Використання арбускулярних мікоризних грибів у фіторемедіації грунтів від радіонуклідів - Автореферат

Інший підхід, що його може запропонувати енвайроментальна біотехнологія, підвищення акумулюючої здатності рослин шляхом їх передпосівної інокуляції різноманітними біопрепаратами, що виготовлені на основі арбускулярних мікоризних грибів (АМ). Ці гриби, що утворюють тісний симбіотичний контакт з кореневою системою рослин та живляться за рахунок їх метаболітів, створюють безпосередній контакт між поверхнею коренів та частинками грунту і додатково забезпечують великий потік мікроелементів, що надходять в рослину з грунту [Del Val, 1999]. У рослин, що ростуть на дуже забруднених грунтах, як правило, відзначається високий рівень колонізації АМ грибами. Більше того, різні ізоляти одного і того ж виду АМ грибів можуть по різному впливати на надходження окремих металів у рослини. Участь арбускулярних мікоризних грибів у транспорті мікроелементів у рослини є передумовою для виділення АМ грибів, які можуть сприяти надходженню окремих мікроелементів у рослини та подальшому використанню цих їзолятів у розвязанні прикладних задач фіторемедіації [Berthelin, 1995; Dupre, 2005; Joner, 1997; Leyval, 1995; Turnau, 1996; Weissenhorn, 1995].З ризосфери рослин, які були зібрані з різних частин Чорнобильської зони відчуження, були виділені спори АМ грибів, які використовували для отримання інокулятів штамів АМ грибів-акумуляторів радіонуклідів з метою їх подальшого використання в фіторемедіації забруднених грунтів. Рівень колонізації рослин АМ грибами визначали під мікроскопом після фарбування корінців лактофенолом блакитним. Метою першого етапу експериментів з АМ грибами було відібрати рослини, які мали б високу спорідненість до використаного виду АМ грибів і могли б при цьому продукувати велику біомасу, що важливо для їх подальшого застосування у фіторемедіації. Серед проаналізованих нами рослин, відібраних на різних типах ґрунту в Чорнобильській зоні, до рослин з високим рівнем колонізації АМ грибами можна віднести подорожник - Plantago major (рівень колонізації від 68,3% до 98,7%); звіробій - Hypericum perforatum (рівень колонізації від 32,0 % до 87,3 %); конюшину - Trifolium repens (рівень колонізації від 6,0 до 91,6 %) і скереду - Crepis tectorum (рівень колонізації від 46,6% до 86,0 %) [Крипка, 2002]. Найбільші коефіцієнти накопичення радіонуклідів було зареєстровано у рослин скереди Sr90 - 93,8 (рівень колонізації АМ грибами - 86,0%, пункт відбору контрольний пункт «Дитятки»), подорожника Sr90-30,7 (рівень колонізації АМ грибами - 90,0%, пункт відбору - контрольний пункт «Дитятки»), звіробою Cs137 - 5,2 (рівень колонізації АМ грибами - 72,0%, пункт відбору - 5 км від контрольного пункту «Дитятки»).В наших експериментах ми вперше показали можливість застосування арбускулярних мікоризних грибів для підвищення ефективності фітоекстракції радіонуклідів. Для цього були виділені та охарактеризовані арбускулярні мікоризні гриби з Чорнобильської зони відчуження, підібрані умови для найбільш повної і ефективної реалізації технології фітоекстракції радіонуклідів в комплексі з обробкою рослин арбускулярними мікоризними грибами. Доведено, що обробка культивованих рослин чорнобривців, кукурудзи, сорго та райграсу арбускулярними мікоризними грибами впливає на інтенсивність поглинання радіостронцію та радіоцезію рослинами. Ефективне використання АМ грибів в фітоекстракції радіонуклідів визначається видом рослини-господаря, типом грунту, наявністю інших мікроорганізмів у ґрунті та тривалістю сумісного культивування системи гриб-рослина.

Основний зміст роботи

В наших експериментах ми вперше показали можливість застосування арбускулярних мікоризних грибів для підвищення ефективності фітоекстракції радіонуклідів. Для цього були виділені та охарактеризовані арбускулярні мікоризні гриби з Чорнобильської зони відчуження, підібрані умови для найбільш повної і ефективної реалізації технології фітоекстракції радіонуклідів в комплексі з обробкою рослин арбускулярними мікоризними грибами. Отримані в роботі результати можуть бути використані для впровадження технології фітоекстракції радіонуклідів як в лабораторних, так і в польових умовах.

1. Доведено, що обробка культивованих рослин чорнобривців, кукурудзи, сорго та райграсу арбускулярними мікоризними грибами впливає на інтенсивність поглинання радіостронцію та радіоцезію рослинами. Цей ефект зареєстровано як в лабораторних умовах, так і в польових експериментах.

2. Ефективне використання АМ грибів в фітоекстракції радіонуклідів визначається видом рослини-господаря, типом грунту, наявністю інших мікроорганізмів у ґрунті та тривалістю сумісного культивування системи гриб-рослина.

3. Вперше виділено та ідентифіковано арбускулярні мікоризні гриби з ризосфери рослин з великими показниками коефіцієнтів накопичення радіонуклідів, що були відібрані у різних частинах зони відчуження ЧАЕС. За допомогою морфометричних та молекулярних методів установлено, що ці нові ізоляти АМ грибів належать до видів Glomus geosporum та Glomus intraradices.

4. На основі виділених спор АМ грибів отримано їх інокулюм з високою інфекційною здатністю та показана можливість його використання для модифікації накопичення радіонуклідів рослинами.

5. Установлено, що отримані нами препарати АМ грибів можуть в 10 разів збільшувати надходження 137Cs у рослини та майже в 4 рази збільшують надходження 90Sr у рослини.

6. Методом реєстрації характеристичного рентгенівського випромінювання показано, що локальна сконцентрованість радіоцезію в кореневій системі рослин співпадає з локалізацією структур арбускулярних мікоризних грибів, що підтверджує пряму участь АМ грибів у поглинанні та транспорті радіонуклідів в клітини кореневої системи рослин.

7. Для впровадження технології фітоекстракції з використанням АМ грибів важливо враховувати специфічність впливу АМ грибів на поглинання певних елементів, в залежності від місця їх відбору, тому виділення ізолятів АМ грибів потрібно здійснювати безпосередньо з грунтів, на яких будуть проводитись подальші роботи по фіторемедіації.

1. Крипка А.В, Сорочинський Б.В., Гродзинський Д.М Молекулярные и клеточные аспекты развития арбускулярных микоризных симбиозов и их значение в жизнедеятельности растений // Цитология и генетика.-2002, № 4.-С.72-79.

2. Крипка А.В., Кучма А.Н, Сорочинский Б.В. Арбускулярные микоризные грибы из Зоны отчуждения ЧАЭС и их возможная роль в поступлении радионуклидов в растения // Зб. наукових праць Інституту ядерних досліджень. - 2002.- № 2(8).-С.140-144. (Здобувачем поставлено завдання, відібрано зразки, здійснено цитогенетичний аналіз, обговорення результатів досліджень, написано статтю).

3. Кріпка Г.В., Сорочинський Б.В. Використання арбускулярних мікоризних грибів для фіторемедіації забруднених земель // Бюл.екол.стану Чорнобильської зони відчуження. - 2003.-№2.-С.53-58.

4. Кріпка Г.В., Сорочинський Б.В. Отримання та випробування інокулятів арбускулярних мікоризних грибів з метою модифікації поглинання радіонуклідів рослинами // Зб. наукових праць Інституту ядерних досліджень.- 2003.- №2(10).-С. 80-84.

5. Крипка А,В., Сорочинский Б.В., Лекки Я., Стахура З., Гродзинский Д.М. Компартментализация радиоцезия в корневой системе растений может быть обусловлена их симбиозом с арбускулярными микоризними грибами // Доповіді НАН України.-2004.-N8.-С.167-171. (Здобувачем поставлено завдання, проведено аналіз на ядерному мікрозонді, здійснено обговорення результатів досліджень, написано статтю).

6. Сорочинський Б.В., Кріпка Г.В., Годована К.В, Кучма М.Д , Козировська Н.О., Гродзинський Д.М. Вплив арбускулярних мікоризних грибів на поглинання рослинами радіостронцію та радіоцезію // Доповіді НАН України.-2002.-N12.С.146-149. (Здобувачем розроблено експериментальну частину, здійснено цитогенетичний та молекулярний аналіз, написано статтю).

7. Sorochinsky B., Kripka A., Kozyrovska N., Bothe H. The use of mycorrhizal fungi for the phytoremediation of radionuclides // International Conference «Fifteens Years after the Chernobyl Accid. Lessons Learned» (18-20 April, 2001).- Kiev, 2001.- P. 2-123.

8. Сорочинский Б.В., Крипка А.В., Козыровская Н.А., Боте Г. Биотехнологические подходы к изменению доступности радиосонция и радиоцезия растениям // IV Съезд по радиационным исследованиям ( 20-24 ноября, 2001).- Москва, 2001.- т.2.- С.680.

9. Кріпка Г.В., Сорочинський Б.В. Арбускулярні мікоризи з зони відчуження ЧАЕС та їх можливий вплив на акумулюючу здатність рослин по відношенню до радіонуклідів // VIII конференція молодих вчених «Сучасні напрямки у фізіології та генетиці рослин»(23-25 жовтня 2002 р). - Київ, 2002.- C.20.

10. Kripka A., Sorochinsky B, Bothe H. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on radionuclides transport in herbaceous plants // ESNA XXXII annual meeting (10-14 September 2002).-Warsaw, 2002.- P.123.

11. Крипка Г.В., Сорочинский Б.В. Получение и испытание инокулятов арбускулярных микоризных грибов с целью модификации поглощения радионуклидов растениями // III зїзд з радіаційних досліджень (радіобіологія і радіоекологія) ( 21-25 травня 2003 р.).- Київ, 2003. - C. 396.

12. Kripka A, Sorochinsky B, Bothe H. Arbuscular mycorrhizal fungi can affect radionuclides transport into herbaceous plants // 2nd International Workshop on Bioavailability of Soil Pollutants and Risk Assessment (2-7 February 2003).- Centro Stefano Franscini Ascona, Switzerland, 2003.- P.64.

13. Shevchenko T., Kripka A., Stoliarchuk I., Sorochinsky B., Polischuk V. Inhibition of plant virus infection in ontogenesis of Nicotiana tabacum plants under influence of mycorrhizal fungi Glomus intraradices // II International conference on plant ontogenesis in natural and transformed environments. Physilogical, biochemical and ecological aspects (18-21 August 2004).- Lviv, 2004.- P.306.