Участие микроскопических грибов в биоповреждении древесностружечных плит тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.07, кандидат биологических наук Рубцова, Юлия Павловна

• Рубцова, Юлия Павловна
• кандидат биологических наук
• 2005

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Участие микроскопических грибов в биоповреждении древесностружечных плит»

Среди всех видов биоповреждений микробиологические особенно часто встречаются и приносят большой ущерб. На их долю, по данным статистики, приходится около 20% от общего числа повреждений материалов (Экологические и биологические аспекты., 2002). Известно, что древесина иительные материалы на ее основе (древесностружечные плиты - ДСП) могут подвергаться процессу биоповреждений. Основными агентами биоповреждений древесностружечных плит являются различные микроорганизмы, главным образом микроскопические грибы (Баженов и др. 1992).

В последнее время много внимания уделяется биодеградации строительных материалов на основе древесины. Такими материалами, имеющими широкое применение в строительстве, мебельной промышленности, вагоно- и автомобилестроении являются древесностружечные плиты (ДСП). В настоящее время используются ДСП на основе фенолформальдегидных и на основе карбамидных полимеров. Однако имеется ряд преимуществ карбамидных плит перед фенолформальдегидными ДСП. К недостаткам фенолформальдегидных ДСП относятся выделение свободного фенола и формальдегида, специфический запах и темная окраска. Плиты на основе карбамидных полимеров не имеют запаха, бесцветны, стойки к действию окружающей среды, экологически безопасны. Известно, что и ДСП на основе фенолформальдегидных, и на основе карбамидных полимеров подвержены разрушающему действию грибов, главным образом микромицетов. Однако процесс биодеструкции изучен слабо.

Учитывая постоянно совершенствующиеся рецептуры изготовления и прессования ДСП, а также высокие адаптационные возможности микроскопических грибов, необходимо изучение механизмов и причин деструкции ДСП.

Цели и задачи исследований. Данная работа посвящена исследованию процесса деструкции микроскопическими грибами ДСП различных рецептур с целью поиска эффективных средств защиты данных строительных материалов от микробиологических повреждений.

Для достижения поставленных целей были сформулированы следующие задачи:

• изучить видовой состав микроскопических грибов, выделенных с зараженных ДСП,

• выявить наиболее активных деструкторов ДСП,

• провести биохимическое тестирование микроскопических грибов на наличие ферментов, участвующих в разрушении лигноцеллюлозного комплекса,

• исследовать некоторые физиолого-биохимические особенности грибов -истинных деструкторов ДСП,

• изучить микодеструкцию лигнина, выделенного из ДСП,

• произвести отбор наиболее активных биоцидов среди производных дитерпеноидов: Биопаг-2; Биоцик Т-ТДК Н; Биоцид К-ОК-9 О; Биоцик Т-ТДК О с целью защиты ДСП от биоповреждений.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Работа выполнена в рамках Всероссийской программы фундаментальных исследований ООБ РАН «Проблемы общей биологии и экологии; рациональное использование биологических ресурсов (1998-2005 г.г.). Направление 12. Экологические проблемы биоповреждений».

Научная новизна работы. В работе впервые дан сравнительный видовой анализ микобиоты двух типов древесностружечных плит на фенолформальдегидной и карбамидной основе.

Установлены активные микромицеты - деструкторы ДСП среди стандартных тест - культур ГОСТ 9.049-91 и 9.051-91.

Выделены и идентифицированы «дикие» штаммы микроскопических грибов, значительно превышающие стандартные культуры по своей способности осуществлять биодеструкцию древесностружечных плит.

Впервые определены наиболее активные грибы - деструкторы, идентичные для фенолформальдегидных, и карбамидных ДСП: Aspergillus fumigatus, Paecilomyces carneus, Stemphylium verruculosum, Trichoderma koningii. Для данных микроскопических грибов определены оптимальные условия культивирования, обеспечивающие наиболее высокий выход метаболитов, связанных с процессом биоповреждения ДСП.

Исследованы физиолого-биохимические особенности микромицетов -деструкторов данного материала. Выявлена высокая фенолоксидазная, пероксидазная, каталазная и целлюлазная активность исследуемых грибов. Установлено, что микромицеты, имеющие более широкий спектр лигнинолитических и целлюлолитических ферментов, являются более активными деструкторами ДСП.

Изучена микодеструкция 4 видов лигниновых препаратов, выделенных из ДСП:

• сернокислотного лигнина из ДСП на основе фенолформальдегидных смол (СЛ из ФФДСП),

• сернокислотного лигнина из ДСП на основе карбамидных смол (СЛ из КДСП),

• диоксанового лигнина из плит на основе фенолформальдегидных смол (ДЛ из ФФДСП),

• диоксанового лигнина из плит на основе карбамидных смол (ДЛ из КДСП).

Среди производных дитерпеноидов выявлены наиболее перспективные с точки зрения ингибирующего действия на рост микроскопических грибов и бактерий, участвующих в деструкции промышленных и строительных материалов. Предложен метод защиты ДСП от биоповреждений.

Практическая значимость работы. Разработаны приемы повышения биостойкости древесностружечных плит. Данные меры могут служить основой для создания новой рецептуры изготовления и прессования ДСП грибостойкого типа. Рекомендуемые нами препараты могут быть использованы не только на стадии производства ДСП, но и на стадии эксплуатации данного материала. Даны рекомендации по дополнению существующего ГОСТа культурами «диких» грибов - активных деструкторов древесных материалов.

Структура и объем работы. Материалы диссертации изложены на 141 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и списка литературы. В работу включено 26 рисунков и 13 таблиц. Указатель литературы включает 145 источников, в том числе 28 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Микробиология», Рубцова, Юлия Павловна

Заключение:

В настоящее время о причинах и механизмах деструкции древесины многое известно, однако сведения о древесностружечных плитах, в состав которых помимо древесных частиц входят также и полимерные смолы отсутствуют. Тем не менее, вопрос деструкции ДСП очень актуален, так как данный строительный материал имеет широкое применение. Мировое производство древесностружечных плит (ДСП) составляет 45 миллионов кубометров в год. Большой объем производства обусловлен тем, что древесностружечные плиты находят широкое применение в мебельной промышленности, строительстве, вагоно- и автомобилестроении. Известно, что в процессе эксплуатации древесностружечные плиты могут подвергаться негативным воздействиям различных микроорганизмов, главным образом микроскопических грибов. Однако не исследованы механизмы и причины деструкции данного строительного материала, не выявлены его грибы -деструкторы, не изучены физиолого-биохимические особенности микромицетов - деструкторов ДСП. В данной диссертационной работе предпринята попытка восполнения указанных пробелов.

Данная работа посвящена исследованию процесса деструкции микроскопическими грибами ДСП различных рецептур с целью поиска эффективных средств защиты данных строительных материалов от микробиологических повреждений.

Для достижения поставленных целей были сформулированы следующие задачи: изучить видовой состав микроскопических грибов, выделенных с зараженных ДСП, выявить наиболее активных деструкторов ДСП, провести биохимическое тестирование микроскопических грибов на наличие ферментов, участвующих в разрушении лигноцеллюлозного комплекса, исследовать некоторые физиолого-биохимические особенности грибов - истинных деструкторов ДСП, изучить микодеструкцию лигнина, выделенного из ДСП, произвести отбор наиболее активных биоцидов среди производных дитерпеноидов: Биопаг-2; Биоцик Т-ТДК Н; Биоцид К-ОК-9 О; Биоцик Т-ТДК О с целью защиты ДСП от биоповреждений.

В работе впервые дан сравнительный видовой анализ микобиоты двух типов древесностружечных плит на фенолформальдегидной и карбамидной основе. Установлены активные микромицеты - деструкторы ДСП среди стандартных тест - культур ГОСТ 9.049-91 и ГОСТ 9.051-91. Впервые выделены и идентифицированы «дикие» штаммы микроскопических грибов, значительно превышающие стандартные культуры по своей способности осуществлять биодеструкцию древесностружечных плит. Определены наиболее активные грибы - деструкторы ДСП, которые могут разрушать как фенолформальдегидные, так и карбамидные плиты: Aspergillus fumigatus, Paecilomyces carneus, Stemphylium verruculosum., Trichoderma koningii. Для данных микроскопических грибов подобраны оптимальные условия культивирования, обеспечивающие наиболее высокий выход метаболитов, связанных с процессом биоповреждения ДСП. Исследованы физиолого-биохимические особенности микромицетов - деструкторов данного материала: выявлена высокая фенолоксидазная, пероксидазная, каталазная и целлюлазная активности исследуемых грибов. Установлено, что микромицеты, имеющие более широкий спектр лигнинолитических и целлюлолитических ферментов, оказались более активными деструкторами ДСП. Изучена микодеструкция 4 видов лигниновых препаратов, выделенных из ДСП. Среди производных дитерпеноидов выявлены наиболее перспективные с точки зрения ингибирующего действия на рост микроскопических грибов и бактерий, участвующих в деструкции промышленных и строительных материалов. Предложен метод защиты ДСП от биоповреждений.

Разработаны приемы повышения биостойкости древесностружечных плит. Данные меры могут служить основой для создания новой рецептуры изготовления и прессования ДСП грибостойкого типа. Рекомендуемые нами препараты могут быть использованы не только на стадии производства плит, но и на стадии эксплуатации данного материала. Даны рекомендации по дополнению существующего ГОСТа культурами «диких» грибов - активных деструкторов древесных материалов.

Показано, что несмотря на наличие в составе древесностужечных плит грибостойких компонентов (фенолформальдегидных и карбамидных смол), данные материалы способны использоваться микроскопическими грибами в качестве источников питания. Большую степень биодеструкции микроскопическими грибами демонстрировали ДСП на карбамидной основе как под действием стандартных, так и «диких» тест - культур, чем ДСП на фенолформальдегидной основе. Грибы, синтезирующие экстрацеллюлярные лигнинолитические (фенолоксидазу, каталазу, пероксидазу) и целлюлолитические ферменты, оказались более активными деструкторами ДСП. Установлено, что все виды лигнина (за исключением ДЛ из ФФДСП), выделенные из фенолформальдегидных и карбамидных плит сернокислотным и диоксановым методами, способны поддерживать рост микромицетов — активных деструкторов ДСП. Скрининг ряда дитерпеноидов на наличие у них фунгицидной активности и изучение их ингибирующего действия на ряд экстрацеллюлярных ферментов позволили рекомендовать препарат Биоцик Т в качестве средства защиты ДСП от микробиологических повреждений.