Анотація до роботи:

Васильєва Н. Ю. Оцінка екологічного стану довкілля з використанням мікробних моделей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2009.

Дисертація присвячена розробці нових принципів методологічних підходів до аналізу негативних біологічних відгуків об'єктів навколишнього середовища з використанням мікробних моделей. Фактичний матеріал був отриманий при вивченні природних вод та ґрунтів степової зони півдня Одеської зони в умовах помірного сільськогосподарського навантаження. Визначені основні характеристики об’єктів навколишнього середовища за мікробіологічними показниками. Встановлено, що формування генотоксичного потенціалу природних вод залежить не тільки від складу забруднювачів і їх кількості, але і від рівня рН та жорсткість води, та взаємодії між собою іонів важких металів.

Лабораторними експериментами підтверджено генотоксичну активність сумішей іонів важких металів.

На основі отриманих результатів розроблена прогностична модель зміни мікробіологічних показників в залежності від діючих факторів.

У дисертації дана оцінка стану та мінливості мікробних ценозів, наведено теоретичне та практичне обґрунтування можливості використання нових підходів аналізу результатів мікробіологічного та хімічного контролю єдиної методологічної схеми, яка складається з трьох частин: виявлення та аналізу негативних мікробіологічних відгуків компонентів навколишнього середовища і їх класифікаційна оцінка; комплексний аналіз отриманих даних з виявленням ключових чинників, що змінюють відгук мікробіоти та їх картографічна інтерполяція; побудова прогностичних моделей на підставі отриманих даних.

1. Показано, що формування генотоксичності води водойм, розташованих в одній природно-кліматичній зоні і з однаковим рівнем забруднення, залежить не тільки і від складу забруднювачів і їх кількості, але і від рівня рН та жорсткості води. Вода у водоймах із слаболужними значеннями рН володіла сильною токсичною дією (загибель 80 % клітин) і незначною мутагенністю (1,3 відн. од); а вода водойм з лужними значеннями на фоні значного мутагенного ефекту (до 19,4 відн. од.) викликала загибель до 40 % клітин модельного організму.

2. Чисельність алохтонних мікроорганізмів у ґрунтових і поверхневих водах була практично однаковою і складала – 1,6 ± 0,3 – 2,9 ± 0,3 х 10⁴ КУО/мл для води поверхневих водойми і 1,5 ± 0,2 – 2,7 ± 0,2 х 10⁴ КУО/мл для ґрунтових вод. Чисельність автохтонних мікроорганізмів у ґрунтових водах складала – 4,6 ± 0,9 – 8,7 ± 0,9 х 10⁴ КУО/мл, а у поверхневих водах – 1,5 ±0,2 – 2,6 ± 0,1 х 10⁴ КУО/мл.

3. Показано, що рН не впливає на чисельність і співвідношення автохтонних і алохтонних бактерій в поверхневих і ґрунтових водах, на відміну від жорсткості. Коефіцієнт кореляції між цими ознаками відповідав r = -0,36 і r= -0,54 для кожної групи мікроорганізмів.

4. Максимальний рівень токсичності (загибель 40,0 – 55,0 % клітин бактерій) і мутагенного потенціалу (перевищення контролю у 2,1 разів) ґрунтів виявлений в гирловій зоні і уздовж залізничного і шосейного полотен, поблизу гаражів і складських приміщень з хімікатами і паливно-мастильними речовинами.

5. Максимальна кількість зимогенних мікроорганізмів (7,3 ± 0,8 – 9,6 ± 2,8 х 10⁴ КОЕ/г) виявлена в ґрунтах населених пунктів і біля ферм, що свідчить про велику кількість в них біогенних речовин. Максимальна кількість оліготрофних мікроорганізмів (7,7 ± 0,7 х 10⁴ – 3,2 ± 1,1 х 10⁵ КОЕ/г) сконцентрована уздовж автомобільних і залізних доріг.

6. Розроблений системний підхід з одночасним використанням методів мікробіологічного контролю, хімічного аналізу та математичної статистики дозволяє виявити і визначити синергичну дію мінімальних концентрацій важких металів. Встановлено, що комплекси іонів «кобальт-залізо» (F_Cu⁺²_Fe⁺²=42,2), «кобальт-мідь» (F_Co⁺²_Cu⁺²=4,11) індукують генотоксичну активність ґрунтів дослідженої території; на зміну чисельності зимогенної мікробіоти впливає синергична дія іонів кобальту і заліза (F_Co⁺²_Fe⁺²=10,2), а на чисельність оліготрофної мікробіоти - синергична дія іонів кобальту і міді (F_Co⁺²_Cu⁺²=2,25).

7. В лабораторних дослідженнях доведено посилення генотоксичної дії суміші солей важких металів, які викликають загибель більш 90 % клітин бактерій і збільшення кількості мутацій в 50 – 100 разів. На показник мутагенної активності найбільш активно впливають суміші солей міді з цинком та залізом, а на показники токсичності - суміш солей кобальту з залізом.

8. Залежності доза – ефект, що описують реакцію основних компонентів наземних екосистем на токсичне навантаження, нелінійні і мають S–подібний вигляд, що дозволяє задовільно апроксимувати їх експоненціальною або поліноміальною функцією. У дозових залежностях можна виділити два стабільних стани - фоновий і імпактний (у ряді випадків додається проміжний стан) з різким переходом між ними, що відбуваються за тригерним типом. Доля градієнта токсичного навантаження, яка доводиться на область переходу між стабільними станами в більшості випадків не перевищує 5,0 – 10,0 %.

9. Застосування методу біотестування ґрунтів з використанням бактерійного модельного організму для оцінки стану екосистеми дозволило отримати дані про синергичну дію іонів металів, що дало можливість уточнити компонентний склад узагальненої прогностичної моделі поведінки системи в умовах хронічного забруднення. Загальний вид залежності відповідає класичній регресії: Yj=b₀+bijXi. Запропоновані прогностичні моделі доводять, що незважаючи на різницю в часі і просторііснує загальна тенденція формування біологічних відгуків, що включають, змінюючи одна одну, стадії стимуляції бактерій і їх загибелі.

Публікації автора:

1. Оценка токсичности и мутагенности некоторых приоритетных компонентов загрязнения в бактериальной тест–системе Salmonella typhimurium TA 100 / Т. В. Васильева, В. А. Иваница, Н. Н. Панченко, Н. Ю. Васильева, С.А, Хачирова // Технические и системные методы экологического мониторинга. – Тр. Ин–та кибернетики НАН Украины, 1998. – С. 64 – 68. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

2. Методика комплексной оценки токсичности и мутагенности в бактериальной и водорослевой тест–системах / Т. В. Васильева, Н. Н. Панченко, Н. Ю. Васильева // Интелектуальные информационно–аналитические системы и комплексы. – Киев: Ин–т кибернетики им. В.М. Глушко НАН Украины, 2000. – С. 78 – 84. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

3. Комплексний мікробіологічний контроль природних вод полігона “Балай” / Н.Ю. Васильєва, М.М. Панчеко, Т.В. Васильєва, В.О. Іваниця // Вісник ОНУ. – 2001. – Т.6, №. 1. – С. 111-116. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

4. Васильева Н.Ю. Генотоксическая характеристика плодородного слоя почв полигона “Балай”/ Н. Ю.Васильева, Н. Н. Панченко, Т. В. Васильева // Вісник ОНУ. – 2001. – Т.6, №. 4. – С. 50 – 55. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

5. Васильева Н. Ю. Применение корреляционного анализа для оценки данных биотестирования в тест-системе Salmonella typhimurium TA 100 / Васильева Н. Ю., Иваница В. А. // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне ви користування ресурсів шельфу. – 2007. –В. 15. – С. 515 – 522. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

6. Васильева Н. Ю. Выявление изменений биологических показателей модельного организма (Salmonella typhimurium TA 100) в зависимости от содержания в почве тяжелых металлов/ Васильева Н. Ю., Иваница В. А. // Вісник Дніпрапетровського университету. – 2008. – Т. 1, В. 16. – С. 28 – 33. (Здобувачем проведено дослідження, узагальнено експериментальні дані)

7. Васильева Н. Ю. Резистентность водных бактерий к тяжелым металлам / Васильева Н. Ю. // Материалы юбилейной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 180-летию со дня рождения Л. С. Ценковского. Биоразнообразие. Экология. Эволюция. Адаптация. Одеса, 28 марта –1 апреля 2003 г. – Одесса, 2003. – С. 28.

8. Васильева Н. Ю. Использование математических методов для целей биологического контроля / Н. Ю. Васильева, В. А. Иваница // Материалы 10-й Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI век». Пущино, 17 – 21 апреля 2006 г. – Пущино, 2006. – С. 342.