CC BY
64
ФИЗИКА
Челябинский физико-математический журнал. 2019. Т. 4, вып. 1. С. 87-93.
УДК 537.876.4; 57.043 DOI: 10.24411/2500-0101-2019-14108
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА НА КУЛЬТУРУ ГРИБОВ РОДА ALTERNARIA
Т. А. Головина", И. С. Зотов6, И. В. Бычковс
Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия "[email protected], [email protected], [email protected]
Рассматривается действие электромагнитного излучения СВЧ-диапазона частотой 2450 МГц на культуры грибов рода Alternaría. Исследуется влияние длительности и мощности воздействия данного типа излучения на споры и мицелий гриба. Показано, что электромагнитное излучение СВЧ-диапазона угнетающе действует на споры уже при мощности излучения в 150 Вт, при этом время воздействия должно быть не менее 30 с.
Ключевые слова: микромицеты, биодеструкторы, электромагнитное излучение, СВЧ, магнетрон, прямоугольный волновод.
Введение
Одним из важных направлений развития современной микологии является исследование последствий жизнедеятельности микромицетов — биодеструкторов. Это вызвано ростом интереса к экологической безопасности жилых и общественных помещений, а также продуктов народнохозяйственного потребления. Микромицеты являются активным компонентом природных биоценозов. Вредоносность данной группы обусловлена их способностью изменять биохимический состав сельскохозяйственной продукции и загрязнять её микотоксинами. Почва также является источником пополнения микромицетов — биодеструкторов в помещениях. Попадая на подходящий субстрат, грибы выделяют в среду пищеварительные ферменты — энзимы, разрушающие полимеры. Гидролитическая деструкция является реальной причиной порчи документов в хранилищах, предметов культурного наследия. Грибы представляют опасность и для человека как причина аллергических заболеваний и снижения иммунитета. Многие из них обладают сильными мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами. Alternaría altrenata (Fr.) Keissl. близка морфологически и объединяется в фитопатологической литературе с A. tenuíssíma, A. arborescens в группу мелкоспоровых видов рода и встречается в разных странах мира, в том числе и в России чаще остальных [1]. Все перечисленные мелкоспоровые виды способны к синтезу нескольких микотоксинов, например альтернариола, его метилового эфиратенуазоновой кислоты и др., по токсичности не уступающих
Работа выполнена в рамках поддержки приоритетных проектов, направленных на реализацию программы развития Челябинского государственного университета в 2018 г.
фузариотоксинам и афлатоксинам [2-5]. Грибы рода Alternaría имеют темноокра-шенные за счёт меланина мицелий и споры и потому проявляют стойкость к различного рода химическим и физическим воздействиям. Стойкость грибных организмов к ряду однофакторных или комбинированных физических методов обеззараживания отмечена в ряде работ отечественных и зарубежных авторов [6-10]. В настоящее время для борьбы с грибами-деструкторами в основном используются химические способы. Однако эти методы не безопасны для исполнителя, а также остаются несовершенными способы очистки и детоксикации обработанных материалов. В связи с этим крайне актуальным является поиск физических способов борьбы с микромицетами-биодеструкторами. Активно исследуются такие физические методы по обеззараживанию, как обработка электростатическим полем высокой напряжённости, коронным разрядом и низкотемпературной плазмой, озоном, переменным электромагнитным полем промышленной частоты, импульсным низкочастотным электрическим полем, сверхвысокочастотным электромагнитным полем. Потому настоящая работа по изучению влияния излучения СВЧ-диапазона на культуру грибов рода Alternaría является актуальной.
1. Материалы и методы
Для исследования использовали культуру грибов рода Alternaría из коллекции лаборатории фитопатологии Челябинского государственного университета. Изоляты культивировали в чашках Петри при 26 0C на агаризированной питательной среде Чапека (ТУУ 229014-00419789-95). Далее полученные культуры подвергали обработке электромагнитным излучением СВЧ-диапазона с различной длительностью и мощностью воздействия, 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). Микрофотографии получали с помощью микроскопа МикМед 1 (Russia) и цифрового окуляра Dino-Eye AM4023 (China). Общая характеристика исследуемого объекта следующая. Признаки культуры: колонии распростёртые, бархатистые, оливково-чёрные. Морфология: конидиеносцы одиночные или в пучках, простые до 50 мкм длиной, светло-оливковые или коричневые, гладкие, 50x3-6 мкм. Конидии яйцевидные, обратнобулавовидные, оливково-коричневые, гладкие или бородавча-
Рис. 1. Признаки культуры ЛЫвтпапа аЫетпаЬа: колонии на питательной среде (1), морфология конидий (2) и конидиеносцев (3)
тые, с 3-8 поперечными и несколькими продольными перегородками, на верхушке с коротким носиком 20-60 х 10-18 мкм, в простых или разветвлённых цепочках (рис. 1).
Исследование влияния электромагнитного излучения на грибы-биодеструкторы проводилось на экспериментальной установке оригинальной конструкции, представленной на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид и схема экспериментальной установки. ИО — исследуемый образец,
помещённый в чашку Петри
Экспериментальная установка состояла из резонансного магнетрона, генерирующего электромагнитное излучение частотой 2450 МГц, и прямоугольного волновода сечением 100x50 мм, в котором размещались исследуемые биологические образцы, конец волновода, для согласования, выполнен в виде пирамидального поглотителя. Потребляемая мощность магнетрона варьировалась в диапазоне от 100 до 600 Вт. Время облучения биологических образцов также варьировалось в диапазоне от 5 с до 3 мин.
2. Результаты и обсуждение
Проводилось две серии экспериментов. В первой серии образцы спор Alternaría alternata были выращены на питательной среде, при этом в эксперименте менялись время и мощность
воздействия. Режимы и результаты исследований представлены в табл. 1.
Из результатов облучения спор грибов рода Alternaría следует, что при мощности СВЧ-излучения, генерируемой магнетроном в 150 Вт, время облучения должно составлять не менее 30 с, в противном случае элиминация спор не происходит. Во второй серии для исключения влияния нагрева питательной среды образцы спор были помещены на стерильную фильтровальную бумагу с фиксированной влажностью. В ходе
Таблица 1
№ п/п P, Вт t, c Результат воздействия
1 150 10 Элиминация спор не выявлена
2 150 30 Споры элиминированы
3 300 60 Споры элиминированы
4 600 30 Споры элиминированы
5 600 60 Споры элиминированы
Таблица 2
№ п/п P, Вт t, c Результат воздействия
1 600 2 Элиминация спор не выявлена
2 600 5 Элиминация спор не выявлена
3 600 10 Элиминация спор не выявлена
4 600 15 Споры элиминированы
5 600 20 Споры элиминированы
6 600 40 Споры элиминированы
7 600 90 Споры элиминированы
8 600 180 Споры элиминированы
эксперимента менялось время воздействия, при этом мощность СВЧ-излучения оставалась максимальной — 600 Вт. Параметры воздействий и результаты облучения образцов излучением СВЧ-диапазона представлены в табл. 2.
Результаты облучения электромагнитным излучением СВЧ с дальнейшим пересевом образцов на агаризованную питательную среду представлены на рис. 3.
Рис. 3. Результат обработки электромагнитным полем СВЧ-диапазона с мощностью 600 Вт
и экспозицией от 2 до 180 с
Рис. 4. Результат микроскопического анализа спор до и после обработки электромагнитным полем СВЧ-диапазона с мощностью 600 Вт и экспозицией 5 с
При микроскопическом анализе структуры выживших спор отмечено усиление пигментации по сравнению с контролем (рис. 4).
Полученные результаты показали, что при мощности воздействия СВЧ-поля, равной 600 Вт, достаточно длительности экспозиции 15 с, чтобы лишить споры грибов рода Alternaría жизнеспособности. При меньшей экспозиции наблюдается активный рост колоний. Также результаты показывают, что при уменьшении мощности воздействия необходимо увеличивать его продолжительность. Так, при мощности СВЧ-излучения в 150 Вт время воздействия не должно быть меньше 30 с.
Список литературы
1. Ганнибал, Ф. Б. Идентификация грибов рода Alternaria секции Alternaria с помощью ПЦР / Ф.Б.Ганнибал, Д. А. Новичкова // Вестн. защиты растений. — 2015. — Вып. 4. — С. 26-32.
2. Монастырский, О. А. Биозащита зерновых культур от токсикогенных микроорганизмов / О.А.Монастырский // Защита и карантин растений. — 2003. — № 2. —
C. 5-8.
3. Burge, H. A. An update on pollen and fungal spore aerobiology / H. A. Burge // Journal of Allergy and Clinical Immunology. — 2003. — Vol. 110, no. 4. — P. 544-552.
4. Цугленок, Г. И. Термическое воздействие СВЧ-поля на продовольственное зерно пшеницы / Г. И. Цугленок, Г. Г. Юсупова, Т. А. Головина. — Красноярск : Краснояр. гос. аграр. ун-т, 2005. — 126 с.
5. Ичеткина, А. А. Влияние ультрафиолетового излучения и излучения плазмы импульсного искрового разряда на зародышевые структуры и мицелий микромицетов-деструкторов / А. А. Ичеткина, С.В.Трофимова, Д. В. Кряжев, И.П.Иванова, В. Ф. Смирнов // Вестн. Нижегород. ун-та им. Н. И. Лобачевского. — 2011. — Вып. 2, ч. 2. — C. 196-201.
6. Logrieco, A. 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.
7. Hradil, C. Phytotoxins from Alternaria cassiae / C.Hradil, V. Halloc, I.Clardy,
D. Kenfield, D. Strobel // Phytochemistry. — 1989. — Vol. 28, no. 1. — Р. 73-75.
8. Sorenson, W. G. Fungal spores: hazardous to health / W. G. Sorenson // Environmental Health Perspectives. — 1999. — Vol. 107, suppl. 3. — P. 469-472.
9. Dadachova, E. Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin / E. Dadachova, A. Casadevall // Current Opinion in Microbiology. — 2008. — Vol. 11, iss. 6. — P. 525-531.
10. Silva, V. M. Differences in the resistance of microbial spores to thermosonication, high pressure thermal processing and thermal treatment alone / V. M. Silva // Journal of Food Engineering. — 2018. — Vol. 222. — P. 292-297.
Поступила в 'редакцию 14-01.2019 После переработки 17.02.2019
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]
92
T. A. ro^OBHHa, H. C. 3OTOB, H. B. BM^KOB
Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 2019. Vol. 4, iss. 1. P. 87-93.
DOI: 10.24411/2500-0101-2019-14108
STUDY OF THE INFLUENCE
OF MICROWAVE RANGE ELECTROMAGNETIC RADIATION ON CULTURE OF ALTERNARIA FUNGI1
T.A. Golovina", I.S. Zotovb, I.V. Bychkovc
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia "[email protected], [email protected], [email protected]
The effect of electromagnetic radiation in the microwave range, frequency 2450 MHz, on cultures of fungi r. Alternaria is considered. The effect of the duration and the power of exposure of this type of radiation on the spores and mycelium of the fungus is investigated. It is shown that the electromagnetic radiation of the microwave range has a depressing effect on spores, even at radiation power of 150 W, and the exposure time must be at least 30 s.
Keywords: micromycetes, biodestructors, electromagnetic radiation, microwave, magnetron, rectangular waveguide.
References
1. Gannibal F.B., Novovichkova D.A. Identifikatsiya gribov roda Alternaria sektsii Alternaria s pomoshch'yu PTsR [Identification of fungi of the genus Alternaria of the Alternaria section using PCR]. Vestnik zashchity rasteniy [Plant protection bulletin], 2015, iss. 4, p. 26-32. (In Russ.).
2. Monastyrsky O.A. Biozashchita zernovykh kul'tur ot toksikogennykh mikroorganizmov [Bioprotection of grain crops from toxicogenic microorganisms]. Zashchita i karantin rasteniy [Plant protection and quarantine], 2003, no. 2, pp. 5-8. (In Russ.).
3. Burge H.A. An update on pollen and fungal spore aerobiology. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2003, vol. 110, no. 4, pp. 544-552.
4. Tsuglenok G.I., Yusupova G.G., GolovinaT.A. Termicheskoye vozdeystviye SVCh-polya na prodovol'stvennoye zerno pshenitsy [Thermal effects of the microwave field on food wheat grain]. Krasnoyarsk, Krasnoyarsk State Agrarian University, 2005. 126 p. (In Russ.).
5. Ichetkina А.А., Trofimova S.V., Kryazhev D.V., IvanovaI.P., SmirnovV.F.
Vliyaniye ul'trafioletovogo izlucheniya i izlucheniya plazmy impul'snogo iskrovogo razryada na zarodyshevye struktury i mizseliy mikromitsetov-destruktorov [Effect of the ultraviolet radiation and the plasma radiation of a pulsed spark discharge on germinal structures and mycelium of micromycetes-destructors]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta imeni N.I. Lobachevskogo [Bulletin of N.I. Lobachevskiy Nizhny Novgorod University], 2011, iss. 2, part 2, pp. 196-201. (In Russ.).
6. 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.
7. HradilC., HallocV., ClardyI., KenfieldD., StrobelD. Phytotoxins from Alternaria cassiae. Phytochemistry, 1989, vol. 28, no. 1, pp. 73-75.
1rThe work was done within the framework of supporting priority projects aimed at implementing the development program of Chelyabinsk State University in 2018.
8. Sorenson W.G. Fungal spores: hazardous to health. Environmental Health Perspectives, 1999, vol.107, suppl. 3, pp. 469-472.
9. DadachovaE., Casadevall A. Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin. Current Opinion in Microbiology, 2008, vol. 11, iss. 6, pp. 525531.
10. SilvaV.M. Differences in the resistance of microbial spores to thermosonication, high pressure thermal processing and thermal treatment alone. Journal of Food Engineering, 2018, vol. 222, pp. 292-297.
Accepted article received 14-01.2019 Corrections received 17.02.2019
