CC BY
52
лиды остаются в древесном угле, их перемещение в парогазовую фазу уменьшается при увеличении геометрических размеров пиролизуемой древесины. Учитывая тот факт, что при пиролизе в промышленных масштабах используется крупнокусковое сырье, пиролиз древесины с высокой удельной активностью радионуклидов “Эг может обеспечить практическое гарантированное получение конденсируемых продуктов пиролиза с низкой удельной активностью и уголь с высокой удельной активностью 903г. Таким образом, одним из направлений снижения последствий загрязнения лесов техногенными радионуклидами и решения проблемы с исключением из кругооборота в лесных экосистемах, аккумулированных в древесине, радионуклидов может быть использование процесса пиролиза такой древесины с последующей утилизацией древесного угля и использованием конденсируемых продуктов в хозяйственной деятельности.
Литература
1. Руденко Л.Н. Накопление и распределение техногенных радионуклидов в лесных экосистемах Красноярского края: дис. ... канд. техн. наук. - Красноярск, 2003. -159 с.
2. МИ 24.91-98. Государственная система обеспечения единства измерений. Содержание цезия-137 и стронция-90 в древесине, отпускаемой на корню. Методика выполнения измерений. - М.: Госстандарт, 1998.-28 с.
3. Методика измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сцинтилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения «Прогресс» / ЦМИИ «ВНИИФТРИ» Госстандарта России. - М.: ГП «ВНИИФТРИ», 1996. -68 с.
УДК 574:579.29 Е.В. Бородина, Л.С. Тирранен, Г.С. Калачева
ВЛИЯНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ЗАМКНУТОЙ ЭКОСИСТЕМЫ
НА РОСТ ТЕСТ-МИКРООРГАНИЗМОВ
Цель данной работы - оценка действия возможных источников загрязнения атмосферы замкнутой экосистемы (ЗЭС) на рост набора тест-микроорганизмов, чувствительных к разным летучим веществам. Установлено, что озон и этилен в большей мере действовали на рост растений и микроорганизмов, чем все остальные изученные источники загрязнения атмосферы. Влияние отдельных источников загрязнения на рост микробов было в 3-5 раз слабее по силе и спектру действия, чем в экспериментах с замкнутой системой, включавшей человека и высшие растения. В замкнутой системе с экипажем и растениями действовал не один, а комплекс факторов.
Ключевые слова: замкнутая экосистема, загрязнение, микроорганизмы, озон, этилен.
E.V. Borodina, L.S. Tirranen, G.S. Kalacheva
EFFECT OF THE POSSIBLE SOURCES FOR ATMOSPHERE POLLUTION IN THE CLOSED ECOSYSTEM
ON THE TEST-MICROORGANISM GROWTH
The purpose of this article is to estimate the effect of the possible sources for atmosphere pollution in the closed ecosystem (CES) on growth of the test-microorganisms that are sensitive to various volatile substances. It is determined that ozone and ethylene affected the plant and microorganism growth to a greater extent than other studied sources for atmosphere pollution. Effect of the individual sources of pollution on the microbe growth was 3-5 times less in force and in action spectrum than in the experiments with the closed system that included a man and higher plants. Not only one but the complex of factors had the affect in the closed system with the crew and plants.
Key words: closed ecosystem, pollution, microorganisms, ozone, ethylene.
Введение. Ранее установлено, что газовое замыкание системы, в том числе летучие метаболиты, продуцируемые микроорганизмами, оказывает наибольшее ингибирующее влияние на состояние и продуктивность высших растений [7,8,10].
Вопрос о возможности использования микроорганизмов для биотестирования атмосферы по изменению численности клеток микробов в воздухе У.Д. Мэннинг и У.А. Федер [5] считают дискуссионным и недостаточно изученным, поскольку некоторые авторы наблюдали снижение числа клеток Зелгай'атагсевселв
(Зестниіч%расТЛ<У- 2011. №11
только после воздействия на бактерии высокой концентрацией сернокислого газа (3,75 мг/см3), что на несколько порядков превышает ПДК для человека и растений.
Нами для микробиологического тестирования атмосферы подобраны культуры микроорганизмов, избирательно чувствительные к воздействию некоторых летучих биологически активных веществ воздуха.
Цель работы состояла в оценке состояния атмосферы замкнутой экосистемы по реакции набора культур микроорганизмов, избирательно чувствительных к различным летучим загрязнителям.
Методика исследований. Объектом исследования служили 96 тест-культур микроорганизмовиз родов Pseudomonas, Erwinia, Enterobacter, Flavobacterium, Nocardia, Achromobacter, Mycobacterium, Bacillus, Micrococcus, Xanthomonas, Streptococcusv\ др. с разной чувствительностью к действию летучих веществ. Все исследованные микроорганизмы выделены из питательного раствора, длительно использовавшегося для выращивания пшеницы в искусственных условиях [7].
Методы исследования. С помощью репликатора на каждую чашку Петри наносили 50 тест-культур (рис. 1).
Рис. 1. Репликатор: вверху - ручка репликатора со штырьками; внизу- станина репликатора с лунками
Тест-культуры выращивали в разработанном нами устройстве для культивирования микроорганизмов на твердых средах (рис. 2). Устройство состоит из герметичной металлической камеры (1) из нержавеющей стали, имеет 4 отверстия для установки чашек Петри с микроорганизмами (4) и 2 отростка (3) для сообщения с внешней средой [1].
Чашки Петри с питательной средой и свеженанесенными методом реплик тест-культурами на ней размещали на гранях корпуса в отверстиях и герметично фиксировали специальным прижимным устройством (2). В контроле культуры выращивали в такой же камере, но без подачи в нее исследуемого газа, концентрацию которого определяли на хроматографе "СИгот-б”. Химические анализы воздуха проводили стандартными методами [2,7].
Рис. 2. Герметичная камера для изучения влияния летучих веществ на рост тест-микроорганизмов
Рост тест-культур в опыте измеряли по диаметру колоний микроорганизмов и сравнивали с диаметром контрольных колоний, росших в атмосфере чистого воздуха на питательной среде, не подвергавшейся
действию летучих примесей воздуха (рис. 3). В связи с этим в Институте биофизики СО АН СССР была спроектирована, разработана, изготовлена и введена в эксплуатацию установка "Чистый воздух" [3], предназначенная для получения особо чистого воздуха, свободного от примесей механического, химического и бактериологического характера.
Установка "Чистый воздух” используется для работы с контрольным набором культур микроорганиз-мов-биоиндикаторов к различным летучим биологически активным веществам - загрязнителям окружающего воздуха, так как контрольный набор должен расти в абсолютно чистой атмосфере.
Воздействие испытуемой культуры на тест-культуру оценивали как положительное (стимулирующее) или отрицательное (ингибирующее), когда размер тест-культур в опыте соответственно был достоверно увеличен или снижен по сравнению с контролем. Если размер колоний в опыте достоверно не отличался от контроля, действие испытуемой культуры оценивали как нулевое.
Статистическую обработку данных проводили по Г.Ф. Лакину [4].
Результаты и их обсуждение. Постоянный компонент газового состава атмосферы - углекислота, концентрация которой в отдельные периоды опыта в экспериментах с замкнутой экосистемой, включавшей человека и высшие растения, достигала 2%. В эксперименте с замкнутой системой, включавшей высшие растения, исследовали влияние различных концентраций углекислого газа как возможного источника загрязнения атмосферы на рост 96 использованных ранее тест-микробов (табл.).
В одних наших опытах 1 и 2 % углекислота не оказывала заметного влияния ни на рост тест-микробов, ни на состояние растений. В других, казалось бы, идентичных условиях при той же концентрации газовый состав атмосферы замкнутой системы, включавшей только высшие растения, на 33% достоверно ингибировал рост и растений, и тест-микробов по сравнению с фоном (см. табл.). Специально проведенным опытом вне замкнутой системы и без растений в герметичных камерах установлено отсутствие отрицательного влияния 1 и 2 % концентраций углекислого газа на рост 90 тест-культур. Отрицательно действовала на рост 16 тест-микробов (из 84 исследованных) 15 % углекислота.
Действие различных источников загрязнения атмосферы на рост тест-культур
в сравнении с данными в фоне
Источник загрязнения Концентрация Число действий
Всего действий 0 + -
Аммиак 13,3 мг/м3сут. 332 285=(85,84) 31=(9,34) 16 =(4,82)
Аммиак 26,6 мг/м3сут. 512 471 =(91,99) 31=(6,05) 10 =(1,96)
СОг из баллона 1 % 425 279=(65,65) 6 =(1,41) 140 = (32,94)
СОг из баллона 1 % 152 152=(100) 0 0
С02 из баллона 2% 397 393=(99,0) 0 4 =(1,00)
Озон, слабые дозы На уровне ПДКмр 0,1 мг/м3 716 681 =(95,11) 17 = (2,38) 18=(2,51)
Озон, средние дозы 50-100 мкг/м3 706 587=(83,14) 28 = (3,97) 91=(12,89)
Этилен 2,67 мл/м3сут 572 426=074,48) 2 =(0,35) 144=(25,17)
Примечание. Действие:"+" - положительное, - отрицательное, “0”- отсутствует (нулевое). ПДКмр - максимально разовая. В скобках- число действий в процентах.
В чем причина ингибирующего действия атмосферы замкнутой экосистемы в опыте с углекислым газом? В разных опытах, проведенных в идентичных условиях, периодически проводили замену ламп. Одни лампы пропускали ультрафиолет, другие - нет. Мы уже упоминали о возможной ингибирующей роли озона на высшие растения. Был проведен эксперимент, в котором исследовали действие озона на рост тех же тест-микробов (см. табл.). Летучие метаболиты, выделяемые человеком, растениями, микроорганизмами, такие как аммиак, этилен [6,9] и другие, также могут быть источниками летучих примесей атмосферы замкнутой экосистемы. Различные концентрации аммиака в атмосфере замкнутой системы, включавшей высшие растения, не влияли на рост тест-микробов и на состояние растений. В отдельных опытах в герметичных камерах на чашках Петри 10% аммиак в 83% случаев стимулировал рост исследованных тест-микробов.
Определенный интерес представляет этилен, известный как гормональный регулятор роста растений [6,9]. Этилен при подаче 2,67 мл/м3 сут. в атмосферу замкнутой системы оказывал сильное ингибирующее
<ЪестншчТдзасТЯУ■ 2(Ш- №11
действие как на рост тест-микробов (см. табл.), так и на состояние растений. Отдельно в герметичной камере исследовали влияние 0,25 мл этилена на рост 68 аэробных бактерий из разных таксономических групп. Этилен ингибировал рост 10 бактерий, стимулировал 11, в остальных 47 случаях не оказывал действия.
Результаты проведенных исследований показали, что источниками загрязнения атмосферы замкнутой системы могут быть озон и этилен.
Озон и этилен в большей мере влияли на рост растений и микроорганизмов, чем все остальные изученные источники загрязнения атмосферы. Влияние отдельных источников загрязнения на рост микробов было в 3-5 раз слабее по силе и спектру действия, чем в длительных экспериментах с замкнутой системой, включавшей человека и высшие растения. По-видимому, в замкнутой системе с экипажем и растениями действовал не один фактор, а их комплекс.
Использование набора чувствительных микроорганизмов можно рекомендовать для контроля загрязняющих примесей органического происхождения в атмосфере. По действию исследуемой пробы на рост тест-культур можно судить о присутствии в ней летучих биологически активных веществ, а по реакции набора из нескольких чувствительных тест-культур микроорганизмов можно идентифицировать эти вещества. В каждом конкретном случае проводится подбор чувствительных тест-микроорганизмов.
Выводы
1. Установлено, что озон и этилен в большей мере действовали на рост растений и микроорганизмов, чем все остальные изученные источники загрязнения атмосферы.
2. Влияние отдельных источников загрязнения на рост микробов было в 3-5 раз слабее по силе и спектру действия, чем в экспериментах с замкнутой системой, включавшей человека и высшие растения.
3. В замкнутой системе с экипажем и растениями действовал не один, а комплекс факторов.
Работа выполнена в Институте биофизики СО РАН.
Литература
1. А. с. 1565882 Российская Федерация, МКЛ С12 М 1/22. Устройство для выращивания микроорганизмов на агаризованных средах/ В.И. Безруких, П.С. Тирранен, Г Д. Кропачев, М.М. Сатаров. -№ 1565882; опубл. 30.06.90, Бюл. № 19.
2. ГОСТ Р 51125-98. Оборудование бытовое для кондиционирования и очистки воздуха. Нормативные документы 12199. Методика определения концентрации озона в воздухе. - М.: Изд-во стандартов, 1998.
3. Экспериментальный комплекс «Биос-3» I Б.Г. Ковров, Ф.Я. Сидько, Г.В. Денисов [и др.] II Замкнутая система: человек - высшие растения. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - С. 10—24.
4. Лакин Г.Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990.-352 с.
5. Мэннинг У.Д., Федер У.А. Биомониторинг загрязнения биосферы с помощью растений. - Л.: Гидроме-теоиздат, 1985. - 144 с.
6. Никитин Д.И. Роль микроорганизмов в обазовании и удалении этилена II Роль микроорганизмов в круговооте газов в природе. - М.: Наука, 1979. - С. 241-254.
7. Gitelson Lisovsky G.M., MacElroy R.D. Manmade Closed Ecological Systems. Taylor &Franis. - London and New York, 2003. - 402 p.
8. Gitelson J.I., Tirranen L.S., Borodina E.V., Rygalov V.Ye. Impraited growth of plants cultivated in a closed system; Possible reasonspress II Adv. Space Res. 20. -1997. - N. 10. - P. 1927-1930.
9. Smith K.A. Ineffectiveness of ethylene as a regulator of soil microbial activity II Soil. Biol. Biochem. - 1978. -V.10.-N4.-P. 269-272.
10. Tirranen L.S., Gitelson J.l. The role of volatile metabolites in microbial communities of the ISS higher plant link//Adv. SpaceRes. - 2006.-V.38.-N 1,-P. 1227-1232.
