Влияние ионов кадмия на жизненную активность мицелия Pleurotus ostreatus в питательных средах различного состава

Г рибы всегда входили в пищевой рацион человека. Потребление грибов носило сезонный характер, хотя и делались различные виды заготовок, позволявшие увеличить общее потребление этого вида продуктов. В настоящее время благодаря искусственному разведению грибы представлены в рационе человека практически круглогодично и входят в состав разнообразных продуктов питания. Для культивирования грибов используются различные отходы сельскохозяйственного производства пищевых или технических культур. Используемые субстраты, особенно отходы технических культур, могут содержать вредные вещества. Эти соединения способны накапливаться в плодовых телах до концентраций, превышающих допустимые, препятствовать нормальному развитию мицелия в субстрате, оказывать влияние на технологические показатели производства, товарный вид и пищевую ценность грибов. Для создания обоснованных требований к качеству используемого субстрата необходимо исследовать и выявить связи между качеством культивируемых грибов, жизненной активностью мицелия, биохимическим составом плодовых тел и содержанием вредных веществ в субстратах, присутствие которых наиболее вероятно. К таким веществам относятся, прежде всего, соединения металлов.

Кроме того, грибы – часть живого покрова Земли. Они занимают особый экогоризонт и выполняют в качестве редуцентов роль посредников между живым и косным веществом. В условиях техногенного загрязнения окружающей среды

существует необходимость изучения адаптивных возможностей грибов на действие реципиентов. Изучение ответных реакций грибов в природных условиях требует учета разнообразных внешних факторов, которые многочисленны и тесно переплетаются между собой. Выделить конкретную роль или определить количественное значение какого-либо одного фактора влияния весьма сложно. При культивировании высших базидио-мицетов возможно варьирование и строгий контроль каждого из параметров эксперимента, что позволяет установить связь между природой и уровнем внешнего воздействия и ответной реакцией организма.

Принадлежность Pleurotus ostreatus к тем же таксономическим группам, что и большинство съедобных грибов, позволяет применить результаты, полученные в данном исследовании, на объекты наблюдаемые в естественных условиях обитания.

В настоящей работе изучено влияние ионов кадмия на жизненную активность мицелия P. ostreatus в питательных средах различного состава.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объекта исследования использовали Pleurotus ostreatus (Jacq) P.Kumm (1871) , штамм - НК-35 в мицелиальной культуре. Мицелий выращивали в погруженной культуре в жидких полусинтетических средах в замкнутой системе. Состав сред: среда 1- сахароза, пептон, KH 2 PO 4 , KCl, MgSO 4; среда 2- сахароза, пептон [3].

Соотношение объемов питательной среды и воздушной фазы соответствовало 1:12.

Подготовка сред, методы и условия инокуляции соответствовали нормам микробиологических посевов [5].

Количество инокулята контролировалось гравиметрическим методом [4].

Глубинное культивирование мицелия P. ostreatus проводили в температурном интервале 24,3-25,1^°С.

Кадмий вносили в питательную среду в виде Cd(NO 3 ) 2 ∙4H 2 O в концентрации 100 мкМоль/л.

Влияние ионов кадмия оценивали по активности жизнедеятельности мицелия P. ostreatus [1]. Количественным параметром активности жизнедеятельности являлись посуточный прирост биомассы (скорость роста) мицелия и максимальное накопление биомассы за время культивирования. Количество биомассы определялось гравиметрически [4] после отмывания от питательной среды десятикратным объемом дистиллированной воды и высушивания мицелия до постоянного веса.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Из литературы известен ряд составов полусин-тетических питательных сред, используемых для культивирования Pleurotus ostreatus [3]. Использование питательных сред различных составов позволяет выявить насколько отлично влияние одного и того токсиканта на мицелии P. ostreatus в условиях варьирования качества среды обитания. На рис. 1 показана динамика роста мицелия P. ostreatus на двух полусинтетических средах. Как для среды 1, так и для среды 2 увеличение биомассы от продолжительности культивирования отображается S-образными кривыми, что характерно для роста мицелиальных форм грибов [8]. Анализ полученных зависимостей позволяет выделить три фазы роста . Фаза I (стационарная фаза) характеризуется самым низким приростом биомассы. Считается, что в этот период развития происходит настройка ферментной системы организма на компоненты питательной среды [7, 8]. Различий в продолжительности фазы I и скорости нарастания биомассы от состава питательной среды практически не наблюдается. Ко вторым суткам культивирования скорость роста мицелия возрастает и наступает вторая фаза роста (фаза II). В фазе II наблюдаются явные различия в скорости нарастания биомассы в средах 1 и 2. После шестых суток культивирования в среде 1 жизненная активность мицелия становится заметно выше, чем в среде 2. Кроме того, фаза II в среде 1 продолжается до 12-х суток, что на сутки превосходит продолжительность этой фазы в среде 2. Отмеченные различия в жизненной активности мицелия наиболее вероятно связаны с присутствием ионов K⁺, Mg²⁺, SO 4 ^2-, H 2 PO 4 ^-, Cl^- в среде 1 [2, 3]. После истечения 12 суток культивирования P. ostreatus в среде 1 и одиннадцати в среде 2 рост переходит в более медленную фазу III. Уменьшение скорости роста мицелия скорее всего, связано с действием, так называемых, лимитирующих факторов среды - исчерпание питательных

Проблемы прикладной экологии веществ и накопление метаболитов в замкнутой системе.

На 15 сутки культивирования нарастание биомассы как в среде 1, так и в среде 2 практически прекращается. Максимальное количество биомассы Pleurotus ostreatus при культивировании в среде 1 составило 101 мг. Использование среды 2 снизило максимальное количество биомассы мицелия P. ostreatus до 84 мг. Видимо снижение биомассы P. ostreatus на 16,8% в среде 2 по сравнению со средой 1 свидетельствует о недостаточном количестве важнейших биогенных ионов K⁺, Mg²⁺, SO 4 ^2-, H 2 PO 4 ^- в среде 2.

Влияние продолжительности культивирования и состава питательной среды наглядно отображается и на изменении суточного прироста биомассы мицелия Pleurotus ostreatus . Из рис. 2 можно видеть, что в первые пять суток скорость развития мицелия достаточно равномерно возрастает и практически не зависит от состава питательной среды. Интервал с 5 по 11 сутки характеризуется наиболее высокими показателями скорости роста мицелия на обеих средах. Но присутствие ионов биогенных элементов (кривая 1) обеспечивает более быстрое увеличение биомассы. На 8 сутки культивирования отмечен максимальный прирост биомассы (V max ), составивший 11,0 мг/сутки. В среде 2 максимальный прирост тоже приходится на 8 сутки, но составляет только 9,0 мг/сутки.

Таким образом, среда 2, менее сбалансирована по составу, но все же обеспечивает приемлемый в эксперименте рост и развитие мицелия Pleurotus ostreatus.

Наблюдения за ростом мицелиальной культуры P. ostreatus в присутствии ионов кадмия позволили получить следующие результаты (рис.3). В среде 1, с минеральными солями, добавление ионов кадмия привело к удлинению фазы II до 12-х суток (рис. 3, кривая 1) . Максимальное количество биомассы в данном опыте составляет 38,4 мг, что в 2,6 раза меньше аналогичного показателя в данной среде свободной от ионов кадмия. Кривая изменения суточного прироста мицелия имеет вид сходный с аналогичной зависимостью в отсутствии ионов кадмия (рис. 2,4, кривые 1). Максимальное значение прироста мицелия P. ostreatus приходится на шестые – седьмые сутки культивирования, но составляет только 3,9 мг/сутки, что в 2,8 раза меньше аналогичного показателя в этой же среде, но без ионов кадмия. Подобные результаты были получены при культивировании мицелия P. sajor -caji [9].

Особенно сильно влияние ионов кадмия оказалось в случае использования для культивирования среды 2. Присутствие ионов кадмия при недостаточном минеральном питании привело к практически полному подавлению роста мицелиальной культуры (рис. 3, кривая 2). Количество биомассы за время культивирования достигло только 1,6 мг. Жизненная активность мицелиаль- ной культуры P. ostreatus в присутствии ионов кадмия в неполноценной по минеральному питанию среде настолько низка (рис. 4, кривая 2), что

Рис. 1. Изменение биомассы мицелия P. ostreatus от продолжительности культивирования. 1 – среда 1, 2 – среда 2; I-, II-, III- фазы роста.

определить реальное время соответствующее максимуму прироста биомассы весьма затруднительно.

Рис. 2. Изменение прироста мицелия Pl. ostreatus от продолжительности культивирования. 1- среда 1, 2- среда 2.

Рис. 3. Изменение биомассы мицелия P. ostreatus от продолжительности культивирования в присутствии 0,1 мкМоль/л ионов кадмия. 1 – среда 1, 2 – среда 2; I-, II-, III- фазы роста.

Рис. 4. Изменение прироста мицелия P. ostreatus от продолжительности культивирования в присутствии 0,1 мкМоль/л ионов кадмия. 1- среда 1, 2-среда 2.

Однако, гибели культуры за период наблюдения (15 суток) при данной концентрации ионов кадмия не произошло. Об этом свидетельствует успешное постстрессовое культивирование мицелиальной культуры Pleurotus ostreatus в среде 2, но свободной от ионов кадмия. Характер роста в постстрессовом культивировании отличался от контрольного только удлинением стационарной фазы роста (фаза I) до трех суток и смещением максимума прироста биомассы на десятые сутки культивирования. Максимальное же количество биомассы в этом опыте близко к безстрессовому и составило 81 мг.

Таким образом, влияние присутствующего в системе вредного вещества на живой организм во многом определяется полноценностью питатель- ной среды или в более общем виде уровнем благоприятности внешних факторов [6]. Чем в более благоприятных условиях происходит развитие мицелиальной культуры P. ostreatus, тем меньшее влияние оказывает присутствие ионов кадмия при прочих равных условиях. Видимо, справедливо будет и обратное предположение, что в благоприятных условиях организм способен противостоять более сильным воздействиям неблагоприятных факторов, например, более высоким концентрациям ионов металлов в питательных субстратах. Кроме того, следует отметить очень важное наблюдение. Даже при практически полном подавлении жизнедеятельности мицелиальной культуры Pleurotus ostreatus в присутствии ионов кадмия в течение пятнадцати суток, периода време- ни, достаточного для достижения максимальной биомассы, не происходит гибели мицелия. При попадании в благоприятные условия жизнедеятельность организма восстанавливается.