Актуальность проблемы. Микробиологические исследования объектов культурного наследия ведутся активно в последние десятилетия, как в России, так и за рубежом. Это связано, в первую очередь, с процессами биоповреждения памятников истории и культуры, вызванными геохимической деятельностью микроорганизмов и их ферментативной активностью в каменной кладке и настенных росписях в исторических зданиях, музеях, церквях и монастырях, на поверхности мрамора скульптур, бумаги, пергамента и кожаных переплетов книг.
Биоповреждение материала - это любое нежелательное изменение его свойств, вызванное жизнедеятельностью организмов.
Повреждать материалы способны разнообразные организмы - бактерии и грибы, лишайники, водоросли и высшие растения, простейшие и кишечнополостные, черви, моллюски и членистоногие, рыбы, птицы и млекопитающие. Однако наиболее активные возбудители повреждений - мицелиальные грибы и бактерии, на долю которых приходится до 20 % от общего числа повреждений
Сочетание благоприятной кислотности и высокой влажности, а также наличие большого количества органических веществ приводит к заселению поверхности материалов различными видами микроорганизмов, в основном, бактериями, плесневыми грибами и микроскопическими водорослями. Наиболее агрессивными из них являются плесневые грибы, способные использовать в качестве источника энергии не только органические, но и неорганические вещества. Такая широкая всеядность плесневых грибов объясняется наличием у них целого комплекса высокоактивных ферментов.
Большинство работ по биоповреждениям памятников культуры и изобразительного искусства связано с изучением наружных стен, однако внутренние стены памятников архитектуры и музеев также подвержены процессам микробного воздействия. В связи с этим изучение бактериальной контаминации памятников культуры и изобразительного искусства очень актуально. (http://www.sevin.ru/fundecology/news/n30_05_05_2.html)
Цель: Изучение степени обсемененности микроскопическими грибами памятников культуры и изобразительного искусства г. Астрахани.
Задачи:
1. Выделение плесневых грибов с поверхности картин, скульптур и барельефов.
2. Изучение культуральных и морфологических признаков плесневых грибов.
3. Выделение плесневых грибов в чистые культуры.
Глава 1. Литературный обзор1.1 Биоповреждения как эколого-технологическая проблемаБиоповреждения -- реакция окружающей среды на то новое, что вносит в нее человек. Создаваемые человеком материалы и изделия вовлекаются в естественные процессы, протекающие в биосфере, включаются в естественные биоценозы. Во всех ситуациях, связанных с биоповреждениями, взаимодействуют, с одной стороны, организмы и окружающая среда, с другой -- творения человеческих рук. Изучая взаимодействие этих компонентов, прежде всего с точки зрения их хозяйственной деятельности и существования человека, проблема биоповреждений основывается на комплексных эколого-технологических подходах.Комплексные подходы учитывают взаимодействие живых организмов -- биоповреждающих агентов -- между собой, особенно в тех случаях, когда они принадлежат к разным систематическим группам, видам и популяциям или экологически далеки друг от друга.Эколого-технологические подходы предусматривают прогнозирование биоповреждающего действия, позволяющее эффективно защищаться от него, например, путем внесения в структуру создаваемых полимеров элементов с биоцидными свойствами, пропитки древесины и изделий.1.1.1 Предмет и понятия биоповрежденийЗадачи по проблеме биоповреждений, поставленные перед учеными практикой народного хозяйства сегодня, и главным образом те из них, которые поставит завтрашний день, требуют конкретизации предмета исследований, сферы интересов, основных понятий, которыми необходимо оперировать при рассмотрении специальных вопросов. Термин «биоповреждения» применительно к проблеме возник одновременно с ее официальным оформлением и созданием Научного совета АН СССР, возглавившего исследовательские работы в этом направлении. Он соответствовал английскому слову biode-terioration, которое появилось для обозначения международных координирующих организаций, например The Biodeterioration Society -- Международное общество по биоповреждениям.Первоначально оба термина использовались для обозначения отрицательного влияния организмов на функциональные и структурные характеристики материалов и изделий или технического сырья. В последующие годы эта формулировка неоднократно трансформировалась, сужалась и расширялась в соответствии с пожеланиями специалистов, представляющих различных отрасли хозяйства и разные науки. В частности, на определенном этапе в это понятие стали включать и полезную деятельность организмов, направленную на разрушение и утилизацию отживших материалов и изделий. Особенно отчетливо эта тенденция стала выявляться после III Международного симпозиума по биоповреждениям, состоявшегося в 1975 г. в Кингстоне (США) с участием советских ученых. Известный ученый Ван дер Керк (1971) дает следующее определение биоповреждениям: биоповреждение -- это любое нежелательное изменение в свойствах материалов, вызванное жизнедеятельностью организмов. Советский ученый Г.И. Каравайко (1976) расширил это определение и предложил называть биоразрушение более широким термином -- это любое желательное и нежелательное изменение в свойствах материалов, вызванное жизнедеятельностью организмов. Оба определения не охватывают всего многообразия объектов, повреждаемых организмами.Учитывая это, будем относить термин «биоповреждения» к ситуациям, когда живые организмы своей деятельностью и присутствием вызывают изменения (нарушения) структурных и функциональных характеристик у объектов антропогенного происхождения или природных объектов, используемых в качестве сырья.Биоповреждающая ситуация, возникающая вследствие одновременного присутствия всех необходимых компонентов и факторов как предпосылок для возникновения и протекания биоповреждающего процесса, представляет собой одно из наиболее важных понятий проблемы биоповреждений. Это понятие предполагает потенциальную возможность возникновения биоповреждений и поэтому важно в разработке терминологических схем, связанных с прогнозированием биоповреждений.Важнейшими компонентами, присутствие которых создает био-повреждающую ситуацию, являются живые организмы, которые могут стать источником биоповреждающего воздействия на объект, защищенный или не защищенный специальными средствами. Хотя присутствие этих компонентов в пространственной сфере дистанционно доступно для их взаимодействия, определяет потенциальную возможность биоповреждающего воздействия и, следовательно, создает биоповреждающую ситуацию, но оно еще не запускает биоповреждающий процесс, возникновение которого связано с началом воздействия организма на повреждаемый организм.Источником биоповреждений называется организм, атакующий материал, изделие, сооружение, природное сырье и вызывающий изменение его свойств в нежелательную для человека сторону. Такие организмы называют также агентами биоповреждений или повреждающими организмами.Сооружения, изделия, материалы, сырье, повреждаемые организмами, теряют полезные свойства. Их называют объектами биоповреждений или биоповреждаемыми объектами.В понятие объектов биоповреждений включаются средства защиты изначально в виде биоцидов, заложенных в них человеком или приданных объектам позднее, в момент, когда опасность биоповреждающего воздействия стала более реальной и потребовала действенных, а не только профилактических мер.Таким образом, понятие источник (агент) биоповреждений относится к экологической категории, а биоповреждаемый объект и средства защиты -- к антропогенно-технологическим. Все они имеют прямое отношение к пониманию причин возникновения биоповреждений как эколого-технологического явления.1.1.2 Причины возникновения биоповреждений и двойственная природа биоповрежденийВ вопросе о причинах возникновения биоповреждений нет единой точки зрения. Существуют взгляды, отдающие предпочтение экологическому фактору как главному и ведущему. Согласно мнению других специалистов, решающим фактором является антропогенно-технологический, целиком зависящий от деятельности человека. В пользу тех и других говорят серьезные аргументы, позволяющие рассматривать биоповреждение то как экологическое явление, то как антропогенно-технологическое. Если рассматривать биоповреждения с позиций эколога, то в его распоряжении будут следующие аргументы. Биоповреждения всегда так или иначе, прямо или косвенно связаны с окружающей средой, в одних случаях не затронутой человеком, в других -- сильно им измененной и, наконец, в третьих -- им созданной. Окружающая среда является фоном, на котором протекают биоповреждающие процессы, подверженные, кстати, ее постоянному влиянию. Вне среды - биоповреждения не возникают и не существуют. Биоповреждения имеют в окружающей среде свои аналоги -- экологические прототипы, свидетельствующие о том, что сходные явления возникали и протекали в природе и до появления человека и, что особенно важно, имеют место сейчас, когда человек, непрерывно насыщая среду изделиями и материалами, создает условия для возникновения биоповреждений.Так, одно из биоповреждений -- обрастание судна водорослями, ракообразными и моллюсками -- имеет в природе свои экологические прототипы в виде обросших этими же организмами плавающих предметов естественного происхождения, например упавших в воду деревьев и т. д. При этом реакция организмов на новый предмет, попавший в среду, в частности благодаря деятельности человека, подчас бывает такой же, как на экологически им хорошо знакомый.Процессы биоповреждений не только испытывают влияния со стороны окружающей среды, но и в свою очередь влияют на нее, меняя все находящееся в ближайшем окружении. Сам по себе объект, созданный человеком и внесенный им в окружающую среду, является мощным экологическим фактором, который в одних случаях активно используется организмами, в других -- действует на них отрицательно, в третьих -- косвенно открывает для них новые возможности в отношении местообитаний и расселения.Во всех этих случаях атакующий объект организм меняет свойства и добавляет новые, важные в экологическом отношении качества, одновременно выполняя роль своеобразного гида, вводящего этот объект в биоценотические цепи, существующие в природе или вновь возникающие под влиянием деятельности человека.Тесные связи биоповреждающих процессов с окружающей средой проявляются в том, что объекты, будучи внесенными человеком в природу, включаются в естественные биоценозы чаще всего с помощью атакующих их организмов, которые связаны с другими членами биоценоза и тем самым предоставляют имеющиеся в их распоряжении сложившиеся контакты вновь рекрутированным членам, ими же «приведенным». В других случаях вокруг объекта и атакующего его организма складывается новый, искусственный биоценоз с новыми биоценотическими связями и взаимоотношениями, в этом случае решающим фактором будут экологическая «полезность» объекта, возможность его использования организмами в экологических целях. Таким образом, рассматривая биоповреждения с экологической точки зрения, мы видим, как серьезны и аргументированы позиции специалистов, отдающих предпочтение экологическому фактору в возникновении и развитии биоповреждающего процесса. Однако вполне ли исчерпывающими и до конца аргументированными являются взгляды экологов на природу биоповреждений? Ведь нельзя не учитывать того, что существование антропогенного фактора в виде человека и результатов его деятельности является необходимым условием биоповреждений как явления. Необходимо всегда помнить, что к проблеме биоповреждений имеет отношение только та его часть, которая уже добыта, складирована и в какой-то степени обработана, т. е. включена в производство. Тем более это относится к сырью, находящемуся в стадии перевозки с использованием любых транспортных средств. Если же оценивать роль антропогенного фактора в возникновении и развитии биоповреждающего процесса более конкретно, то человек фиксирует начало и конец воздействия живых организмов на объект, который он сам производит и вносит в природу, а затем по мере необходимости удаляет из нее. В то же время он может сдвинуть начало биоповреждающего процесса, используя для этой цели специальные защитные средства. Ограничив или сняв вообще действие защитных средств, человек в состоянии открыть дорогу биоповреждающему воздействию, сделав свой объект доступным для организмов.Не менее важными и существенными для понимания роли антропогенного фактора в возникновении биоповреждений являются функции, регулирующие биоповреждающий процесс, меняющие его силу, ускоряющие или замедляющие его, вплоть до временной остановки. Этими возможностями человек также располагает, имея в своем распоряжении все те же защитные (в этом случае назовем их регулирующие) средства. Таким образом, биоповреждение -- это одновременно и экологическое, и антропогенно-технологическое явление. Именно это принципиально важное положение составляет основу эколого-технологической концепции биоповреждений (В. Д. Ильичев, 1978, 1979). 1.2 Грибы, как источники биоповрежденийБиоповреждения материалов микроорганизмами известны очень давно. Упоминания о них встречаются у Плиния и Гомера.Издавна применялись различные средства защиты от биоповреждения материалов. Например, при сооружении висячих садов Семирамиды предусматривались меры против сырости; для предотвращения повреждений древесины использовали жидкую смолу, листы свинца, асфальт.Из этих примеров видно, что некоторые элементы сегодняшней научно обоснованной защиты от биоповреждений существовали уже в те далекие времена. Однако переломный момент наступил после того, как была установлена роль микроорганизмов в процессах разрушения материалов. В XIX в. было начато изучение повреждений древесины.Древесина, повреждаемая грибами,-- наиболее изученный материал. Обширные исследования в этой области многие годы ведутся в Сенежской лаборатории консервирования древесины ВНИИДрев под руководством С.Н. Горшина.В 30-х годах нашего столетия активизировались работы по изучению микробиологического повреждения бумаги, включая книги и документы. Большой вклад в решение этой проблемы внесли советские ученые В. Л. Омелянский, Л.А. Белякова, 3.А. Загуляева, Ю.П. Нюкша и др.Роль грибов в поражении других промышленных материалов в основном начали изучать со времени окончания второй мировой войны. Более ранний период представлен только отдельными немногочисленными работами, не раскрывающими специфики микробного повреждения. Имеются сведения, что в годы второй мировой войны в тропических регионах погибло большое количество военного снаряжения различных стран. Например, в Новой Гвинее микроорганизмами было приведено в полную негодность все имущество австралийской армии (брезенты, тенты, обувь, одежда, резиновые изделия, электрооборудование, радиостанции и пр.). В умеренном климате грибы вызывают повреждения промышленных материалов во время их изготовления, когда производство» сопряжено с высокой температурой и влажностью, при нарушении; условий хранения и эксплуатации, транспортировке. В тропическом и субтропическом климате развитие грибов происходит более интенсивно, а следовательно, ущерб, причиняемый грибами, значительнее.Сейчас известно, что из всех исследованных микроорганизмов грибы приносят наибольший вред материалам. Они повреждают все природные, многие синтетические материалы и даже стальные и железобетонные конструкции. Не избежали разрушающего действия микромицетов и памятники культуры и искусства. Например, всем известны повреждения, вызванные грибами на фреске Леонардо да Винчи «Тайная вечеря».Разрушения материалов грибами зависят от их состава. В первую очередь повреждаются материалы, содержащие питательные вещества для грибов. Это ткани из натуральных волокон, древесные наполнители, белковые клеи, углеводороды. Используя указанные материалы в качестве источников углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Кроме того, установлено, что порче подвергаются также материалы, не содержащие никаких питательных веществ, например металлические изделия, оптические приборы. Наглядным примером может служить разрастание мицелия по поверхности оптического стекла. Даже небольшое прорастание грибных спор приводит к тому, что оптические приборы не могут быть использованы по назначению.После удаления грибного налета на стекле остаются следы, напоминающие мицелий,-- «рисунок травления». Это следствие разрушения поверхности стекла продуктами метаболизма биодеструкторов, главным образом органическими кислотами.В подобных случаях одной из причин повреждения являются загрязнения, попадающие на поверхность материала. Так, например, источником питания грибов, разрушающих мрамор Миланского собора, служат экскременты голубей. В тропических странах грибному повреждению сопутствует наличие большого количества пыли, содержащей отмершие остатки тропической растительности. Причиной повреждения материалов, не содержащих питательные вещества, может быть контакт с зараженным материалом. Так, повреждение биноклей иногда происходит от поврежденных кожаных футляров. Подобная ситуация возникает в изделиях, изготовленных из разнообразных металлических и неметаллических: материалов, соприкасающихся друг с другом.1.2.1 Положение грибов в экосистемеПовреждения материалов, вызываемое грибами, имеют место в самых различных экологических условиях, причем нередко этот процесс является звеньями общего круговорота веществ в природе. Для грибов наиболее привычными субстратами являются опавшие листья, сучья, пни. В обстановке, создаваемой человеком, они развиваются в первую очередь также на материалах растительного происхождения - древесине, бумаге, ткани. В очагах повреждения указанных материалов, как и в природе, возникают определенные экосистемы. В них происходит круговорот веществ и обмен энергией организмов друг с другом и внешней средой. Однако нужно иметь в виду, что биологические системы, образующиеся на поврежденных материалах, имеют более упрощенную структуру, как на материалах присутствуют лишь отдельные представителе природного биоценоза. Кроме того, для подобных экосистем характерны укороченные пищевые цепи и ослабленная саморегуляция, вследствие чего нередко преимущественное развитие получают отдельные организмы.Процессы, протекающие на других поврежденных материалах-- пластмассах, резинах, металлах, стекле нельзя отождествлять с биоценотическими отношениями, имеющими место в природных условиях. Пока преждевременно говорить о существовании устойчивых сочетаний микроорганизмов на этих относительно новых для грибов материалах, так как считается, что каждый биоценоз должен иметь свою историю, ареал, структуру, признаки оригинальности и самостоятельности (Ф. Рамад, 1981). Тем не менее, можно выделить некоторые общие закономерности в экологии грибов-биодеструкторов.Положение организмов в любой экосистеме определяется, прежде всего, их трофическими связями. Грибы, вызывающие биоповреждения, входят в группу гетеротрофных сапротрофов. Они тесно связаны с субстратом, обладают большой поверхностью всасывания и оказывают активное влияние на окружающую среду через продукты метаболизма. Несмотря на то что все микодеструкторы гетеротрофы, они очень разнообразны по своим пищевым потребностям. На основании отношения к субстрату их можно разделить на две группы: неспецифические и специфические сапротрофы.К неспецифическим сапротрофам относятся грибы-полифаги встречающиеся на различных субстратах. Из них чаще всего на промышленных материалах развиваются виды родов Aspergillus,, Penicillium, Trichoderma, Alternaria, Fusarium(см. приложение рис.1).Грибы этих родов образуют разнообразные и в обильном количестве ферменты, способствующие их активной биохимической деятельности, которая выражается в разрушении материалов. Однако даже для одного и того же гриба данное вещество может иметь неодинаковую питательную ценность в зависимости от ряда условий, таких, как температура, влажность, наличие других питательных веществ. Например, распространенные на юге виды пенициллов, входящие в секцию Monoverticillata, обладают меньшей способостью к кислотообразованию и разрушению клетчатки, чем пени-циллы из секции Asymmetrica, доминирующие на севере. Изоляты северных районов обладают более высокой каталазной активностью, чем южных.Специфические сапротрофы, встречающиеся на поврежденный материалах, состоят из более или менее специализированных организмов. Они сформировались в процессе приспособительной эволюции к тем или иным субстратам. К грибам такого рода относится домовый гриб Serpulalacrymans, развивающийся только на деловой древесине. Другим примером может служить Cladosporiumresinae, который растет на производных нефти, предпочитая бензин и керосин.Целлюлозоразрушающие грибы -- менее специфичны по своим пищевым потребностям, так как к ним относятся грибы, у которых свойство разрушать целлюлозу может быть выражено в разной степени, от очень слабой до сильной.Деление микодеструкторов на экологические группы в зависимости от их отношения к субстрату было дано М. В. Горленко (1984). Эти группы четко прослеживаются при заселении и последующем разрушении промышленных материалов различного химического состава.Сукцессии видов, или определенная смена микодеструкторов, изучена лишь на отдельных материалах. Так, смена экологических групп в зависимости от пищевых потребностей хорошо прослеживается на таком субстрате, как древесина. В последовательности ее заселения большую роль играют физиолого-биохимические особенности грибов. Первыми на мертвых древесных субстратах появляются грибы, использующие легко доступные углеводы (сахара, крахмал, гемицеллюлозы). Эту группу составляют только быстро растущие формы, у которых при наличии подходящего субстрата быстро прорастают споры и «покоящиеся клетки. Кроме того, многие из них образуют антибиотики. Все эти свойства позволяют грибам сразу занять господствующе положение. Первыми поселяются на древесине мукоровые грибы отдельные виды родов Penicillium и Aspergillusи некоторые другие.По мере использования доступных источников питания на первый план выступают целлюлозоразрушающие грибы, представители сумчатых и несовершенны грибов. Когда все легко усваиваемые углеводы использованы первичными поселенцами, начинают развиваться грибы, разрушающие лигнин. Эта группа представлена в основном медленно растущими базидиомицетами, которые завершают деструкцию древесины.На отдельные стадии cyкцессии большое влияние оказывает влажность. Например, по данным Ю. П. Нюкши, по мере увлажнения субстрата происходит рорастание спор в такой последовательности: Aspergillusechinatus, A. ruber, A. amstelodami, A. restrictus, A. repens, Penicilliumbrecompactum, P. frequentans, P. turba-tum, А. niger, A. nidulans,A.versicolor.
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.
