Стимулирование роста Chlorella в зависимости от длительности воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот

Полный текст

Введение Загрязнение карьерных сточных вод соединениями неорганического азота - важная проблема горнодобывающей промышленности [1; 2]. Загрязнение происходит в результате использования в качестве взрывчатого вещества нитрата аммония при неполном его разложении. В результате выбросов соединения неорганического азота попадают в водоемы и почвы, угнетая экосистему[3]. Микроводоросль Chlorella - перспективный объект исследований для создания методов очистки сточных вод горнодобывающих производств от соединений неорганического азота [4; 5]. Поэтому важно найти способы стимулирования роста микроводоросли, с помощью которых удастся быстрее наращивать биомассу микроводоросли для очистки сточных вод. Электромагнитное излучение (ЭМИ) может быть использовано для ускорения наращивания биомассы микроводорослей. В ряде работ показаны стимулирующие эффекты ЭМИ на микроводоросль Chlorella [6; 7]. Повышенный интерес представляет действие ЭМИ крайне высоких частот (КВЧ). Так, в [8-10] сообщается о снижении токсичности загрязняющих веществ в воде при воздействии электромагнитного излучения крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ). Цель исследования - изучение действия ЭМИ КВЧ различной продолжительности при наращивании биомассы микроводоросли Chlorella. Материалы и методы Объект исследования - одноклеточная микроводоросль Chlorella vulgaris. До начала экспериментов биомасса водоросли наращивалась на среде Тамия 7 дней. Полученную культуру брали в качестве исходной для проведения экспериментов. Эксперименты проходили при постоянном освещении лампы LED-1088 Aquarium light, при постоянной температуре 30 ⁰С и подаче воздуха 2,5 л/м. Характеристики излучения. Генератор Г4-141 («Исток», г. Фрязино Московской области, СССР) являлся источником излучения. Прямоугольный рупор с раскрытом 5,2×2,6 мм использовался в качестве излучателя на расстоянии 25 см от объекта. Плотность потока энергии J составляла 11,69 мкВт/см2. Рабочая частота излучения 40 ГГц в режиме непрерывной генерации выявлена в предварительных экспериментах [11]. Методика эксперимента. В каждом эксперименте брали 6 мл исходной культуры, вносили в 1,2 литра среды Тамия и разделяли на 4 равные пробы по 300 мл. Одну пробу сразу отбирали для определения исходной концентрации биомассы, оставшиеся три экспериментальные пробы культивировали 24 ч, облучая ЭМИ КВЧ от 0 до 480 мин в начале культивирования. Было проведено два контрольных эксперимента, в которых культура выращивалась без воздействия ЭМИ КВЧ, и 9 экспериментов с различным временем экспозиции: 5, 10, 15, 30, 45, 60, 120, 240, 480 мин. Методика анализа. После окончания культивирования пробы пропускались через мембранный фильтр диаметром 47 мм типа МФАС-ОС-2С. А затем по методике ГОСТ 17.1.4.02-90 определяли концентрацию биомассы микроводоросли на спектрофотометре ПЭ-5400УФ (ООО «Экохим», г. Санкт-Петербург, Россия). По значениям от трех экспериментальных проб рассчитывалась средняя концентрация биомассы. По среднему значению относительно исходного значения рассчитывался прирост биомассы за сутки. Полученный прирост биомассы в эксперименте сравнивался со значением в контрольных экспериментах. Результаты Полученные результаты представлены в графическом виде на рисунке. Прирост концентрации биомассы Chlorella vulgaris после 24-часового культивирования в зависимости от времени экспозиции ЭМИ 40 ГГц, ППЭ 11,69 мкВт/см2 The Chlorella vulgaris biomass concentration increase after cultivation 24 hours and various durations exposure to EMR 40 Hz, energy-flux density of 11.69 uW/cm2 По двум контрольным экспериментам с тремя повторами в каждом было рассчитано среднее значение концентрации биомассы, которое было принято за контрольное значение без воздействия и приравнено к 1. Ось ординат показывает, во сколько раз относительно контроля изменилась концентрация биомассы за сутки - ∆B. Ось абсцисс показывает время экспозиции объекта - Т, от 5 до 480 минут. На графике представлено 9 столбцов, каждый из которых отражает результаты одного из экспериментов с различным временем экспозиции. Культивирование во всех экспериментах проходило 24 часа вне зависимости от времени экспозиции. Как видно из данных рис., в экспериментах наблюдается увеличение концентрации биомассы микроводоросли относительно контрольных значений, что подтверждает предварительно полученные результаты о стимулирующем действии ЭМИ КВЧ 40 ГГц на Chlorella vulgaris [11]. Результаты экспериментов, приведенные на графике, разделены на три сектора: 5-30, 45-240, 480 мин. В диапазоне от 5 до 30 мин наблюдается увеличение концентрации биомассы относительно контроля. В диапазоне от 45 до 240 мин наблюдается резкое увеличение прироста биомассы с пиковым значением при времени экспозиции 120 мин. Затем прирост биомассы снижается и при 480 мин укладывается в диапазон, наблюдаемый при 5-30 мин. Наличие данных о способности микроводоросли Chlorella к поглощению аммонийного и нитратного азота [4; 5] указывает на перспективность биологических методик очистки карьерных сточных вод от соединений неорганического азота. Данные о снижении токсичности загрязняющих веществ в стоках [8-10] свидетельствуют о перспективности использования ЭМИ КВЧ не только для стимулирования роста микроводоросли, но и снижения токсичности соединений азота и, как следствие, повышения степени очистки карьерных сточных вод. Заключение По результатам исследования оптимальное время экспозиции ЭМИ КВЧ 40 ГГц для стимулирования роста одноклеточной микроводоросли Chlorella vulgaris лежит в диапазоне от 45 до 240 мин. Максимальный стимулирующий эффект был отмечен при времени экспозиции 120 мин (2 ч). Прирост биомассы за 24 ч выше контрольных значений в 6,84 раза при экспозиции 120 мин. Полученные результаты важны для создания методик культивирования микроводорослей. Для создания методов культивирования Chlorella необходимо подобрать оптимальные характеристики ЭМИ КВЧ. Описанные в статье эксперименты были проведены в режиме непрерывной генерации. В дальнейшей работе необходимо изучить действие ЭМИ КВЧ в режиме импульсной генерации и сравнить воздействие с воздействием непрерывного излучения. Также необходимо проведение ряда экспериментов по изучению способности Chlorella к поглощению соединений азота в различных условиях, в том числе в климатических условиях Крайнего Севера, подбору холодоустойчивых видов Chlorella. И затем изучить способность Chlorella поглощать соединения неорганического азота при экспозиции ЭМИ КВЧ.

Об авторах

Глеб Андреевич Щеглов

Федеральный исследовательский центр Кольского Научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: g.scheglov@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0003-2870-3616

инженер, Институт проблем промышленной экологии Севера

Российская Федерация, 184209, Мурманская обл., Апатиты, ул. Ферсмана, 14а

Список литературы