Воздействие мышьяка и тяжёлых металлов на базидиальные макромицеты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.24, кандидат биологических наук Рязанов, Алексей Петрович

• Рязанов, Алексей Петрович
• кандидат биологических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Рязанов, Алексей Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Потребность грибов в микроэлементах.

1.2 Микроэлементы как токсиканты окружающей среды. Абсорбция мышьяка и тяжёлых металлов базидиомами макромицетов.

II ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИГОНОВ ПРЕЖНЕГО УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ.

2.1 Местоположение полигонов.

2.2 Особенности загрязнения почвы и грунта на местах прежнего уничтожения химического оружия.

2.3 Определение валового содержания мышьяка в пробах грунта.

III МАТЕРИАЛЫ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

IV АБСОРБЦИЯ МЫШЬЯКА И ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПЛОДОВЫМИ ТЕЛАМИ ДИКОРАСТУЩИХ ВИДОВ ГРИБОВ НА ПОЛИГОНАХ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ.

4.1 Накопление мышьяка.

4.2 Накопление тяжёлых металлов.

V ВОЗДЕЙСТВИЕ МЫШЬЯКА И ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СКОРОСТЬ РОСТА МИЦЕЛИЯ БАЗИДИАЛЬНЫХ ГРИБОВ.

5.1 Влияние мышьяка на рост мицелиальных культур базидиальных грибов.

5.1.1 Воздействие мышьяка на дикорастущие виды.

5.1.2 Воздействие мышьяка на культивируемые виды.

5.2 Влияние некоторых тяжёлых металлов на рост мицелиальных культур базидиальных грибов.

5.2.1 Воздействие свинца на мицелий культивируемых видов.

5.2.2 Воздействие кадмия на мицелий культивируемых видов.

VI АБСОРБЦИЯ МЫШЬЯКА ПЛОДОВЫМИ ТЕЛАМИ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ВИДОВ ГРИБОВ.

6.1 Абсорбция мышьяка плодовыми телами шампиньона двуспоро-вого.

6.2 Абсорбция мышьяка плодовыми телами вешенки устричной.

VII АБСОРБЦИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПЛОДОВЫМИ ТЕЛАМИ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ВИДОВ ГРИБОВ.

7.1 Абсорбция свинца плодовыми телами шампиньона двуспорово-го.

VIII СТРЕССОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СЕЛЕНА НА МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ КУЛЬТУРЫ И АБСОРБЦИЮ МЫШЬЯКА И ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПЛОДОВЫМИ ТЕЛАМИ МАКРОМИЦЕ-ТОВ.

8.1 Защитное воздействие селена на мицелиальные культуры.

8.2 Воздействие селена на величину абсорбции мышьяка и тяжёлых металлов плодовыми телами культивируемых грибов.

8.3 Воздействие селена на синтез пролина плодовыми телами шампиньона двуспорового в стрессовых условиях.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воздействие мышьяка и тяжёлых металлов на базидиальные макромицеты»

Согласно учению В.И. Вернадского (1967), одной из важнейших функций живого вещества биосферы является способность накапливать в себе различные химические элементы в концентрациях, значительно более высоких, чем они содержатся в окружающей среде. Общеизвестным фактом является то, что у представителей различных групп организмов она выражена в разной степени. В то же время рассматриваемая проблема изучена еще недостаточно. О биогеохимических циклах большинства ультрамикроэлементов известно очень немного, несмотря на то, что это одна из важнейших экологических проблем современности, которая усугубляется возрастающей техногенной нагрузкой на окружающую среду. Загрязнение почв тяжелыми металлами, радионуклидами, соединениями серы и т.п. нарушает сложившийся в течение миллионов лет обмен атомами между живым и неживым веществом планеты. В итоге это отражается на состоянии природных экосистем и здоровье человека.

Среди живых организмов, населяющих природные экосистемы суши, способностью к активной биоабсорбции ультрамикроэлементов обладают базидиальные макромицеты. Существуют сведения о содержании в их плодовых телах некоторых микроэлементов (Eichler, 1982, Поддубный и др., 1998, Соломко и др., 1986), а также о механизме их воздействия на грибные клетки (Диксон, Уэбб, 1975, Кулаев, 1975, Бек-кер, 1988, Kalyanasundarum, Saraawathi - Devi, 1955, Bertrand, 1961). Несмотря на это, данные сведения являются довольно скудными и отрывочными. Более того, наиболее изучены в этом плане лишь микромице-ты, тогда как в отношении макромицетов здесь наблюдается значительный пробел. В литературе очень мало данных, иллюстрирующих поведение грибов в экстремальных условиях обитания, характеризующихся повышенным содержанием вредных веществ. Отсутствуют сведения о предельно-допустимых уровнях содержания мышьяка и тяжёлых металлов в питающих субстратах и вообще об элементах-токсикантах в грибоводстве.

В связи с необходимостью пополнения подобных сведений основной целью настоящей работы явилось изучение явления биоконцентрации мышьяка и тяжёлых металлов плодовыми телами агарикоидных и гастероидных базидиомицетов, а также их воздействия на рост и развитие грибов изучаемой группы. Наряду с этим изучалось поведение универсального стрессорегулятора селена и возможное явление антагонизма ионов в данных условиях.

В ходе выполнения исследования были поставлены следующие научные задачи:

1) на основании полевых исследований изучить абсорбционную способность различных видов агарикоидных и гастероидных базидиомицетов в различных условиях (экологически чистые районы и полигоны прежнего уничтожения химического оружия) в отношении мышьяка и тяжёлых металлов;

2) изучить характер воздействия мышьяка и некоторых тяжёлых металлов на мицелиальные культуры дикорастущих видов шляпочных грибов в лабораторных условиях;

3) изучить отношение мицелиальных культур культивируемых видов грибов - шампиньона двуспорового и вешенки устричной к соединениям мышьяка и тяжёлых металлов в различных концентрациях;

4) выявить антистрессовое воздействие ультрамикроэлемента селена на мицелиальные культуры, а также возможный антагонизм ионов в условиях повышенного содержания в питательных субстратах токсических элементов;

5) определить степень абсорбции изучаемых элементов культивируемыми видами грибов из питающих субстратов в производственных условиях и изучить воздействие микроколичеств селена на этот процесс.

Научная новизна данной работы состоит в следующем:

1) изучено отношение мицелиальных культур грибов к различным концентрациям мышьяка и тяжёлых металлов;

2) в процессе полевых исследований проанализировано поведение дикорастущих грибов в условиях сильного загрязнения почв мышьяком и тяжёлыми металлами;

3) выявлены виды дикорастущих грибов, характеризующиеся повышенной абсорбционной способностью по отношению к некоторым микроэлементам;

4) изучено отношение мицелиальных культур культивируемых видов грибов - шампиньона двуспорового и вешенки устричной - к соединениям мышьяка и тяжёлых металлов в различных концентрациях;

5) определена степень абсорбции изучаемых элементов культивируемыми видами грибов из питающих субстратов в производственных условиях;

6) изучено воздействие ультрамикроэлемента селена на некоторые виды грибов в условиях стресса, обусловленного присутствием в субстрате повышенных количеств мышьяка и тяжёлых металлов, а также возникающее в этих условиях явление антагонизма ионов.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Микология», Рязанов, Алексей Петрович

ВЫВОДЫ

1. В ходе исследований было установлено, что при высоком содержании мышьяка в почвах полигонов (до 10000 ПДК и более) может развиваться мицелий агарикоидных и гастероидных грибов различных трофических групп.

2. Разные виды агарикоидных и гастероидных грибов обладают различной абсорбционной способностью по отношению к мышьяку. Среди них она наиболее выражена у Agaricus abruptibulbus, Vascellum pratense, Lycoperdon perlatum и некоторых других. Среди представителей трофических групп наибольшей абсорбционной способностью обладают симбиотрофы и напочвенные сапротрофы. Ксилотрофные виды обладают меньшей абсорбционной способностью.

3. Биоабсорбция тяжёлых металлов имеет избирательный характер. Определённым видам грибов свойственен определённый круг абсорбируемых химических элементов. Например, наиболее активным накопителем хрома является Agaricus abruptibulbus; меди - Paxillus involutus, Lactarius pubescens, Lycoperdon perlatum и т. д.

4. Реакция изученных видов агарикоидных и гастероидных грибов на внесение арсената натрия неоднозначна. Чётко выделяются арсено-фильные виды (Calocybe gambosa, Phallus impudicus), рост мицелиаль-ных культур которых стимулируется (на 10-25 %) повышенными дозами Na3As04, и арсенофобные виды, отрицательно реагирующие даже на незначительное количество изучаемого вещества.

5. Отношение культивируемых видов к соединениям мышьяка неоднозначно. Мышьяк стимулирует рост мицелия шампиньона и несколько повышает урожайность, в то же время вешенка негативно отзывается на данный элемент.

6. Действие мышьяка и тяжёлых металлов на культивируемые виды грибов неоднозначно. А. Ызрогш является активным адсорбентом мышьяка и свинца. Эти элементы стимулируют рост мицелия и несколько повышают урожайность, что свидетельствует о потребности шампиньона в них.

7. Р. ОБйеаШз активно абсорбирует мышьяк, однако причина этого в отсутствии защитных механизмов, препятствующих поступлению яда в мицелий. Это подтверждается негативным воздействием мышьяка на мицелиальные культуры, а также снижением урожайности и деформацией плодовых тел.

8. Установлено, что ультрамалые количества селената натрия снижают негативное воздействие мышьяка на виды грибов, испытывающие стресс от его присутствия. Кроме того, селен значительно снижает величину абсорбции мышьяка плодовыми телами культивируемых видов -А. ЫБрогиБ и Р. оБ^еаШБ.

9. Мышьяк сильно подавляет синтез пролина плодовыми телами А. Ызрогш, в результате чего последний испытывает сильнейший стресс. Микроколичества селената натрия снижают воздействие мышьяка и нормализуют синтез пролина.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Рязанов, Алексей Петрович, 2003 год

1. Абдуллаев Ф. И.// Успехи современной биологии. 1989. - Т. 108. Вып. 2 (5). - С. 279.

2. Банников А. Г. и др. Основы экологии и охрана окружающей среды/ А. Г. Банников, А. А. Вакулин, А. К. Рустамов. 3 изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1996. - 303 с.

3. Беккер З.Э. Влияние внешних воздействий на плодоношение грибов // Успехи современной биологии. 1936. - № 3. - С. 491 - 508

4. Беккер 3. Э. Физиология грибов и их практическое использование. М., 1963.-С. 267.

5. Беккер 3. Э. Физиология и биохимия грибов. М.: Изд-во Моск. ун.-та, 1988.-230 с.

6. Блинохватов А. Ф. О селене, которого нам не хватает // Химия и жизнь. 1995. - Т. 23. - № 3. - С. 40 - 45.

7. Блинохватов А. Ф., Денисова Г. В., Ильин Д. Ю., Иванов А. И. и др. Селен в биосфере. ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2001. - С. 324.

8. Блинохватов А.Ф. Селен универсальный адаптоген и стимулятор // Селен в биосфере: Пенза, 2001.С.3-55

9. Бритиков Е. А. Биологическая роль пролина. М., 1975. - 116 с.

10. Бухало A.C. Высшие съедобные базидиомицеты в чистой культуре. Киев: Наукова думка, 1988. - 143 с.

11. Вернадский В.И. Биосфера // Избранные труды по биогеохимии. М., 1967. С.3-23.

12. Вихрева В. А., Хрянин В. Н., Стаценко А. П., Блинохватов А. Ф. // С.-х. биология. 2001. - № 3.

13. Вихрева В.А., Блинохватова А.Ф., Хрянин В.Н. Селен в растительном мире // Селен в биосфере. Пенза 2001г. С. 96-153.

14. Высшие съедобные базидиомицеты в поверхностной и глубинной культуре / Бисько H.A., Бухало A.C., Вассер С.П.; под ред. Дудка H.A. -Киев: Наукова думка, 1983. 312 с.

15. Высшие съедобные базидиомицеты в поверхностной и глубинной культуре / Бисько H.A., Бухало A.C., Вассер С.П.; под ред. Дудка H.A. -Киев: Наукова думка, 1983. 312 с.

16. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов (СанПиН 2.3.2.560-96).

17. Горленко Н. В. Грибы как источник пищевых белков // Микология и фитопатология. 1983. - 17. -№ 3. - С. 177 - 181.

18. Дворнина А. А. Субстраты, технология их подготовки в промышленном шампиньоноводстве: Обзорная информация. Кишинёв, 1980. -101 с.

19. Денисова Г. В. Влияние неорганических соединений селена на рост и развитие базидиальных макромицетов: Дис. . канд. биол. наук. -М., 1999. 130 с.

20. Денисова Г. В. Об отзывчивости различных штаммов Agaricus bisporus на обработку селеном // Тез. докл. молодых учёных. Пенза, 1998.-С. 102- 103.

21. Денисова Г. В., Блинохватов А. Ф., Иванов А. И. Способ стимулирования роста посевного мицелия шампиньона /Патент на изобретение /Приоритет от 01.06.98.

22. Денисова Г. В., Иванов А. И., Блинохватов А. Ф. Влияние неорганического соединения селена на рост и плодоношение грибов // Сб. науч. конф. спец. сельского хоз-ва. Пенза, 1997. - С. 84-85.

23. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. М., 1982. Т. 1, 2, 3. С. 960.

24. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: "Агропромиздат", 1985.- 351 с.

25. Ермаков В. В., Ковальский В. В. Биологическое значение селена. -М.: Наука, 1974, 298 с.

26. Ермаков В.В., Ковальский В.В. Биологическое значение селена. М, 1967. С. 3-23.

27. Иванов А. И. Биота макромицетов лесостепи правобережного Поволжья. Дисс. д.б.н. Москва. - 1992. 280 с.

28. Иванов А. И., Блинохватов А. Ф. О роли базидиальных макромицетов в трансформации ультрамикроэлементов в экосистемах // Микология и фитопатология, 2002 (в печати).

29. Иванов А.И., Блинохватов А.Ф., Денисова Г.В., Ильин Д.Ю. Влияние соединений селена на рост и развитие грибов II. Макромицеты // Микология и фитопатология, 2000. Т.34 Вып. 5. С. 46-50.

30. Ильин Д. Ю. Влияние селена на рост и развитие микромицетов-продуцентов биологически активных веществ: Автореферат дис. . канд. биол. наук. М., 2001 . - 22 с.

31. Исмайлов X. А., Агаева 3. М., Бекташи Т. К. Перспективы применения селена в иммунитете растений // Селен в биологии. Мат-лы науч. конф. Баку: Элм, 1976. С. 88 - 96.

32. Килер Р., Вернер Дж. Обмен молибдена и вольфрамата у Azotobacter // Микроэлементы. М., 1962. С. 386.

33. Кожевникова Т. JL, Криволуцкий Д. А. и др. Накопление радионуклидов шляпочными грибами / Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале. М.: Наука, 1993. - С. 40 - 44.

34. Кулаев И. С. Биохимия высокомолекулярных полифосфатов. М., 1975.-225 с.

35. Лобанов Ф. И., Быкова А. Е. Проблемы экологической безопасности съедобных грибов // Пищ. пром-сть, 1996. № 12. - С. 18 - 19.

36. Методы экспериментальной микологии (справочник) / Дудка И.А., Вассер С.П., и др. Киев: Наукова думка, 1982. - 550 с.

37. Мехтиева Н. А., Рабкрин Н. А. Значение явления серно-селенового антагонизма в развитии почвенных гифомицетов и накопление ими селена // Селен в биологии. Баку: Элм. - 1981. - С. 252 - 255.

38. Мир качества / Нормативные документы и справочная информация по сертификации продукции и услуг. № 5 (9). Санкт - Петербург. -1997.

39. Мюллер Э., Лёффлер В. Микология М.: "Мир", 1995, - 343 с. Пер. с нем.

40. Насон А. Роль ванадия и молибдена в обмене веществ // Микроэлементы. М., 1962. С. 350.

41. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) тяжёлых металлов и мышьяка в почвах (Дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229 91): Гигиенические нормативы. - М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России. - 8 с.

42. Поддубный А. В., Христофорова Н. К., Ковековдова Л. Т. Макро-мицеты как индикаторы загрязнения среды тяжёлыми металлами // Микология и фитопатология. 1998. - Т. 32. - Вып. 6. - С. 47 - 51.

43. Полетаева В. Ф. Влияние кобальта на заболевание хлопчатника фузариозным вилтом // Изв. АН ТССР. Сер. биол. наук. 1969. - С. 3.

44. Постников А. В., Илларионова Э. С. Новое в использовании селена в земледелии. М.: ВНИИТЭСХ, 1991. - 43 с.

45. Решетникова И. А. Накопление селена и фракционирование его изотопов микроорганизмами. Деструкция лигнина ксилотрофными мак-ромицетами. М., 1997. - 197 с.

46. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск.: Вышэйша школа, 1967. - 326 с.

47. Савин Ю. И. Обследование мест прежнего уничтожения химического оружия. // Пятые публичные слушания по проблеме уничтожения химического оружия. Пенза, 2000. с. 66 - 70.

48. Санитарные правила по заготовке, переработке и продаже грибов (СП 2.3.4.009-93).

49. Смирняков Ю. И. и др. Спутник грибника: Справ, пособие / Ю. И. Смирняков, А. К. Кощеев, А. А. Кощеев. М.: Экология, 1992. - 303 с.

50. Соломко Э. Ф. и др. Минеральный состав некоторых видов культивируемых и дикорастущих грибов класса Basidiomycetes // Микология и фитопатология. 1986. - Т. 20. - Вып. 6. - С. 474 - 478.

51. Сосин П.Е. Определитель гастеромицетов СССР. JL, 1973.-161 с.

52. Химический состав пищевых продуктов. Кн. 2 / Под ред. И. М. Скурихина и M. Н. Волгарева. 2-е изд. - М.: Агропромиздат, 1987. -360 с.

53. Цапалова И. Э., Бакайтис В. И., Кутафьева Н. Ф., Поздняковский. Экспертиза грибов: Учеб.-справ, пособие. Новосибирск: Изд-во Ново-сиб. ун-та: Сиб. унив. изд-во, 2002. - 256 с.

54. Bates L.S., Walcbren R.P., Fear I.D. Rupicl determination of free proline fer water-stress studies. Plant uncle Soil. 1973, 39. P. 205 207.

55. Bertrand D., de Wolf A. Sur la nécessité du Zinc comme oligoélément pour la synthèse de la tyrosine par Г Aspergillus niger // Comp. Rend, des sciences des TAcad. des Sciences. 1960. Vol 250, N 17. P. 2951.

56. Bertrand D., de Wolf A. Sur la nécessité du Zinc comme oligoélément pour la synthèse de quelques aminoacides chez Y Aspergillus niger // Comp. Rend, de FAcademie des Sciences. 1961. Vol. 253, N 13. P. 1342.

57. Eichler Wolfdietrich. Gifit in unserer Nahrung. Kilda - Verlag, 1982.

58. Jülich W. Die Nichtblätterpilze, Gallertpilze und Bauchpilze. Aphyllo-phorales, Heterobasidiomycetes, Gasteromycetes. Jena: Gustav Fischer, 1984. 626 s.

59. Kalyanasundarum R., Saraswathi Devi L. Sunk in metabolism of Fusarium vasinfectum Atk. //Nature. 1955. Vol. 175 P. 709.

60. Pegler D.N., Loessol T., Spooner B.M. British puffballs earthstars and Stinkhokns (an account of the british Gasteroid fungi) Royal Botanic Gardens, Kew published, 1995., - 420 p.

61. Pilat A. (Red) Gasteromycetes. Flora CSR, B, Svaz. 1. Praha., 1958.,798 s.

62. Quinche Y. P. Phosphore et métaux lourd dans quelques especes de champignons // Revue suisse Agric. 1997. - 29 (3). - P. 151-156.

63. Riidt U. Essen wir Gift? Verbraucherschutz durch Lebensmitteliiberwachung. Stuttgart (Franckh'sche Verlagsbuchhandlung), 1978.

64. Rudnicka-Jezierska W. Grzyby. Mycota (Lycoperdales, Scleroder-matales,Tulostomales, Nidulariales, Phallales, Podaxales). Krakow. T. XXIII, 1991.,-208 p.

65. Sadasivan I. S. Effect of mineral nutritiens on soil microorganisms and plant disease. // Coll. Ecology of soil born plant pathogens. Univ. of California. press, 1965. P. 460.

66. Schwarz P. A., Foltz C. M. Selenium as an integral part of Factor 3 aganist dietary necrotic liver degeneration // J. Amer. Chem. Sci. 1957. -V.79.-P. 3292.

67. Schwarz P. A., Foltz C. M. Selenium as an integral part of Factor 3 aganist dietary necrotic liver degeneration // J. Amer. Chem. Sci. 1957. -V.79.-P. 3292.

68. Scroeder H. A., Frost O. V., Balassa J. J. Essential trace metals in man; selenium. J. chon. Dis., 1970. 23. - p. 227 - 243.

69. Scroeder H. A., Mitchener M. Selenium and tellurium in mice. Effec-tion growth survival and tumors // Arch, environ. Health. 1972. - 24. - P. 66-71.

70. Scroeder H. A., Mitchener M. Selenium and tellurium in mice. Effec-tion growth survival and tumors // Arch, environ. Health. 1972. - 24. - P. 66-71.

71. Stalpers J.A. Identification of wood-inhabiting Aphyllophorales in pure culture// Stud. Mycol. 1978. - № 16. - 248 p.

72. Steinberg R. A. Growth on synthetic nutrient solution of some fungi pathogenic to tobacco // Amer. J. Botany. 1950. Vol. 37. P. 711.

73. Steinberg R. A. Relation of accessery substance and amine requirements to the carbon nutrition of Aspergillus niger // Proc. Third. Int. Congr. Microbiolog. 1939. P. 491.