Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микобиота деревянных конструкций исторических зданий Санкт-Петербурга

ВАК РФ 03.02.12, Микология

Автореферат диссертации по теме "Микобиота деревянных конструкций исторических зданий Санкт-Петербурга"

На правах рукописи

а

Серова Татьяна Александровна

Микобиота деревянных конструкций исторических зданий Санкт-Петербурга

Шифр и наименование специальности: 03.02.12 - микология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

16 СЕН 2015

Санкт-Петербург 2015

005562214

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» (ФГБНУ ВИЗР)

Научный руководитель:

Титова Юлия Анатольевна

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» (ФГБНУ ВИЗР)

Официальные оппоненты:

Власов Дмитрий Юрьевич

доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры ботаники биолого-почвенного факультета Федерального государственного бюджетного научного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет (ФГБУ ВПО СПбГУ)

Стороженко Владимир Григорьевич

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории лесоводства и биологической продуктивности Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института лесоведения Российской академии наук (ИЛАН РАН)

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова»

Защита состоится «_» _2015 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 006.015.01 на базе Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» (ФГБНУ ВИЗР) по адресу: 196608, Санкт-Петербург-Пушкин, шоссе Подбельского, д. 3, тел./факс (812)470-51-10, e-mail: info@vizr.spb.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ ВИЗР и на сайте института: vizr.spb.ru

Автореферат разослан «_»_2015 г.

Viiain тт* г»оЬ'тлотогл пилГРПТЯНиЛНиПГП Р.ЛИРТЯ

Наседкина Галина Анатольевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема биоповреждений исторических и культурных ценностей - одна из центральных в системе мероприятий по их сохранению и умножению. Одна из групп историко-культурных ценностей -памятники архитектуры. Биоповреждения этих зданий и сооружений носят характер биодеструкции различных их частей. Наибольшую значимость в этой связи приобретает биодеградация древесины, которая издревле используется как строительный материал. Древесина - материал растительного происхождения, представляющий собой совокупность органических веществ, которые активно подвергаются биодеструкции микроорганизмами. Для сохранности и реставрации исторических ценностей — это основной недостаток деревянных конструкций и сооружений в целом, поскольку при глубокой биодеструкции последних реставрационные мероприятия становятся не эффективными и исторические памятники могут быть утрачены (Физдель, 1970; Курьянова, 2010).

Степень разработанности темы. Древесина как материал содержит высокомолекулярные комплексы полисахаридов (лигнин и целлюлоза), обеспечивающие ее уникальные механические свойства, и глубокую биодеградацию древесины конструкций способны осуществлять лишь грибы. Микромицеты-биодеструкторы, разрушая в основном целлюлозу, способны отщеплять олигомеры от биополимеров древесины и усваивать компоненты различных ароматических соединений, входящих в состав лигнина, обеспечивая себя и других микроорганизмов трофической базой для развития (Беккер, 1963; Билай, 1977; Дьяков и др., 2001). Но наиболее активные разрушители древесины - базидиальные макромицеты, способные разлагать труднодоступные полисахариды этого строительного материала вплоть до полной минерализации (Бабицкая и др., 1994; Решетникова, 1997; Змитрович и др., 2007). Разрушение древесины биодеструкторами начинается вследствие изменения температурно-влажностного режима в здании. Для разработки эффективных мер по борьбе с биопоражением древесины конструкций необходимо знать, какие комплексы микро- и макромицетов развиваются на них и какие процессы происходят в субстрате при активном развитии последних. Сведения о скорости разложения структурных элементов древесины разными группами и видами грибов необходимы, т. к. позволяют прогнозировать изменение работоспособности конструкции и, соответственно, формулировать более точные рекомендации по консервации и реставрации.

Из всего вышесказанного, цель работы: охарактеризовать особенности микобиоты и ее воздействия на деревянные конструкции в очагах поражения исторических зданий г. Санкт-Петербурга. Для достижения поставленной цели необходимым было решение следующих задач:

1. Идентифицировать микобиоту в местах поражения деревянных конструкций исторических зданий г. Санкт-Петербурга.

2. Охарактеризовать особенности видового состава микро- и макромицетов очагов поражения в зависимости от места расположения конструкции в здании, ее состояния и микроклиматических особенностей помещений.

3. Выявить и охарактеризовать активно разрушающие комплексы грибов мест колонизации деревянных конструкций на разных стадиях их биодеградации.

4. Охарактеризовать особенности и определить степень разложения микро- и макромицетами в очагах поражения основных биополимеров древесины, определяющих ее механические свойства.

5. Определить эффективность воздействия микоцидных химических препаратов, применяемых в реставрации деревянных конструкций, на физиологически активные комплексы грибов.

6. Предложить подходы к консервации деревянных конструкций, препятствующие их биодеградации.

Научная новнзна. В результате исследований выявлены комплексы поражающих древесину микро- и макромицетов, охарактеризованы их качественный и количественный составы и два вида смены микодеструкторов, развивающихся на пораженной древесине. Предложены постадийные схемы сукцессии от комплексов, осуществляющих первоначальную колонизацию древесины к комплексам, обусловливающим окончательное разложение субстрата. Продемонстрировано, что смены комплексов микодеструкторов проходят однотипно при сходных условиях не только на разных элементах конструкций, но и в разных зданиях, расположенных далеко друг от друга. Разработаны подходы к изучению пораженной древесины: наряду с классическими и молекулярно-генетическими методами, впервые для реставрации использованы химический, хроматографический (ВЭЖХ) и спектральные (УФ- и масс-спектрометрия) методы. Последние предложены в качестве экспресс-методов для выявления поражений деревянных конструкций, их интенсивности, направленности, доминирующих организмов и, на уровне предварительного диагноза, состава деструктурирующих древесину комплексов микобиоты.

Теоретическая и практическая значимость. Показана зависимость формирования комплексов микромицетов на деревянных конструкциях от воздействия биотических и абиотических факторов, а также особенности развития различных групп представителей микобиоты на древесине конструкций. Описаны группы доминирующих на каждой стадии разложения древесины микро- и макромицетов и характер взаимодействия разных групп представителей микобиоты друг с другом и с бактериями. Доказано сходство комплексов грибов-биодеструкторов во всех обследованных зданиях и раскрыты составы этих комплексов с указанием доминант, наиболее активных в разрушении субстрата. Изложены механизмы поражения древесины конструкций микро- и макромицетами и причины возникновения биопоражения на деревянных элементах. Получены численные эквиваленты разрушенных в ходе биодеструкции биополимеров, скомпонованные в виде показателей количественного содержания целлюлозы и лигнина, зольности и влажности субстрата, соответствующих каждой степени разложения древесины. На основании полученных результатов, уже разработаны и разрабатываются конкретные рекомендации, применяемые в современной реставрации историко-культурного наследия г. Санкт-Петербурга. Рекомендованы экспресс-методы для быстрой оценки состояния древесины, для

выявления поражений деревянных конструкций, их интенсивности, направленности, а также доминирующих биодеструкторов. Показаны краткосрочное фунгицидное и фунгистатическое действия химических препаратов, применяемых в современной реставрации на отдельные группы биодеструкторов. На основании полученных результатов разработаны схемы проведения реставрационных работ с деревянными элементами разной степени биодеградации древесины, представлены рекомендации по предохранению деревянных конструкций от биодеструкции. Результаты исследования позволяют расширить и конкретизировать нормативную базу по микологическому исследованию памятников архитектуры.

Положения, выносимые на защиту:

• Представители микобиоты колонизируют и деструктурируют историческую древесину в местах систематического увлажнения в несколько стадий со сменой комплексов вплоть до потери несущей способности элементами конструкций зданий.

• Качественный и количественный составы комплексов микро- и макромицетов, изменение механических и химических характеристик древесины под воздействием продуктов их метаболизма обусловливают скорость бнодеструкции в местах поражений микобиотой.

• Эффективное предотвращение колонизации и биодеструкции исторической древесины возможно при сохранении ее влажности на уровне 8-12% и постоянном анализе воздействия применяемых в реставрации препаратов на физиологически активные комплексы грибов.

Апробация результатов исследований. Материалы диссертации доложены на конференциях: "Биотехнологии в решении экологических проблем природы, общества и человека в Евразии: взгляд молодых ученых и специалистов" (март 2013 г.), "Биология - наука XXI века" (апрель 2013 г.), "Актуальные проблемы архитектуры и строительства" (июнь 2013 г.), "Проблемы микологии и фитопатологии в XXI веке" (октябрь 2013 г.), "Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения" (октябрь 2013 г.), "Биологическое разнообразие как основа существования и функционирования естественных и искусственных экосистем" (июнь 2015 г.). Кроме того, апробация работы происходит по месту трудовой деятельности в ходе составления отдельных глав рабочих реставрационных планов по путям консервации и реставрации элементов конструкций исторических зданий.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 4 печатные работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем п структура диссертации. Диссертация изложена на 212 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка литературы, содержит 20 таблиц, 48 рисунков, 3 приложения. Библиографический список содержит 271 источник, в том числе 61 -иностранных авторов.

Декларация личного участия автора. Диссертация содержит фактический материал, непосредственно полученный автором в период с 2007 по 2014 гг. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

5

научном учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» (ФГБНУ ВИЗР): лаборатории микробиологической защиты растений, отделении экспресс-диагностики вредных организмов, химической и спектрального анализа лаборатории Центра коллективного пользования (ЦКП) ФГБНУ ВИЗР «Инновационные технологии зашиты растений».

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРТАУРЫ В главе обобщены сведения о грибах-биодеструкторах древесины, разновидностях гнилей, вызываемых этими организмами, охарактеризован процесс разрушения основных компонентов древесины. Представлены сведения о методах идентификации и исследования представителей микобиоты на деревянных конструкциях. Приведены данные о результатах работы по изучению микобиоты исторических памятников, проводимой другими исследователями в прошлом и в настоящее время. Обобщены данные о ходе биодеструкции древесины микро- и макромицетами, а также о разрушаемых при этом основных биополимерах древесины. Охарактеризованы свойства древесины, изменяющиеся при биодеструкции.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объектами исследований были элементы деревянных конструкций всех этажей и стропильной системы Каменноостровского Императорского Театра; элементы чердачного перекрытия и стропильной системы здания Гостиницы «Михайловская»; конструктивные элементы подвального помещения и первого этажа деревянного корпуса Наркологического диспансера (трех реставрационных исторических объектов); а также представители микобиоты, колонизирующие историческую древесину вышеупомянутых памятников архитектуры и обусловливающие ее биодеструкцию; современные фунгициды.

Образцы пораженных деревянных конструкций в исторических зданиях отбирали по принципам типичности, объему и степени поражения с поверхности и на глубину до 20 см механическими способами; использовали стерильную тару для отбора образцов. Каждый контрольный образец составляли из образцов, отобранных в пяти точках элемента конструкции. Использовали стандартные методы выделения и идентификации грибов: модифицированной влажной камеры; прямого посева кусочков пораженной древесины, базидиом и спороношений; тканевых культур; отпечатков фильтровальной бумаги; смыва с отпечатка; серийных разведений; очистки и выделения грибов в чистую культуру; прямого микроскопирования образцов и чистых культур. Использовали агаризованные питательные среды, полу- и синтетические, общих целей и селективные для обнаружения определенных групп макро- и микромнцетов: "голодный" агар, синтетическая агаризованная среда Чапека, полусинтетические агаризованные среды на основе экстрактов различных растительных субстратов, в частности, древесины сосны обыкновенной (Б1ате1з, 1993; Гарибова и др., 1999; Смоляницкая, 2007). Для молекулярно-генетической идентификации микобиоты древесины проводили экстракцию ДНК из отобранных образцов: классическим и модифицированным СТАВ/хлороформ, ацетатным, фенольным методами и с помощью магнитных частиц. Приготовленные экстракты подвергали полимеразной цепной реакции

(ПЦР) с использованием стандратных компонентов. Гель-электрофорезом выделяли ПЦР-продукты, которыми лнгировали бактериальную плазмиду. Далее выделяли плазмидную ДНК для рестрикции, последующего секвенирования и определения таксономического положения последовательностей. Для качественного и количественного учета макро- и микромицетов, характера их развития использовали: показатели встречаемости и обилия; число колониеобразующих единиц отдельных видов, содержащихся в 1 г воздушно-сухой массы субстрата (КОЕ/г). Сходство видового состава оценивали при помощи коэффициента Жаккара; степень биодеструкции соотносили с площадью и глубиной поражения и выражали в баллах от I до III (Великанов и др., 1980; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1980; Озерская и др., 1981; Методы экспериментальной микологии, 1982; Бабьева и др., 1983; Мирчинк, 1988; РВСН, 2006).

Количественную оценку содержания определяющих механические свойства древесины биополимеров проводили методами: прокаливания в муфельной печи при температуре 600° С (содержание золы); высушивания при 100-105° С (влажность); количественного определения лигнина по Комарову; количественного определения целлюлозы по Кюрщнеру и Хофферу; определения содержания целлюлозы и/или лигнина в процентах от веса исходной древесины (Оболенская и др., 1955; Schwanninger et al., 2002).

Для выявления изменений количества и качества экстрактивных веществ при биоконверсии использовали методы высокоэффективной жидкостной хроматографии (тандемная система UPLC Waters ACQUITY Н-класса со спектрофотометрическим УФ-детектором), ультрафиолетовой (УФ) и масс-спектрометрин (тандемный квадрупольный детектор проточного типа Waters Xevo TQD со спектрофотометрическим УФ-детектором) образцов интактной и пораженной исторической древесины сосны обыкновенной. При пробоподготовке каждый образец подвергали ультразвуковой экстракции метанолом. При идентификации спектральных пиков учитывали их количество, плошадь, высоту, а также время выхода соответствующего вещества. Метод внутренней нормализации без введения в пробы стандартов применили для рассмотрения спектров в качестве специфических профилей дериватов лигнина, целлюлозы и других компонентов деструктурируемой исторической древесины по типу Finger printing в сравнении со спектрами контроля -интактной исторической древесины (Стыскин и др., 1986; Schmidt et al., 2005; Schmidt, 2007; Анисимова, 2009).

Для выявления фунгицндного и фунгистатического действий современных реставрационных препаратов были использованы в качестве тест-объектов активные биодеструкторы древесины: макромицет Serpula lacrymans (Wulfen) J. Schrot., входящие в состав деструктурирующих комплексов Fusarium oxysporum Schlecht., Trichoderma viride Pers.: Fr. и Alternaria solani (Ell. et Mart.) Sorauer. Для сравнения с S. lacrymans использовали в качестве тест-культур культивируемые для пищевых целей ксилотрофные съедобные базидиомицеты Lentimda edodes (Berk.) Pegler и Pleurotus ostreatus (Jacq.) P.Kutnm. Анализировали воздействие на развитие тест-объектов двух рекомендованных Комитетом по государственному контролю, использованию и

охране памятников истории и культуры (КГИОГ1) фунгицидов в трех концентрациях: Adolit М flussig - 16, 32 и 64 г/л раствора; Imprägnierung BFA -0.375, 0.75, 1.5 г/л. Для оценки фунгистатического действия в полусинтетическую агаризованную среду на основе экстракта древесины сосны обыкновенной добавляли соответствующие количества фунгицидов. Оиенку фунгицидного действия производили методом дисков (Методы экспериментальной микологии, 1982; Мирчинк, 1988).

Для статистической оценки результатов опытов применяли: расчеты производных, среднеквадратичных отклонений, стандартных ошибок, t-критерия Стьюдента (Плохинский, 1970, 1978; Доспехов, 1979). Расчеты и визуализацию материала производили с помощью программных пакетов Excel 2010 и STATISTICA 6. Таксономическую принадлежность представителей микобиоты определяли с помощью программы BLAST (Zhang et al., 2000). Анализ и идентификацию хроматограмм, УФ- и масс-спектров проводили с помощью программного обеспечения EMPOWER (Семак и др., 2011; Околов и др., 2012).

Глава 3. ВИДОВОЙ СОСТАВ И ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКОБИОТЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Таксономическая характеристика

Историческая древесина памятников архитектуры г. Санкт-Петербурга в интактном состоянии сохраняет влажность на уровне 8-12%, поэтому не подвергается биодеструкции (Рядова и др., 2004). Наличие трофической базы и систематическое увлажнение приводят к поражению поверхностных слоев древесины микобиотой. Микологический анализ образцов пораженных деревянных конструкций, проведенный популяционными и молекулярными методами, позволил определить видовой состав и таксономические характеристики микро- и макромицетов - колонизаторов исторической древесины трех объектов культурного наследия г. Санкт-Петербурга. В здании Каменноостровского Императорского театра (ИТ) выявлено 57 видов микроорганизмов, из которых 4 вида бактерий и 53 вида - представители микобиоты (52 вида микромицетов и 1 вид макромицета), относящихся к 3 отделам, 10 порядкам, 13 семействам, 16 родам; в здании гостиницы «Михайловская» (Г) выявлен 51 вид микроорганизмов, из которых 2 вида бактерий и 49 видов - представители микобиоты (48 видов микромицетов и 1 вид макромицета), относящихся к 3 отделам, 10 порядкам, 12 семействам, 17 родам; в деревянном корпусе Наркологического диспансера (Д) - 105 видов микроорганизмов, из которых 4 вида бактерий, 99 видов - представители микобиоты (95 видов микромицетов и 4 вида макромицетов), относящихся к 3 отделам, 13 порядкам, 16 семействам, 24 родам (Таблица 1).

По своим таксономическим характеристикам мнкобиота исторической древесины трех зданий сходна. По встречаемости и обилию доминируют представители порядков Enróllales и Hypocreales, высоко адаптивные микромицеты, способные колонизировать такой трудно разлагаемый субстрат, как древесина (Коробова, 2007).

Таблица '¡. Количество видов и таксономическая характеристика микобиоты пораженных деревянных конструкций трех памятников архитектуры Санкт-Петербурга

Телеоморфа/ Количество видов, шт. Телеоморфа/ Количество видов, шт.

анаморфа ИТ г д анаморфа ИТ г д

1 2 3 4 4 6 7 8

Zy«omycota

Mucorales

Rhizopodncene Мисогасеае

Rh zopus Ehrenb. Mucor Fresen.

R/iizopus Ehrenb. 1 1 1 Mucor Fresen. 3 . 2 2

Ascomycota

Pleosporales Eurotiales

Pleosvnraceae Tríchocomaceae

Lewia ME. Barr et E.G. Simmons (*) Eupenicillium F. Ludw. (*)

Alternaría spp. 1 3 4 0 Penicillium spp. 29 18 54

Plcospora Rab. ex Ces. et De Not Emericella Berk (*)

Stemphylium sp. 1 0 1 1 Aspergillus spp. 3 5 10

Ulocladium sp. 1 0 0 0 Byssocldamvs VVestl.

Mytilinidiales Paecilomyces sp. 0 0 1*

Mvtilinidiacene Spicaria sp. 0 0 1

Glxphium Nitschke ex F. Lehm. Microascales

Taeniolella sp. 1 0 0 Microascaceae

Capnodiales Microascus Zukal

Ciadosporiaceae Scopulariopsis sp. I 1 0 1

Davidiella Crous et U. Braun Hypocreales

Cladosporium spp 2 0 3 Hvpocreaceae

Dothideales Hvpocrea Fr.

Saccolheciaceae Trichoderma spp. 1 1 3

Discosphaerina Höhn. Gliocladium sp. 0 0 1

A ureobasidhim sp 1 1 1 1 0 Nectriaceae

Chaetothyriales Cibberella Sacc.

Herpotrich iellaceae Fusarium spp. 1 2 6 4

Coniochaela Damm et Crous Nectria (Fr.) Fr.(*)

Phialophora sp. 1 í 0 0 Acremonium spp. 1 2 1 I 2

Sordariales Niessliaceae

Chaetomiaceae Niesslia Auersw.

Chaetomium Kunze Monocillium sp. 1 1 0 1

Chaelomium sp. 1 1 2 0 Bionectriaceae

Capnidiales Bionectria ochroleuca (Schwein.) Schroers et Samuels

Euantennariaceae Clonostachvs sp. 1 о 1 1

Antennatula Fr. Plectosvhaerellaceae

Antennatula sp. 1 о 0 1 1 Hypomyces (Fr.) Tul. et C. Tul.

Helotiales Verticillium spp. 1 0 Т о 1 2

l.eotiomvcetidae

Scytalidium Pesante(*) Insertae sedis

Scytalidium sp. 0 I 0 1* Zvgodesmus sp. J 0 1 0 1 1

Basidiomycota

Polyporales Boletales

Polvporaceae Coniovhoraceae

Продолжение Таблицы 1

1 1 2 1 3 1 4 5 1 6 i 7 1 S

Antrodia Fr. (*) Coniophora DC.

A. xantha (Fr.) Bond, et Sing.| 1 I 1* | 0 C. cerebella (Pers.) Pers. | 0 | 0 | 1

Fomitopsidaceae Scivalaceae

Coriolellus Murrill Serpula Fr. (*)

C. serialis (Fr.) Murrill | 0 | 0 | 1 Serpula laerymaiis (Wulfen) J. Schrot. 0 0 1*

Trechisporales

Hvdnodontaceae Бактерии 4 2 6

Fibroporia Parmasto

F. vaillantii (DC.) Parmasto ¡ 0 j 0 | 1

Примечание: (*) - род, * - вид, выявленные популяционнымн и молскулярно-генстнческими методами со 100/99 перекрытием/сходством, %.

В систематическом отношении выявленные микромицеты-биодеструкторы принадлежат к отделам Zygomycota, анаморфам Ascomycota и Anamorphic fungi (Deuteromycotina), в экологическом плане - это мезофнльные виды, способные к сапротрофному существованию на древесных субстратах и в почве (Kirk et al., 2008). Обращает на себя внимание высокая встречаемость во всех зданиях представителей одних и тех же телеоморф Eupenicillium, Eurotiiim, Neosartorya, Gibberella и Nectria. Обнаружены дереворазрушающие макромицеты - из отдела Basidiomycota, порядков Polyporales и Boletajes. Глубокую деструкцию древесины конструкций исторических зданий осуществляли представители семейств Polyporaceae: Antrodia xantha - в зданиях Императорского театра и гостиницы «Михайловская», в здании Наркологического диспансера - Coniophoraceae: Coniophora cerebella; Serpulaceae: Serpula lacrymans; Fomitopsidaceae: Coriolellus serialis и Hydnodontaceae: Fibroporia vaillantii. Вышеупомянутые базидиомицеты -эдификаторы формирования комплексов микромицетов-деструкторов целлюлозы и лигнина (виды Fusarium, Chaetomium, Acremonium, Trichoderma, Pénicillium, Aspergillus, Scytalidium и др.) (Таблица 1).

3.2. Комплексымикобиоты, колонизирующие древесину конструкций исторических зданий Колонизирующие древесину конструкций исторических зданий комплексы весьма сходны как по видовому составу, так и по доле различных групп и видов микро- и макромицетов в общем пуле колонизаторов древесины. Видовое разнообразие колонизаторов поддерживается за счет редких и случайных видов микобиоты (Рисунок 1). Доминируют в комплексах, в основном, микромицеты - виды Pénicillium, Acremonium и Fusarium, а также некоторые виды макромицетов - микодеструкторов древесины (Таблица 2). По видовому составу биодеструкторов в очагах поражения деревянных конструкций неотапливаемые помещения деревянного корпуса Наркологического диспансера и театра более близки, также наблюдали сходство составов микобиоты в образцах, отобранных со стропильных систем разных зданий. Условия поверхностной колонизации весьма схожи в этих частях зданий с резкими колебаниями суточных и сезонных температур, наличием конденсационной и капельно-жидкой влаги на поверхности

элементов деревянных конструкций. Условия подвала резко отличаются тем, что колебания температуры и влажности здесь незначительны, что приводит к увеличению количества видов микобиоты практически вдвое (Рисунок 2).

/Императорски ' Театр

Г.А/псШШа.: :. г РешсШил: spb.

Г Fin.irUWl Wy '

P.Awiodicrx^! с Çlatiospoiw, fii редкие Ii слу

SAÎtairario spy. О Aspergillus ърр ŒAcremqhit/iu chankola MTrichöd&vic 'pp. OùGïnieptiil

GM« СЯе, G Fit. ES Coni t zFibtopor.^y о Cïadospoim С бактерии

Нар ко

«логический диспансер f

aAltei-naria spp. ! m.ispergiihaspp BAcrenidnium spp. / ÙSçrpub Iqèrywam S Trichoderma sp' E3 Piiecitûn nies variotî ZipéàKiié- iCс лучайные виды

a Mucbt'^pp.' . a Pénicillium spp.

Ci Fusarium .}pp?: □ Chaeloiniuuispp. Cl бактерии

"Mhv.IH i

27°/o

ÂÏtet*taria spp .- / .lipergiihu spp. / Acremonium cïtùnicola Annxidta xiprfna Уредкце^^случайные виды

Рисунок 1. Структура комплексов (показатель обилия различных групп и видов в %) микро- и макромицетов -колонизаторов исторической

древесины: а - в здании Императорского театра (ИТ); б - в здании гостиницы «Михайловская» (Г); в - в деревянном корпусе Наркологического диспансера (Д).

Таблица 2. Комплексы доминант микобиоты очагов биодеструкции древесины

конструкций трех памятников архитектуры Санкт-Петербурга_

____Императорский Театр___

Pénicillium expansum 22.97/7.31, Fusarium aquaeductuum 20.27/10.97, Acremonium charticola 18.92/9.40, Antrodia xantha 14.86/3.92, Aspergillus niger 14.86/3.39, Pénicillium nalgiolensis 14.86/2.86, P. claviforme 13.51/3.66, P. brevicompactum 12.16/2.61, Trichoderma viride 12.16/2.35,

P. nigricans 10.81/15.14_ ___

I остиница «Михайловская» Mucor hiemdis 27.78/12.57, Fusarium javanicum 20.37/4.79, Pénicillium tairlwn 16.67/5.99, F. spomuichioides 14.81/5.99, Mucor racemosus 14.81/4.79, бактерии 12.96/659, F. oxysponon 12.96/4.79, Antrodia xaiitha

11.11/3.59__________

_Наркологический диспансер_

Coniophora cercbella 33.33/7.33, Trichoderma viride 32.10/0.23, Acremonium kiliense 25.93/5.47, A. charticola 24.69/3.14, Aspergillus niger 24.69/3.02, Pénicillium simplicissimum 23.46/2.44, Fibroporia vaillantii 22.22/4.88, Serpula lacrymans 22.22/4.88, P. funiculosum 20.09/1.98, P. expansum 18.52/1.86, P. cyclopium 16.05/1.63, P. frequentans 16.05/1.86, P. verruculosum 13.58/1.86, P. solitum 12.35/0.70, P. steckii 12.35/2.56, P. decumbens 14.81/1.40, P. jenseni 14.81/2.21, Cladosporium brevi-compaclum 114.81/1.40, С. herbarum 11.11 /1.74, Paecilomvces varioti 14.81 /2.67, Coriolellus serialis 11.11 /2.44

Примечание: около видового названия показаны значения его встречаемости/обилия (%).

Видовое разнообразие в процессе биодеструкции сначала снижалось в 1.3 раза при 11-й степени, а затем повышалось в 1.2 раза, практически достигая по видовому разнообразию уровня начала биодеструкции (Рисунок 2).

11

о

Видовое разнообразие микобиоты очагов

поражения элементов деревянных конст-

рукций исторических зданий при различной степени биодеструкции древесины.

Рисунок 2.

конст-

I степень

I! степень

III степень

Степень бцодеструкции

О Здание ИмператорскогоТеатра ЕЗдание Гост|Щ1Шы издание Диспансера

Кроме того, эдификатор-макромицет при его включении в процесс биодеградации древесины определял видовой состав и разнообразие микромицетов в качестве ядра консорции. Сходство комплексов типичных видов биодеструкторов не более 40 % на начальной стадии разложения древесины в местах ее поражения в разных зданиях и даже на элементах конструкций одного здания. С возрастанием численности микромицетов-биодеструкторов, интенсивности биодеструкции и особенно при колонизации древесины макромицетом-эдификатором количество общих видов биодеструкторов на элементах конструкций возрастало и обусловливало более высокое (~ 55 %) сходство формировавшихся комплексов. Сходство комплексов микобиоты выше (60—63 %) в образцах, отобранных из элементов конструкций одного здания и находившихся в сходных условиях, обусловливавших одинаковую степень биодеструкции древесины конструкций.

Глава 4. МИКОСИНУЗИИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ОСОБЕННОСТИ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

ФОРМИРОВАНИЯ 4.1. Микосинузии различных типов деревянных конструкций Представители микобиоты при колонизации деревянной конструкции образуют микосинузии, формирующиеся под влиянием абиотических и биотических факторов и относительно стабильные при неизменности условий (Ипатов и др., 1997; Беломесяцева, 2004; Арефьев, 2010). Биотические факторы выражаются во взаимодействии всех компонентов микосинузии и последних в консорции, при этом определяющую роль играет чаще всего макромицет-эдификатор, если он участвует в процессе разложения древесины (Смоляницкая, 2007). Абиотические факторы, такие как степень биодеградации древесины и микроклиматические условия нахождения элементов конструкций, также определяют формирование различных микосинузии, обусловливающих разную степень биодеструкции. При поверхностной колонизации в благоприятных для этого условиях складываются микосинузии микромицетов-биодеструкторов, которые, сохраняя влажность поверхностных слоев древесины на достаточном для дальнейшей колонизации уровне за счет собственных метаболических процессов, продолжают свое развитие и колонизацию доступной и подготовленной для этого части элементов, активно деструктурируя поверхностные и более глубокие слои последних (Серов и др.,

2004; Семенкова, 2008). Для всех микосинузий исследованных зданий было характерным присутствие видов Pénicillium с общей 100%-й встречаемостью, 40 %-м обилием и численностью до х 107 КОЕ/г.

Начало микодеструкпии характеризовалось преобладанием видов Pénicillium - с общей 100%-й встречаемостью, 40%-м обилием и численностью 2x10° КОЕ/г, Aspergillus - с общей 34 %-й встречаемостью, 7 %-м обилием и численностью 1 х 103 КОЕ/г и Fusarium - с общей 40%-й встречаемостью, 15%-м обилием и численностью 3 х Ю5 КОЕ/г. Высокая численность этих микромицетов в образцах древесины конструкций, а также выявление молекулярно-генетическими методами — свидетельство их участия в биодеструкции древесины (Рисунок 3).

Вторая стадия микодеструкции также характеризовалась преобладанием видов Pénicillium, Aspergillus и Fusarium, совокупная доля которых в микосинузиях элементов П-й степени биодеструкции составляла 43-76 %, то есть более половины колонизирующих элемент микромицетов. Кроме высокого обилия в образцах древесины П-й степени биодеструкции виды Pénicillium и Fusarium преобладают в количественном отношении по показателю КОЕ/г деструктурированного субстрата: количество только этих видов в некоторых образцах достигало Зх 106 КОЕ/г, что свидетельствовало об их активном участии в биодеструкции древесины (Рисунок 3).

Видовое разнообразие микромицетов существенно изменялось в процессе развития биодеструкции с участием макромицета. На начальном этапе Ш-й степени биодеструкции видовое разнообразие было невелико в связи с тем, что макромнцет, активно разрушая древесину конструкции, конкурировал с микромицетами (Рисунок 3). При биодеструкции макромицетом древесины конструкций формируется трофическая база для нового увеличения разнообразия и численности как для микроорганизмов, не принимающих непосредственного участия в биодеструкции компонентов конструкций, так и для грибов, способных к ее осуществлению. Это проявлялось в увеличении до 10-20% обилия видов Fusarium, Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Mucor и бактерий в образцах деструкрурированных элементов конструкций зданий. Выявлено сходство микосинузий на пораженных деревянных элементах в одной и той же стадии биодеградации, не только в одном здании, но и в разных зданиях, расположенных далеко друг от друга. Это означает, что сукцессия микобиоты на древесине протекает однотипно, со сменой видов одних и тех же родов микромицетов. Колонизируя древесину с поверхности при благоприятных условиях, микромицеты подготавливают ее и для колонизации макромицетом, выделяя продукты жизнедеятельности и сохраняя метаболическую воду в субстрате. Поэтому макромицет может поселиться не только в местах агрессивного воздействия влаги на древесину, но и в тех местах, где происходит интенсивная колонизация субстрата и успешное развитие микромицетов на нем.

В Pénicillium expansion S Pénicillium cyaneo-fttlvuni aFiisarium aquaeductuum BAcremonium kiliense Обпкшерии

OAlternànaconsortiale BAspergillus clavatus Ш Fusariimi monil if orme Ш Mucor hiemalis 0 Pénicillium expansion mP. funiculosum

□ Cladospormm herbanun BPaecilomyces varioti mAspergillus niger

□ Pénicillium decumbens И Pénicillium tanosum

S A cremoninm charticola

S Pénicillium claviforme UAspergiUusfumiganis OFusarium aquaeductuum BAcremonium kiliense б

Q Mucor hiemalis BAhernaria brassicola □ Pénicillium funicidosuni BAspergillus clavatus ŒFusariuni oxysporum BAcremonium charticola

□ Glioclaouimaeliquesceris El Coriolellusserialis

□ Pénicillium rugutoswn Ш Pénicillium citrinum

□ Trichodrema viride BAcremonium kiliense

О Pénicillium nalgiolensis Ш Pénicillium breri-compactum dAureobasidium pullulons G бактерии QAntrodia xanlha

6 (III)

Q Pentcmwmeasei OFusarium javanicimi CD F. sporotrichioides О F. momliforme BAcremonium charticola ШAntrodia xantha

U1U)

QFibroporia vaillantii

□ бактерии

□ Pénicillium jenseni BP. exparis и ni

О P. diversum

ж 3 и

Рисунок 3. Структура микосинузий на пораженной исторической древесине к зданиях (а—в) Императорского театра (ИТ), (г-е) Гостиницы (Г), (ж-и) Наркологического диспансера (Д): а, г, ж - 1-й; б, д, з - И-й; в, е, и - 111-й степеней биодеструкшш.

4.2. Сукцессии микобиоты в процессе биодеструкции исторической древесины элементов конструкций По данным литературы сукцессия микобиоты на древесине -направленный процесс первоначального развития разноцветной мягкой тлеющей гнили поверхностных слоев, вызываемой микромицетами,

14

переходя шей в деструктивные бурую или белую гнили, вызываемые базидиомицетами, а чаще в смешанные, вызываемые микро- и макромицетами (Бондарцев, 1953, 1956; Крейцберг, 1976; Михалева, 2002; Семенкова, 2008). Микобиота проявляет высочайшую чувствительность к уровню и колебаниям температуры и влажности. Определенные сочетания этих факторов, а также продолжительность их совместного действия обусловливают для микобиоты возможности контакта с субстратом, степень развития патологического процесса, продуктивность макро- и микромицетов, скорость рассеивания спор, степень проявления поражения (Лилли и др., 1953; Balazs et al., 1998; Семенкова, 2008). Наиболее активно колонизируется и подвергается воздействию дереворазрушающих грибов слабоувлажненная (20-70 %) с градиентом влажности древесина, находящаяся в условиях плохой вентиляции при температуре 18-22° С (Бондарцев, 1953, 1956; Михалева, 2002). В этих случаях наблюдается очень быстрая сукцессия биодеструкторов древесины, так как поверхностная биодеградация, запускаемая и поддерживаемая оптимальными абиотическими факторами, сама служит оптимальным биотическим фактором глубокой и широкой биодеструкции древесины ксилотрофными базидиомицетами, способными разрушать даже обработанную фунгицидами древесину (Бондарцев, 1953, 1956; Михалева, 2002; Рядова и др., 2004; Schmidt, 2007). В обследованных памятниках архитектуры наблюдали поверхностную деструкцию микромицетами при увеличении агрессивности абиотических факторов: дифференциальной влажности на фоне суточных и сезонных колебаний температуры воздуха и деревянных конструкций; все стадии деструктивной и смешанной гнилей с участием ксилотрофных базидиомицетов - прямые указания на два типа сукцессий микроорганизмов, происходящих в исторических зданиях. Один тип выявлен при биодеструкции древесины конструкций макромицетом - быстрые сукцессии, второй тип -микодеструкция, осуществляемая микромицетами без участия базидиомицетов - медленные сукцессии (Рисунок 4).

Медленная сукцессия г. Исходный комплекс видов г Оошис ннды мнкоеннумш

ВЯ I

ш

щ

SP

I»

Рисунок 4. Сукцессии микодеструкторов исторической древесины конструкций.

b[JCTp;ui сукцессия EOvKueccitoHHbiH комплекс аилов

Эти сукцессии имеют ряд особенностей, определяемых доминантом-биодеструктором и условиями биодеградации древесины (Рисунок 5). К особенностям относятся объем элемента конструкции, подвергшийся поражению и биодеструкции, а также наличие конкурентов в этом процессе.

II(I)

□ с

тРаесТЩ1и__^ OAspergilItis niger ШPénicillium decumbens Ш Pénicillium lartosum BAcremonium charticola

I(II) Д X (III)

Ш Coniophora cerebella □ Pénicillium funiculosum И Pénicillium simplicissimum G Acretnonium kiliense

D Trichoder H Coniophor □ бактерии Q Pénicillium jei, m P. steckii aP. stoloirifenmi В A a emonium charticola O.-i. kiliense

□ Poecilomyces vario, GSerpula laciymans

□ Pénicillium rudrum El Pénicillium lanosum BAcremonium charticola BAcremonium kiliense

Г 4(1)

С Pénicillium tardum NJ||||lj|i|. III ES Pénicillium уеп'1Си1о^нптЩЩ_ BFusariuni javanicum BFusariuni sporotrichioides BFusariuni sambucimtm С бактерии

ИТ II-2 (I)

D Pénicillium expansion El Pénicillium lanosum □ Fusariimi aquaeductuum BAcremonium charticola

Д ш (LU)

laciymans Q Cladosporiwn hert О Pénicillium simpliciss H P. funiculosum a P. expanst'.m О P. frequentans BAcremonium kiliense.

Г 5 (II)

D Pénicillium tardum

□ Fusariuin oxysporum OFusariuni sporotrichioides

□ бактерии 0 Mucor racemosus О Mucor hiemalis

ИТ III 4 (III)

Q Pénicillium viridicat) Ш Pénicillium cyclopii П Pénicillium frequentans BFusariuni aqitaeducttiitm BAcremonium charticola BAcremonium kiliense Ш-introdia xantha

Рисунок 5. Сукцессии микобиоты в процессе биодеструкцпи исторической древесины элементов конструкций: а-в. г-д - в здании Наркологического диспансера (Д); с-ж - в здании Гостиницы (Г); з-и - в здании Императорского театра (ИТ).

Полной деградации древесины конструкций с потерей механических свойств при сукцессиях с участием микромицетов не наблюдали (Рисунок 5 е-ж).

В этих случаях биодеструкция достигала лишь П-й степени в виде упомянутой выше мягкой гнили поверхностных слоев в очагах поражения элементов конструкций. В отсутствие макромицета биодеструкция осуществляется устойчивым комплексом видов Pénicillium, Fusarium, Acremonium и Aspergillus, характерным для всех обследованных исторических зданий с 40-50 %-м обилием и численностью » 106 КОЕ/г (Рисунок 5). При появлении макромицета в ходе сукцессии биодеградация древесины происходит значительно быстрее и достигает последней степени потери материалом своих механических свойств. По мере захвата объема древесины и ее деградации макромицетом происходит замещение им части микромицетов-деструкторов, увеличение доли этого доминанта в микосинузиях, сначала уменьшение, а затем увеличение разнообразия микромицетов с невысоким обилием каждого из видов (-20%) при повышенной на порядок численности (х 107 КОЕ/г). Нами выявлена также способность комплекса видов Pénicillium, Fusarium, Acremonium и Aspergillus осуществлять биодеструкцию совместно с макромицетами, особенно при средней степени деградации древесины конструкций (Рисунок 4 з-н). То есть на деструктурируемой древесине конструкций исторических зданий наблюдаются различные сукцессии микроорганизмов, активно (с участием в биодеструкции), или пассивно (сопутствующая микробиота) вовлеченных в процессы биодеградации. Сукцессии могут протекать с незначительной скоростью (многие годы) и оканчиваться стабилизацией комплекса микромицетов-биодеструкторов по обилию и численности на уровнях, обеспечивающих их жизнедеятельность, или редукцией микосинузий до отдельных видов с невысокой численностью при неблагоприятных для биодеградацин древесины условиях. При включении ксилотрофных базидиомицетов в процессы биодеструкции наблюдаются лавинообразные (1-3 года) сукцессии с замещением макромицетом значительной доли участия в деградации древесины микромицетов-биодеструкторов, сокращением разнообразия микосинузий, уменьшением численности деструктурирующих и сопутств>1ощих представителей микобиоты. Подобные сукцессии заканчиваются полным распадом древесины, обрушением конструктивных элементов, уменьшением размеров таллома макромицета, образованием базидиом и/или ресупинатных плодовых тел, т. е. переходом в репродуктивную стадию развития, отмиранием и автолизом гиф макромицета.

Глава 5. ВОЗДЕЙСТВИЕ МНКОБИОТЫ НА ДРЕВЕСИНУ КОНСТРУКЦИЙ 5.7. Изменение количества основных биополимеров древесины и ее

состояния в процессе биодеструкции Основные источники питания макро- и микромицетов на древесине -целлюлоза и лигнин, определяющие механические свойства этого материала. Для понимания процесса деструкции грибами и того, как изменяется при этом содержание биополимеров, нами оценены химическими методами показатели влажности и зольности древесины, количества целлюлозы и лигнина (Рисунок 6). Динамика этих показателей измерялась на поверхности и в толще пораженных и контрольных элементов. Контрольные образцы, взятые на поверхности элемента конструкции и из глубоко лежащих слоев, были

практически сходны по своим показателям, что указало на возможность использования единого контроля (Рисунок 6).

.. 1скиснь цнодеоруклин . I

1ня 20сч имуйьпицааднааПлренссииы] Ц

"■' ~ 1ГТМ(1)п 1ГТ021ЦП ГI (Г) п Г '|1| с Л и (Г. г ДЮНю иитрлли

Е Содержание целлюлош ■ Содержание 1ипшнаО ЗольноегьПВлажное

итМЛИ НТВ Югг при Содержание неллною .1.1 ^Содержание лштшн;

1ГГПЩП|" 11ГЧ4|11|П !ГТЧЛ(П»1 ГЗОЧП Г«(П)л ДИПШ ДМПДЕп шлр!»> О Содержание целлюлозы ■Содержание лнгннна □ Зольность □ Влажное!

1ГГШ1 Т7н 1ПЧ11ШГ VIС'! ЛОц ГЦШг Г; П;( Д1Ш)г

□ Содержание цс.тлюлоти ИСодержаниелигнина ОЗольноеть □В н

III сгспсаьбиодсслрукццн

_(на иовериюстн пораженной древесины) -

и 1(ИГ)о1ГТШ лшиппндипп гпнп Е Содержание целлюлозы

I Г«[Ш)В ДШ1ВДВ Д(\1Ш|П

■ Содержание лнгннна Д

ДУ(Ш>" Д\В|Ш)И ДХитя к-.!:]-.

П Зольность СВлажносп.

65 60

ЛИ степень бкодеструкшш

(на 20 см вглубь пораженной древесины)

1ГТВ 1(Ш)г НТШ4(Ш)( ИТОЛШн Г1 ЛИ, г ГбЛЩг ДВ1(Ш|г Д1\(Ш>г Д\"(Ш|г ДМТДОг ДХ(Ш)Г мчпро

©Содержание целлюлозы 1 Содержание лигнина ОЗольноеть ОВлажноаь

Рисунок 6. Степень биодеградации поверхностных (а, в. д) и глубоких (б, г, е) слоев древесины в образцах пораженных элементов конструкций зданий Императорского театра (ИТ); гостиницы "Михайловская" (Г) и Наркологического диспансера (Д): а, б -1-й; в, г - 11-й; д, е -Ш-й степеней биодеструкции.

В среднем, влажность пораженной древесины при разных степенях интенсивности биодеструкции увеличивалась в 1.2 раза. Зольность деструктурируемой древесины уменьшалась при 1-й степени биодеструкции в 2.5 раза, на 11-й - в 1.9 раз, на Ш-й - в 2.7 раза. Количество целлюлозы и лигнина снизилось при 1-й степени бнодеструкции в 1.3 и 1.1 раза, далее показатели снижались до 1.7-2.1 и 1.3-1.6 раза при Ш-й степени биодеструкции соответственно (Рисунок 6). Выявлено сходство в изменении содержания основных биополимеров древесины при близких уровнях биодеструкции элементов обследованных здании. Биодеградация древесины сопровождалась стойким повышением влажности последней. Биологический смысл данного явления в том, что, во-первых, для колонизации древесины грибами необходимо повышение ее влажности, а во-вторых, грибы, колонизируя древесину при благоприятных условиях, повышают ее влажность. Показатели содержания целлюлозы и лигнина в древесине, влажности и зольности можно использовать для оценки степени биодеградации древесины. 5.2. Изменение количества и качества экстрактивных веществ древесины в

процессе биодеструкции Кроме разрушения целлюлозы и лигнина, в процессе биодеструкции исторической древесины происходит накопление экстрактивных веществ: высоко- и низкомолекулярных дериватов лигнина, целлюлозы, хитина из клеточной стенки микодеструкторов, а также поли- и олигопептидов, БАВ и др. (Холькин, 1976; Решетникова, 1997; Феофилова, 2010). Анализ хроматограмм выхода экстрактивных веществ из контрольных образцов интактной исторической древесины, отобранных на поверхности и в толще конструктивных элементов зданий, выявил очень большое сходство их профилей. Поэтому при дальнейших анализах хроматограмм УФ- и масс-спектров пробы контроля использовали в качестве эталона в системе finger printing для сравнения образцов различной степени биодеструкции. Хроматограммы пораженной древесины, значительно отличаются от контрольных. В экстрактах присутствовали высокомолекулярные олигомеры, разнообразие и количество которых возрастали по мере биодеструкции, а также низкомолекулярные продукты разложения. Сравнение определенных по времени выхода и спектру УФ-поглощения пиков и масс-спекгров позволило выявить разложение лигнина с появлением его дериватов и большего количества разнообразных экстрактивных веществ. Полученные масс-спектры также сравнивали с контролем-эталоном по принципу finger print, отмечая изменение в характере распределения, высоте пиков, соответствующее процессу разложения основных компонентов древесины. Наиболее характерное изменение наблюдали для образцов Ш-й степени биодеструкции древесины с участием макромицета. Отмечали накопление как высоко- так и низкомолекулярных олигомеров и их высокое разнообразие (Рисунок 7). С использованием ВЭЖХ и спектральных методов показана возможность выявления различий в качественном и количественном составах экстрактивных веществ интактной и деструктурируемой микобиотой исторической древесины.

сипы экстрактивных вешсств и их относительные количества (%) в системе ацетони-трил/ муравьиная кислота: а - 1-й; б - 11-й степени биодеструкции с доминированием микромпцетов; в - Ш-й степени бподеструкции с доминированием макромицста Зегри1а 1асптап$ в сравнении с контролем-эталоном.

о " ?foo~ «.bo^e^oo вБй што^м^^лло^вЗоо^»»^^

В

Эти различия однозначно указывают на протекание и глубину процессов биодеструкции, что делает ВЭЖХ, УФ- и особенно масс-спектрометрию экспресс-методами для выявления поражений деревянных конструкций, их интенсивности, а также доминирующих грибов и на уровне предварительного диагноза состава деструктурирующих древесину комплексов микобиоты.

Глава 6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ РЕСТАВРАЦИОННЫХ _ БИОЦИДОВ И ПУТИ КОНСЕРВАЦИИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ 6.1. Фунгицидное действие реставрационных биоцидов на тест-культуры и \ представителей биодеструкторов исторической древесины При оценке фунгицидного действия рекомендуемых КГИОПом реставрационных биоцидов Adolit М flussig и Imprägnierung BFA на микодеструкторов древесины в качестве тест-культур выявлен достоверный

а

.30_____ __ __ИМИ

о ¿55- «Ъо sfe^öo^U-W^Xic'-i^e»^^-^^^

б

фунгицидный эффект для всех исследованных концентраций обоих препаратов. Анализ динамики фунгицидной активности выявил отсутствие стабильного пролонгированного воздействия препаратов на тест-культуры макро- и

микромицетов (Рисунок 8).

—5 kcnmv ¡I 'г

— L iáoiK *.('

í .

——?. CJ7W&J ]':

—- А. ¡окч! W"

.....7 cntpcrjn

i wat

! ; ' 7 "joc . . .^i-- -~т.па

.........S 1зсп 1X115 i

i í1 '

— •A.iehití

- - F ОХ^!1ЮГЖ

-ГдаА i » i i

где Рисунок 8. Динамика зоны подавления роста мицелия (фунгицидное действие) под воздействием различных концентраций препаратов Adolit М flussig: а - 16 г/л; 6-32 г/л; в -64 г/л; и Impragnierung BFA: г - 0.375 г/л; д - 0.75 г/л; е - 1.5 г/л.

Отмечали значительный достоверный фунгицидный эффект обоих препаратов, особенно, рекомендованных и повышенных концентраций, в первые 3-е суток после применения, но и достаточно быстрое (на 5-7-е сутки) нивелирование этого воздействия в виде зарастания к 14-м суткам опыта, как зон подавленного роста, так и зон истинного барража мицелия. Наиболее значительное фунгицидное действие на активных микодеструкторов оказали все исследованные концентрации препарата Adolit М flussig. Пролонгированный фунгицидный эффект под воздействием различных концентраций препаратов отмечали лишь для тест-культур Fusarium oxysporum и Alternaría solani (Рисунок 8). Таким образом, как рекомендованные, так и половинные концентрации препаратов Adolit М flussig и Impragnierung BFA могут быть использованы однократно для купирования процессов колонизации исторической древесины как микро-, так и макромицетами.

6.2. Фунгистатическое действие реставрационных биоцидов на тест-культуры и представителей биодеструкторов исторической древесины При анализе фунгистатического эффекта рост тест-культур при воздействии любой из исследованных концентраций обоих реставрационных фунгицидов либо не происходил вообще, либо в 2-9 раз средняя скорость роста мицелия в контрольных вариантах была выше, чем в опытных. То есть достоверный выраженный длительный фунгистатический эффект зафиксировали для всех исследованных концентраций препаратов

Adolit M flussig и Imprägnierung BFA на 6-и тест-культурах макро- и микромицетов (Рисунок 9).

1

V

s 1-8 &

£ 0.8

HIBfA U.-i/b Г,

ED BfA 0,75 г/л

Рисунок 9. Средняя скорость роста мицелия тест-культур при воздействии различных концентраций препаратов (а) Adolit М flussig и (б) Imprägnierung BFA.

Таким образом, возможно применение современных реставрационных фунгицидов Adolit М flussig и Imprägnierung BFA в качестве превентивных средств на поверхности материалов для предотвращения колонизации деревянных элементов и их микодеструкции. При возникновении очагов поражений как рекомендованные, так и половинные концентрации препаратов могут быть использованы для купирования развития микобиоты на исторической древесине.

ВЫВОДЫ

1. В очагах поражения деревянных элементов конструкций в здании Императорского Театра выявлено 53 вида представителей микобиоты (52 вида микромицетов и 1 вид макромицета), в здании Гостиницы "Михайловская" - 49 видов (48 видов микромицетов и 1 вид макромицета); в деревянном корпусе Наркологического диспансера - 99 видов (95 видов микромицетов и 4 вида макромицетов). По своим таксономическим характеристикам надвидового уровня микобиота очагов поражения деревянных конструкций трех исторических зданий в значительной степени (более 50 %) сходна.

2. Представители микобиоты формируют различные по своему составу и

структуре комплексы, включающие доминирующие, частые, редкие и

случайные виды, которые в разной степени участвуют в биодеструкции

древесины. Сходство комплексов микромицетов выше в образцах элементов

конструкций одного здания, находящихся в сходных условиях,

обусловливающих одинаковую степень биодеструкции древесины.

3. Осуществляющие глубокую биодеструкцию древесины макромицеты конкурируют с микромицетами за субстрат и формируют условия для образования разнообразных, относительно стабильных по структуре микосннузий.

4. Устойчивые микосинузии биодеструкторов древесины формируются видами Fusarium, Pénicillium и Aspergillus в сочетании с различными видами Acremonium, Aliernaria и Chaetomium.

5. Процессы биодеструкции древесины сопровождаются сукцессией комплексов колонизаторов, что приводит к уменьшению разнообразия и численности микромицетов в микосинузиях.

6. Выявлено два типа сукцессий микобиоты: быстрые сукцессии - при биодеструкции макромицетом в комплексе с микромицетами, и медленные сукцессии - при биодеструкции микромицетами без участия ксилотрофных базидиомицетов.

7. Биодеструкция древесины 1-й и Н-й степеней в местах поражений элементов конструкций обусловлена развитием комплексов микромицетов с преобладающими видами Fusarium, Pénicillium и Aspergillus, биодеструкция III-й степени - развитием комплексов микро- и макромицетов с доминированием в зданиях Императорского Театра и гостиницы "Михайловская" - Antrodia xantha, в здании Наркологического диспансера в разных очагах - Fibroporia vaillantii, Coniophora cerebella, Serpula lacrymans, Coriolellus serialis.

8. Микодеструкция исторической древесины в местах поражений характеризуется повышением влажности более чем на 20 %, уменьшением зольности более чем на 50 %, специфичными качественным и количественным составами экстрактивных веществ, выявленными посредством хроматографии, УФ- и масс-спектрометрии (finger prints) по сравнению с данными для непораженных участков конструкций.

9. Медленная биодеструкция микромицетами сопровождается снижением содержания целлюлозы более чем на 20 %, быстрая биодеструкция комплексами макромицета с микромицетами - пропорциональным уменьшением содержания лигнина более чем на 40 % и целлюлозы более чем на 20 % по сравнению с непораженными участками конструкций.

10. Рекомендованные к применению Комитетом по государственному контролю, использованию и охране памятников истории и культуры (КГИОП) в реставрации фунгициды Adolit M flussig и Imprägnierung BFA могут использоваться в качестве превентивных средств на поверхности древесины и в очагах поражений для задержки развития микобиоты и биодеструкции элементов конструкций памятников архитектуры.

Список работ по теме диссертации:

1. Серова, Т. А. Микобиота древесины исторических памятников архитектуры Санкт-Петербурга и возможности ее контроля с помощью фунгицидов / Т. А. Серова, Ю. А. Титова // Вестник защиты растений. - 2014. - № 2. - С. 33 - 37.

2. Серова, Т. А. Химический метод оценки степени биодеградации древесины конструктивных элементов / Т.А.Серова, Ю.А.Титова, Ю.Д. Шенин // Инженерно-строительный журнал. - 2014. - № 3 (47). - С. 77 - 89.

3. Казарцев, И. А. Идентификация ксилотрофной микобиоты в двух исторических зданиях Санкт-Петербурга / И. А. Казарцев, Т. А. Серова, Ю. А. Титова, Ф. Б. Ганнибал // Микология и фитопатология. - 2014. - вып. 3 (48). -С. 172-181.

4. Миронова, С. И. Исследование поражения микроскопическими грибами образцов из сосны и LVL / С. И. Миронова, М. Б. Москалев, А. JI. Ковжина, Т. А. Серова // Вестник гражданских инженеров. - 2015. - № 1 (48). - С. 145 - 152.

5. Серова, Т. А. Микобиота исторических зданий Санкт-Петербурга и подходы к определению ее влияния на здоровье человека / Т. А. Серова, Ю. А. Титова // Биомедицина, биотехнология и э кол отческая безопасность: достижения молодых ученых и специалистов Евразии: материалы Молод, научно-практич. конф. (26-29 марта 2013 г.). - Казань, 2013. - С. 94.

6. Серова, Т. А. Микобиота исторических зданий Санкт-Петербурга и сукцессии грибов на строительных конструкциях / Т. А. Серова, Ю. А. Титова // Биология - наука XXI века. 17 Междунар. Путинская школа-конф. молодых ученых: материалы конф. (21-26 апреля 2013 г.). - Пущино, 2013. - С. 557 - 558.

7. Серова, Т. А. Внедрение в реставрационную практику молекулярно-генетических методов исследования [Электронный ресурс] / Т. А. Серова // Научно-популярное издание «Биомолекула». - Режим доступа: http:/foiomolccula.ru/content/l 186 (дата публикации 22.04.2013)

8. Серов, Е. Н. Сохранение целостности памятников архитектуры Санкт-Петербурга / Е. Н. Серов, А. Е. Серов, Т. А. Серова // Актуальные проблемы архитектуры и строительства: материалы V Междунар. конф. (25-28 июня 2013 г.). Ч. 1.-СП6,2013.-С. 439-441.

9. Титова, Ю. А. Микосинузии некробионтных консорций исторической древесины памятников архитектуры Санкт-Петербурга / Ю. А. Титова, Т. А. Серова // Проблемы микологии и фитопатологии в XXI веке: материалы Междунар. научн. конф. (2-4 октября 2013 г.). - СПб, 2013. - С. 267 - 270.

10. Серова, Т. А. Особенности обследования деревянных конструкций на предмет поражения микобиотой, а также некоторые закономерности поражения данных элементов грибами / Т. А. Серова // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения: материалы научно-практич. конф. (18 октября 2013 г.).-СПб, 2013.-С. 90-94.

11. Серова, Т. А. Биологическое разнообразие микобиоты исторических зданий Санкт-Петербурга / Т. А. Серова, Ю. А. Титова // Биологическое разнообразие как основа существования и функционирования естественных и искусственных экосистем: материалы Всероссийской молодёжной науч. конф. (8-10 июня 2015 г.). - Воронеж, 2015. - С. 272 - 277.

Научное издание. шгО-печать ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Лицензия ПЛД № 69-253. Подписано к печати 27 июля 2015 г., тир. 100 экз.