Разработка методик исследования биоразнообразия, состояния природных экосистем, загрязненности окружающей среды: 2019 г. этап 3

  • Бочаров, Владимир Николаевич (CoI)
  • Власенко, Наталия Сергеевна (CoI)
  • Кучаев, Вячеслав Алексеевич (CoI)
  • Лебедева, Наталья Аркадьевна (CoI)
  • Рышкевич, Татьяна Ивановна (CoI)
  • Самуленков, Дмитрий Альбертович (CoI)
  • Снарская, Дина Данировна (CoI)
  • Шиловских, Владимир Владимирович (CoI)
  • Чистякова, Людмила Валерьевна (PI)
  • Емельянова, Мария Сергеевна (CoI)
  • Kosterov, Andrei (CoI)
  • Волкова, Кристина Андреевна (CoI)
  • Лянгузов, Андрей Юрьевич (CoI)
  • Гавриловская, Виолетта Викторовна (CoI)
  • Сапунов, Максим Викторович (CoI)
  • Сладкова, Светлана Владимировна (CoI)
  • Цушко, Клара Михайловна (CoI)
  • Царев, Виктор Михайлович (CoI)
  • Хабибулина, Валерия Руслановна (CoI)
  • Kamyshatskaia, Oksana (CoI)
  • Зайцев, Никита Александрович (CoI)
  • Миронов, Григорий Николаевич (CoI)
  • Небосько, Евгений Юрьевич (CoI)
  • Павлов, Александр Борисович (CoI)
  • Поляков, Михаил Анатольевич (CoI)
  • Попов, Виктор Валентинович (CoI)
  • Прокофьев, Олег Михайлович (CoI)
  • Земскова, Татьяна Ивановна (CoI)
  • Лапатинский, Анатолий Петрович (CoI)
  • Петрова, Татьяна Александровна (CoI)
  • Зайцев, Дмитрий Александрович (CoI)
  • Камардин, Николай Николаевич (CoI)

Project

Project Details

Description

Разработка методик оценки состояния природных и антропогенных экосистем, включая методики выявления различных типов загрязнений атмосферы, вод и почв. Изучение механизмов различных стрессорных воздействий на организменном уровне и разработка методик, позволяющих минимизировать такие воздействия. Характеристика вновь синтезируемых веществ и препаратов, в том числе определение их токсических свойств. С использованием вновь разработанных и существующих методик – изучение организации и функционирования отдельных компонентов природных и искусственных экосистем, а также их взаимодействий, в том числе с целью разработки технологий эффективного и рационального природопользования.

Layman's description

Разработано: методика биотестирования антибактериальной активности слаборастворимых химических соединений, которая позволяет определить минимальную бактерицидную концентрацию труднорастворимых химических соединений; методика расчета начальной («нулевой») скорости ферментативной реакции по кинетической кривой накопления продукта; методика культивирования в лабораторных условиях инфузорий, выделенных из природных водоемов с разной соленостью (2-33 ‰) с использованием культуры Dunaliella tertiolecta; метод оценивания площади годичных колец на основе статистического анализа по данным кернов, извлеченных с помощью бурава Пресслера.
Исследовано развитие полипов семейства Cassiopeidae (Cnidaria: Scyphozoa), которые при размножении бесполым путем, формируют ресничную стадию плавания – планулоид; исследовалось экологическое состояние морских прибрежных районов с использованием сердечных реакций мидий Mytilus galloprovicialis используемых в качестве биоиндикаторного организма; с помощью спектрофотометрических методов исследована альфа-амилазы слюны, которая может служить маркером различных заболеваний; исследованы особенности кардиоактивности и накопления металлов в тканях двустворчатых моллюсков из различных акваторий восточной части Финского залива и Рыбинского водохранилища; проведена оценка экологического состояния двух областей реки Сунхуа, имеющих разную антропогенную нагрузку: около города Харбин и города Тунцзян; впервые проведены измерения кардиоактивности двустворчатого моллюска Сristaria plicata из реки Сунгари; проведено исследование гепатопанкреатических транскриптом, кишечной микробиоты и гистопатологических изменений в гепатопанкреасе Procambarus clarkia в ответ на 16 часовое воздействие токсина сине-зеленых водорослей; проведено изучение механизмов токсичности кадмия (Cd) на примере раков вида P. Clarkia; исследовано хроническое (6 месяцев) воздействие биологически очищенных сточных вод (БОСВ) на функциональное состояние раков Astacus leptodactylus; исследованы симплектитные структуры из тонких прожилков хромититового комплекса Бушвельд и симплектитные структуры из неогеновых базальтов Курильских островов; исследован молибденит из двух участков оруденения медных порфиров Южного Урала; представлены результаты геохимических, Sm-Nd изотопно-геохимических исследований метавулканических пород западной части Тукурингрского террейна; разработан новый метод обнаружения примесей наночастиц в жидкостях и водных средах; по результатам исследования охарактеризованы основные источники углерода в породах Кейви, а также прояснены спорные вопросы эволюции террейна.

Key findings for the stage (in detail)

По результатам лабораторных исследований разработана методика «Биотестирования антибактериальной активности слаборастворимых химических соединений» методика позволяет определить минимальную бактерицидную концентрацию труднорастворимых химических соединений, а также динамику воздействия на бактерии, за счет отработанных приемов культивирования бактерий с тестируемым веществом, увеличения времени экспозиции. Предполагается, что материалы обладающие бактерицидными и бактериостатическими свойствами найдут широкое применение в медицине, пищевой промышленности и других областях Предложенная шкала разведения бактериальной культуры значительно упрощает работу по достижению удобной для опыта концентрации бактерий и позволяет стандартизировать эксперимент.
Предложена методика расчета начальной («нулевой») скорости ферментативной реакции по кинетической кривой накопления продукта. Метод позволяет свести к минимуму систематическую ошибку измерений, оценивать скорость реакции независимо от уровня активности разных образцов фермента, а также существенно сократить время анализа. При классическом подходе при достаточно высокой активности фермента в пробе обязательно появляется систематическая ошибка как следствие недооценки реальной активности (занижение средней скорости). Разработанный подход к расчету начальной скорости ферментативной реакции по кинетической кривой накопления продукта является универсальным и пригоден для анализа кинетики ферментов при стандартных прямых измерениях их активности.
По результатам лабораторных исследований отработана методика культивирования в лабораторных условиях инфузорий, выделенных из природных водоемов с разной соленостью (2-33 ‰) с использованием культуры зеленого жгутиконосца Dunaliella tertiolecta. В методике описаны порядок культивирования водоросли в зависимости от солености среды и объёма культивируемого вида. Показано, что применение Dunaliella в качестве кормовой добавки оказывает положительный эффект при культивировании солоноватоводных видов парамеций.
Одним из негативно воздействующих антропогенных факторов на состояние отдельных деревьев и их сообществ является промышленное атмосферное загрязнение. Его влияние приводит к уменьшению годичного прироста, сужению годичных колец, при этом снижается прирост биомассы деревьев. На примере сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) предложен простой, экономичный приближенный метод оценивания площади годичных колец по данным кернов, извлеченных из ствола дерева с помощью бурава Пресслера. Метод целесообразно использовать для оценки продуктивности стволовой древесины на основе статистического анализа данных о радиальном приросте, измеренном на приборе LINTAB, при мониторинге состояния лесных сообществ. Предлагаемый метод позволяет оценить с ресурсной точки зрения темпы нарастания стволовой древесины конкретных видов древесных растений и сопоставить продуктивность древостоев в разных экологических условиях, метод целесообразно использовать как экспресс-метод при широкомасштабных мониторинговых исследованиях состояния лесов.
Исследовано развитие полипов семейства Cassiopeidae (Cnidaria: Scyphozoa), которые при размножении бесполым путем, формируют ресничную стадию плавания - планулоид. Показано, что образование планулоидов может быть модификацией бокового почкования, с развитием дочернего полипа, которое происходит отдаленно от материнского организма. В статье дается обоснование, что эти этапы нельзя назвать истинными почками из-за их независимого роста, утверждается, что «планулоид» лучшее название для ресничную стадии плавания и подчеркивает ее сходство с личинкой planula.
Исследовалось экологическое состояние морских прибрежных районов с использованием сердечных реакций мидий Mytilus galloprovicialis используемых в качестве биоиндикаторного организма при экотоксикологическом биомониторинге. Исследование также включало изучение взаимосвязи между характеристиками сердечного ритма мидии и биоаккумуляцией микроэлементов в мягких тканях мидий. Было установлено, что ЧСС значительно коррелирует с содержанием микроэлементов в тканях мидий. Также установлено, что значения биомаркеров у мидий из референтного(контрольного) местоположения были в 1,3-1,5 раза ниже, чем у мидий из по-разному загрязненных прибрежных районов залива. Был сделан вывод о том, что такой подход к физиологическому тестированию мидий может быть полезен при разработке быстрого и недорогого метода оценки состояния здоровья прибрежных экосистем.
С помощью спектрофотометрических методов исследована альфа-амилазы слюны. Амилаза слюны может служить маркером развития острого панкреатита, паротита, хронического и острого стресса, наличия психических и неврологических расстройств. Есть корреляция между амилазной активностью слюны и уровнем кортизола, являющегося показателем стресса, т. е. амилазный тест можно использовать в спортивной и военной медицине для оценки стрессоустойчивости, адаптации к экстремальным факторам профессиональной деятельности.
Рассмотрены особенности кардиоактивности и накопления металлов в тканях двустворчатых моллюсков из различных акваторий восточной части Финского залива и Рыбинского водохранилища. Функциональное состояние пресноводных двустворчатых моллюсков Unionidae, обитающих в исследуемых водоемах, было проанализировано с использованием оригинального гиперосмотического тест-воздействия. Характеристика функциональной активности моллюсков Trec, предложенная ранее для морских моллюсков, рассматриваемая как интегральная оценка их здоровья, может быть предложена для нового подхода к ранжированию акваторий по их экологическим условиям.
Проведена оценка экологического состояние двух областей реки Сунхуа, имеющих разную антропогенную нагрузку: около города Харбин и города Тунцзян, расположенных на расстоянии около 500 км вниз по течению. Были определены концентрации тяжелых металлов (ТМ) в воде, донных отложениях и мягких тканях, обитающих там моллюсков. Индекс загрязнения металла (MPI) и коэффициент биоконцентрации (BCF) в моллюсках были рассчитаны для Cd, Cu, Pb и Zn. Перед определением аккумуляции металлов у моллюсков было оценено функциональное состояния с использованием метода физиологической нагрузки, основанной на измерении времени восстановления (Trec) частоты сердечных сокращений (ЧСС) после снятия нагрузки. Двустворчатые моллюски с испытанных участков, подверженных загрязнению окружающей среды, демонстрировали существенно разные физиологические состояния. Физиологическое тестирование, концентрация HM в воде и осадках, а также биоаккумуляция HM в ткани показали, что экологическое состояние реки в районе Тунцзян лучше, чем в районе Харбина. Данный методологический подход к оценке экологического состояния акваторий, основанный на тестировании физиологического состояния аборигенных моллюсков, может быть использован для мониторинга степени антропогенного загрязнения в водоемах и ручьях.
Впервые проведены измерения кардиоактивности двустворчатого моллюска Сristaria plicata (Leach, 1815) из реки Сунгари (Китай), который широко используется как для выращивания жемчуга, так и для еды.
Проведено исследование гепатопанкреатических транскриптом, кишечной микробиоты и гистопатологических изменений в гепатопанкреасе Procambarus clarkii (P. clarkii) в ответ на 16 часовое воздействие токсина сине-зеленых водорослей Microcystis (Microcystin-LR). Анализ функционального обогащения показал, что MC-LR может влиять на процессы, связанные с кобаламином и гемом, а также снижать бактериальное разнообразие и численность кишечной микробиоты. Гистологические исследования показали, что воздействие MC-LR вызывало гистологические изменения гепатопанкреаса и кишечника. Это исследование дает представление о механизмах, связанных с гепатопанкреатической и кишечной реакцией на MC-LR
Проведено изучение механизмов токсичности кадмия (Cd) на примере раков вида P. clarkii. Для этого была измерена биоаккумуляция Cd в гепатопанкреасе и концентрация малонового диальдегида (MDA), супероксиддисмутазы (SOD), каталазы (CAT) и глутатион-S-трансферазы (GST). Кроме того, была проанализирована гистопатология гепатопанкреаса и проведен транскриптомный анализ гепатопанкреаса P. clarkii при стрессе Cd. Результаты показали, что гепатопанкреас может накапливать Cd в зависимости от времени и дозы. Cd индуцировал значительные изменения в содержании MDA и активности антиоксидантных ферментов. Серьезные гистологические изменения наблюдались в гепатопанкреаса раков. Исследование содержит подробную информацию по изучения механизмов токсического действия Cd на раков.
Исследовано хроническое (6 месяцев) воздействие биологически очищенных сточных вод (БОСВ) на функциональное состояние раков Astacus leptodactylus, используемых в качестве тест-организмов в биоэлектронной системе мониторинга качества воды, установленной на Юго-Западных очистных сооружениях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». В процессе экспозиции непрерывно измерялась частота сердечных сокращений этих раков. По окончании экспозиции была измерена аккумуляция кадмия, никеля и меди в мягких тканях раков. В результате исследования не было обнаружено существенного изменения функционального состояния раков, а также повышенного накопления исследуемых металлов (Cd, Cu, Ni) в мышце и гепатопанкреасе раков, содержащихся в БОСВ, по сравнению с контрольными раками, что указывает на низкое содержание этих тяжелых металлов в БОСВ, сбрасываемых в Невскую губу.
Исследованы симплектитные структуры из тонких прожилков хромититового комплекса Бушвельд и симплектитные структуры из неогеновых базальтов Курильских островов. Было показано, что тонкоструктурированные симплектиты Курил образовывались в результате реакции хромита с базальтовым расплавом. Исследования методом электронной диффракции позволили обнаружить реакционные каймы и отнести включения в хромитах к захваченному расплаву, что говорит о характере образования хромитов в ходе неравновесного взаимодействия между магматическими потоками, в то время как окончательное образование массивных хромитов произошло в более позднее время в результате взаимодействия хромитов и вещества интерстиций. Исследование полезно для определения условий образования месторождений, связанных с хромититовыми комплексами, для поиска более рациональных и экологичных способов добычи полезных ископаемых.
Исследован молибденит из двух участков оруденения медных порфиров Южного Урала. Исследования проводились методами электронно-зондового микроанализа (EMPA), микро-дифракции рентгеновских лучей (µXRD) и дифракции обратнорассеянных электронов (EBSD). Повышенные содержания рения (от 0,2 до 0,4, иногда до 1,1 мас.%) зарегистрированы для полос шириной от нескольких до десятков микрометров и длиной до сотен микрометров, параллельных удлинению чешуйки молибденита. Показано, что и µXRD, и EBSD являются наиболее подходящими инструментами для различения разных политипов в пределах одного зерна молибденита. Работа по определению закономерностей распределения рения в молибдените имеет прикладное применение для добычи рассеянного рения из молибденовых руд, увеличения эффективности переработки сырья и уменьшения вреда экологии за счет этого.
Представлены результаты геохимических, Sm-Nd изотопно-геохимических исследований метавулканических пород западной части Тукурингрского террейна – одного из наиболее крупных террейнов в структуре Монголо-Охотского складчатого пояса. Принимая во внимание раннемезозойский возраст, исследованные метабазальты являются наиболее молодыми в структуре Монголо-Охотского пояса. Не исключено, что нижнемезозойские отложения западной части Тукурингрского террейна являются реликтами остаточного океанического бассейна. Методом электронной микроскопии были в данной работе определены составы породообразующих минералов и подобраны участки для изотопных исследований.
Разработан новый метод обнаружения примесей наночастиц в жидкостях и водных средах является актуальной темой для широкого круга задач, от решения экологических проблем загрязнения окружающей среды и определения степени чистоты различных жидкостей до создания прозрачных оптических материалов с улучшенными свойствами для лазерной техники. Обладая сильным нелинейно-оптическим поглощением, двумерные наночастицы, такие как графен или гексагональный нитрид бора (hBN), являются кандидатами в изменение отклика вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ). Эксперименты показывают значительное тушение ВРМБ с увеличением концентрации наночастиц. Установлены концентрации наночастиц, приводящие к измеряемой величине эффекта. Метод может быть применен для дистанционного зондирования водоемов, содержащих небольшие примеси наночастиц с целью определения их концентраций.
По результатам исследования охарактеризованы основные источники углерода в породах Кейви, а также прояснены спорные вопросы эволюции террейна, используя углеродсодержащий материал в качестве индикатора пиковых тепловых событий. Высокий интерес к графиту и механизмам формирования его месторождений отмечен в связи с появлением технологий интеркалирования графита и, как следствие, возможности получения в промышленных масштабах графена, который является основой для перехода к современной «зеленой» экологии. Исследование супракрустальных пород Кейвского террейна, богатых углеродом, представляется как фундаментально, так и практически значимым, как в геологическом, так и экологическом аспектах.

Academic ownership of participants (text description)

Самуленков Дмитрий Альбертович участие в планировании экспериментов и подготовке публикаций; да
Рышкевич Татьяна Ивановна участие в планировании экспериментов и подготовке публикаций; да
Кучаев Вячеслав Алексеевич участие в планировании экспериментов, да
Лебедева Наталья Аркадьевна участие в проведении экспериментов и подготовке публикаций; да
Снарская Дина Данировна участие в проведении экспериментов и подготовке публикаций; да
Емельянова Мария Сергеевна участие в проведении экспериментов да
Гавриловская Виолетта Викторовна участие в проведении экспериментов; да
Хабибулина Валерия Руслановна участие в проведении экспериментов; да
Камышацкая Оксана Геннадьевна участие в проведении экспериментов; да
Цушко Клара Михайловна техническое сопровождение экспериментов; да
Царев Виктор Михайлович техническое сопровождение экспериментов; да
Бочаров Владимир Николаевич - участие в проведении экспериментов и в подготовке публикаций; да
Власенко Наталья Сергеевна - участие в проведении экспериментов да
Волкова Кристина Андреевна - участие в проведении экспериментов да
Зайцев Никита Александрович - участие в проведении экспериментов; да
Миронов Григорий Николаевич - участие в проведении экспериментов; да
Небосько Евгений Юрьевич - участие в проведении экспериментов; да
Павлов Александр Борисович - техническое обеспечение; да
Поляков Михаил Анатольевич - участие в проведении экспериментов; да
Попов Виктор Валентинович - участие в проведении экспериментов; да
Прокофьев Олег Михайлович - участие в проведении экспериментов; да
Шиловских Владимир Владимирович - участие в проведении экспериментов и в подготовке публикаций; да
Сапунов Максим Викторович техническое сопровождение, участие в подготовке публикаций; да
Сладкова Светлана Владимировна участие в проведении экспериментов; да
Лянгузов Андрей Юрьевич участие в проведении экспериментов, подготовка публикаций; да
Земскова Татьяна Ивановна техническое сопровождение;да
Петрова Татьяна Александровна участие в проведении экспериментов, подготовка публикаций;да
Зайцев Дмитрий Александрович техническое сопровождение ; да
Лапатинский Анатолий Петрович техническое сопровождение; да
Камардин Николай Николаевич техническое сопровождение,подготовка публикаций да

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

разрешается
Short titleGZ-2019
AcronymNP_2017 - 3
StatusFinished
Effective start/end date25/06/1931/12/19