protected]
Исследована зависимость прироста биомассы одноклеточной водоросли Scenedesmus от времени воздействия переменного низкочастотного магнитного поля. Установлено, что длительность культивирования водоросли в переменном магнитном поле можно сократить до 3 суток. Этого достаточно, чтобы существенно повысить скорость роста одноклеточной водоросли Scenedesmus. Ключевые слова: одноклеточные водоросли Scenedesmus, переменное магнитное поле, биомасса.
Influence of Action Time of Variable Low-Frequency Magnetic Field on the Growth of Single-Celled Alga Scenedesmus
D.A. Usanov, A.V. Skripal, A.V. Rzyanina, A.D. Usanov
The dependence of biomass growth of single-ceil alga Scenedesmus on action time of variable low-frequency magnetic field has been investigated.
!t has been established that the iong of cultivation of the alga in variable magnetic field can be to reduce up to 3 days. That is enough for essential increase of growth rate of single-cell alga Scenedesmus. Key words: single-cell alga, Scenedesmus, variable magnetic field, biomass.
Введение
Фотосинтезирующие организмы, в частности микроводоросли, привлекают все большее внимание исследователей в области биотехнологии. По своим морфологическим, физиолого-биохимическим характеристикам микроводоросли являются общепризнанным объектом массового культивирования для нужд биотехнологического производства.
Для этой цели, в частности, могут быть использованы одноклеточные водоросли -хлорелла и сценедесмус [1-4]. Это довольно неприхотливые, быстро делящиеся водоросли. При выращивании в благоприятных условиях процесс деления их клеток занимает примерно 12 часов. Фотосинтез в этих организмах некоторое время может продолжаться
© ДА, Усанов, A.B. Скрипаль, A.B. Рзянина, АД Усанов, 2010
ДА Усанов и др. Влияние длительности воздействия переменного магнитного поля
и в темноте за счет энергии, запасенной в «светлый» период. Для увеличения выхода биомассы требуется регулярное перемешивание суспензии водорослей. Ясно, что исследования, связанные с повышением скорости роста водорослей и, следовательно, с повышением выхода биомассы, представляют как научный, так и практический интерес.
В последнее время накоплено большое количество экспериментальных данных по воздействию слабых магнитных полей на биологические объекты и водные растворы биомолекул [5~9]. В ряде работ, например, в [10], показано опосредованное влияние магнитного поля на живые организмы. То есть воздействие магнитного поля, как на биообъекты, так и на среды их обитания, может оказывать влияние на жизнедеятельность организмов. В частности, можно предположить, что результатом такого воздействия будет изменение скорости их размножения. Поэтому представляет интерес исследование изменения скорости роста водорослей в результате воздействия низкочастотного магнитного поля с целью выявления возможности повышения эффективности технологии получения сырья для биотехнологического производства.
В результате ранее проведенных исследований по воздействию магнитного поля на плодовитость пресноводного рачка - Daph-nia magna Straus, являющегося тест-объектом при оценке состояния водной среды [11-14], было установлено, что выраженный эффект повышения плодовитости наблюдался при частоте воздействующего магнитного поля 6 Гц с индукцией 25 мТл и времени воздействия не менее 60 мин. В ряде работ при исследовании воздействия магнитного поля на биообъекты и среды их обитания не указывалось время воздействия. Однако авторами работ [15-17] подчеркивалась высокая значимость влияния этого фактора на результат воздействия. Кроме научной значимости при производстве биомассы он может иметь и экономическое значение.
В этой связи целью настоящей работы явилось исследование влияния времени воздействия низкочастотного магнитного поля с
индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц на скорость роста одноклеточной водоросли 8сежс1е8тт.
Методика эксперимента
В качестве тест-объекта нами была выбрана лабораторная культура одноклеточной водоросли 8сепес1е$тт. Культивирование водоросли осуществлялось при температуре 20™ 25°С в конических колбах объемом 250 мл, на одну треть заполненных питательной средой. Для приготовления питательной среды использовалась аквариумная стерилизованная вода с добавлением солей. Для приготовления 3-х литров среды в стерильную аквариумную воду добавляли: 0.24 г М§ 804, 0.024 г КН2 Р04, 0.3 г КМ03, 0.3 мл БеСЬ 6Н20. Культуру водоросли перемешивали 1-2 раза в сутки для предотвращения оседания клеток водоросли на дно и обогащения культуры С02. Пересев культуры 8сепес1е$тт проводили не реже одного раза в 10 дней. Для этого стерильной пипеткой производили забор части «старой» культуры и вносили ее в свежую питательную среду в соответствии с рекомендациями, данными в [17, 18].
Для проведения эксперимента культуру одноклеточной водоросли 8сепейе8гп№ помещали в переменное низкочастотное магнитное поле с индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц. Образцы подвергались воздействию магнитного поля в течение различных периодов времени (1, 2, 3, 4, 5, 6 суток). Далее за всеми образцами на протяжении и 6-7 сут проводилось наблюдение. Ежедневно под-считывалось количество клеток водоросли в 1 мл раствора для определения скорости роста культуры в образцах, подвергнутых омаг-ничиванию в течение различных периодов времени.
Источником магнитного поля служил вращающийся диск диаметром 25 см, на котором были радиально прикреплены чередующиеся по полярности постоянные магниты с осью намагничивания, перпендикулярной плоскости диска. Диск помещался непосредственно под колбу с культурой водоросли и вращался с помощью электродвигателя
Экология
77
Известии Саратовского университета. 2010. Т. 10. Сер. Химия Биология. Экология, вып. 1
в горизонтальной плоскости с фиксированной скоростью, обеспечивающей наличие в любой точке рабочей камеры переменного поля заданной частоты. Амплитуда индукции магнитного поля Н внутри камеры вблизи ее дна составляла 25 мТл. Было исследовано влияние магнитного поля с частотой 6 Гц.
Результаты эксперимента
В результате проведенных экспериментов была получена зависимость прироста клеток одноклеточной водоросли Бсепейеь-тт от времени предварительного воздействия на культуру переменного низкочастотного магнитного поля с индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц (рис. 1).
12 3 4
Время омлгшгншгашя. суп
Рис. 1. Зависимости прироста клеточной массы (отношения начальной и конечной концентрации клеток) от времени воздействия магнитного поля
Из результатов, приведенных на рис. 1, видно, что существенный прирост клеточной массы наблюдается, начиная с 2-3-х суток предварительного облучения, т.е. для стимуляции роста клеток под действием переменного магнитного поля необязательно постоянно держать культуру в поле действия магнитов. Можно предположить, что стимуляция произойдет, если дать предварительный «толчок» в виде воздействия на биосреду переменным магнитным полем с индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц в течение определенного времени, что в дальнейшем приведет к существенному приросту биомассы клеток.
На рис. 2 представлены данные о приросте клеточной массы в образцах, обработанных переменным магнитным полем с индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц, по сравнению с контролем. Видно, что более длительная обработка дает большее увеличение выхода клеток.
прирост в контроле
прирост в машитном поле
1 2 3 4 5-6 Время амягнггшвпнпя, сут .
Рис.2. Прирост клеточной биомассы (отношение начальной и конечной концентрации клеток) в образцах, подвергнутых воздействию магнитного поля, по сравнению с контролем
На рис. 3 приведены результаты определения скорости прироста клеток в зависимости от времени воздействия магнитного поля.
1,6 г
2 3 4 5 6 Время ома* ничивания, суп
Рис.3. Скорость прироста клеток одноклеточной водоросли Зсепес1е$1пш
Видно (рис.3), что кривая скорости прироста клеток в сутки для культур клеток, обработанных магнитным полем двое и более суток, идет значительно выше, чем для контрольной культуры и культуры, обработанной магнитным полем в течение одних суток. Начиная с 3-суточной обработки культуры клеток магнитным полем, наблюдается сначала рост кривой скорости прироста клеток с последующим выходом на плато. Следует также отметить, что кривые скорости прироста клеток в этом случае идут выше, чем при менее длительной обработке. Начиная с 3-суточной обработки, зависимости скорости прироста клеток от времени омагничивания
78
Научный отдел
ДА Vcанов и др. Влияние длительности воздействия переменного магнитного поля
отличаются слабо. Следовательно, при использовании описанной технологии культивирования одноклеточной водоросли можно ограничить время воздействия магнитного поля тремя сутками.
Заключение
Таким образом, в результате исследования воздействия низкочастотного магнитного поля с индукцией 25 мТл и частотой 6 Гц на скорость роста одноклеточной водоросли Scenedesmus в зависимости от времени воздействия магнитного поля установлено, что длительность культивирования водоросли в переменном магнитном поле можно сократить до 2~3 суток. Этого достаточно, чтобы существенно повысить скорость роста тестируемой культуры и увеличить выход биомассы клеток.
Библиографический список
1. Дебабов В.Г. Биотопливо // Биотехнология. 2008. №1. С.3-14.
2. Калюжный C.B. Энергетический потенциал анаэробного сбраживания отходов с получением биогаза и использованием микробных топливных элементов в условии России // Биотехнология. 2008. №3. С.3-12.
3. Рокосов Ю.В. Геохимия процессов образования и гидротермального разложения сапропелитового керогена: Дис. ... д-ра reo л.-минер ал. наук: 25.00.09. Кемерово, 2004. 334 с.
4. Миллиметровые волны и фотосинтезирующие организмы/Под ред. Ю.В. Гуляева, А.Х. Тамбиева. М., 2003. 175 с.
5. Казначеев В.П., Михайлова АЛ Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. Новосибирск, 1985. 184 с.
6. Fesenko Е.Е., Gluvstein A. Va. Changes in the state of water induced by radiofrequency electromagnetic fields // FEB S Letters. 1995. Vol.367. P.53-55.
7. Фесенко E.E., Новиков В.В., Кувичкин В.В., Яблокова Е.В. Действие обработанных слабыми магнитными полями водно-солевых растворов на собственную флуоресценцию БСА // Биофизика. 2000. T.45. С.232-239.
8. Лехтлаан-Тыниссон Н.П., Шапошникова Е.Б., Холмогоров В.Е. Действие магнитного поля низкой частоты на культуру бактерий Е. coli Н Вестн. ВГ У. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2003. №2. С.145-147.
9. Беляченко Ю.А., У санов А. Д., Тырнов. B.C., Усанов ДА. Влияние низкочастотного магнитного поля на митотиче-скую активность клеток сорго // Биомедицинская радиоэлектроника. 2007. №11. С.57-60.
10. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль A.B., Усанов АД. Влияние внешнего переменного магнитного поля на частоту сердцебиений пресноводного рачка - дафнию // Биомедицинская радиоэлектроника. 2001. №8. С.57-61.
11. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль A.B., Усанов АД., Панасенко В. И. Дафния как биоиндикатор электромагнитных воздействий на водную среду // Петербургский журнал электроники. 2001. №4. С.38-42.
12. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль A.B., Усанов АД. Воздействие переменных магнитных полей низкой интенсивности на частоту сердцебиений дафнии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. №3. С.59-62,
13. Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Скрипаль Ан.В., Абрамов A.B. Видеотехнологии автоматизированного контроля. Саратов, 2001.96 с.
14. Усанов Д.А., Скрипаль Ан.В., Рзянина A.B., Усанов АД. Влияние низкочастотного переменного поля на выживаемость и плодовитость пресноводного рачка - Daphnia magna Straus 11 Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине: Учебное пособие / Под ред. Д.А. Уса-нова. Саратов, 2007. С.112-113.
15. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Горбатов С.С., Усанов АД. Определение влияния переменного магнитного поля на физические характеристики воды СВЧ-методом /У Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. №5-6. С.65-69.
16. Усанов Д.А., Сучков С.Г., Усанов А.Д. Корреляция между характером влияния переменного магнитного поля на акустические свойства воды и сердцебиение дафнии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. №1-2. С.67-69.
17. Успенская В.И. Экология и физиология питания пресноводных водорослей. М, 1966. 124 с.
18. Методическое руководство по биотестированию воды. РД 118-02-90, М. 1991.48 с.
Экология
79
