Введение к работе
Актуальность темы. Постоянное усиление антропогенного влияния на биоту (в том числе и микобиоту) вызывает все более глубокий интерес у биологов к организмам-экстремофилам. Особое место среди таких организмов занимают объекты 10-км зоны отчуждения и помещений 4-го блока ЧАЭС. Каждый из них по-своему уникален. Условия развития микроорганизмов, существующих в таких условиях, несомненно, можно отнести к экстремальным. Исследователями подобных объектов всегда предполагаются большие перспективы относительно существования в них штаммов с уникальными свойствами. Именно поэтому, исследование микобиоты ряда помещений 4-го блока ЧАЭС является, безусловно, актуальным с двух позиций. Во-первых, это расширяет наши представления о пределах возможностей существования микробных объектов, а во-вторых - выделенные грибы - интересный материал для генетиков, биохимиков и биотехнологов.
Известна высокая радиоустойчивость микроскопических грибов по сравнению с бактериями, растениями и животными (Жданова, Василевська, 1988, Saleh et al., 1988, Magan, 1997). Но до последнего времени изучается, в основном, устойчивость к у- и УФ-излучению, тогда как устойчивость грибов к другим типам излучений изучена спорадически. Кроме того, обрастание микросокпическими грибами поверхности стен и строительных конструкций может нести дополнительную опасность разрушения (Коваль, Сидоренко, 1989). Все перечисленное выше дает основания для мониторинга внутренних помещений объекта «Укрытие» 4-го блока ЧАЭС с целью выявления и последующего изучения в них грибного поражения стен и железобетонных конструкций.
Возможность существования и роста микромицетов в условиях мощного облучения (особенно по а- и Р-составляющим), дает возможность допустить существование у этих микроорганизмов систем многоэшелоноровашюй защиты, которые делают возможным выживание и активный рост грибов в этих условиях, поэтому целесообразно изучить у грибов, выделенных с высокорадиоактивных субстратов, эколого-физиологические особенности, которые позволяют им занимать антропогенные экотопы, экстремальные по условиям существования.
Связь работы с научными программами, плапами, темами. Работа выполнена в отделе физиологии и систематики микромицетов Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного HAH Украины в соответствии с направлением научно-исследовательских работ Института, в частности с темами: «Эколого-систематическое и физиологическое изучение микромицетов как основа создания перспективных биотехнологий» (№ державной регистрации 0196U018115); «Изучение микромицетов экониш антропогенного происхождения; их видовой состав, эколого-физиологические свойства, биологическая активность при трансформации труднодоступных субстратов с целью получения высокоактивных штаммов и их метаболитов» (№ державной регистрации 0196U021674); «Исследовать эколого-физиологическуто активность микромицетов в
условиях экстремальных антропогенных нагрузок» (№ державной регистрации 0100U004338). Работа была поддержана грантами Державного фонда фундаментальных исследований «Усвоение техногенного радиоуглерода АЭС в локальных биогеоценозах» (№ 6.3/269); «Изучение роста грибов-экстремофилов на графитных средах» (№ 20/17-113), а также грантами фонда Дж. Сороса "Physiological-biochemical peculiarities of fungi growing in direction of ionization irradiation source" (№ UB9200) и ENTAS "Interaction between biota micromycetes and hot particles" (№ UA95-171). Нучная работа B.B. Вембер за 1999-2000 годы была отмечена стипендией Президиума НАН Украины.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы было выделение микроскопических грибов с радиоактивно загрязненных субстратов 4-го блока ЧАЭС и изучение их экологических и физиолого-биохимических особенностей в сравнении с коллекционными штаммами, выделенными из радиоактивно чистых субстратов. Достижение поставленной цели реализовалось через решение следующих задач:
-
Выделить микроскопические грибы из различных экониш 10-км зоны отчуждения ЧАЭС и отобрать штаммы для дальнейшего углубленного изучения;
-
Дать экологическую оценку состоянию микобиоты помещений объекта «Укрытие», используя методы син- и аутэкологии;
-
Исследовать морфологические и физиологические особенности штаммов, которые длительное время существовали в условиях интенсивного а-, Р" и у-излучения;
-
Изучить р-радиоустойчивость штаммов, выделенных из внутренних помещений 4-го блока ЧАЭС;
-
Провести исследования, связанные с влиянием у-облучения малой интенсивности на биохимические особенности штаммов одного вида, которые различаются по признаку позитивного радиотропизма и пигментации. Научная новизна полученных результатов. Впервые проведен мониторинг
11-ти внутренних помещений объекта «Укрытие», которые значительно различались по уровню радионуклидного загрязнения и конструкционным особенностям. Разработаны подходы, которые позволяют прогнозировать нахождение грибных видов на высокорадиоактивных субстратах в активном или переживающем состоянии в случаях, когда прямое наблюдение невозможно. Они заключаются в последовательном определении и комплексной оценке: 1) частоты встречаемости видов в исследуемом экотопе; 2) радиальной скорости роста часто встречающихся видов в исследуемом экстремальном экотопе по сравнению со штаммами того же вида, выделенными из чистых субстратов и 3) устойчивости видов по отношению к главной составляющей экстремальной нагрузки.
Впервые показана способность микроскопических грибов активно обрастать частицы реакторного графита и усваивать радиоуглерод из такого субстрата.
Выявлены существенные изменения в морфологии и физиологии штаммов микромицетов, способных существовать во внутренних помещениях объекта «Укрытие» под влиянием значительных доз облучения, по сравнению с контрольными (коллекционными) штаммами.
Впервые исследована устойчивость к Р-лучам видов Cladosporium sphaerospermum Penz. и Alternaria alternata (Fr.) Keissler и показана ее зависимость от места, из которого были выделены культуры, и возраста последних.
Выявлена зависимость уровня глутатионтрансферазной активности и скорости белоксинтезирующих процессов от наличия пигментации у штаммов Cladosporium cladosporioides (Fres.) de Vries.
Теоретическая и практическая значимость. Коллекция микромицетов-экстремофилов отдела физиологии и систематики микромицетов ИМВ НАН Украины пополнилась 214 штаммами, которые относятся к 47 видов 24 родов грибов.
Примененные результаты и методические подходы могут быть использованы при создании долгосрочных экологических прогнозов в отношении экотопов, которые были подвержены влиянию радиоактивного загрязнения или другой антропогенной нагрузки.
Выявленная способность микроскопических грибов накапливать радиоуглерод из реакторного графита, обрастать и разрушать последний может быть использована для создания биотехнологий, направленных на реабилитацию территорий хранилищ ядерного топлива, АЭС и мест усиленного радиационного загрязнения.
Полученные результаты используются в курсе лекций по общей микологии на биологическом факультете в Киевском Национальном университете имени Тараса Шевченко.
Личный вклад соискателя. Работа проведена в отделе физиологии и систематики микромицетов Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины. Основная часть экспериментального материала, изложенного в диссертации, получена автором самостоятельно. Прямое определение радиоуглерода в биомассе микромицетов проведено совместно с Отделением радиогеохимии и охраны окружающей среды Института геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины при участии канд. геол.-мин. наук А.В. Пушкарева, канд. геол.-мин. наук Н.Н. Ковалюка и канд. геол.-мин. наук В.В. Скрипкина, за что мы им искренне признательны.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований были представлены, докладывались и обсуждались на: IV Международной научно-технической конференции по проблемам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС (пос. Зеленый Мыс, г. Чернобыль, декабрь 1994 г.); Advanced Course on Radioecology (NATO Advanced Study Institute) (пос. Заречный, Россия, июнь 1995 г.); микологической секции Украинского Ботанического Общества (1996 г.); V
Международной научно-технической конференции «Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС» (пос. Зеленый Мыс, г. Чернобыль, декабрь 1994 г.); First International Congress on Extremophiles (Estoril, Portugal, June 1996); International Regional Seminar "Environment Protection: Modern Studies in Microbiology and Ecology" (г. Ужгород, Украина, май 1997 г.); конференциях по фундаментальным исследованиям Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного HAH Украины (1997,1999 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, из которых - 5 статей в научных журналах, патент на изобретение и 5 тезисов.
Структура и объем работы. Общий объем работы составляет 157 страниц машинописного текста и состоит из вступления, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературных источников (250 наименований, 95 из которых - иностранные). Работа иллюстрирована 16 таблицами и 29 рисунками.