Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій

імені С.З. Ґжицького

Дзюмак Михайло Анатолійович

УДК: 504.055(043.5)

Оптимізація екобезпеки довкілля на територіях забруднених радіонуклідами в агросфері вінниччини

03.00.16 – екологія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Львів – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Вінницькому державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник - доктор біологічних наук, професор, Власенко Володимир Васильович, Вінницький державний аграрний університет, кафедра мікробіології і технології переробки продукції тваринництва, завідувач.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, Буцяк Василь Іванович, Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З. Ґжицького, кафедра біохімії і біотехнології.

кандидат сільськогосподарських наук, доцент, Лісогурська Діна Володимирівна, ДВНЗ «Державний агроекологічний університет», кафедра розведення, генетики тварин та біотехнології.

Захист відбудеться «19» червня 2008 року о 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.826.02 у Львівському національному університеті ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З. Ґжицького, за адресою: 79010, м. Львів, вул. Пекарська, 50, аудиторія № 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського національного університету ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З.Ґжицького, за адресою: 79010, м. Львів, вул. Пекарська, 50.

Автореферат розісланий «14» березня 2008 p.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _________________ О.М. Слобода

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Визначальною подією в політичному і економічному житті України після здобуття незалежності стало реформування сільськогосподарських підприємств Держави. За період реформування агропромислових структур в основному створена правова база, розпочато створення нових форм господарювання на селі.

В період реформування сформовані принципово нові засади сільськогосподарського виробництва та агробізнесу. На хвилі незрозумілості в сільськогосподарські підприємства прийшли працювати бізнесмени, які не мають економічної, технічної, сільськогосподарської, а інколи ніякої, освіти. Новостворені підприємства та особисті господарства зіткнулися з певними проблемами в сучасних умовах, а саме: зменшення фінансування природоохоронних заходів, недосконалістю економічного механізму природокористування, порушенням сільськогосподарських технологій виробництва, що призвело до ще більшого ускладнення екологічної ситуації в Україні.

Сьогодні екологічна ситуація, стан харчування і здоров'я населення оцінюються провідними вченими як чинники, що являють собою реальну загрозу національній безпеці України. За таких умов підвищення безпечності та якості навколишнього природного середовища є одним із найактуальніших і пріоритетних державних завдань.

На актуальність проблеми "еколого-техногенного забруднення довкілля" вказують чисельні теоретичні дослідження і узагальнення, як вітчизняних так і зарубіжних вчених: Ю.Д. Думанский, 1998; М.М. Падун, 1999; Ю.Г. Григорьєв 2001; И.П. Крайнов, 2003; В.В. Медведєв, 2004; П.П. Наточний, 2006; Б. М. Савін, 1999; С.И.Ткаченко, Г.О Дензанов, 2003; M. H. Smolensky, 2001; Н. Фіголь, 2003 та ін.

Незважаючи на значну кількість наукових праць по вивченню дії "еколого-техногенного забруднення довкілля" на біологічні об’єкти, в тому числі і в зовнішньому середовищі, ці питання залишаються недостатньо з’ясованими. Зазначені тенденції роблять особливо актуальним проведення екологічного моніторингу виявлення забруднених зон, які можуть нести загрозу у галузі охорони навколишнього природного середовища. Суттєвим підґрунтям повинно стати вивчення екологічної ситуації агропромислового виробництва в період реформування та удосконалення екологізації виробництва продовольчої сировини та продуктів харчування.

Саме ці складові в сучасних екологічних умовах вимагають розробки точного та широкодоступного способу експрес-виявлення екобезпеки навколишнього природного середовища і визначають актуальність теми досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились відповідно до Закону України "Про охорону навколишнього природного середовища" від 25 червня 1991 року. Дисертаційна робота є частиною виконання обласних екологічних програм кафедрами екології, мікробіології та проблемної лабораторії Вінницького державного аграрного університету "Регіональна програма охорони навколишнього природного середовища та раціонального використання природних ресурсів на 2003-2011 рр." (затверджена рішенням 6 сесії 4 скликання Вінницькою обласною радою № 245 від 18.04.2003р.) та "Регіональна програма екологічної мережі Вінницької області на 2004-2015 роки" (затверджена рішенням 9 сесії 4 скликання Вінницькою обласною радою № 429 від 22.10.2003р.), а також держбюджетної теми проблемної лабораторії Вінницького державного аграрного університету, тема за № 7 Міністерства аграрної політики України (№ держреєстрації 0199U004037).

Мета і завдання досліджень. Метою досліджень було вивчення сучасного екологічного середовища та безпеки навколишнього природного середовища в період реформування сільськогосподарських підприємств Вінниччини. Відповідно до мети роботи в програмі досліджень були поставлені такі завдання:

– провести моніторинг забрудненості радіонуклідами сільськогосподарських угідь Вінниччини та вивчити накопичення 137Cs і 90Sr в продукції рослинництва в новостворених агроформуваннях;

– вивчити вплив радіонуклідів на поведінку біоти в ґрунті в реформованих агроструктурах на територіях, забруднених радіонуклідами;

– дослідити контамінацію об’єктів зовнішнього середовища мікобактеріями на радіологічно-контрольних майданчиках Вінниччини;

– вивчити взаємозв'язок репродуктивної активності з іонізуючим опроміненням мікобактерій за умов in vitro;

– дослідити виживання, розвиток і гетероморфізм мікобактерій на біологічних субстратах (гною) зовнішнього середовища;

– розробити спосіб підготовки матеріалу та поживне середовище для прискореного виявлення екобезпеки ґрунту (гною);

– розробити регіональну структуру дорадчої моделі щодо виробництва екологічно чистої сільськогосподарської харчової сировини.

Об'єкти досліджень — зовнішнє середовище, лабораторні тварини та мікроорганізми.

Предмет досліджень — вплив реформування сільськогосподарських підприємств на сучасне екологічне середовище та виявлення екобезпеки ґрунту (гною).

Методи досліджень. Для досягнення мети і вирішення задач дослідження застосували: аналіз та узагальнення наукової літератури з проблеми; органолептичні, фізико-хімічні, мікробіологічні та радіологічні методи, а також методи планування експерименту і математичної обробки отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

– теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено особливості екологічної ситуації навколишнього природного середовища в період реформування сільськогосподарських підприємств Вінниччини на територіях, забруднених радіонуклідами;

– доведено, що в процесі реформування сільськогосподарських підприємств на місці колишніх колгоспних ферм, неблагополучних по туберкульозу, організовані фермерські господарства, в ґрунті яких знаходяться адаптивні форми збудника туберкульозу;

– вперше доведено, що адаптивні форми збудника туберкульозу пристосовуються до природних і антропогенних впливів. Показана здатність паразита виживати і розвиватися на біологічних субстратах (гною) зовнішнього середовища, та при попаданні в організм викликати характерні патологічні зміни в лабораторних тварин;

– вперше розроблено спосіб підготовки матеріалу для екодосліджень та запропоноване поживне середовище для прискореного виявлення екобезпеки ґрунту сільськогосподарських підприємств;

– встановлено, що запропоноване поживне середовище забезпечує виключно високу чутливість та прискорює видачу аналізів в порівнянні з існуючим методом у 30-90 разів, просте за способом його приготування, зручне при зберіганні і транспортуванні;

– для малих форм господарювання запропонована дорадча модель виробництва екологічно чистої сільськогосподарської продукції, в основу якої покладено підвищення рівня знань і надання послуг з питань екологізації довкілля на основі досягнень сучасної науки, а також здійснення практичної допомоги.

– вперше розроблено новий, простий, доступний та безпечний в застосуванні спосіб фіто-, хімоінактивації мікобактерій в ґрунті і об’єктах навколишнього середовища шляхом висівання гірчиці та препаратом Вітан – інгібітором корозії.

Новизна одержаних технічних рішень захищена Деклараційним патентом на винахід № 21719 від 15 березня 2007р. та № 21720 від 15 березня 2007р.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати мають фундаментальне значення, оскільки значною мірою розширюють знання про біологічну ефективність впливу еколого-техногенного забруднення на життєдіяльність біологічних систем, поглиблюють розуміння закономірностей та механізмів біологічної дії цього чинника на розвиток збудника туберкульозу в організмі та зовнішньому середовищі. Результати досліджень можуть бути використані в екологічній практиці, науковій діяльності та в системах санепідемслужб і держекоінспекцій, а також при викладанні дисциплін «Екологія», «Мікробіологія», «Санітарна гігієна». Результати досліджень з теми дисертаційної роботи використовуються Головним управлінням агропромислового розвитку Вінницької державної обласної адміністрації і в навчальному процесі на кафедрі товарознавства та маркетингу ВТЕІ КНТЕУ і на кафедрі мікробіології та технології переробки продуктів тваринництва ВДАУ; включені до двох методичних рекомендацій: "Основи екології та безпеки товарів народного споживання" (Затверджено та рекомендовано до друку вченою радою Вінницького торговельно-економічного інститут КНТУ, протокол № 5 від 27 квітня 2005 року) і «Екологізація агропромислового виробництва Вінниччини» (Затверджено на засіданні технічної Ради Головного управління агропромислового розвитку Вінницької державної обласної адміністрації, протокол № 2 від 26 квітня 2007 року), та в навчальному посібнику «Екологізація ефективного кормовиробництва Вінниччини» (Рекомендовано вченою радою факультету виробництва та технології переробки продуктів тваринництва ВДАУ, протокол №11 від 15 листопада 2004 р.) і в монографії «Екологічна безпечність та якість продукції агропромислового виробництва» (Затверджено та рекомендовано до друку вченою радою Вінницького державного аграрного університету, протокол № 8 від 31 травня 2007 року).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота містить результати досліджень, які одержані особисто автором при виконанні наукової роботи. Дисертант брав безпосередню участь у формуванні мети, наукової концепції, в розробці схем досліджень та їх виконанні, обробці та систематизації отриманих даних. Дослідження з вивчення біології збудника туберкульозу в організмі тварин проводились при консультації та за участю спеціалістів кафедри мікробіології та технології переробки продуктів тваринництва Вінницького державного аграрного університету (ВДАУ).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації розглядались й були схвалені на засіданні кафедри мікробіології та технології переробки і проблемної лабораторії Вінницького державного аграрного університету (Вінниця, 2003-2007 pp.) та доповідались на: Антропогенно-змінене середовище України: ризики для здоров’я населення та екологічних систем // Міжнародна конференція. Київ, 2003; Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи // ІІІ Міжвузівська науково-практична конференція аспірантів. Вінниця, 2003; Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи // ІV Міжвузівська науково-практична конференція аспірантів. Вінниця, 2004; Наука і освіта 2004 // VІІ Міжнародна науково-практична конференція. Дніпропетровськ, 2004; Наука и образование – 2007 // V Міжнародна науково-практична конференція. Дніпропетровськ, 2007.

Публікації. Результати досліджень з теми дисертації опубліковано в 15 наукових виданнях, в тому числі в 2-х науково-методичних рекомендаціях, 1-му навчальному посібнику та монографії, 8 статтях у фахових виданнях в тому числі 2 Деклараційних патенти та 3 тезах наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить: вступ, три розділи, аналіз і узагальнення результатів досліджень, висновки, пропозиції виробництву, списку використаних джерел та додатки (загальна кількість сторінок 205). Основний зміст роботи викладений на 128 сторінках комп'ютерного тексту і містить 22 таблиці та 22 рисунка. Список використаної літератури включає 322 джерела, в тому числі 28 іноземних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Робота виконана у агросфері Вінницької області. Експериментальна частина роботи виконувалася в проблемній лабораторії кафедри мікробіології та технології переробки Вінницького державного аграрного університету в період 2003–2007 років. Для досягнення поставленої мети нами проведено три етапи наукових досліджень. Загальна схема проведення досліджень показана на рис. 1.

В першій серії дослідів вивчали екологічний стан Вінниччини в залежності від впливу антропогенних чинників. Другим етапом роботи було вивчення забрудненості сільськогосподарських угідь 137Cs і 90Sr в період реформування агроструктури Вінниччини. Третім етапом роботи було удосконалення екологічної безпеки навколишнього природного середовища в реформованих агроформуваннях.

Нами було проведено п’ять блоків досліджень з використанням вищезазначених об’єктів. В першому блоці проводили вивчення забрудненості сільськогосподарських угідь 137Cs і 90Sr в період реформування агросфери Вінниччини. Другий і третій блоки присвячені характеристиці накопичення 137Cs і 90Sr в продукції рослинництва та вивченню впливу радіонуклідів на поведінку біоти в ґрунті, який збагачений органічними добривами. Четвертий блок – контамінація об’єктів зовнішнього середовища мікобактеріями на радіологічно-контрольних майданчиках Вінниччини. В п’ятому та шостому блоці ми розробляли методи інактивації мікобактерій в зовнішньому середовищі на територіях забруднених радіонуклідами та вивчали взаємозв'язок репродуктивної активності з іонізуючим опроміненням мікобактерій за умов in vitro. Третій етап досліджень присвячений розробці нової технології екологізації сільськогосподарського виробництва та розроблялись методи експрес-оцінки безпечності використання гною в агроструктурах, а також апробації цієї схеми у виробничих умовах.

Інформаційною базою дослідження є законодавчі акти Верховної Ради України, Укази Президента України, постанови Кабінету Міністрів України, нормативно-правові документи відомств, офіційні статистичні матеріали Державного комітету статистики України, Вінницького обласного управління статистики. Відбір проб ґрунту для досліджень проводили відповідно до ГОСТу 17.04.4.02-84. Мікробіологічні дослідження проводили згідно Наказу МОЗ України №45 2002р. Для моделювання дозових навантажень, які мають місце в радіоактивно забрудненій території, мікобактерії опромінювали у дозах від 10 мкР до 120 мкР. Для електронно-мікроскопічного дослідження препарати готували згідно загальноприйнятої методики. Ультратонкі зрізи готували на ультрамікротомі УМТП-6 та після контрастування цитратом свинцю вивчали під електронним мікроскопом ЕМВ-100 БР з прискорюючою напругою 75 кВт. Збільшення підбиралось адекватно меті дослідження. Результати досліджень підлягали біометричній обробці за Г.Ф. Лакін (1980), з використанням комп'ютерної програми Excel. Різницю з контролем вважали вірогідною при р<0,05; р<0,01; р<0,001.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ АНАЛІЗ

Вивчення забрудненості сільськогосподарських угідь 137Cs і 90Sr в період

реформування агросфери Вінниччини

Проводячи моніторинг радіаційного стану території агросфери Вінниччини слід зазначити, що на початок 2007 року сільське господарство складалось з 1535 фермерських господарств, 1292 підприємств – суб’єктів підприємницької діяльності на селі, а площа із щільністю радіаційного забруднення 1-5 Кі/км2 становить 1944 км2, із щільністю 5-10 Кі/км2 – 38 км2. На забрудненій території (1-5 Кі/км2) розташовано 77 населених пунктів і проживає 136624 чоловік. Радіологічною лабораторією державного підприємства Вінниця-облдержродючість у 2004 році обстежено 11 районів на щільність забруднення радіонуклідами 137Cs і 90Sr на площі 253,1 тис.га, в тому числі: ріллі – 250,1 тис.га; багаторічних насаджень – 3,0 тис.га. Проаналізовано 903 зразки ґрунту на Cs137 та 273 зразки на Sr90. В цілому по контрольних майданчиках спостерігається тенденція до зниження гамма-фону та зменшення забруднення ґрунту радіонуклідами. На основі узагальнення отриманих даних нами при участі топографів Головного управління надзвичайних ситуацій у Вінницькій області та Управління екології та природних ресурсів (де працював дисертант) було складено уточнену карту-схему радіонуклідного забруднення області.

Характеристика накопичення 137Cs і 90Sr в продукції рослинництва

В результаті досліджень вмісту 137Cs і 90Sr в основній та побічній продукції рослинництва на території забрудненій радіонуклідами було встановлено, що в населеному пункті Кунка, Гайсинського району вміст 90Sr у кормовому буряку становив 6,3 Бк/кг, в соняшнику (с. Бушинка, Тиврівського району) – 19,0 Бк/кг, по 137Cs відповідно 1,8 і 12,2 Бк/кг. Рослини, у даному випадку кормовий буряк і соняшник, які містять більше кальцію, накопичують 90Sr у більшій кількості, а рослини, що відрізняються високим вмістом калію, у більшості випадків накопичують більше 137Cs. Розміри надходження радіоактивних речовин у рослини із ґрунту знаходяться у прямій залежності від їх кількості у ґрунті. Ті рослини, які містять більше калію, як правило, більше накопичують і 137Cs. Так, при інших рівних умовах у коренеплодах накопичується 137Cs в 3-6 разів більше, ніж у коренях зернових. У товарній частині рослинницької продукції на одиницю сухої маси урожаю більше всього 137Cs і 90Sr міститься у коренеплодах. Так, на землях с. Крищенці Тульчинського району в сіні вміст 90Sr становить 16,9 Бк/кг, по 137Cs відповідно 6,4 Бк/кг. Інша закономірність спостерігалась в с. Вербка, Чечельницького району при вирощувані гороху, де вміст 137Cs склав в зерні 9,23 Бк/кг, а в соломі 18,0 Бк/кг, відповідно 90Sr 0,6 і 4,1 Бк/кг. Таким чином, просліджується закономірність – чим далі по транспортному ланцюгу від кореня знаходиться орган, тим менше радіоактивних речовин він накопичує.

Вивчення впливу радіонуклідів на поведінку біоти в ґрунті який збагачений органічними добривами

Відомо, що відходами тваринництва є гній, який широко використовується в рослинництві як органічне добриво. В процесі реформування сільського господарства, колгоспні та радгоспні ферми великої рогатої худоби були ліквідовані, а прифермські території розпайовані і передані малим формам господарювання. Організовуються фермерські господарства, які використовують гній як органічне добриво, та проводять реконструкцію приміщень з метою їх використання, є найбільш потенційно-небезпечним для людей та тварин. Тому, вивчення екологічних особливостей розвитку мікобактерій туберкульозу в ґрунті є актуальною проблемою. Першим етапом нашої роботи було вивчення можливостей виживання, мікобактерій на біологічних субстратах (гною) зовнішнього середовища. Для експериментального дослідження можливостей виживання, розвитку і гетероморфізму мікобактерій на біологічних субстратах (гною) зовнішнього середовища використовували тест штам мікобактерій, який патогенний для людей і великої рогатої худоби – М. bovis 8. Для дослідження використовували грунти (гній) з території забрудненої радіонуклідами населеного пункту с. Бушинка, Тиврівський район (дослід), а контролем служив населений пункт с.Радянське, Літинський район. Різниця територій забруднення (Кі/км2) 137Cs та 90Sr статистично значуща (Р<0,05). Результати досліджень наведені в табл.1.

Таблиця 1

Результати вивчення впливу антропогенних чинників на ріст

та поліморфізм мікобактерій

Умови зберігання суспензії (вода+гній+збудник туберкульозу) | Назва культур | Результати комп’ютер.

мікроскопії суспензії | Поява росту на середовищі (діб) | Форма мікобактерій в отриманих культурах

Суспензія зберігалась при температурі

+ 22-26°С

протягом 120 діб | а) контроль | молекути | 3,01 ± 0,23 | коки, овоїди, рідко палички

б) дослід | молекути послідуючим утворенням стінки та кокоподібних клітин, які об’єднані міжклітинним матриксом | 2,01 ±0,14* | палички різної величини, з зернистістю – рожевий або червоно-фіолетовий кольори

Суспензія зберігалась при температурі

+ 4-5°С

протягом 120 діб | а) контроль | артроспори | 6± 0,91 | коки, овоїди, прямі палички

б) дослідне | артроспори | 5 ± 0,71 | коки, овоїди, прямі палички

* Р<0,05 порівняно з показниками контролю.

В результаті проведених бактеріологічних досліджень встановлено, що при посіві суспензії (гною, мікобактерій та води), яка зберігалась при температурі +4-5єС протягом 120 діб, ріст культур мікобактерій з контрольної суспензії спостерігався на 6,01±0,91 добу, а з дослідної суспензії на 5±0,71 добу, тоді як ріст культур мікобактерій з контрольної суспензії, яка зберігалась при температурі +22-26 єС, був газонний на 3,01±0,23 добу. Посів дослідної суспензії, яка зберігалась при температурі +22-26єС, виявив ріст культур на середовищі протягом 2,01±0,14 діб. Різниця статистично значуща (Р<0,05) між контрольною та дослідною суспензією при появі росту на поживному середовищі. В результаті комп’ютерної і електронної мікроскопії суспензії було установлено, що в мікрокартині суспензії, яка зберігалась в холодильнику, з’являються артроспори збудника туберкульозу діаметром 0,12-0,15 мкм.

Мікрокартина мікобактерій, які зберігались при плюсовій температурі (22-26єС), артроспор не спостерігала, а виявились стадії розвитку молекути, з послідуючим утворенням стінки та кокоподібних клітин, які об’єднані міжклітинним матриксом. Отже, перехід бактеріальних вегетативних форм у артроспори є результатом адаптації збудника під впливом несприятливих умов зовнішнього середовища, що дозволяє йому виживати, а за певних умов реверсувати в організмі господаря (на поживному середовищі) у типові бактеріальні форми.

Контамінація об’єктів зовнішнього середовища мікобактеріями на радіологічно-контрольних майданчиках Вінниччини

На території забрудненій радіонуклідами, у відібраних пробах в зовнішньому середовищі було виявлено – 9,8 % позитивних, контамінованих збудником туберкульозу. Збудник туберкульозу частіше виявлявся на вигульних майданчиках 56,2 % випадків, а в годівницях тварин – 37,5 % та в ґрунті з коренеплодів 6,3 %. Аналізуючи результати досліджень на території забрудненій радіонуклідами, слід зазначити, що в ґрунті вигульних майданчиків в дослідних господарствах в полі зору виявлялось від 117 до 146 кислотостійких паличок (КСП), а в грунті, контрольному, лише –79 КСП. Отримана різниця є статистично значуща (Р<0,05). В цілому на території забрудненій радіонуклідами, інфіковані об’єкти зовнішнього середовища, можна розглядати як екологічний фактор, який сприяє репродуктивній активності мікобактерій і може бути однією із причин виникнення та рецидивів захворювання на туберкульоз. Виходячи з результатів дослідження, виникає необхідність вивчити взаємозв'язок репродуктивної активності мікобактерій з впливом на них малих доз радіації. В подальшому ми приступили до цих досліджень.

Розробка методів інактивації мікобактерій в зовнішньому середовищі на територіях забруднених радіонуклідами

Перебування мікобактерій в ґрунті і інших об’єктах навколишнього середовища на певному відрізку часу створює загрозу зараження здорових тварин та людей. Розроблені заходи направлені на знищення мікобактерій в об’єктах зовнішнього середовища з використанням інгібітора корозії – Вітан. В якості об’єктів досліджень використовували культуру збудника туберкульозу бичачого виду М. bovis 8 (ВГНКІ) і М. fortuitum 342 (ЦНІІТ). Культури М. bovis 8, М. fortuitum 342 сіяли на середовище ВКГ. Після появи на поверхні середовища газонного росту, готували суспензії культур на стерильній дистильованій воді з концентрацією клітин 1 млрд/мл.

У першому досліді, до суспензії М. bovis 8 додавали рівний об’єм свіжоприготовлених водних розчинів Вітана, щоб їх концентрація в суспензії склала 0,5; 1; 2; 2,5; 3 і 4 %. Суміші інкубували при температурі 10-15 °С протягом 15 і 30 хвилин, 1 і 3 годин, після чого по 0,2 мл висівали на середовище ВКГ. Контролем служила суспензія, розведена еквівалентною кількістю стерильної води. Посіви культивували протягом 15 діб при температурі 37°С. Температура розчинів 4…+10 °С. У другому досліді визначали мінімальну експозицію і концентрацію, в якій Вітан діє на суспензії М. fortuitum 342, для чого в суспензії культур, розлитих в пробірки, вносили препарат до досягнення його кінцевої концентрації 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 і 4%. Через 15, 30 хвилин, 1 і 3 години інкубації суспензії обробляли стимулятором росту ВКГ протягом 24 год. і висівали на середовище ВКГ. Контролем служили суспензії, в які вносили відповідні об’єми стерильної води.

При прямому контакті із збудником туберкульозу цей препарат давав 100 % ефективність вже в 2 % концентрації при експозиції 30 хвилин, а при концентрації 3 % інактивувала суспензію М. bovis 8 навіть при 15 хвилинній експозиції. Таким чином, дослідження показали, що при прямому контакті, як із суспензією збудника туберкульозу, так і з атиповими мікобактеріями 3 %-ний Вітан показав 100 %-ву ефективність при експозиції 15 хвилин і кращу при температурі 4…+ 100С. Але для знищення патогенної біоти в органічних добривах при багаточисельних дослідженнях ми зупинились на фітоінгібіційних властивостях гірчиці для кислотостійких мікобактерій.

В результаті проведених досліджень встановлено, що висів в ґрунт гірчиці з розрахунку 20 кг / га знищує мікобактерії в ґрунті.

Вивчення взаємозв'язку репродуктивної активності з іонізуючим опроміненням мікобактерій за умов in vitro

Приступаючи до вивчення чутливості бактерій до опромінення ми враховували методологічну особливість роботи з бактеріями, а саме: чутливість бактерій до опромінення (традиційно визначається методом «макроколоній» за здатністю опромінених клітин до «безмежного розмноження»). Дослідні зразки мікроорганізмів піддавали опроміненням іонізуючою радіацією на приладі «г- Исследователь» та неіонізуючою радіацією з частотою 8 Гц, потужністю 50 Вт/м протягом 3 годин. При вивченні препаратів з неопромінених культур M. bovis відзначали, що мікобактерії мають вигляд коротких або помірно довгих овоїдних паличок.

В препаратах з мікобактерій, опромінених дозами (25-250 мкР/год) звертає на себе увагу переважання подовжених паличковидних форм. Помітна бугриста нерівна поверхня мікробних клітин, міжклітинні ретикулярні тяжі. На подовжених мікробних клітинах в стадії репродукції можна бачити початок, що свідчить про тенденцію до інтенсивного розвитку та розмноження опромінених культур. В препаратах з мікобактерій, опромінених культур, мікроструктура мікробних клітин аналогічна контрольним (неопроміненим). Структура клітинної стінки й цитоплазми мікробних клітин лишаються типовими, але кокоподібні утворення (зерна Муха) в паличці можуть утворювати три та більше перетинок, що ділять коковидне утворення на декілька нерівномірних «осколків» частинок. В подальшому роздроблені коковидні утворення (зерна Муха) в мікобактерії звільняються від оболонки, яка лізується. В сприятливих умовах з кокоподібних клітин утворюється зерниста паличка, де коковидні утворення (зерна Муха) розташовані, як правило, ближче до полюсів клітини. Отже, результати досліджень показали, що мікроструктура мікобактерій туберкульозу після оброблення іонізуючим опроміненням не порушується, а репродуктивна активність зростає, що відповідає результатам культуральних досліджень.

Удосконалення екологічної безпеки навколишнього природного середовища в реформованих агроформуваннях

Чорнобильська катастрофа зумовила ряд особливостей ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами сільськогосподарських угіддях. Основним шляхом вирішення екологічних проблем агросфери в сучасних умовах є екологізація виробництва. Тому пропонуємо узагальнену схема визначення рівня забруднення ґрунтів за п'ятьма рівнями: 0 – нормальний стан; 1 – задовільний; 2 – незадовільний; 3 – кризовий стан. Уніфіковане групування показників не враховує типових особливостей ґрунтів і призначене, у першу чергу, для прийняття адміністративних рішень по використанню земель. В результаті досліджень встановлено, що ґрунтів з великими рівнями забруднення радіонуклідами на території Вінницької області не виявлено, тому зовнішнє опромінення населення відносно незначне. У сумарній дозі опромінення людини основну частину (85-90 %) складає внутрішнє опромінення, яке визначається рівнем забруднення спожитих продуктів харчування. Тому на територіях, забруднених радіонуклідами, запропоновано принципово нову схему дорадницької моделі інституційних перетворень регіональної системи екологізації агропромислового виробництва на рівні обласної ради - районної ради - сільської (селищної) ради, яка спрямована на навчання і підвищення професійної майстерності приватних товаровиробників та допомагає їм отримати необхідні знання, навички та застосувати їх на практиці при виробництві екологічно чистої продукції. Найпоширенішими і найдоступнішими серед агрохімічних заходів екологічної небезпеки навколишнього природного середовища є вапнування, внесення підвищених доз фосфорно-калійних і органічних добрив (технологію і дози внесення надає фахівець-дорадник). Результатом виконання заходу є нейтралізація кислотності ґрунтового розчину, витіснення іонів водню з ґрунтовопоглинаючого комплексу і насичення його кальцієм. При використані органічних добрив від тварин, інфікованих збудником туберкульозу для інактивації патогенної біоти в ґрунті, слід використовувати фітоінгібіцію – висівати гірчицю з розрахунку 20 кг на 1 га з послідуючим використанням як сидеральної культури і це покращує фізичні та хімічні властивості ґрунту, зростає його родючість. Такі заходи інактивують збудника туберкульозу в ґрунті та забезпечують підвищення родючості полів та їх біобезпеку. Це особливо актуально для контрольно-радіологічних майданчиків Вінниччини, радіаційнозабруднених ландшафтів, які характеризуються бідними за природною родючістю ґрунтами: сірі, сірі опідзолені, темно-сірі, у яких відбуваються більш інтенсивні процеси міграції радіонуклідів у системі „ґрунт – рослина – тварина”. З метою інактивації контамінованих предметів навколишнього середовища, доцільно використовувати препарат Вітан – інгібітор корозії, як нетоксичний препарат. Цей препарат з успіхом можна використовувати в 3% концентрації. Робочі розчини Вітана відносяться до IV групи низькотоксичних з'єднань. Основу препарату Вітан складає полігексаметіленгуанідін гідрохлорид, поверхнево активні речовини, інгібітор корозії, який повністю розчинний у воді з утворенням прозорого розчину, що зберігає активність не менше 3-х тижнів.

Як відомо, для визначення екобезпеки довкілля, відповідно до нормативних документів, відбираються проби матеріалів зовнішнього середовища для досліджень, що включає підготовку відібраного матеріалу, його обробку з наступними фізико-хімічними вимірюваннями, а в разі необхідності, проводять дослідження за умов in vitro. Для прискорених екологічних досліджень ґрунту нами запропонований спосіб обробки проб та поживне середовище „САМСУМ” для виділення збудника туберкульозу з ґрунту. В результаті досліджень встановлено, що на середовищі Левенштейна-Йенсена, яке використане як прототип, ріст мікобактерій з'явився через 30-90 діб які були узяті в дослід, а на запропонованому середовищі через 72 години після термостатування і при цьому інгібірується ріст супутньої мікрофлори. Результати досліджень наведені в табл. 2.

Практичну апробацію запропонованого середовища було проведено шляхом обстеження гноєсховищ з 5 населених пунктів Вінницької області, де до агрореформування при забої тварин на м’ясокомбінаті (м. Вінниця) виділяли збудника туберкульозу великої рогатої худоби. Результати досліджень наведені в табл. 3. Дослідження показали, що з 145 проб гною виділили 70 позитивних проб, що складає 48,3%, а в гнійних стоках цей показник склав 18,6%. Для визначення патогенності збудника туберкульозу, отриманого на запропонованому середовищі „САМСУМ”, використовували метод зараження лабораторних тварин – морських свинок. У морських свинок, вбитих через 71 добу, які були заражені культурами М. bovis отриманих на середовищі „САМСУМ”, виявлені патолого–анатомічні зміни, характерні для туберкульозу. Встановлено, що культури мікобактерій (суспензії гною) із запропонованого середовища чітко аглютинувались антисироваткою до М. bovis, і не аглютинувались негативною сироваткою крові великої рогатої худоби. Демонстративність РА на склі підвищувалася при фарбуванні (по Ціль-Нільсону), але без дофарбовування метиленовим синім у наступному мікроскопуванні. Тобто, після 5 річного зберігання гною з порушенням вимог в гноєсховищах, які не мають власника мікобактерії зберігають свою життєдіяльність.

Таблиця 2

Результати досліджень якості сухого поживного середовища САМСУМ для експрес-виділення збудника туберкульозу

Назва культур | К-ть

дослідж. проб (n) | Назва середовища та на який день отримано ріст

(М±m) / кількість позитивних проб

Левенш.-Йенс. (контрольне) | ВКГ з стимулят. росту (контр.) | САМСУМ

М. bovis-8 | 25 | 42 ±0,40

25 | 3 ±0,56

25 | 3±0,45*

25

M. tuberculosis H37 RV | 25 | 40±0,93

25 | 2±0,78

25 | 2±0,60*

25

M. bovis ВСG | 30 | 41±0,49

30 | 2±0,53

30 | 2±0,48*

30

E. соІі (К 12) | 30 | 5 ±0,91

7 | 1±0,54

30 | -

В. subtilis | 30 | - | 1±0,43

30 | -

Всього проб | 140 | 87 | 140 | 80

Примітка. *Р<0,001 порівняно з показниками середовищем Левенш.-Йенс. (контрольне)

Таблиця 3

Результати досліджень гною та гнійних стоків для експрес-виділення збудника туберкульозу на поживному середовищі САМСУМ

Назва господарств | К-ть

дослідж. проб (n) | На який день отримано ріст культури

(М±m) / кількість позитивних проб

гній | гнійні стоки | примітка

Військовий радгосп «Петрик», Літинський р-н | 40 | 2 ±0,93

25 | 3 ±0,65*

5 | Одна проба тех. брак

с. Бохоники, Вінницький р-н | 20 | 2±0,93

10 | 2±0,88

3 | -

с. Агрономічне, Вінницький р-н | 30 | 2±0,47

14 | 2±0,53

6 | -

с. Нікрасово, Вінницький р-н | 20 | 3 ±0,41 *

7 | 2±0,94

3 | -

с. Сосонка, Вінницький р-н | 35 | 2±0,87

14 | 2±0,43

10 | -

Всього проб | 145 | 70 | 27 | 1

Примітка. *Р>0,05 порівняно з показниками росту інших культур

ВИСНОВКИ

1. Сільськогосподарська діяльність на територіях забруднених радіонуклідами перетворились у важливий екологічний фактор виробництва продуктів харчування. На основі зібраних, проаналізованих і експериментально підтверджених матеріалів агросфери Вінниччини, дано науково обґрунтовану характеристику екологічних умов навколишнього природного середовища та встановлено, що забруднення радіонуклідами сільсько-господарських угідь склало 238219 га. Розроблена (уточнена) карта-схема радіологічного забруднення території області, де сільськогосподарська діяльність потребує науково-екологічного супроводу.

2. Вивчено накопичення у основній та побічній продукції рослинництва 137Cs і 90Sr на території, забрудненій радіонуклідами. Встановлено, що рослини які містять більше кальцію, накопичують 90Sr, а рослини, які мають високий вміст калію, накопичують більше 137Cs. Прослідковується закономірність – чим далі по транспортному ланцюгу від кореня знаходиться орган, тим менше радіоактивних речовин він нагромаджує.

3. Експериментально підтверджено особливість екологічної ситуації на території колишніх колгоспних ферм неблагополучних по туберкульозу в зонах радіоактивного забруднення Вінниччини. Обґрунтовано, що на території, забрудненій радіонуклідами, інфіковані об’єкти зовнішнього середовища можна розглядати як екологічний фактор, який сприяє створенню реальної і потенційної небезпеки для населення та довкілля.

4. Доведено, що на територіях забруднених малими дозами радіації, патогенні мікроорганізми здатні активно розмножуватись не тільки в організмі хазяїна але і в об’єктах навколишнього природного середовища (ґрунт збагачений органічними добривами), тобто проявляється стимуляція репродуктивної активності, що становить екологічну небезпеку, тоді як на екологічно чистих територіях такого явища з мікроорганізмами не спостерігається.

5. Вперше доведено, що адаптивні форми мікобактерій (результат пристосовування до природних та антропогенних впливів) довгий час зберігаються у навколишньому природному середовищі, незважаючи на несприятливі умови довкілля. Автоклавування при 120 0С протягом 30 хвилин знешкоджує лише вегетативну форму, але не знезаражує утворені адаптивні форми – артроспори, які витримують цей екстремальний фактор.

6. Встановлено, що в екологічно-несприятливих умовах адаптаційні механізми патогенних мікобактерій, дозволяють їм довгостроково виживати й циркулювати в навколишньому природному середовищі, що обумовлює особливе екологічне значення біоти на територіях забруднених радіонуклідами.

7. Розроблено науково обґрунтований метод екологізації виробництва на полях збагачених органічними добривами в зонах радіоактивного забруднення з використанням рослин. Запропонований фітоінгібіторний метод інактивації патогенної біоти в ґрунті з використанням біологічного дезинфектора – гірчиці, яку необхідно висівати з розрахунку 20 кг на 1 га з послідуючим використанням, як сидеральної культури, що підвищує родючість та екобезпеку ґрунту.

8. Встановлено, що препарат Вітан (інгібітор корозії), відноситься до IV групи низькотоксичних з'єднань і 3 % розчин володіє здатністю інактивації патогенних та атипових мікобактерій. Цей препарат при експозиції 15 хвилин показав 100 %-ву ефективність і його можна використовувати для знищення патогенних мікобактерій у навколишньому середовищі та дезінфекції ґрунту.

9. Вперше розроблено новий, простий, доступний та безпечний в застосуванні спосіб підготовки відібраного матеріалу та нове поживне середовище для прискореного виявлення патогенних мікобактерій на територіях забруднених радіонуклідами.

10. Встановлено, що запропонований метод екологічних досліджень, з використанням антисептика-стимулятора і поживного середовища САМСУМ, забезпечує виключно високу чутливість і прискорює отримання результатів в порівнянні з існуючим методом у 30-90 разів. Цей метод суттєво розширює можливості вивчення біології розвитку патогенних мікобактерій в ґрунті, та забезпечує екологічну безпечність виробництва сільсько-господарської продукції.

11. На підставі результатів проведеного дослідження з метою покращення виробництва екологічно чистої продукції, автором рекомендується впровадження системи дорадництва на регіональному рівні, яка повинна бути зосереджена на дієвості регіональних програм підтримки розвитку екологізації агропромислового виробництва.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Розроблений та запропонований спосіб бактеріологічної підготовки досліджуваного матеріалу, який здійснюють шляхом обробки антисептиком-стимулятором та електромагнітним опроміненням протягом 30-60 хвилин з подальшим інкубуванням 24 години при температурі 36±1°С з метою проростання та знищення спорових форм мікроорганізмів в посівній суспензії, яку вносять на живильне середовище, що в свою чергу покращує точність мікробіологічної діагностики.

2. Розроблено та запропоновано живильне середовище САМСУМ для прискореного виділення збудника туберкульозу в первинних посівах досліджуваного матеріалу. За рахунок запропонованого живильного середовища САМСУМ та попередньої обробки дослідного матеріалу антисептиком-стимулятором і електромагнітним опроміненням, створюється синергетичний ефект, який обумовлює скорочення тривалості інкубування матеріалу з одночасним підвищенням чутливості методу, і як результат – значне скорочення тривалості досліджень у 30-90 разів в порівняні з класичним методом.

3. Запропонований фітоінгібіторний метод інактивації патогенної біоти в ґрунті з використанням біологічного дезинфектора – гірчиці, яку необхідно висівати з розрахунку 20 кг на 1 га з послідуючим використанням, як сидеральної культури, що підвищує родючість та екобезпечність ґрунту.

4. Результати окремих досліджень, що викладені в дисертаційній роботі увійшли до методичних рекомендацій. – Екологізація агропромислового виробництва Вінниччини (Затверджено на засіданні технічної ради Головного управління агропромислового розвитку Вінницької державної обласної адміністрації, протокол № 2 від 26 квітня 2007 року), та в навчальний посібник. – Екологізація ефективного кормовиробництва Вінниччини (Рекомендовано вченою радою факультету виробництва та технології переробки продуктів тваринництва ВДАУ, протокол №11 від 15 листопада 2004 р.).

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Власенко І.Г., Середа Л.М., Власенко В.В., Дзюмак М.А. Екологічна безпечність та якість продукції агропромислового виробництва (Монографія) // Вінниця: «Едельвейс і К», 2007.- 326 с. (дисертант самостійно виконав підрозділи 1.2; 1.3; 1.4 (с.14-38) та підрозділ 4.1 (с. 131-137).

2. Бігун П.П., Дзюмак М.А. Екологізація ефективного кормовиробництва Вінниччини (Навчальний посібник) // Вінниця: Гіпаніс, 2004. - 65 с. (дисертант самостійно написав підрозділи 1.2; 1.3 (с. 12-24) і 3.4 (с. 61-65) та повністю розділ 2 (с. 25-41).

3. Власенко В.В., Власенко І.Г., Середа Л.М., Дзюмак М.А. Екологізація агропромислового виробництва Вінниччини (Методичні рекомендації) // Вінниця: Гіпаніс, 2007.- С. 82-88. (дисертантом написано розділ 10 с. 82-88).

4. Власенко В.В, Власенко І.Г., Дзюмак М.А., Зарубін А.М. Основи екології та безпеки товарів народного споживання (Методичні рекомендації) // Вінниця: Гіпаніс, 2005. - 98 с. (дисертант написав підрозділ – Вивчення фонової радіації навколишнього природного середовища С. 36-41).

5. Власенко В.В., Лысенко А.П., Дзюмак М.А., Конопко И.Г., Березовський И.В., Гирич С.В. Экологический мониторинг при туберкулинодиагностике крупного рогатого скота // Агроекологічний журнал. – 2003. – №1. – С. 76-79. (дисертант провів екологічний моніторинг адаптивних форм збудника туберкульозу і виявив їх в автоклавованих культурах).

6. Дзюмак М.А. Вплив реформування сільськогосподарських підприємств на антропогенне навантаження Вінниччини // Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету. – Вінниця, 2004. – Випуск 17. – С. 101-105.

7. Власенко В.В., Власенко І.Г., Дзюмак М.А. Екологічні аспекти існування і розвитку популяцій мікобактерій у зовнішньому середовищі // Біологія тварин (науково-теоретичний журнал). – 2006. – Т. 8:1-2. – С. 215-218. (Дисертант вивчав розвиток патогенної мікробіоти в буртах гною).

8. Власенко В.В., Власенко И.Г., Колодий С.А., Блащук В.В., Дзюмак М.А., Фролов А.П., Лысенко А.П., Лемиш А.Л., Красникова Е.Л., Архипов И.Н. Изучение термической устойчивости возбудителя туберкулеза в автоклавированных препаратах // Науково-технічний бюлетень Харків. – 2006. – №94 – С. 71-76. (Дисертант вивчав життєздатність артроспор мікобактерій