Биоэкология

Задачи в обеспечение выполнения данной цели:

• проверка правильности сделанных предположений в предварительных наземных исследованиях о том, что ионы высоких энергий являются мощным мутагенным фактором;

• исследование влияния факторов полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов;

• достижение максимально возможной продуктивности штаммов-продуцентов и целевых продуктов биосинтеза - БАВ.

Условия орбитального полета предоставляют уникальную возможность для изучения воздействия тяжелых заряженных частиц галактического излучения на биообъекты. Такие частицы имеют в своем спектре практически все ионы элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева и обладают высокой проникающей способностью.

В эксперименте изучалось влияние факторов космического полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов в ходе экспонирования укладок «Биоэкология» в течение длительного времени.

Объектом исследования являлись культуры:

- микоризных грибов Mycelium radicis ginseng НТН-1, Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10, Mycelium radicis var. ledum НЖ-13, Mycelium sterilia ЛХ-1 – продуценты препарата биостимулятора роста растений, которые экспонировались в КЭ на плотной питательной среде Гельцер в пробирках;

Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10

Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium sterilia ЛХ-1

Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium radicis ginseng НТН-1

Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium radicis var. ledum НЖ-13

- бактериальных вегетативных культур – Arthrobacter sp. OC-1 (А1), Arthrobacter sp. МИА-74 (А2), Arthrobacter sp. МИП-89 (А3) – продуценты препарата биодеграданта нефти, которые экспонировались в КЭ на плотной питательной среде МПА в пробирках и в лиофильно высушенном состоянии в ампулах.

Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. OC-1 (б)

Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИП-89 (б)

Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИА-74 (б)

Исследуемые бактериальные и грибные культуры в наземных условиях обладают незначительной вариабельностью по макро- и микроморфологическим свойствам и значительной вариабельностью при изменении состава питательной среды, технологических параметров процессов культивирования, концентрирования, высушивания и хранения.

Предыдущими экспериментами на станции «Мир» было доказано, что естественная вариабельность клонов бактериальных культур микроорганизмов может быть усилена факторами космического пространства (микрогравитация, магнитное поле, радиационное излучение), являющимися естественными мутагенами как в условиях космоса, так и в наземных условиях.

На период начала эксперимента практически отсутствовали статистически достоверные данные по влиянию длительного воздействия факторов космического пространства на культуры грибных и бактериальных микроорганизмов – продуцентов различных БАВ. В связи с этим, огромный научный и практический интерес представляло использование эндомикоризных грибов и бактерий-биодеструкторов в качестве биообъектов исследования при проведении КЭ «Биоэкология».

КЭ «Биоэкология» был проведен на РС МКС в период экспедиций МКС-7 ? МКС-16 с 26.04.03 г. по 10.04.08 г.

В процессе эксперимента впервые в мире культуры эндомикоризных грибов (продуценты препарата регулятора роста растений) и бактериальные культуры (продуценты препарата-биодеграданта нефти и нефтепродуктов) экспонировались на РС МКС (МКС-7 ? МКС-16) в течение 8,1 ? 37,8 месяцев (244 ? 1135 дней).

В ходе анализа экспериментальных данных получены следующие результаты:

- выявлены закономерности в изменении свойств микроорганизмов в процессе проведения космического эксперимента;

- выделены и изучены новые высокоактивные штаммы микоризных грибов – продуцентов препарата гормона роста и бактерий – продуцентов препарата-биодеградации нефти и нефтепродуктов;

- проведены лабораторные, мелкоделяночные и полевые испытания, которые показали высокую эффективность препаратов, полученных на основе лётных культур штаммов микоризообразующих грибов и бактерий;

- получено 7 штаммов – суперпродуцентов препарата гормона роста и 14 штаммов – суперпродуцентов препарата биодеграданта нефти.

На основании полученных данных разработаны следующие технико-экономические документы:

- Инвестиционный проект «Создание производства гормонов роста растений»,

- Технико-экономическое обоснование производства гормонов роста растений,

- Инвестиционный проект «Создание производства биодеграданта нефти»,

- Технико-экономическое обоснование производства биодеграданта нефти.

Результаты, полученные при проведении КЭ «Биоэкология» изложены в 2-х томах:

• Том 1 «Анализ результатов космического эксперимента «Биоэкология» за период 2003 – 2008 г.г.» - Гормон роста.

• Том 2 «Анализ результатов космического эксперимента «Биоэкология» за период 2003 – 2008 г.г.» - Биодеградант нефти и нефтепродуктов (содержит общий список литературы и Приложение с разработанными методиками).

На основе штаммов вегетативных бактериальных культур создан высокоэффективный препарат биодеградант нефти и нефтепродуктов, который проходит широкомасштабные испытания. Получены положительные результаты. Препарат эффективно очищает почву и водные акватории при загрязнении нефтью до 20% в широком диапазоне значений рН и температур.

На основе штаммов микоризных грибов, выделенных из корней растений, создана серия препаратов – стимуляторов роста растений. Препарат представляет собой сбалансированный комплекс, состоящий из фитогормонов, аминокислот, углеводов, жирных кислот. Вес эти вещества являются продуктами метаболизма микоризных грибов, выделяющихся в процессе культивирования.

После обработки результатов эксперимента отмечено, что продолжительность экспонирования не является решающим фактором воздействия ФКП на микроорганизмы. Поэтому, как логическое продолжение эксперимента «Биоэкология» ставится эксперимент «Биотрек» с фиксацией соответствующими датчиками величины общей радиации и величин и видов тяжелых заряженных частиц. Это позволит построить корреляционную матрицу зависимости свойств биообъектов от космической радиации и в дальнейшем планировать эксперименты по времени.

• Исследование влияния факторов полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов.