CC BY
28
Челябинский физико-математический журнал. 2019. Т. 4, вып. 2. С. 214-220.
УДК 537.876.4; 57.043 DOI: 10.24411/2500-0101-2019-14208
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИК ДИАПАЗОНА НА МИКРОМИЦЕТЫ РОДА ALTERNARIA
Т. А. Головина", И. С. Зотов6, И. В. Бычковс
Челябинский государственный университет, Челябинск а[email protected], [email protected], [email protected]
Рассматривается действие электромагнитного излучения ИК диапазона тёмного спектра (длина волны 1-8 мкм) на культуру микромицетов рода Alternaría. Исследуется влияние данного типа излучения на споры и мицелий гриба. Облучение производится по запрограммированным цифровым температурным профилям с независимым автоматизированным термоизмерительным контролем. Показано, что электромагнитное излучение ИК диапазона угнетающе действует на споры только при достаточно высоких температурах, превышающих 200 °C.
Ключевые слова: микромицеты, электромагнитное излучение, ИК диапазон, ИК станция, тепловизионный термометр.
Введение
Одной из наиболее широко распространённых в природе групп микромицетов являются грибы рода Alternaría. Они обитают в основном в почве и растительных остатках и представлены преимущественно сапротрофами. Однако некоторые виды рода Alternaría являются возбудителями ряда экономически значимых альтернари-озов у растений [1], а также способны повреждать бумажные носители информации и поэтому входят в группу наиболее вредоносных организмов, проникающих в бумажное волокно и приводящих субстрат в состояние дезинтеграции [2].
Чаще других встречаются так называемые мелкоспоровые виды данного рода, нередко обозначаемые одним очень широко понимаемым названием A. alternata. Ущерб от жизнедеятельности этих грибов при долгосрочном хранении сельскохозяйственной продукции проявляется в плесневении, последующем гниении и может быть значительным. Так, например, на территории России потери урожая картофеля, связанные с альтернариозом, могут достигать 40 % [3]. Токсичность метаболитов видов рода Alternaría для различных организмов, включая растения, бактерии, птиц и млекопитающих, показана целым рядом исследователей и создаёт серьёзную проблему для предприятий пищевой промышленности [4-8].
К группе физических методов, снижающих поверхностную контаминацию продуктов питания, предметов домашнего обихода и культурного наследия, можно отнести обработку озоном, электростатическим полем высокой напряжённости, коронным разрядом и низкотемпературной плазмой, переменным электромагнитным
Работа выполнена в рамках поддержки приоритетных проектов, направленных на реализацию программы развития федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Челябинский государственный университет» в 2018 году.
полем промышленной частоты, импульсным низкочастотным электрическим полем, сверхвысокочастотным электромагнитным полем [1]. Вместе с тем исследователи отмечают высокую степень выживаемости пропагул грибов после ряда физических воздействий [9]. Особой устойчивостью обладают грибы с тёмноокрашен-ными за счёт меланина мицелием и спорами, к которым и относятся представители рода Alternaría. Уникальные структурно-функциональные особенности меланина определяют его способность к захвату, стабилизации и частичной инактивации свободных радикалов, перекисей, тяжёлых металлов, электрофильных токсических метаболитов [10]. Исходя из вышесказанного, изучение влияния ИК излучения на микромицеты рода Alternaría представляет научный интерес.
1. Материалы и методы
Для исследования влияния электромагнитного излучения ИК диапазона на грибы использовали штаммы Alternaría alternata из коллекции грибов-микромицетов лаборатории фитопатологии Челябинского государственного университета (Чел-ГУ). Изоляты культивировали в чашках Петри при 26 °C на агаризированной питательной среде Чапека (ТУУ 229-014-00419789-95). Далее культуры подвергали обработке электромагнитным излучением ИК диапазона, после чего производился пересев обработанного материала на питательную среду с дальнейшей культивацией в термостате. На 5-е, 7-е сутки чашки Петри просматривали. Целью исследования было подобрать такие режимы воздействия, чтобы микромицеты были убиты, а не ингибированы, поэтому анализировалось наличие/отсутствие роста колонии, в ряде случаев отмечался габитус спороношения (размер и форма конидий).
Для исследования влияния электромагнитного излучения ИК диапазона была разработана экспериментальная установка, построенная на базе инфракрасной станции ACHI IR PRO-SC (тип излучателя: инфракрасный тёмного спектра, длина волны 1-8 мкм, размеры излучателя 80x80 мм, мощность излучателя 450 Вт). Управление станцией осуществлялось с персонального компьютера при помощи оригинального программного обеспечения. Контроль параметров исследуемых образцов производился при помощи трёх независимых термоизмерительных систем: термопары, подключённой непосредственно к ИК станции, термопары, подключённой к измерительному прибору Mastech MY-64, и инфракрасного тепловизионно-го термометра Fluke, позволяющего контролировать равномерность распределения температур на поверхности исследуемых образцов (рис. 1).
2. Результаты и обсуждение
Облучение электромагнитным излучением ИК спектра производилось по заранее запрограммированным температурным профилям с автоматическим контролем заданных температурных параметров. В работе было исследовано шесть образцов. Температура образцов изменялась в соответствии с температурными профилями, представленными на рис. 2.
Как видно из графика ИК облучения, для всех образцов производился медленный нагрев со скоростью 0.5 °С/с от комнатной температуры (22 °C) до максимальной температуры Tmax (см. таблицу на с. 216), затем производилась выдержка при данной температуре в течение 20 с, обеспечивающая равномерный прогрев исследуемых образцов по всему объёму. После этого облучение прекращалось и образцы экспоненциально остывали до комнатной температуры.
Рис. 1. Внешний вид экспериментальной установки (а). Инфракрасный тепловизионный термометр, контролирующий равномерность распределения температур исследуемого образца (б). ИО — исследуемый образец, ИКИ — инфракрасный излучатель тёмного спектра
Рис. 2. Температурный профиль ИК облучения культуры рода АНетпатга
Таблица
№ п/п т^ ор т тах) ^ Результат воздействия
1 150 Элиминация спор не выявлена
2 165 Элиминация спор не выявлена
3 183 Элиминация спор не выявлена
4 190 Элиминация спор не выявлена
5 195 Элиминация спор не выявлена
6 200 Споры элиминированы
Результаты пересева на агаризованную питательную среду после обработки электромагнитным излучением ИК спектра представлены на рис. 3.
Прорастание спор наблюдалось во всех вариантах эксперимента, кроме шестого. Это означает, что медленный нагрев, со скоростью 0.5 °С/с, достаточен только при достижении 200 °С, температурные максимумы ниже данной величины не приводят к элиминации грибных пропагул. Таким образом, результаты исследования показывают, что электромагнитное излучение ИК диапазона угнетающе действует на споры грибов биодеструкторов рода Alternaria только при достаточно высоких температурах — свыше 200 °С.
Список литературы
1. Стацюк, Н. В. Повышение ресурсного потенциала картофеля путём обработки семенного материала импульсным низкочастотным электрическим полем : дис. ... канд. биол. наук / Н. В. Стацюк. — Владикавказ : Горс. гос. аграр. ун-т, 2016. — 135 с.
2. Нюкша, Ю. П. Биологическое повреждение бумаги и книг / Ю. П. Нюкша. — СПб. : Изд. отд. Б-ки РАН, 1994. — 114 с.
3. Ганнибал, Ф. Б. Видовой состав, систематика и география возбудителей аль-тернариозов подсолнечника в России / Ф. Б. Ганнибал // Вестн. защиты растений. — 2011. — Вып. 1. — С. 13-19.
4. Natural occurrence of Alternaria-mycotoxins in some plant products / A. Logrieco, A. Bottalico, A. Visconti, M. Vurro // Microbiologie Aliments Nutrition. — 1988. — Vol. 6, no. 1. — P. 13-17.
5. Phytotoxins from Alternaria cassiae / C. Hradil, V. Halloc, I. Clardy, D. Kenfield, D. Strobel // Phytochemistry. — 1989. — Vol. 28, no. 1. — Р. 73-75.
6. Sorenson, W. G. Fungal spores: hazardous to health / W. G. Sorenson // Environmental Health Perspectives. — 1999. — Vol. 107, suppl. 3. — P. 469-472.
Рис. 3. Результат обработки электромагнитным излучением ИК спектра и пересева обработанных спор рода ЛЫвтпата на питательную среду
7. Species-specific profiles of mycotoxins produced in cultures and associated with conidia of airborne fungi derived from biowaste / G. Fischer, T. Muller, R. Schwalbe, R. Ostrowski, W. Dott // Intern. J. of Hygiene and Environmental Health. — 2000. — Vol. 203, no. 2. — P. 105-116.
8. Хайруллин, Р. М. Особенности влияния некоторых фитопатогенов на качество зерна пшеницы / Р. М. Хайруллин, Р. И. Исмагилов, Р. Б. Нурлыгаянов // Зерн. хоз-во. — 2003. — № 3. — С. 24-25.
9. Кряжев, Д. В. Новые аспекты применения низкоинтенсивных излучений (КВЧ) в экобиотехнологии / Д. В. Кряжев, В. Ф. Смирнов // Вестн. Нижего-род. ун-та им. Н. И.Лобачевского. — 2010. — № 2 (2). — C. 418-422.
10. Барабой, В. А. Структура, биосинтез меланинов, их биологическая роль и перспективы применения / В. А. Барабой // Успехи соврем. биологии. — 2001. — Т. 12. — С. 1-12.
Поступила в 'редакцию 08.02.2019 После переработки 28.04.2019
Сведения об авторах
Головина Татьяна Анатольевна, кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры микробиологии, иммунологии и общей биологии, Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия; e-mail: [email protected].
Зотов Илья Станиславович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиофизики и электроники, Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия; e-mail: [email protected].
Бычков Игорь Валерьевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой радиофизики и электроники, Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия; e-mail: [email protected].
Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 2019. Vol. 4, iss. 2. P. 214-220.
DOI: 10.24411/2500-0101-2019-14208
STUDY OF THE INFLUENCE OF INFRARED ELECTROMAGNETIC RADIATION ON ALTERNARIA MICROMYCETES
T.A. Golovina", I.S. Zotovb, I.V. Bychkovc
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia "[email protected], [email protected], [email protected]
We discuss the effect of electromagnetic radiation in the infrared range of the dark spectrum (a wavelength of 1-8 microns), on the culture of Alternaria micromycetes. The effect of this type of radiation on the spores and mycelium of the fungus is investigated. The irradiation is performed on the programmed digital temperature profiles with independent automated thermal measuring control. It is shown that electromagnetic radiation in the infrared range inhibits spores only at sufficiently high temperatures in excess of 200 °C.
Keywords: micromycetes, electromagnetic radiation, infrared range, infrared station, thermal imaging thermometer.
References
1. StatsyukN.V. Povysheniye resursnogo potentsiala kartofelya putyom obrabotki semennogo materiala impul'snym nizkochastotnym elektricheskim polem [Increasing the resource potential of potatoes by treating seed with a pulsed low-frequency electric field. Thesis]. Vladikavkaz, 2016. 135 p. (In Russ.).
2. NyukshaYu.P. Biologicheskoye povrezhdeniye bumagi i knig [Biological damage of paper and books]. St. Petersburg, Ed. Dep. of RAS Library, 1994. 114 p. (In Russ.).
3. Hannibal F.B. Vidovoy sostav, sistematika i geografiya vozbuditeley al'ternariozov podsolnechnika v Rossii [Species composition, systematics and geography of pathogens of sunflower alternariaz in Russia]. Vestnik zashchity rasteniy [Plant protection bulletin], 2011, iss. 1, pp. 13-19. (In Russ.).
4. Logrieco A., Bottalico A., Visconti A., VurroM. Natural occurrence of Alternaria-mycotoxins in some plant products. Microbiologie Aliments Nutrition, 1988, vol. 6, no. 1, pp. 13-17.
5. HradilC., HallocV., ClardyI., KenfieldD., StrobelD. Phytotoxins from Alternaria cassiae. Phytochemistry, 1989, vol. 28, no. 1, pp. 73-75.
6. Sorenson W.G. Fungal spores: hazardous to health. Environmental Health Perspectives, 1999, vol. 107, suppl. 3, pp. 469-472.
7. Fischer G., MullerT., SchwalbeR., OstrowskiR., Dott W. Species-specific profiles of mycotoxins produced in cultures and associated with conidia of airborne fungi derived from biowaste. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 2000, vol. 203, no. 2, pp. 105-116.
8. Khairullin R.M., Ismagilov R.I., Nurlygayanov R.B. Osobennosti vliyaniya nekotorykh fitopatogenov na kachestvo zerna pshenitsy [Features of the influence of some pathogens on the quality of wheat grain]. Zernovoye khozyaystvo [Grain farming], 2003, no. 3, pp. 24-25. (In Russ.).
9. Kryazhev D.V., SmirnovV.F. Novye aspekty primeneniya nizkointensivnykh izlucheniy (KVCh) v ekobiotekhnologii [New aspects of the use of low-intensity radiation (shortwave freequencies) in ecobiotechnology]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta imeni N.I. Lobachevskogo [Bulletin of N.I. Lobachevsky Nizhniy Novgorod University, 2010, no. 2 (2), pp. 418-422. (In Russ.).
220
T. A. ro^OBHHa, H. C. 3OTOB, H. B. BM^KOB
10. Baraboy V.A. Struktura, biosintez melaninov, ikh biologicheskaya rol' i perspektivy primeneniya [Structure, biosynthesis of melanin, their biological role and application prospects]. Uspekhi sovremennoy biologii [Achievements of the contemporary biology], 2001, vol. 12, pp. 1-12. (In Russ.).
Accepted article received 08.02.2019 Corrections received 28.04.2019
