Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2018
Ключевые слова: биолюминесцентный анализ, почва, почвенный покров, оценка токсичности, ферментативные биотесты токсичности, экологический мониторинг, люцифераза, НАДН:ФМН-оксидоредуктаза, многокомпонентный иммобилизованный реагент
Аннотация: Настоящий проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы мониторинга окружающей среды, обеспечение экологической безопасности и приемлемого качества почв и почвенного покрова. Решение проблемы важно для всех сфер хозяйственного комплекса страны, особенно для аграрной сферы, на которую возложены задачи импортозамещенияПоказать полностьюзарубежных продуктов растениеводства, при производстве возрастающих объемов и надлежащего качества продукции растениеводства.?Актуальность проекта связана, в первую очередь, с необходимостью разрешения таких острых проблем как определение механизмов устойчивости и саморегуляции почвы на всех уровнях ее организации и использования, количественной диагностики состояния и поддержания плодородия и предотвращения деградации почвы, выбора высокоинформативных функциональных и фактологических оценочных критериев, имеющих экологическую и экономическую значимость, разработки системы научно обоснованных методов оздоровления деградированных и нарушенных почв. В подобной ситуации поиск интегральных характеристик оценки токсичности почв, позволяющих оценить последствия воздействия человека на эдафотоп, представляется актуальным. В равной степени это относится и к другим природным средам – вода и воздух. При этом следует констатировать отсутствие в мировой практике развитой методологии комплексного биотестирования почв, воды и воздуха как природных, так и искусственных экосистем. Вместо этого наблюдается тенденция к применению отдельных биотестов, что приводит к неадекватному отражению степени загрязнения окружающей среды и влиянию ее на человека. Действительно, оценку токсичности проводят по влиянию почвы, воды или воздуха на отдельные функции организма, такие как дыхание, подвижность, рост, пищеварение и т.п. Кроме того, использование в биотестах живых организмов и культур приводит к большой ошибке измерения. Предлагаемая в проекте «ферментативная функциональная модель живого организма» (ФМО) как комплексный биотест может помочь в решении обозначенной проблемы. Этот комплексный биотест сконструирован из набора ферментативных биотестов, в которых осуществляется связь «ключевые ферменты – функция организма». В сумме набор таких ключевых ферментов должен адекватно отражать влияние токсичной среды на жизнедеятельность организма в целом. В системе биотестов такой комплексный биотест необходим, так как он отражает влияние токсичной среды на молекулярном уровне.?Целью исследования является разработка новой методологии комплексной экспрессной оценки качества и загрязнения почвы на основе ферментов светящихся бактерий.?Достигнутыми научными результатами работ по проекту за 2018 год являются:?1. разработана лабораторная комплексная методика биотестирования почв. Методика представляет собой способ экологического контроля проб почвы разного целевого назначения, в том числе загрязненных промышленными, сельскохозяйственными, бытовыми токсикантами и их смесями в концентрациях от 0,1 до 1000 ПДК и выше и может быть использована для оценки качества почвы, экологического картирования и мониторинга. Метод основан на регистрации степени ингибирования активности ферментов токсическими веществами, содержащимися в анализируемой пробе почвы. Для обеспечения достоверности результатов тестирования в КФБ включены ферменты и ферментные системы, различающиеся по чувствительности к различным классам токсических соединений, а именно: моноферментная реакция, катализируемая бутирилхолинэстеразой, биферментная реакция NADH:FMN-оксидоредуктаза + люцифераза, триферментная реакция лактатдегидрогеназа + NADH:FMN-оксидоредуктаза + люцифераза; ?2. предложен состав Портативной лаборатории для осуществления комплексного биотеста определения загрязнения и качества почвы, включающий необходимы приборы, мелкое лабораторное оборудование, материалы и реактивы для проведения анализа, а именно: приборы для измерения активности бутирилхолинэстеразы – спектрофотометры (стационарные и портативные); приборы для измерения активности биолюминесцентных ферментов – биолюминометры (стационарные и портативные); приборы и расходные материалы, используемые для приготовления и хранения водных почвенных вытяжек; необходимые реактивы для проведения анализа; ?3. ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Красноярском крае» проведен анализ исходных данных и представил план работ для аттестации и внедрению методики измерений качества почв на основе комплексного ферментативного теста, необходимых для коммерциализации исследований, проведенных в настоящем проекте; ?4. на основе анализа изученных образцов почв выявлены и сконструированы эталонные образцы почвы в качестве постоянных стандартов и контрольных образцов в комплексном ферментативном биотесте. Образцы для опытов были отобраны в экологически чистых районах, что исключало техногенное загрязнение почв и пород (ОПХ «Минино», Емельяновский район, лесной массив «Погорельский бор», Емельяновский район, пойма р. Енисей, Березовский район);?5. доработана база данных и проведено наполнение ее информацией на основе характеристик изученных образцов почвы. Разработана схема базы данных исследования почвенных образцов с управляющей моделью изучения почвенных образцов для Платформы консолидации данных научных исследований, включающая описание справочников − «Тип почвы», «Место отбора проб» и «Почвенный горизонт» − и исследований − «Почвенный разрез», «Подвижный азот и фосфор в почве» и «Гумусное состояние». На основе управляющей модели создана модельно-ориентированная система исследования почвенных образцов, включая пользовательский интерфейс создания и редактирования структурных элементов базы данных, генерации форм ввода данных, анализа данных в табличном виде и интеллектуальной обработки данных методом k-средних. Предложенное информационное решение по организации данных исследования почвенных образцов реализует возможность структурированного хранения данных, создавая основу для сопоставления результатов смежным исследований, аналитической обработки данных и развития предложенной базы данных, сообразно выбранному направлению научных изысканий. Выбранная программная Платформа консолидации данных обеспечивает сохранность научных данных, их согласованность и многопользовательский доступ к информации; ?6. проведена оценка перспектив и ограничений предлагаемых подходов по сравнению с известными методами. Предложенный способ мониторинга почв является конкурентоспособным по сравнению с существующими аналогами и превосходит отечественные и зарубежные аналоги по скорости и точности анализа, простоте проведения процедуры анализа, позволяет проводить анализ загрязнения почв не только в лабораторных, но и в полевых условиях; ?7.разработаны рекомендации по применению полученных результатов для решения проблем мониторинга разного типа почв и состояния почвенного покрова с использованием комплексной методики биолюминесцентного ферментативного тестирования; ?8. ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: ? http://news.sfu-kras.ru/node/20978 ; http://news.sfu-kras.ru/node/19863; https://tass.ru/nauka/5713416; http://news.sfu-kras.ru/node/20914; http://gazeta.sfu-kras.ru/files/gazeta/U_Life_201-1.pdf; https://gnkk.ru/news/krasnoyarskie-uchenye-predlagayut-polu/; http://newslab.ru/article/854451.