Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время возрастает интерес к методам биодиагностики состояния сред, среди которых особое место занимает почва - главный биогеохимический барьер на пути миграции загрязнителей в сопредельные среды. Перспективность использования микроорганизмов для биодиагностики загрязненных почв показана в ряде исследовательских работ (Звягинцев и др., 1989; Гузев, Левин, 1991; Кабиров и др., 1997; Штина и др., 1998; Полянская, Звягинцев, 2005; Терехова, 2007; Домрачева и др., 2008). Почвенные водоросли sensu lato составляют неотъемлемую часть эдафона, имеют многочисленные трофические и топические связи, участвуют в почвообразовательном процессе, обладают специфической чувствительностью к различным видам антропогенного воздействия и быстрой ответной реакцией на изменение экологической ситуации (Кабиров, 2007). В связи с этим, почвенные водоросли как объекты биодиагностики представляют значительный научный и практический интерес, но реакция почвенного альго-цианобактериального сообщества (АЦС) на загрязнение соединениями тяжелых металлов (ТМ) изучена недостаточно. Кроме того, в приоритетном списке загрязнителей почвы одно из первых мест занимает свинец, вследствие широкого использования, высокой токсичности и способности к аккумуляции в цепях питания живых организмов. В отличие от органических загрязнителей, ТМ, в том числе и свинец, не разрушаются и способны только перераспределяться между компонентами природной среды (Черных и др., 2001). Таким образом, разработка научных основ биодиагностики загрязненной ТМ почвы на основе реакции АЦС является актуальной научной задачей.
Цель исследования: оценка влияния различных соединений свинца на состояние альго-цианобактериального сообщества серой лесной почвы в модельных экспериментах.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить воздействие различных соединений свинца на почвенные
водоросли по изменению структурно-функциональных показателей на
различных уровнях организации АЦС: молекулярно-клеточном, организменном
и ценотическом.
-
Выявить устойчивые к загрязнению виды почвенных водорослей.
-
Определить наиболее диагностически значимые показатели состояния АЦС.
-
Оценить прямое и косвенное влияние химической формы свинца на реакцию АЦС.
-
Разработать систему оценки влияния соединений свинца на АЦС на основе метода водно-почвенного культивирования водорослей, обосновать преимущества использования данного метода в экотоксикологических экспериментах, сравнив его с методом чашечных культур со «стеклами обрастания».
Научная новизна. Для изучения влияния соединений свинца на состояние почвенного АЦС в экотоксикологических экспериментах был впервые использован метод водно-почвенных культур. Разработана, обоснована
и апробирована методика, позволяющая в близких к естественным почвенным условиям получить достаточную биомассу водорослей для определения реакции АЦС на молекулярно-клеточном, организменном и ценотическом уровнях. Впервые изучено влияние разных химических форм свинца и физико-химических свойств культуральнои среды на таксономическую структуру и функциональное состояние АЦС серой лесной почвы.
Практическая значимость. Полученные результаты о влиянии соединений свинца на структурно-функциональные показатели АЦС серой лесной почвы могут быть использованы как научная основа для разработки методик альгодиагностики по оценке состояния почв. По итогам работы даны практические рекомендации по использованию АЦС в экотоксикологических экспериментах: по срокам пробоотбора почвы, по учету влияния химической формы металла, о необходимом уровне точности при таксономическом определении почвенных водорослей, по пробоподготовке почвенно-альгологических проб, а также по модификации метода чашечных культур со «стеклами обрастания». Полученные данные могут быть использованы в учебных курсах по экологии микроорганизмов, почвенной альгологии и экотоксикологии.
Защищаемые положения.
-
Зеленые водоросли более устойчивы к воздействию соединений свинца по сравнению с цианобактериями и желто-зелеными водорослями.
-
Различные соединения свинца неодинаково влияют как на структурно-функциональные показатели АЦС, так и на физико-химические свойства жидкой фазы водно-почвенной культуры.
-
Для характеристики состояния АЦС при загрязнении почвы тяжелыми металлами следует использовать систему альгологических показателей на разных уровнях организации сообщества.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в 2009-2012 гг. в рамках проекта РФФИ 09-04-00652-а и гранта УМНИК №8084 р /12612 Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, а также гранта №24/11 КЦ компании ОПТЭК. Результаты исследований докладывались на 12 российских (Пущино, Москва, Тула, Сыктывкар) и 4 международных (Ческе-Будеёвице, Чехия; Стамбул, Турция; Женева, Швейцария; Киев, Украина) конференциях.
Личный вклад автора. Соискатель принимал участие в постановке и решении задач исследования, в отборе и пробоподготовке почвенно-альгологических проб, разработке схемы экотоксикологических экспериментов и в их проведении. Выполнял химико-аналитические работы по определению физико-химических свойств почвы и культуральнои среды, проводил микробиологические исследования по идентификации почвенных цианобактерий и водорослей, а также культуральную работу с сохранением альгологических штаммов серой лесной почвы в рабочей коллекции.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, 2 статьи в
коллективных монографиях и 20 публикаций в сборниках тезисов и материалах российских и международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов, изложена на 141 странице текста и 30 страницах приложений, сопровождается 33 иллюстрациями и 23 таблицами. Список литературы включает 306 наименований, из них 230 - на иностранном языке.
