Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль микроорганизмов в звене высших растений замкнутой экологической системы жизнеобеспечения человека

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Тирранен, Ляля Степановна

Актуальность проблемы. Экспериментальные модели экологических систем различной степени сложности представляют реальные возможности для решения многих экологических задач. Разработка систем жизнеобеспечения связана с необходимостью проведения экспериментов с замкнутыми экологическими системами, включающими человека, в наземных условиях (Киренский и др., 1971; Гительзон и др., 1975; Salisbury et al., 1997). Такие системы жизнеобеспечения, по существу, являются малыми моделями земной биосферы, где лишь звено фотоавтотрофных организмов способно использовать поступающую извне световую энергию (Дадыкин, 1968; Замкнутая система., 1979; Иванова и др., 1990; Wheeler and Tibbits, 1986, 1987; Salisbury et al., 1997; Vodowotz and Barta, 1998). Работы no созданию искусственных экосистем сейчас развиваются не только в России (Мелешко, 1967; Киренский и др., 1971; Gitelson et al, 2003), но и в США (Allen, 1991; Henninger et al., 1996), в Японии (Nitta et al., 1996; Nitta, 1998), в других странах, объединенных Европейским Космическим агентством (Lasseur et al., 1996; Marty and Dussap, 1997). Искусственными экологическими системами стали интересоваться и в Китае (Chung et al., 2002). Нормальная жизнедеятельность человека в замкнутых экологических системах, для целей жизнеобеспечения которого они и создаются, зависит от бесперебойного функционирования как всей системы в целом, так и составляющих ее звеньев (Гительзон и др., 1975; Gitelson et al., 1995). Поэтому необходима своевременная информация о состоянии каждого звена с целью управления им.

Одним из перспективных биокомпонентов системы жизнеобеспечения являются высшие растения - основные претенденты на роль фототрофного полифункционального звена, способного регенерировать атмосферу, воду и растительную пищу (Ничипорович, 1967; Лисовский, 1973; Ермаков, Степанова, 1992; Кураков, Костина, 1997; Salisbury et al., 1997). Культивирование растений в замкнутой экологической системе имеет свои специфические особенности, отличные от других условий выращивания (в частности в почве или фитотронах) и обусловленные влиянием, как самого фитоценоза, так и других звеньев системы. Создаваемые искусственные фитоценозы не будут существовать в стерильных условиях.

Звено высших растений представляет собой биоценоз, включающий комплекс культур высших растений и соответствующей сопутствующей микрофлоры (Юнусова, Другова, 1985; Alstrom, 1987; Tirranen, 2001), продукты жизнедеятельности которой могут рассматриваться в качестве средообразующего фактора в биоценозе звена и замкнутой экосистеме в целом. Использование замкнутых экологических систем дает уникальную возможность для изучения роли микробных сообществ отдельных звеньев. Роль микроорганизмов в замкнутых экосистемах существенна, а условия их жизнедеятельности своеобразны. Известно (Гузев и др., 1986; Васильева и др., 1991; Кожевин, 2000; Bewley, Parkinson, 1984), что на все изменения окружающей среды микроорганизмы реагируют быстрее, нежели большинство других представителей живого мира.

Создание опасной микробиологической ситуации (уменьшение видового разнообразия, элиминирование видов с уникальными метаболическими функциями или утрата этих функций, бурный рост численности видов, потенциально опасных для растений или человека, и т.д.) может привести к нарушению работы фотоавтотрофного звена системы жизнеобеспечения, а при отсутствии других