Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов Крыцын Данил Иванович

Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов
<
Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Крыцын Данил Иванович. Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 03.00.16 / Крыцын Данил Иванович; [Место защиты: Кубан. гос. ун-т].- Краснодар, 2009.- 143 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-1/155

Введение к работе

Актуальность темы. Зарождение жизни на земле происходило на фоне южного электромагнитного излучения. Электрические, магнитные и электро-агнитные поля в процессе эволюции живых организмов оказывали на них ог-эмное влияние. Электромагнитные поля во всех частотных диапазонах в той ли иной степени действуют на живые организмы. Доступные для изучения иапазоны электромагнитных волн можно условно разделить на три интервала, пределах каждого из которых имеются специфические особенности взаимо-зйствия с биологическими системами: а) постоянные и низкочастотные поля іримерно до метрового диапазона длин волн); б) СВЧ-диапазон (метровые, де-иметровые и сантиметровые волны); в) КВЧ-диапазон (миллиметровые вол-ы), а также субмиллиметровые волны.

В результате научно-технического прогресса уже в прошлом веке появились гкусственные источники электромагнитных полей. К физическим факторам кружающей среды, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на иологические объекты, относятся электромагнитные поля неионизирующей рироды. Считается, что опасность для живых организмов представляют в ос-эвном электромагнитные поля тепловых уровней мощности (например, в КВЧ-яапазоне излучение с плотностью потока энергии превышающем 0,1 Вт/м2). днако установлено, что и воздействия электромагнитных полей меньшей ощности могут влиять на процессы жизнедеятельности биологических систем, злучение теплового уровня вызывает нагрев (более чем на 0,1 С) биологиче-шх структур, в то время как облучение живых организмов электромагнитным элем меньшей мощности имеет информационный характер действия.

Особый интерес обычно вызывает нетепловое (информационное) действие іектромагнитньїх волн миллиметрового диапазона (1...10мм) на биологиче-сие объекты. Первые исследования в миллиметровом диапазоне волн выпол-гнные группой академика Н.Д. Девяткова показали, что, варьируя параметры мучения можно влиять как на биологическую активность микроорганизмов, ж и на их процесс синхронизации. Длины волн в КВЧ диапазоне наиболее іизки к размерам клетки и, следовательно, можно ожидать, что миллиметро-ле волны способны действовать на внутриклеточные процессы.

Миллиметровая длина пространственного периода характерна не только для зычных радиоволн КВЧ-диапазона. Аналогичную длину могут иметь и другие ты волн электромагнитной природы, например, магнитостатические волны ДСВ). МСВ классифицируются как один из видов электромагнитных возму-;ений в магнитогиротропной среде. Влияние излучения МСВ на биологические эъекты впервые исследовалось в работах Вызулина С. А и Вызулиной В.И. По-ізано, что с помощью излучения МСВ можно управлять процессом роста зожжей. Варьируя параметры излучения можно как повышать, так и понижать сорость прироста биомассы микроорганизмов.

Исследования влияния миллиметрового нетеплового излучения на микроор-шизмы имеет не только научный, но и практический интерес. Было показано, га миллиметровые волны оказывают действие на функционирование клеток.

Процесс деления дрожжей можно характеризовать двумя физиологически параметрами: биологической активностью и длительностью циклов синхрон] зации. Любые изменения в состоянии клетки приводят к изменениям физиолі гических параметров. Это свидетельствует о том, что облучение действует і внутриклеточное состояние. Многочисленные эксперименты и теоретичесю оценки позволили лишь наметить пути объяснения механизмов биологическої воздействия электромагнитного излучения. До настоящего времени еще не со дана единая общая картина, которая объяснила бы многие принципиально ва> ные обстоятельства. Для углубления понимания механизма воздействия эле: тромагнитного излучения на клетку, необходимо изучить, как облучение влиж на процесс синхронизации и каким образом взаимосвязана биологическая аі тивность с длительностью циклов синхронизации дрожжей.

Цель работы - экспериментально и теоретически исследовать влияние п раметров излучения магнитостатических волн на биологическую активность длительность циклов синхронизации дрожжевой культуры.

Основные задачи, решаемые в ходе выполнения работы, состояли в сл« дующем:

разработать аппаратный и программный комплекс, обеспечивающий автоматизацию снятия и обработки параметров, характеризующих процесс рост дрожжей. Установка должна обеспечивать сбор данных (в течение суток), с дискретностью измерений обеспечивающей наблюдение быстропротекающих динамических процессов (от 1 до 3-5 мин);

предложить способ, определения длительности циклов деления микроорг; низмов на основе экспериментальных временных зависимостей концентрації биомассы в процессе роста микроорганизмов;

- изучить влияние параметров магнитостатической волны (длины волні
уровня падающей мощности) и времени облучения на биологическую активное!
и длительность циклов синхронизации микроорганизмов;

- построить математическую модель периодического процесса роста микр<
организмов, учитывая синхронность деления клеток дрожжей.

Научная новизна состояла в следующем: Впервые:

- разработан многоканальный контрольно-измерительный комплекс, позві
ляющий регистрировать скорость роста микроорганизмов в течение длительні
го интервала времени (до нескольких суток) на нескольких измерительнь
ячейках с частотой дискретизации до 100 Гц;

- создан программный комплекс, предназначенный для снятия, хранения и ol работки кривых роста микроорганизмов. Он позволяет: производить запись и о» работку сигналов одновременно с шести измерительных ячеек, сохранять даннь в единой базе данных; автоматизировать обработку информации; наблюдать : ростом микроорганизмов в реальном масштабе времени. Время усреднения иі формации, поступающей от измерительных ячеек, составляет от 0,01 с до 1 с, чт

позволяет наблюдать быстропротекающие (от 1 до 3-5 мин) процессы при росте дрожжей;

исследовано влияние значений параметров магнитостатического излучения (пространственного периода, уровня падающей мощности) и времени экспозиции на биологическую активности и длительность циклов синхронизации дрожжей при напряженности статического поля подмагничивания 1380 Э (в этом случае наблюдалось подавление биологической активности микроорганизмов);

предложен метод, с помощью которого по экспериментальной временной зависимости относительного изменения концентрации микроорганизмов можно определять длительности циклов синхронизации дрожжей;

обнаружено, что при напряженности статического поля подмагничивания 1380 Э зависимости длительности циклов синхронизации дрожжей от параметров (пространственного периода, уровня падающей мощности) излучения МСВ, а также от времени облучения, носят резонансный характер;

установлено, что биологическая активность и длительность циклов синхронизации дрожжей взаимосвязаны. С замедлением скорости деления микроорганизмов увеличивается длительность циклов синхронизации дрожжей, а с возрастанием биологической активности происходит уменьшение длительности циклов синхронизации микроорганизмов;

- предложена математическая модель роста микроорганизмов, в которой
процесс роста клеток рассматривается, как последовательные циклы синхрони
зации. Скорость прироста биомассы дрожжей внутри цикла синхронизации
описывается нормальным законом распределения. Модель позволяет моделиро
вать процесс роста дрожжей, в том числе подвергнутых облучению, и прогно
зировать эффект действия параметров излучения МСВ на процесс роста микро
организмов.

Научная и практическая ценность. .

Экспериментальные и теоретические исследования показали возможность ефективного влияния излучения МСВ нетепловой мощности на некоторые иологические параметры (биологическую активность и длительность циклов инхронизации), которые характеризуют процесс роста периодической син-ронной культуры. Результаты, полученные в данной работе, позволили углу-ить понимание действия специфического коротковолнового сверхвысокочас-этного излучения МСВ на биологические процессы микроорганизмов. Они мо-ут быть использованы при создании новейших экологически чистых биотехно-огий.

Задачи, поставленные в ходе диссертационного исследования, решались в амках фундаментальных и поисковых НИР, проводимых в Кубанском государ-гвенном университете (проект РФФИ № 03-04-96789).

Основные положения выносимые на защиту:

1. Аппаратно-программный комплекс, позволяющий: наблюдать быстропро-гкающие процессы роста микроорганизмов; проводить автоматизированный

сбор данных, характеризующих процесс роста; рассчитывать изменения отнс сительной концентрации и графически отображать динамику процесса рост биомассы; сохранять информацию в единой базе данных.

  1. Облучение дрожжей излучением МСВ при напряженности поля подмагні чивания Н=1380 Э, приводит к подавлению биологической активности дрожже и увеличению длительности их циклов синхронизации (по сравнению с необлз ченными дрожжами).

  1. Скорость роста и длительность циклов синхронизации дрожжей взаимс связаны, а именно с подавлением биологической активности дрожжей происх( дит увеличение периода синхронизации, а с возрастанием биологической актиі ности микроорганизмов длительность циклов синхронизации уменьшается.

  2. Биологическая активность и длительность циклов синхронизации дрожже при напряженности поля подмагничивания Н=1380 Э зависят от длины волнь мощности и времени экспозиции излучения МСВ. Эти зависимости имеют р< зонансный характер.

  3. Способ определения длительности циклов синхронизации заключающийся том, что находится отношение временных зависимостей относительного прирост биомассы для двух, смещенных по времени относительно друг друга процессе роста микроорганизмов. Это отношение характеризуется последовательным чер< дованием точек экстремумов. Номер цикла синхронизации дрожжей определяется порядковым номером экстремума (для одного процесса номером минимумов, да другого - максимумов). Отсчет циклов синхронизации начинается с первого экстремума. Расстояние между соседними минимумами соответствует длительности цикла синхронизации для одного процесса, а между максимумами - длительност цикла синхронизации для другого процесса роста биомассы дрожжей.

  4. Математическая модель процесса роста биомассы, которая учитывает периодичность и синхронность культуры, основанная на нормальном законе распределения скорости роста биомассы внутри циклов синхронизации дрожжей.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на:

I, II, III, V и VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Краснодар, 2004 - 2006, 2008 и 2009);

Международной дистанционной научно - практической конференции "Процессы и явления в конденсированных средах" (Краснодар, 2004);

Международных научных конференциях "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" (Таганрог, 2005 и 2009);

Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Перспектива- 2005" (Нальчик, 2005);

Международной научной конференции "Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря" (Астрахань, 2005).

Личный вклад автора.

Выбор темы, цели и задачи осуществлялся автором диссертационной работы

совместно с научным руководителем.

Лично автором: проведена разработка многоканального контрольно-измерительного комплекса, который позволяет регистрировать скорость роста микроорганизмов и программного обеспечения для него; получены и обработаны все экспериментальные данные; разработан способ определения длительности циклов синхронизации дрожжей и построена математическая модель процесса роста микроорганизмов.

Обсуждение полученных результатов, их анализ и формулировка выводов проводились совместно с научным руководителем.

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 17 научных работ, включая 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК для защита докторских диссертаций, получен 1 патент на изобретение и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения и списка литературы. Полный объем работы - 143 страницы машинописного текста, включая 50 рисунков, 5 таблиц и 54 библиографических ссылок.

Похожие диссертации на Влияние переменных магнитных излучений на динамику роста микроорганизмов