e ale - ibn.idsi.md ale naturii 2_12_2008.pdf · pot fi uşor dispersate de vânt, apă, animale,...

Seria “tiin\e ale naturii” Biologie ISSN 1857-1735

5

IDENTIFICAREA GRADULUI DE REZISTENŢĂ LA LUPOAIE (RASA E)

ÎN CADRUL UNOR GENOTIPURI DE FLOAREA-SOARELUI

Maria DUCA, Aliona GLIJIN, Victoria POPESCU

Catedra Biologie Vegetală Molecular markers linked to broomrape resistance genes would permit a better understanding of genetic determinism of

broomrape resistance in sunflower and facilitate early selection by screening the presence of a few specific DNA markers. We have provided analysis of 29 sunflower lines with SCAR marker RTS05 linked to the sunflower Or5 locus con-

ferring resistance to broomrape that belong to race E. Identification of 650 bp amplicon at 27 genotypes reveal the presence of Or5 gene, missing of this amplified product

at Xenia and cytoplasmic male sterile genotype # 7 suggest the susceptibility to race E. Introducere Lupoaia reprezintă un holoparazit angiosperm ce parazitează pe rădăcinile culturilor agricole ca floarea-

soarelui, tomate, tutun, bob şi altele [1]. Floarea-soarelui este atacată de specia Orobanche cumana Wallr., care provoacă pierderi severe ale roadei în ţările Europei de Est şi Mediteraneene [2]. Până în prezent au fost identificate cinci rase fiziologice de Orobanche (A-E) de origine geografică [2,3] şi genetică [4] diferită. Astfel, rezistenţa faţă de rasa A este determinată de gena Or; rezistenţa faţă de rasa B – de gena Or2, care conferă rezistenţă şi la rasa A; rezistenţa faţă de rasa C este determinată de gena Or3, care conferă rezistenţă şi la rasele A şi B şi, respectiv, D – Or4 cu rezistenţă la A, B şi C, precum şi faţă de rasa E – Or5 cu rezistenţă la A, B, C şi D [5-7]. În ultimii ani s-a atestat apariţia raselor F şi G (în Spania). Genele rezistenţei la rasa F au fost detectate la unele genotipuri cultivate şi la formele sălbatice de floarea-soarelui şi pare să confere rezistenţă la rasele depistate anterior (A-E ) [2-4, 8-10].

Controlul acestui parazit este dificil, deoarece câteva mii de seminţe produse de o singură plantă de lupoaie pot fi uşor dispersate de vânt, apă, animale, utilaje, sol etc., seminţele rămânând viabile pentru 10-15 ani [11], iar metodele chimice, fizice şi biologice utilizate nu înlătură în totalitate parazitul. O alternativă este utilizarea culturilor rezistente la lupoaie, astfel încât şi astăzi continuă cercetările în vederea depistării şi introducerii genelor rezistente la acest patogen în materialul de ameliorare [1].

Utilizarea tehnicii RAPD [12] îmbinată cu BSA (bulked segregant analysis) [13] şi folosirea marcherilor moleculari strâns linkaţi la genele rezistenţei au permis identificarea acestor gene la diferite plante, cum ar fi genele rezistenţei la făinarie la Laptuca sativa [13], genele rezistenţei orzului la Rhynchosporium secalis [14], la rugină [15] şi altele. Urmărind construcţia hărţii RFLP la floarea-soarelui [16] şi BSA, au fost identificaţi marcherii RFLP linkaţi cu genele rezistenţei la făinarie PL1, Pl2 şi Pl 6 [17-19]. Toate aceste trei gene au fost linkate la acelaşi set de marcheri RFLP şi formează un cluster al grupului de linkaj 1 [19].

Scopul cercetărilor noastre a fost de a identifica prezenţa genei Or5 la unii hibrizi şi linii de floarea-soarelui. Material şi metode Caracteristica obiectului de studiu. În calitate de material vegetal au servit zece hibrizi (F1) de floarea-

soarelui (Valentino, Xenia, Performer, Oxana, Vitalia, Drofa, Turbo, Favorit, Alkazar şi Olga), liniile paren-tale a patru hibrizi (Performer, Oxana, Xenia, Valentino) şi 11 genotipuri androsterile notate cu cifre de la 1 la 11, respectiv. Materialul semincer a fost oferit de către CCŞ „Magroselect” SRL Soroca.

Condiţiile de cultivare in vivo. Plantele au fost crescute în vase de vegetaţie, la temperatura de 24-26°C, fotoperiodicitatea de 14-16 ore, umiditatea de 60%. Materialul a fost colectat şi analizat la stadiul de 6-8 frun-zuliţe adevărate.

Metodele de cercetare Extragerea ADN-ului. ADN genomic s-a extras din frunze de floarea-soarelui cu DAN-zol [20]. Purificarea

ADN-ului s-a realizat repetat cu alcool de 100%, apoi cu alcool de 75%. Precipitatul obţinut după uscare a fost dizolvat în apă distilată autoclavată. Concentraţia ADN-ului a fost determinată spectrofotometric.

Reacţia PCR. Amplificarea s-a efectuat cu primeri specifici SCAR – RTS05, sintetizaţi în baza fragmen-tului iniţial al pimerului RAPD – OPJ18_650. Succesiunea nucleotidică a marcherului SCAR (Alpha DNA, Canada) este următoarea:

STUD I A UN IVERS I TAT I S

Revist= [tiin\ific= a Universit=\ii de Stat din Moldova, 2008, nr.2(12)

6

F (5´-TGGTCGCAGATGGACGTGTGGGTG-3´), R (5´- GTCGCAGAGAGTGAGAGAGAGTGT-3´). Reacţia de amplificare s-a realizat în volum de 25 µl, ce conţinea apă distilată, 5X PCR tampon, amestec

de nucleotide dNTP (2 mM), Taq-polimeraza 1u/µl (Germany), primer 50 pb, AND – 6 µl. Amplificarea a fost efectuată utilizând un termociclu automat (Corbett, Australia) cu următoarele condiţii: I) denaturarea: 94ºC – 4 min. (un ciclu); II) 45 cicluri, 1) denaturarea: 93ºC – 1 min., 2) renaturarea: 63ºC – 1 min., 3) elongarea: 72ºC – 4 min.; III) elongarea specifică: 72ºC – 6 min. Electroforeza produşilor de amplificare s-a realizat în gel de agaroză de 1,4% în soluţia tampon TAE timp

de o oră la 80 V. Gelurile au fost vizualizate în camera UV şi fotografiate. Mărimea fragmentelor de ADN amplificate au fost comparate cu marcherul standard (100pb DNA ladder, Promega, USA).

Rezultate şi discuţii Majoritatea datelor din literatură atestă determinismul monogenic dominant al rezistenţei la rasele A - E

de lupoaie [3,10,21,22]. Însă, unele referinţe relevă o moştenire mai complexă a caracterului, incluzând două gene dominante [8], una recesivă [23], epistazie recesivă dublă [24] sau chiar moştenirea cantitativă. Studiile recente sugerează că rezistenţa la lupoaie este determinată de mecanisme poligenice cantitative şi calitative [25,26]. Identificarea determinismului genetic al rezistenţei se bazează tot mai mult pe utilizarea marcherilor moleculari ADN specifici [26], inclusiv a marcherilor moleculari linkaţi cu gena Or5, ce conferă rezistenţă la rasa E [27], utilizând metoda BSA [13].

Până în prezent au fost identificaţi marcheri RAPD (UBC120_660) şi marcheri SCAR (RTS05, RTS28, RTS40, RTS29 şi RTS41) linkaţi la Or5 şi a fost elaborată harta grupului de linkaj pentru gena Or5, în a cărei vecinătate la distanţa de 22,5 cM distal se află marcherul RAPD şi, de la 5,6 cM spre 39,4 cM proximal, cei 5 marcheri SCAR. Acest grup de linkaj a fost plasat în grupul de linkaj 17 (LG17) al mapei CARTISOL RFLP [27]. Tang (2003), folosind aceeaşi metodă (BSA), a plasat gena Or5 în regiunea telomerică a grupului de linkaj 3 (LG3) după harta marcherilor SSR [28], cu cel mai apropiat marcher SSR cartat la 6,2 cM proximal de locusul genei Or5.

În prezenta lucrare s-au studiat 29 genotipuri de floarea-soarelui în vederea cercetării genei Or5. Pornind de la rezultatele obţinute de Lu şi colab. (2004), în urma analizei BSA ei au constatat că unul dintre cei mai apropiaţi marcheri SCAR este marcherul RTS05 cartat la distanţa de 5,6 cM proximal de gena Or5; în cerce-tările noastre am utilizat acest marcher cu fragmentul iniţial al primerului RAPD - OPJ18_650 cu un produs de amplificare de 650 pb.

F1 F1 F1 F1 C M

PERFORMER OXANA XENIA VALENTINO

650 pb

Foto 1. Rezultatele amplificării ADN-ului cu marcherul specific SCAR (RTS05) la diferite familii de floarea-soarelui: M – markeri moleculari; C – control fără ADN.

kb

10.0 8.0 5.0 4.0 3.0

2.0

1.5 1.0 0.5


7

Analizând rezultatele obţinute (Foto.1) asupra grupurilor de genotipuri (liniile paterne homozigote şi hib-ridul F1), care alcătuiesc hibrizii Xenia, Performer, Valentino şi Oxana, în rezultatul reacţiei de amplificare cu perechea de primeri specifici menţionaţi s-a vizualizat prezenţa produsului de 650 pb la toate genotipurile, excepţie fiind doar linia maternă a hibridului Xenia. Date ce ne permit să presupunem că aceste genotipuri posedă gena Or5, iar lipsa acestuia la genotipul matern Xenia – că această linie este susceptibilă la rasa E.

Identificarea locusului linkat cu gena Or5 a fost efectuată şi la 11 linii androsterile şi 10 hibrizi de floarea-soarelui (Foto 2 şi 3). Ampliconul de 650 pb a fost obţinut la liniile androsterile 1-3, 8-11 şi la hibrizii Performer, Oxana, Xenia, Turbo, Favorit, Alcazar şi Olga.

Rezultatele obţinute denotă că liniile şi hibrizii menţionaţi poseda rezistenţă la rasa E de lupoaie. La liniile androsterile 4-6 şi la hibrizii Valentino, Vitalia şi Drofa ampliconul de 650 pb se evidenţiază slab, iar la linia androsterilă Nr.7 lipseşte.

Conform datelor din literatură [2] despre legătura directă dintre genele de rezistenţă (Or1 – Or7) prezente/ absente la specia Helianthus annuus L. şi la rasele (A – G) de Orobanche cumana Wallr., am dedus teoretic susceptibilitatea sau rezistenţa genotipurilor studiate faţă de cele şapte rase de lupoaie existente (Tab. 1-3).

kb

10.0 8.0 5.0 4.0 3.0

2.0

1.5

1.0

0.5

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C Foto 2. Rezultatele amplificării ADN-ului cu marcherul specific SCAR (RTS05) la diferite genotipuri

androsterile de floarea-soarelui: M – markeri moleculari; C – control fără ADN; [1-11] – genotipuri androsterile notate cu cifre de la 1 la 11.

650 pb

M 1 2 3 4 5 6 C 7 8 9 10

kb

10.0 8.0 5.0 4.0 3.0

2.0

1.5

1.0

0.5

650 pb

Foto 3. Rezultatele amplificării ADN-ului cu marcherul specific SCAR (RTS05) la diferiţi hibrizi de floarea-soarelui: M – markeri moleculari, C – control fără ADN, 1 – Performer, 2 – Oxana,

3 – Xenia, 4 – Valentino, 5 – Vitalia, 6 – Drofa, 7 – Turbo, 8 – Favorit, 9 – Alkazar, 10 – Olga.



8

Din Tabelul 1 reiese că, cu excepţia genotipului matern Xenia, toate celelalte forme parentale şi hibrizi teoretic posedă rezistenţă la rasele A – E, fiind, probabil, susceptibile la rasele F şi G. Întrucât genotipul Xenia nu a prezentat produsul de amplificare 650 pb, reiese că acest genotip este susceptibil la rasele E – G. Totodată, rămâne neclară susceptibilitatea sau rezistenţa lui faţă de rasele A – D.

Tabelul 1 Reprezentarea schematică a rezistenţei genotipurilor în cadrul a patru familii

de floarea-soarelui la rasele de lupoaie A–G

Rasele de lupoaie Nr. d/o Genotipul Prezenţa (+), absenţa (-)

ampliconului 650 pb A B C D E F G 1 Performer + R R R R R ? ? 2 Performer + R R R R R ? ? 3 Performer F1 + R R R R R ? ? 4 Oxana + R R R R R ? ? 5 Oxana + R R R R R ? ? 6 Oxana F1 + R R R R R ? ? 7 Xenia - ? ? ? ? S S S 8 Xenia + R R R R R ? ? 9 Xenia F1 + R R R R R ? ?

10 Valentino + R R R R R ? ? 11 Valentino + R R R R R ? ? 12 Valentino F1 + R R R R R ? ? Cercetările efectuate asupra celor 11 genotipuri ce posedă androsterilitate citoplasmatică au permis de a

constata că genotipul Nr.7 la care nu a fost identificat locusul învecinat cu gena Or5 este susceptibil la rasele E – G, fără a putea indica rezistenţă sau susceptibilitate faţă de rasele A – D de Orobanche cumana. Celelalte zece genotipuri se caracterizează prin prezenţa ampliconului 650 pb şi, respectiv, pot fi considerate rezistente la toate rasele, cu excepţia F şi G (Tab.2).

Studiul produsului de amplificare (650 pb) la hibrizi a demonstrat prezenţa acestuia la toate cele zece geno-tipuri heterozigote, astfel că ei posedă, probabil, rezistenţă la rasele A – E (Tab.3)

Tabelul 2 Reprezentarea schematică a rezistenţei genotipurilor androsterile de

floarea-soarelui la rasele de lupoaie A–G

Rasele de lupoaie Genotipuri androsterile

Prezenţa (+), absenţa (-) ampliconului 650 pb A B C D E F G

Nr. 1 + R R R R R ? ? Nr. 2 + R R R R R ? ? Nr. 3 + R R R R R ? ? Nr. 4 + R R R R R ? ? Nr. 5 + R R R R R ? ? Nr. 6 + R R R R R ? ? Nr. 7 - ? ? ? ? S S S Nr. 8 + R R R R R ? ? Nr. 9 + R R R R R ? ?

Nr. 10 + R R R R R ? ? Nr. 11 + R R R R R ? ?


9

Tabelul 3 Reprezentarea schematică a rezistenţei diferitelor genotipuri heterozigote

de floarea-soarelui la rasele de lupoaie A–G

Rasele de lupoaie Nr. d/o Hibridul Prezenţa (+), absenţa (-)

ampliconului 650 pb A B C D E F G 1 Performer + R R R R R ? ? 2 Oxana + R R R R R ? ? 3 Xenia + R R R R R ? ? 4 Valentino + R R R R R ? ? 5 Vitalia + R R R R R ? ? 6 Drofa + R R R R R ? ? 7 Turbo + R R R R R ? ? 8 Favorit + R R R R R ? ? 9 Alkazar + R R R R R ? ?

10 Olga + R R R R R ? ? Conform datelor din literatură, hibridul comercial Turbo (România) rezistent la rasa E este susceptibil la

noua rasă F [9]. Datele obţinute de noi au demonstrat prezenţa ampliconului de 650 pb la acest hibrid, confir-mând prezenţa genei Or5 ce determină rezistenţa la rasa E de lupoaie.

Concluzii 1. Prezenţa ampliconului de 650 pb la genotipurile studiate presupune prezenţa genei Or5 ce conferă rezis-

tenţă la rasa E de lupoaie. 2. Lipsa ampliconului la genotipul matern Xenia şi la linia androsterilă Nr.7 ne permite să presupunem că

aceste două genotipuri sunt susceptibile la atacul lupoaiei (rasele E – G). 3. Studiul în baza rezultatelor obţinute şi a celor deja existente despre legătura directă a genelor de rezistenţă

(Or1 – Or7) prezente/absente la specia Helianthus annuus L. cu rasele (A – G) de Orobanche cumana Wallr. ne dă posibilitatea de a deduce susceptibilitatea sau rezistenţa genotipurilor analizate faţă de diferite rase de lupoaie.

Referinţe:

1. Parker C. The present state of the Orobanche problem // In Biology and management of Orobanche. Proceedings of the third Interactional workshop on Orobanche and related Striga research. - Amsterdam: Edited by S.J. Borg. Royal Tropical Institute, 1994, p.17-26.

2. Vrânceanu A.V., Pirova N., Stoenescu F.M., Pacureanu M. Some aspects of the interaction Helianthus annuus L./Orobanche cumana Wallr., and its implication in sunflower breeding. - In: Proceedings of a workshop on biology and control of Orobanche / Edited by S.J. Borg. Landbouwhoge-school, Wageningen, The Netherlands, 1986, p.181-189.

3. Vrânceanu A.V., Tudor V.A., Stoenescu F.M., Pirvu N. Viruleance groups of Orobanche cumana Wallr., differential hosts and resistance sources and genes in sunflower. - In: Proceedings oh the 9th International sunflower conference. Torremolinos, Spain. - 1980. - Vol.1. - P.74-82.

4. Melero-Vara J.M., Dominguez J., Fernandez-Martinez J.M. Evaluation of different lines in a collection of sunflower parental lines for resistance to broomrape (Orobanche cernua) in Spain // Plant Breed. - 1989. - Vol.102. - P.22-326.

5. Bulbul A., Salihoglu M., Sari C., Aydin A. Determination of broomrape (Orobanche cumana Wallr.) races of sunflower in the Thrace region of Turkey // Helia. - 1991. - Vol.14.- P.21-26.

6. Saverdra del Rio R.M., Fernandez-Martinez J.M. and Melero-Vara J.M Virulence of populations of Orobanche cernua Loefl. Attacking sunflower in Spain. - In: A.H. Pieterse et al. (ed) Biology and management of Orobanche. Proc. 3rd Int. Work-shop on Orobanche and Striga Research. - Amsterdam, The Netherlands. Royal Tropical Inst., 8-12 Nov., 1994, p.139-141.

7. Shindrova P. Distribution and race composition of Orobanche cumana Wallr. in Bulgaria. - In: A.H. Pieterse et al. (ed). Biology and management of Orobanche. Proc. 3rd Int. Work-shop on Orobanche and Striga Research. - Amsterdam, The Netherlands. Royal Tropical Inst., 8-12 Nov., 1994, p.142-145.

8. Dominguez J., Melero-Vera J.M., Refoyo A. Virulence groups of Orobanche cernua in Andalusia (Southern Spain). – In: Advances in Parasitic Plant Research, Sixth Intern, Parasitic Weed Sym. - Cordoba, Spain., 1996, p.633-637.



10

9. Fernandez-Martinez J., Melero-Vara J., Munoz-Ruz J., Ruso J., Dominguez J. Selection of wild and cultivated sunflower for resistance to new broomrape race that overcomes resistance of the Or5 gene // Crop Sci. - 2000. - Vol.40. - P.550-555.

10. Sukno S.A., Melero-Vara J.M., Fernandez-Martinez J.M. Inheritance of resistance to Orobanche cernua Loefl. In six sunflower lines // Crop Sci. - 1999. - Vol.39. - P.674-678.

11. Skoric D. Uljarstvo. Published by the Business Association of Vegetable Oil and Fat Producers of Yugoslavia. - 1988. - P.40-45.

12. Williams J.G., Kubelik A.R., Livak K.L., Rafalski J.A., Tingey S.V. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as geneti markers // Nucleic Acids Res. - 1990. - Vol.18. - P.6531-6535.

13. Michelmore R.M., Paran I., Kasseli R.V. Identification of markers linked to disease resistance genes by bulked segregant analysis: A rapid method to detect markers in specific genomic regions using segregating populations // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 1991. - Vol.88. - P.9828-9832.

14. Barua U.M., Chalmers K.J., Hackett C.A. Thomas W.T., Powell W., Waung R. Identification of molecular markers linked to a Rhynchosporium secalis resistance locus in barley using near-isogenic lines and bulked segregant analzsis // Heredity. - 1993. - Vol.71. - P.177-184.

15. Borovkova I.G. Jin Y., Steffenson B.J., Kilian A., Blake T.K., Kleinhofs A. Identification and mapping of a least rust resistance gene in barley line Q21861 // Genome. - 1997. - Vol.40. - P.236-241.

16. Gentzbittel L., Vear F., Zhahg Y.X., Berville A., Nicolas P. Development of a consensus linkage RFLP map of cultivated sunflower Helianthus annuus L. // Theor. Appl. Genet. - 1995. - Vol.90. - P.1079-1086.

17. Mouzeayar S., Roeckel-Drevet P., Gentzbittel L., Philippon J., Delabrouhe D.T., Vear F., Nicolas P. RFLP and RAPD mapping of the sunflower Pl1 locus for resistance to Plasmopara halstedii rase 1 // Theor. Appl. Genet. - 1995. - Vol.91. - P.733-737.

18. Roeckel-Devert P., Gagne G., Mouzeyar S., Gentzbittel L., Philipon J., Nicolas P., Tournvieille D., Vear F. Colocation of downy mildew (Plasmopara halstedii) resistance genes in sunflower (Helianthus annuus L.) // Euphytica. - 1996. - Vol.91. - P.255-228.

19. Vear F., Gentzbittel L., Philipon J., Mouzeyar S., Mestries E., Roeckel-Devert P., Nicolas P., Tournvieille D. The genetics of resistance to five races of downy mildew (Plasmopara halstedii) in sunflower (Helianthus annuus L.) // Theor. Appl. Genet. - 1997. - Vol.95. - P.584-589.

20. Chomczynski P., Wilfinger W., Mackey K. Isolation of genomic DNA from human, animal and plant samples with DNAzol reagents // Biotechnology International. - P.185-188.

21. Pogorletsky P.K., Geshele E.E. Sunflower immunity to broomrape and rust. - In: Proceedings of the 7th International Sunflower Conference, 27 June-3 July, Krasnodar, Russia, 1976, p.238-243.

22. Ish-Shalom-Gordon N. Jacobson R., Cohen Y. Inheritance of resistance to Orobanche cumana in sunflower // Phytopathology. - 1993. - Vol.83. - P.1250-1252.

23. Ramaiah K.V. Control of Striga and Orobanche species – a review. – In: Weber H.C., Forestreuter W (eds) Parasitic flowering plants. Proc. 4th Int. Symp. Parasitic Flowering Plants. - Philip University, Marburg-Lahn, Germany, 1987, p.637-664.

24. Kirichenco V.V., Dolgova E.M., Aladina Z.K. Virulence of broomrape isolates and the inheritance of resistance // Plant Breed Abstr. - 1987. - Vol.57. - P.1392.

25. Labrousse P., Arnaud M-C., Grivaud Y., Fer A., Thalouarn P. Analysis of resistance criteria of sunflower recombined inbrided lines against Orobanche cumana Wallr. // Crop Protection. - 2004. - Vol.23. - P.13-407.

26. Perez-Vich B., Akhtouch B., Knapp S.J. Quantitative trait loci for broomrape (Orobanche cumana Wallr.) resistance in sunflower // Theor. Appl. Genet. - 2004. - Vol.109. - P.92-102.

27. Lu Y. H., Melero-Vera J.M., Tereda J.M., Blanchard P.H. Development of SCAR markers linked to broomrape Orobanche cumana Wallr. resistance gene Or5 in sunflower // Theor. Appl. Genet. - 2000. - Vol.100. - P.625-632.

28. Tang S. Yu J-K., Slabaugh M.B., Shintani D.K., Knapp S.J. Simple sequence repeat map of the sunflower genome // Theor. Appl. Genet. - 2002. - Vol.105. - P.1124-1136.

Notă: Lucrarea a fost îndeplinită cu suportul CRDF/MRDAS, grantul BPG (Business Parthership Grant), Programul

STEP (Science & Entreprenship Program) Award # BPP-04-06 şi, de asemenea, în cadrul Proiectului instituţional 06.407.026 F.

Prezentat la 08.02.2008

Seria “tiin\e ale naturii”

Biologie ISSN 1857-1735

11

SOME PHYLOGENETIC ASPECTS OF DECORATIVE FISHES

BASED ON MITOCHONDRIAL 12S AND 16S rDNA GENES

Maria DUCA, Angela PORT, Ion TODERAŞ*, Lucia CIOBANU Catedra Biologie Vegetală *Institutul de Zoologie al AŞM În lucrare sunt prezentate unele aspecte de analiză filogenetică a unor specii de peşti decorativi în baza procentului

de similaritate a genelor mitocondriale 12S şi 16S rADN, fiind utilizată metoda PCR cu primeri specifici şi informaţia din baza de date NCBI, inclusiv programul CLUSTAL W.

Analiza comparativă a pus în evidenţă cel mai înalt grad de omologie a genelor: 12S – 94% şi 16S – 92% la Trichogaster trichopterus şi Trichogaster leerii din ordinul Perciformes. În cazul speciei Platydoras costatus, ordinul Silusiformes, s-au constatat cele mai mari divergenţe pentru ambele gene studiate.

Introduction Fishes show a remarkable level of diversity affecting their morphology, ecology, behavior and genomes

as well as multiple other facets of their biology. This makes them extremely attractive for the study of many evolutionary questions related to diverse aspects of biology. Fish biodiversity is important to humans at the economical, ecological and cultural points of view, and its maintenance is an important challenge for the next generations. New insights from several fish species and sequencing projects have shed new light on the organization and evolution of fish genomes and now allow one to approach the evolutionary mechanisms possibly underlying biodiversity in the fish lineage.

Phylogenetic analysis of DNA has become an important tool for studying the evolutionary history of orga-nisms from bacteria to humans. The reconstruction of phylogenetic relationships has increased dramatically since the advent of molecular techniques (as allozyme analysis, restriction fragment length polymorphism, random amplified polymorphic DNA). Mitochondrial DNA markers are used as tools for estimating the phylogenetic relationships of different kinds of organisms [1]. So, it is important to choose an appropriate genetic marker for phylogenetic analysis.

The animal mtDNA is haploid [2,3], generally considered as non-recombining [4,5] and the signal from genetic drift is therefore stronger than for nuclear loci [6]. The mitochondrial genome of fishes contains 13 proteins genes which code for subunits of enzymes (ATP synthesis or electron transport), 2 ribosomal RNA (rDNA) genes, and 22 transfer ARN (tRNA) genes (Figure 1).

Mitochondrial genes show different rates of evolution, which determine their applicability as molecular

markers. Slow evolving sequences, such as 16S and 12S ribosomal RNA (rRNA) genes have been widely used in phylogenetic studies among vertebrates [8-11].

In this work, we present some molecular phylogeny aspects for six species of decorative fishes based on neighbor-joining by the percent of similarity for mitochondrial sequences (12S and 16S RNA genes) from GeneBank, using Clustal W Software.

Fig.1. Mitochondrial functional map of fish: OH – origin of H-strand replication; OL – origin of L-strand replication; The majority of tRNA-genes and coding sequences foe all proteins are on the H-strand (except ND6); tARN genes coded for by L-strand outside; grey bars indicate regions sequenced in this study [after 3,7].



12

Material and Methods All the specimens including in this study represent three orders: Perciformes (family Osphronemidae with

three species), Cyprinodontiformes (family Poeciliidae with two species), and Siluriformes (family Doradidae with one species), (table 1).

Table 1 The orders used in this study

Species (accession numbers)

Order Perciformes Family Osphronemidae

Order Cyprinodontiformes Family Poeciliidae

Order Siluriformes Family Doradidae

Betta splendens (AF519650)

Trichogaster trichopterus (AY763713)

Trichogaster leerii (AF519656)

Xiphophorus hellerii (EF017497)

Poecilia reticulata (EF017485)

Platydoras costatus (AY264078)

Extraction of DNA. Genomic DNA was isolated from fresh muscle six species. About 300-500 mg of

tissue was ground with nitrogen liquid in 500 µl homogenization buffer (133 mM Tris-OH; 0,95 mM NaCl; 6,7 mM EDTA; 1,33% Na Sarcosyl; 1,33% mercaptoethanol) with pH 7,8. The mixture was incubated at 55ºC for an hour. DNA was purified with chloroform:isoamyl alcohol (24:1) extractions, precipitated with 76% ethyl alcohol with sodium acetate (0,2 M) and cooled absolute ethanol, followed by washing with 70% ethanol and resuspended in sterile water. DNA quality was verified by 1% agarose gel electrophoresis.

PCR conditions. The polymerase chain reaction (PCR) was used to amplify 12S and 16S rRNA genes using following PCR primers (Table 2) [12]:

Table 2 Primers used in this study

Primer Sequence (5´to 3´) Tm (ºC) 12SA(F) AAAAAGCTTCAAACTGGGATTAGATACCCCACTAT 96,0 12SB(R) TGACTGCAGAGGGTGACGGGGCGGTGTGT 96,0 16SA(F) CGCCTGTTTATCAAAACAT 52,0 16SB(R) CCGGTCTGAACTCAGATCACGT 68,0

Amplifications were performed in a final volume of 25 µl containing: 1X PCR tampon, 1 unit/reaction of Taq DNA polymerase (Germany), 200 µM of dNTP, 50 pM of each primer and 100 ng DNA template. The amplifications were carried out in a thermal cycler (Corbett, Australia) programmed for initial heat denatura-tion in one step of 2 minutes at 95ºC. Subsequent 35 cycles: 40 seconds at 92ºC, 40 seconds at 54ºC and 90 seconds at 72ºC; followed by one final step of primer extension at 72ºC for 2 minutes.

For the second step, 12S and 16S rRNA genes’ sequences of all six studied fish’s species from Gene Bank database were analyzed by NCBI-Blast and then compared using Clustal W (accession numbers are listed in Table 1).

Results and Discussion The electrophoresis analysis of PCR amplicons, obtained by using the 12S rRNA and 16S rRNA genes

universal primers, revealed the amplification of expected fragments having a size of 374 bp for the first and 544 bp for the second to all assays, according literature data (Figure 2) [13].



13

Alignment of nucleic acid or protein sequences is a critical early step in comparative molecular and evolu-tionary study. With increasing sequences divergence, it becomes harder to construct alignments that reliable reflect historical relationships.

PCR results demonstrated the presence of expected bands for both analyzed genes at all essays, but it is not enough to see differences between fish’s species. In these situations, multiple-sequence alignment pro-grams are often favored because of their more objective (mathematical) criteria.

For the follow step, 12S and 16S rRNA genes’ sequences of all six studied fish’s species from Gene Bank database were analyzed by NCBI-Blast and then compared using Clustal W.

Clustal W is a general purpose multiple sequence alignment program. It is use to align DNA or protein sequen-ces in order to elucidate their relatedness as well as their evolutionary origin. It calculates the best match for the selected sequences, and lines them up so that the identities, similarities and differences can be seen. Evolutionary relationships can be revealed via analyzing of phylograms that is assumed to be an estimate of phylogeny for all species included in study. The branch lengths are proportional to the amount of inferred evolutionary change.

On first step Clustal W determine all pair wise alignments between sequences and the degree of similarity between them. Then construct a similarity tree by calculating the distances based on neighbor-joining clustering method. It is based on the minimum-evolution criterion for phylogenetic trees. The main virtue of neighbor-joining is its efficiency. It can be used on very large data sets for which other means of phylogenetic analysis like minimum evolution, maximum parsimony and maximum likelihood.

After the sequences were aligned, the based compositions of species studied were analyzed separately for the 12S and 16S ribosomal genes.

The obtained results by comparison of these 6 species of decorative fish’s sequences in Clustal W for 12S rRNA gene, show the following score of identity: SeqA name Len (nt) Sequence 1: betta.splendens-12. 501 bp Sequence 2: platydoras.costatus-12. 950 bp Sequence 3: poecilia.reticulata-12. 459 bp Sequence 4: trichogaster.leerii-12. 495 bp Sequence 5: trichogaster.trichopterus-12. 496 bp Sequence 6: xiphophorus.hellerii-12. 458 bp

Start of Pairwise alignments Aligning... Sequences (1:2) Aligned. Score: 75 Sequences (1:3) Aligned. Score: 83 Sequences (1:4) Aligned. Score: 85 Sequences (1:5) Aligned. Score: 86 Sequences (1:6) Aligned. Score: 79 Sequences (2:3) Aligned. Score: 81 Sequences (2:4) Aligned. Score: 83 Sequences (2:5) Aligned. Score: 79 Sequences (2:6) Aligned. Score: 80 Sequences (3:4) Aligned. Score: 84 Sequences (3:5) Aligned. Score: 84 Sequences (3:6) Aligned. Score: 90 Sequences (4:5) Aligned. Score: 94 Sequences (4:6) Aligned. Score: 85 Sequences (5:6) Aligned. Score: 85

M 1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6 M Fig.2. PCR products of 12S and 16S ribosomal genes in 1,4% agarose gel:

M – marker molecular (bp); A – PCR/primer universal 16S a rARN; B – PCR/primer universal 12S a rARN: 1 – Trichogaster trichopterus, 2 – Poecilia reticulata, 3 – Betta splendens, 4 – Platidoras costatus , 5 – Xiphophorus hellerii, 6 – Trichogaster leerii.

A

B

500 bp__

__400 bp

544 bp

374 bp



14

Phylogram based on neighbor-joining using % identity for 12S ribosomal rRNA gene for fish species, shows that species Poecila reticulata and Xiphophorus hellerii, from Cyprinodontiformes order are more closely (Figure 3). Also, we can mention that species from order Perciformes, family Osphronemidae (Trichogaster leerii, Trichogaster trichopterus and Betta plendens) have common ancestry. This thing can be explained that these two orders are genetically and morphologically closed. At the same level with Betta splendens is another group with: Trichogaster leerii and Trichogaster trichopterus. These three species are from the Perciformes order.

The phylogenetic tree by analyzing 12S rRNA gene presents that Platydoras costatus, order Silusiformes, is more distant from another clusters.

Fig.3. Phylogram based on neighbor joining using % identity for 12S ribosomal rRNA gene. The comparison of 16S rRNA gene sequences for studied fish species show the following score of identity:

SeqA name Len (nt) Sequence 1: betta.splendens-16. 1513 bp Sequence 2: platydoras.costatus-16. 1726 bp Sequence 3: poecilia.reticulata-16. 549 bp Sequence 4: trichogaster.leerii-16. 2071 bp Sequence 5: trichogaster.trichopterus-16 2074 bp Sequence 6: xiphophorus.hellerii-16. 549 bp

Start of Pairwise alignments Aligning... Sequences (1:2) Aligned. Score: 1 Sequences (1:3) Aligned. Score: 6 Sequences (1:4) Aligned. Score: 2 Sequences (1:5) Aligned. Score: 2 Sequences (1:6) Aligned. Score: 7 Sequences (2:3) Aligned. Score: 6 Sequences (2:4) Aligned. Score: 69 Sequences (2:5) Aligned. Score: 69 Sequences (2:6) Aligned. Score: 7 Sequences (3:4) Aligned. Score: 82 Sequences (3:5) Aligned. Score: 82 Sequences (3:6) Aligned. Score: 88 Sequences (4:5) Aligned. Score: 92 Sequences (4:6) Aligned. Score: 83 Sequences (5:6) Aligned. Score: 84

The phylogenetic tree based on neighbor-joining by analizing 16S rRNA gene demonstrated that Tricho-gaster trichopterus and Trichogaster leerii (order Perciformes) shows the similar results like in study of 12S rRNA gene (Figure 4). Nearly to this group is Xiphophorus hellerii, from order Cyprinodontiformes which are closed to order Perciformes. Concomitantly it shows that Betta splendens and Platydoras costatus are closely even if they bellow to different families (Osphronemidae and Doradidae respectively).

Fig.4. Phylogram based on neighbour joining using % identity for 16S ribosomal rRNA gene.



15

In conclusion, the comparative analyses of six species of decorative fishes based on percent identity for 12S and 16S ribosomal genes using NCBI database and Clustal W Software, demonstrated that Trichogaster trichopterus and Trichogaster leerii, order Perciformes are the most similar: 12S rRNA – 94% and 16S rRNA – 92% homology. While, Platydoras costatus, order Silusiformes highlighted more differences in both cases.

References:

1. Avise J.C. Molecular merkers, natural history and evolution. - New York: Chapman and Hall, 1994. 2. Moritz C., Dowling T.E., Brown W.M. Evolution of animal mitochondrial DNA: relevance for population biology

and systematics // Ann. Rev. Ecol. Syst. - 1987. - No18. - P.269-292. 3. Meyer A. Evolution of mitochondrial DNA in fishes. - In: Hochachka P.W., Mommsen T.P. (eds). Biochemistry

and molecular biology of fishes // Elsevier, Amsterdam. - 1993. - Vol.2. - P.1-38. 4. Eyre-Walker A., Smith N.H., Smith J.M. How to clonal are human mitochondria? // Proc. R. Soc. Lond. B. - 1999. -

No266. - P.477-483. 5. Hagelberd E., Lio P., Whelan S., Schiefenhovel W., Clegg J.B., Bowden D.K. Evidence for mitochondrial DNA

recombination in a human population of island Melanesia // Proc. R. Soc. Lond. B. - 1999. - No266. - P.485-492. 6. Waples R.S. Separating the wheat from the chaff: patterns of genetic differentiation in high gene flow species //

J. Hered. - 1998. - No89. - P.438-450. 7. Thomas W.K. and Beckenbach A.T. Variation in Salmonid mitochondrial DNA: evolutionary constrains and

mechanisms of substitution // J. Mol. Evol. - 1989. - Vol.29. - P.233-245. 8. Avise J.C., Arnold J., Ball R.M., Bermingham E., Lamb T., Neigel J.E., Reeb C.A., Saunders N.C. Intraspecific

phylogeography: the mitochondrial DNA bridge between population genetics and systematics // Ann. Rev. Ecol. Syst. - 1987. - No18. - P.489-522.

9. Douzery E. and Catzeflis F.M. Molecular evolution of the mitochondrial 12S rRNA in Ungulata (Mammalia) // J. Mol. Evol. - 1995. - No41. - P.622-636.

10. Ledje C. and Arnason U. Phylogenetic relationships within Caniform carnivores based on analysis of the mitochon-drial 12S rRNA gene // J. Mol. Evol. - 1996. - No43. - P.641-649.

11. Simons A.M. and Mayden R.L. Phylogenetic relationships of the western North American phoxinins (Actinopterygii: Cyprinidae) as inferred from mitochondrial 12S and 16S ribosomal RNA sequences // Mol. Phylogenet. Evol. - 1998. - No9. - P.308-329.

12. Kocher T.D., Thomas W.K., Meyer A., Edwards S.V., et al. Dynamics of mitochondrial DNA evolution in animals: Amplification and sequencing with conserved primers // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1989. - No86. - P.6196-6200.

13. Ritchie P.A., Bargelloni L., Meyer A., Taylor J.A., Macdonald J.A. and Lambert D.M. Mitochondrial phylogeny of Trematomid fishes (Nototheniidae, perciformes) and the evolution of Antarctic fish // Mol. Phylogenet. Evol. - 1996. - No2. - Vol.5. - P.383-390.




16

MECANISME SPOROFITICE ŞI GAMETOFITICE

DE RESTAURARE A FERTILITĂŢII

Andrei MIDONI

Catedra Biologie Vegetală In this study we analyzed two mechanisms of restoring of fertility in sunflower CMS-Rf system. Pollen staining with

1% I-KI allows identifying the segregation of viable pollen, which help us to observe what kind of fertility system is (sporophytic or gametophytic).

Sistemul ASC-Rf este larg răspândit în natură şi frecvent utilizat în crearea hibrizilor comerciali la diferite

culturi agricole. Primul component al sistemului – androsterilitatea citoplasmatică (ASC) – înlătură posibili-tatea autopolenizării, favorizând polenizarea încrucişată şi obţinerea unui grad înalt de heterozigoţie, iar al doilea – genele Rf – contribuie la restabilirea fertilităţii şi la obţinerea unei producţii înalte de seminţe.

ASC este determinată de gene himere mitocondriale şi se moşteneşte pe cale maternă [1], iar genele Rf sunt localizate în nucleu şi se moştenesc mendelian [2-5]. Modul de acţiune a alelelor în cadrul diverselor specii este diferit, ele pot prelua funcţia anumitor gene mitocondriale ale căror mutaţii au dus la (ASC) sau în cazuri când produşii de expresie a noilor cadre de lectură mitocondriali sunt toxine, genele (Rf) sintetizează proteine antidot; uneori, genele restauratoare pot duce la expresia preferenţială a plasmogenelor (prin mecanisme inhi-bitorii asupra genelor himerice mitocondriale sau plastidiale).

În 1972, L.I. Oriol [6] identifică la secară două categorii de hibrizi (Rfrf): la prima se referă cei al căror polen era viabil 100%, iar în a doua categorie intrau indivizi cu doar 50% polen funcţional. Mai târziu, în 1984, E.I. Vahruşeva [7] relatează despre două posibilităţi de restaurare a fertilităţii la genotipurile de porumb: cele cu ASC-S conţineau polen viabil 100%, la care restaurarea se efectua în stadiul sporofitic, iar cele cu ASC-M prezentau doar 50% polen viabil, restaurarea acestora efectuându-se la stadiul de gametofit.

Generalizând cele expuse putem conclude că sistemele de restaurare a fertilitaţii sunt de două tipuri: sporofitice, care restaurează fertilitatea în ţesuturile sporofitice sau în alte ţesuturi, înainte de meioză, şi gametofitice, care restaurează fertilitatea după meioză, la nivelul microsporilor sau la nivelul grăuncioarelor de polen [8].

Material şi metode În studiu a fost luat polen (colectat dimineaţa în perioada de 8.07.2007-1.08.2007), la etapa când inflores-

cenţa în mare parte era matură (adică, prezenta 3 cercuri concentrice distincte după Smart C.J. [9] de la 11 geno-tipuri de floarea-soarelui ce includ 4 hibrizi de prima generaţie: Xenia F1, Drofa F1, Valentino F1, S 254 F1 şi 7 linii fertile care pot fi considerate restauratoare de fertilitate: Xenia , Drofa , LC 4 , LC Cium , LC Raus , LC 636 , LC 7 . Polenul a fost păstrat în frigiderul (SANYO MDF-192 ) la -80°C timp de 6 luni.

Modul de acţiune a genelor restauratoare a fost identificat în baza determinării viabilităţii polenului prin colorarea cu soluţie de 1% I2 în KI [10,11].

1 2 3 4

Fig.1. Colorarea polenului cu soluţie de 1% I2 în KI: 1 – Xenia F1, 2 – Drofa F1, 3 – LC 7 , 4 – S 254.


17

În cadrul fiecărui genotip au fost analizate la microscopul fotonic (BIOLAM LOMO) 15 probe cu un număr total de 500-1000 grăuncioare de polen pentru fiecare individ după jumătate de oră şi după o oră de tratament şi făcute fotografii cu aparatul digital (CANON POWER SHOT A70). Astfel, granulele viabile ar trebui să fie colorate, deoarece iodul are tendinţa de a colora amidonul, pe când cele decedate nu vor prezenta coloraţie, fiindcă polenul avortat nu conţine deloc sau conţine foarte puţin amidon [6].

Rezultate şi discuţii Ca scop, în lucrărea de faţă ne-am propus identificarea mecanismului de restaurare a fertilităţii (sporofitic

sau gametofitic) la genotipurile studiate. Ipoteza de lucru era determinată de faptul că dacă o plantă hibridă cu genele restauratoare în stare hetero-

zigotă (Rfrf) va produce 100% polen funcţional (adică produsul genei (Rf) îşi manifestă acţiunea asupra mito-condriilor din ţesutul sporogen înainte de meioză şi are loc repartizarea mitocondriilor din 2n în n, n, n şi n (grăuncioare de polen) cu simptomul androsterilităţii deja supresat), mecanismul restaurării va fi sporofitic. Iar dacă planta hibridă (Rfrf) va produce doar 50% polen funcţional (când sinteza produsului genei (Rf) are loc după meioză şi el este capabil să neutralizeze simptomul androsterilităţii doar la nivelul sporului în care gena restaura-toare se află în stare dominantă), sistemul de restaurare va fi cel gametofitic, cum este cazul porumbului cu cito-plasmă de tip S restaurant cu ajutorul genelor (Rf3) în stare heterozigotă ce produceau doar 50% polen viabil [12].

Analiza microscopică a polenului a permis să constatăm o identitate morfologică şi structurală a sporilor de la toate genotipurile hibride şi liniile fertile. Grăuncioarele de polen ale tuturor genotipurilor aveau formă sferoidală cu exina spiniferă puternic accentuată. După jumătate de oră toţi sporii analizaţi, între 500 şi 1000, de la toate genotipurile incluse în cercetare aveau o coloraţie brun-deschisă, cu excepţia exinei. Şi numai după o oră atât corpul sporifer, cât şi exina spiniferă prezentau o coloraţie brun-închisă, ceea ce demonstra faptul că polenul cercetat era în stare viabilă 100%.

1 2 3

Fig.2. Microspori coloraţi după 0,5 ore cu sol. de 1% I2 în KI (x120): 1 – Xenia F1, 2 – Drofa F1, 3 – Valentino F1.

1 2 3

Fig.3. Microspori coloraţi după 1 oră cu sol. de 1% I2 în KI (x120): 1 – Valentino F1, 2 – LC 4Rf, 3 – S 254 F1.



18

Tabel Numărul de microspori analizaţi

Microspori

Indexul genotipului

analizaţi după 0,5

ore

coloraţi din numărul total după 0,5 ore

coloraţi din numărul total în %

după 0,5 ore

analizaţi după 1 oră

coloraţi din numărul total

după 1 oră

coloraţi din numărul total în % după 1 oră

Xenia F1 798 796 99,74 857 857 100 Drofa F1 973 970 99,69 636 636 100 Valentino F1 783 782 99,87 734 734 100 S 254 F1 904 903 99,88 683 683 100 Xenia 479 479 100 753 753 100 Drofa 874 874 100 843 843 100 LC 4 1056 1055 99,9 825 825 100 LC Cium 746 746 100 646 646 100 LC Raus 693 692 99,85 589 589 100 LC 637 938 938 100 953 953 100 LC 7 739 739 100 865 865 100

Concluzii Întrucât tot polenul s-a dovedit viabil 100%, rezultă că modul de acţiune a genelor restauratoare este cel

sporofitic (deci, ele supresează sindromul androsterilităţii înainte de meioză). Fiindcă la toţi hibrizii s-a observat acelaşi lucru şi este cunoscut faptul că gena (Rf2) este prezentă la majoritatea indivizilor, inclusiv la cei menţinători ai androsterilităţii, şi deoarece actualmente în literatură nu avem cazuri de cartare a genei (Rf3), se poate de presupus că în acest caz avem de-a face cu o singură genă restauratoare la toate genotipurile analizate, adică (Rf1).

Referinţe:

1. Duca M. Aspecte genetice şi fiziologice ale sistemului ASC-Rf la (Helianthus annuus L.): Teză de doctor habilitat. - Chişinău, 1998, p.58-175.

2. Kinman M.L. New developments in the USDA and state experiment station sunflower breeding proghrams. Proc.Fourth Int. Sunflower Conference. Memphis Tennessee, U.S.A. 1970, p.181-183.

3. Dominquez E.N., Fick E.N. Fertility restoration of male sterile cytoplasmic in wild sunflower // Crop. Sci. - 1975. - Vol.15. - No5. - P.724-726.

4. Reddy P.S., Raju B.T. Inheritance of fertility restoration in sunflower (Helianthus anuuus L.) // Euphytica. - 1977. - Vol.26. - P.409-412.

5. Анашенко А.В., Дука М.В. Изучение генетической системы ЦМС-Rf у подсолнечника (Helianthus annuus L.). Генетика. Сообщение III. Восстановление мужской фертильности у гибридов на основе ЦМСl. - 1985. - 12. - С.1999-2004.

6. Орёл Л.И. Пыльца ржи с цитоплазматической мужской стерильностью // Доклады ВАСХНИЛ. - 1972. - .24. - С.18-26.

7. Вахрушева Э.И., Франковская М.Т. Наследование стерильности и фертильности в С-типе ЦМС у кукурузы // Доклады ВАСХНИЛ. - 1984. - 4. - С.5-7.

8. Ispas I. Aspecte moleculare privind citoplasma androsterilă PET1 de la floarea-soareui. - Institutul de Genetică Bucureşti, 2002, p.21.

9. Smart C.J., Moneger F., Leaver C.J. Cell-Specific Regulation of Gene Expression in Mitochondria during Anther Development in Sunflower // The Plant Cell. - 1994. - Vol.6. - P.811-825.

10. Shinjyio C. Citoplasmic-genetic male sterility in cultivated rice (Oriza sativa L.) // Genetics. - 1969. - Vol.44. - No.3. -P.149-156.

11. Jing R., Li X., Yi P., Zhu Z. Mapping fertility-restoring genes of rice WA cytoplasmic male sterility using SSLP markers // Bot. Bull. Acad. Sin. - 2001. - Vol.42. - P.167-171.

12. Kamps T.L., Chase C.D. RFLP mapping of the maize gametophytic restorer-of-fertility locus (rf3) and aberrant pollen transmission of the nonrestoring rf3 allele // Theor. Appl. Genet. - 1997. - Vol.95. - P.525-531.




19

PHASEOLIN SUBJECTED TO LIMITED PROTEOLYSIS BY PAPAIN-LIKE

PROTEINASE: PRIMARY STRUCTURE AND CRYSTALLIZATION

Vitalie ROTARI, Krisna PRAK*, Tatiana STEPURINA, Diana MORARI, Natalia LAPTEVA, Bunzo MIKAMI*, Shigeru UTSUMI*, Karl WILSON**, Andrei SHUTOV

Laboratory of Plant Biochemistry *Kyoto University, Japan **State University of New York at Binghamton, USA Fazeolina, globulina de rezervă 7S din cotiledoanele seminţelor de Phaseolus vulgaris a fost supusă proteolizei

limitate cu proteinaza papainică endogenă PP purificată din cotiledoanele plantulelor de fasole de 6 zile. Digestul a fost separat în două fracţii: prima cu masă moleculară mare (fazeolina-PP care reţine structura cuaternară), iar a doua cu masă moleculară mică (peptide eliberate). Structura primară completă a fazeolinei-PP a fost descrisă în baza rezultatelor combinate a mass-spectrometriei peptidelor eliberate şi a secvenării amino-terminale a fazeolinei-PP. Au fost obţinute câteva tipuri de cristale ale fazeolinei-PP. Cel mai bun cristal cu rezoluţia difracţiei razelor X de 5,5 Å a fost găsit că aparţine grupei spaţiale P6322, care diferă de grupa spaţială a cristalelor fazeolinei intacte. Este discutat rolul posibil al proteolizei limitate a fazeolinei induse de PP la degradarea ei in vivo.

Papain-like proteinase PP (emb|CAB17074, trivial name CPPh [1]) and Asn-specific legumain LP

(emb|CAB17078, trivial name LLP [2]) are responsible for degradation of the 7S globulin phaseolin in cotyledons of Phaseolus vulgaris seedlings [3]. Individually, both enzymes catalyze in vitro only limited proteolysis of phaseolin generating stable high-molecular-mass products phaseolin-PP and phaseolin-LP, respectively [1,3]. In vivo, the LP-induced limited proteolysis was found to be a prerequisite for further unli-mited (cooperative [4]) proteolysis of phaseolin that is catalyzed by PP [3]. It remains unclear whether the PP-induced limited proteolysis of phaseolin-LP formed in vivo [2,5] is a second prerequisite for its unlimited degradation. In contrast to in vitro experiments [3], up to now no indications on the in vivo occurrence of the PP-induced limited proteolysis of phaseolin-LP have been observed [2,5]. Two alternative suggestions were made to explain this phenomenon [5]: first, phaseolin-LP itself is susceptible enough to be quickly removed by cooperative proteolysis omitting any additional limited proteolysis, and second, the PP-induced limited proteolysis is an obligatory step for phaseolin-LP unlimited degradation; however, the product of the sequential LP- and PP-induced limited proteolysis is highly susceptible, quickly removed by cooperative proteolysis and therefore cannot be detected.

Aiming to choose between these two suggestions, we estimated here whether limited proteolysis of pha-seolin by PP is extensive and therefore might be necessary for formation of a protein substrate susceptible for unlimited breakdown.

Materials and Methods Phaseolin was isolated from P. vulgaris seeds according to Schlesier et al. [6]. Papain-like proteinase PP

was isolated as described previously [1]. Bz-Phe-Val-Arg-p-nitroanilide (Bachem, Germany) was used for determination of PP activity as described earlier [3]. The enzyme activity was expressed in terms of mU (the amount of enzyme releasing 1 nmol of p-nitroaniline per min at 30°C). To prepare phaseolin-PP, equal volumes of 2 % (w/v) protein and enzyme (200 mU/ml) solutions were mixed and incubated in previously described conditions [1] for 2 h at 30° C. To stop the reaction, E-64 (L-3-carboxy-2,3-trans-epoxypropionyl-leucylamido[4-guanidino]butane) was added to final concentration 10 µM. The released peptides were separated from phaseolin-PP using ultrafiltration (10 kD cut-off Centricon, Millipore), further purified by gel filtration on a Sephadex G-15 column equilibrated with 0.1 N acetic acid, and desiccated in a rotor evaporator.

The peptide preparation was subjected to mass spectrometry using an Applied Biosystems QStar XL hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometer. The peptides were separated on a Michrom Magic C18AQ 5 µm resin column (0.075 x 150 mm) with a 15 % (v/v) to 65 % gradient of 98 % acetonitrile in 0.1% formic acid + 0.01% trifluoracetiuc acid, and introduced into the spectrometer with a nanospray ionization source.



20

For crystallization experiments, phaseolin-PP was isolated from the summary digest by gel filtration using HiLoad 16/60, Superdex 200 prep grad (GE Healthcare) column equilibrated with 0.4 M NaCl, 0.1 M imidazol pH 7.0, 0.02 % NaN3, and concentrated to 10 mg/ml using a VIVASPIN 20 5,000 MWCO PES (VIVASCIENCE, UK). Crystallization screens were performed using crystallization screening kits 82009 Crystallization Basic (Sigma I) and 70437 Crystallization Extension (Sigma II) from SIGMA, USA, and Wizard I and Wizard II from Emerald BioSystems, USA, with 1 µl crystallization reagent and 1 µl protein sample in an Intelli-Plate 96 well crystallization plate (USA) at 293 K. Several potentially successful condi-tions were identified and optimized by varying the protein concentration, type of buffer, and the use of addi-tives. The crystals were prepared by the hanging drop vapor diffusion method in a 24 well plate and stored at 293 K. Optimal condition for crystal growth was obtained by mixing 3 µl protein sample (26.2 mg/ml) with 3 µl reservoir solution containing 35 % 2-methyl-2,4-pentanediol, 0.2 M MgCl2, 0.1 M Tris-HCl, pH 8.0. Crystal suitable for X-ray analysis grew within 2 weeks and was approximately 0.8 mm in length. A portion of the crystal was placed in a cold nitrogen gas stream at 100 K. X-ray diffraction images were collected using a Jupiter210 area detector (Rigaku, Tokyo, Japan) with synchrotron radiation at a wavelength of 1.0 Å at the BL-38B1 station of SPring-8 (Hyogo, Japan). The images were processed to a resolution of 5.5 Å.

Results In combination with previously analyzed phaseolin-PP N-terminal sequences [1], the results of mass spec-

trometry of released peptides led to definition of changes in primary structures of both the α- and β-subunits of phaseolin subjected to PP attack (Fig.1). Multiple cleavages (not all shown in the figure) generate the detachment of C-terminal region that is disordered [7] and thus structurally inessential. Unexpectedly, a wide central region covering the disordered inter-domain linker, helix 4 and strand J’ (also a half of the helix 3 that can be predicted for α-phaseolin structure) was found to be detached in phaseolin-PP (Fig.1,2). The molecu-lar mass of phaseolin-PP trimer anticipated from its primary structure shown in Fig. 1 and the masses of the attached glycan moieties [8] (126.6 kD) is in good accordance with the results of direct molecular mass de-terminations using gradient-pore gel electrophoresis (128 kD [1]).

Alterations of phaseolin primary structure generated by PP cannot overcome its insusceptibility to further cooperative proteolysis [1,3]. However, in accordance with the first suggestion (see above), phaseolin beco-mes susceptible when summary PP- and LP-induced limited proteolysis happens and the detached central region is extended (see Fig.1).

α 1 tslr⇓EE//SKFEEI NRVLF↓eeegqqeegqqegvivn↓idseqieels↓khaks↓ssrk↓shs⇓KQDN⇑TIGN 230 α 1 tslr⇓EE//SKFEEI↓nrvlf aeegqqe-----gvivn↓idseqieels↓khaks↓ssrk↓sls⇓KQDN⇑TIGN 224 β 1 tslr⇓EE//SKFEEI NRVLF↓eeegqqe-----gvivn↓idseqikels↓khaks↓ssrk↓sls⇓KQDN⇑TIGN 224 h3 J’ h4 A’ α 369 ALDGKDVLGLTFSGSGEEVMKLINKQSGSYFVDGHHHQQEQQK↓gshqqeqqkgrk↓gafvy 412 embCAA26718 α 363 ALDGKDVLGLTFSGSGEEVMKLINKQSGSYFVDGHHHQQEQQK↓gshqqeqqkgrk↓gafvy 406 embCAA36853 β 363 ALDGKDVLGLTFSGSGDEVMKLINKQSGSYFVDAHHHQQEQQK↓---------grk↓gafvy 397 pdb|2PHL h2 h3 J’

Fig.1. Primary structures of α- and β-subunits of phaseolin-PP (capitals). Low case letters, sequence regions cleaved off by PP. Limits of peptides identified by mass spectrometry

(lower case italics) are shown by arrows (↓). The cleavages generated by PP (⇓) and LP (⇑) were identified by N-terminal sequencing of respective polypeptide fragments [1,2]. Sequence numbering corresponds to mature phaseolin

subunits. Secondary structures of β-phaseolin (see also Fig.2) are underlined. Formation of several kinds of phaseolin-PP crystals was observed. The X-ray diffraction of the best

crystal (Fig.3) turned out too low to build phaseolin-PP model. However, it was found that the phaseolin-PP crystal belongs to space group different from those of crystals obtained for intact β-phaseolin homo-trimers [7]. A certain alteration of phaseolin 3 D structure can be supposed because of the removal of polypeptide region that forms strand J’ and the helix 4 of the N-terminal domain of phaseolin (Fig.1,2).



21

srk↓sls KQD HHQQEQQK↓grkgafvy

tslr EEEESQDNK

⇓

⇓

⇑

←

→

↓ ↓

h3

h3

h2J’

J’

A’

N

C

h4

Fig.2. Structure of phaseolin β-subunit pdb|2PHL [7] and polypeptide cleavages found here and previously [1,2]. N and C, N- and C-terminal domains, respectively. Secondary structures and cleavage points are shown in accordance

with Fig.1. The ribbon diagram generated with the Swiss-Pdb Viewer program (http://www.expasy.org/spdv/). Is supplemented with sequences of four disordered regions (N- and C-termini,

central region and C-domain EF loop. A B

Fig.3. Phaseolin-PP crystal (A) and X-ray diffraction picture (B). The crystal belongs to space group P6322 and contain one phaseolin-PP subunit per asymmetric unit with the unit cell parameters a = b = 101.36 Å, c = 144.15 Å, the angle α = β = 90°, γ = 120°. The bar corresponds to 0.2 mm distance.

Discussion It cannot be excluded that the PP-induced limited proteolysis brings about a certain alteration of phaseolin

3 D structure. However, up to now there are no direct experimental proofs that the PP-induced limited pro-teolysis of phaseolin (native or phaseolin-LP) happens in vivo.

Comparable activities of PP and LP are present in cotyledons of P. vulgaris seedlings simultaneously [9]; both phaseolin-PP and phaseolin-LP are stable [1,3]. Nevertheless, only phaseolin-LP (rather than phaseolin-



22

PP) was found in vivo [2,5]. Thus, phaseolin-LP is the major (or even single) natural substrate of PP. When phaseolin-LP is attacked by PP in vitro, limited proteolysis occurs quickly enough to be exhausted long before complete unlimited degradation of the substrate [3]. Therefore, it was tempting to suggest that the product of the sequential limited proteolysis (phaseolin-LP→PP) is the only substrate of PP that can be degraded in vivo via a cooperative mechanism [5]. Meantime, no direct indications for the in vivo formation of phaseolin-LP→PP were found.

The following formal extremes might explain the observed difference between the in vitro and in vivo processes.

1. In contrast to the in vitro experiments, the PP-induced limited proteolysis of the native phaseolin and phaseolin-LP in vivo does not happen at all (or occurs slowly); phaseolin-LP is degraded rapidly by PP directly without observing any additional limited proteolysis. Different conformational states of both the native phaseolin and phaseolin-LP in vivo and in vitro can be speculated to explain their inaccessibility (or low sus-ceptibility) to PP-induced limited proteolysis. For instance, the in vitro disordered regions (N- and C-termini and the inter-domain region [7]) in situ might be ordered or masked and therefore stable. Remarkably, phaseolin-LP→PP is formed when seedling cotyledons are homogenized in the absence of cysteine proteinase inhibitors [5].

2. Formation of phaseolin-LP→PP is a limiting stage of the unlimited proteolysis in vivo as well as in vitro. In vivo the PP-induced limited proteolysis of phaseolin-LP does occur but essentially slower than that in vitro (see the above reasons). Thus, the rate of the unlimited proteolysis is relatively high, and only non-detectable remnants of phaseolin-LP→PP are present in seedling cotyledons.

The suggested susceptibility of phaseolin-LP→PP (rather than phaseolin-LP) to unlimited proteolysis can be tested for experimentally using a third enzyme as a structural probe. Pepsin is an excellent candidate for this purpose because the native phaseolin is almost completely inaccessible to its action (neither unlimited nor practically any limited proteolysis was observed [10].

References:

1. Rotari V.I., Senyuk V.I., Jivotovskaya A.V., Horstmann C., Vaintraub I.A. Proteinase A-like enzyme from germi-nated kidney bean seeds. Its action of phaseolin and vicilin // Physiol. Plantarum. - 1997. - Vol.100. - P.171-177.

2. Senyuk V., Rotari V., Becker C., Zakharov A., Horstmann C., Müntz K., Vaintraub I.. Does an asparaginyl-specific cysteine endopeptidase trigger phaseolin degradation in cotyledons of kidney bean seedlings? // Eur. J. Biochem. - 1998. - Vol.258. - P.546-558.

3. Zakharov A.D., Carchilan M., Stepurina T.G., Rotari V.I., Wilson K.A., Vaintraub. A comparative study of the role of the major proteinases in the degradation of storage proteins in germinating common bean (Phaseolus vulgaris L.) and soybean (Glycine max (L.) Merrill) seeds // J. Exp. Bot. - 2004. - Vol.55. - P.2241-2249.

4. Vaintraub I.A. Kinetics of co-operative proteolysis // Nahrung. - 1998. - Vol.42. - P.59-60. 5. Rudakova A., Rudakov S., Lapteva N., Morari D., Stepurina T., Rotari V., Kakhovskaya I., Wilson K., Fukuda T.,

Utsumi S., Shutov A. In vivo and in vitro limited proteolysis of phaseolin: facts, suggestions and problems // Studia Universitatis. Revista ştiintificǎ a Universitǎţii de Stat din Moldova. - 2007. - Nr.1. - P.101-111.

6. Schlesier B., Manteuffel R., Rudolph A., Jüttner G. A simple method for preparation of phaseolin // Biochem. Physiol. Pflanzen. - 1979. - Vol.179. - P.665-678.

7. Lawrence M.C., Izard T., Beuchat M., Blagrove R.J., Colman P.M. Structure of phaseolin in 2.2 Å resolution // J. Mol. Biol. - 1994. - Vol.238. - P.748-776.

8. Sturm A., Van Kuik J.A., Vliegenthart J.F.G., Chreespels M.J. Structure, position, and biosynthesis of the high man-nose and the complex oligosaccharide side chains of the bean storage protein phaseolin // J. Biol. Chem. -1987. - Vol.262. - P.13392-13403.

9. Stepurina T., Morari D., Vaintraub I. Schimbarea activitǎţii proteinazelor şi degradarea fazeolinei în seminţele în-colţite de fasole // Analele Ştiinţifice ale Univesitǎţii de Stat din Moldova. - 2006. - P.231-233.

10. Jivotovskaya A.V., Senyuk V.I., Rotari. V.I., Horstmann C., Vaintraub I.A. Proteolysis of phaseolin in relation to its structure // J. Agric. Food Chem. - 1996. - Vol.44. - P.3768-3772. Note: This work was supported by CRDF grant MOB1-2822 -CS-06.



23

ВНУТРИВИДОВОЙ ПОЛИХИМИЗМ Mentha spicata L.

Елена ПЕЛЯХ, Мария ПИСОВА, Василе ЧОБАНУ, Вера МАГАЛУ

НИЛ биохимии растений În lucrare sunt prezentate rezultatele studierii diferitelor forme spontane ale speciei de mentă M.spicata L. din diverse

zone geografice. După compoziţia chimică a uleiului, formele studiate au fost împarţite în trei grupe: mentolică, carvo-nică şi linalоolică. Diversitatea setului de terpenoizi poate fi explicată prin provenienţa hibridă a mentelor studiate.

In the course of our investigation of genus Mentha we have analyzed the essential oils of some widely growing

ecotypes of Mentha spicata L. collected in different geographical regions. The essential oils have showed a distinct chemical composition. Some of chemotypes with high mentol, carvon or linalool and linalilacetat content are out of interest; and they may be used in perfumery and for future hybridization.

Различные хемотипы мяты колосовой были собраны в дикорастущих популяциях как на территории

Молдовы, так и в других географических зонах. Растения выращивались на биологической станции Молдавского университета на протяжении ряда лет, изучались биологические особенности, морфоло-гические признаки, компонентный состав эфирного масла экотипов и хеморас указанного вида мяты. Привлечение дикорастущих форм мят в селекционный процесс является весьма перспективным, поскольку, по точному замечанию Н.И.Вавилова, селекция является эволюцией, направляемой волей человека. В этой связи несомненно важным является подбор исходного материала, гибридизация и отбор нужных генотипов.

По морфологическим признакам все экотипы M. spicata L. практически не различались и соответ-ствовали ботаническому описанию вида: листья мелкие ланцетовидные ярко-зеленые без антоциановой окраски, по краю пильчато-зубчатые. Цветки в густых мутовках, сближенных в колосовидные соцветия на концах ветвей, окраска венчика варьирует от светло-лиловой до темно-лиловой. Цветение всех изучаемых форм мяты приходится на конец июля – начало августа.

Для выявления потенциальных возможностей экотипов мяты колосовой изучались особенности вегетации, эфиромасличности, компонентного состава масла.

Для решения поставленной задачи эфирное масло получали по методу Гинзберга из растений, собранных на стадии массового цветения. Химическую характеристику проводили современными и классическими методами исследования терпеновых соединений, о которых сообщалось ранее [1] .

По данным физико-химического анализа были обнаружены значительные различия как по интен-сивности маслообразования, так и по компонентному составу эфирных масел между различными эко-типами мяты колосовой (табл. 1). Эфирные масла всех экотипов мяты колосовой были светло-желтыми и жидкими при комнатной температуре, различавшимися по органолептическим характеристикам.

Наиболее высокая эфиромасличность – у итальянского экотипа (2,5%), наиболее низкая (0,8%) – у двух молдавских форм. Особое внимание привлекает к себе компонентный состав эфирного масла экотипов. Все изученные нами формы мяты колосовой при однообразии морфологических признаков различаются между собой как составом терпеноидов, так и количественными соотношениями компо-нентов, т.е. являются хеморасами. (табл. 1)

Таблица 1 Физико-химическая характеристика эфирного масла экотипов Mentha spicata L.

Вид мяты Место произрастания Выход э.м. на

абс. сух. вес,% n20D α20

D λmax, nm Основной компонент, %

1 Молдова, Кишинев-1 2,0 1,4660 -18,0 - Линалоол 86,7 2 Молдова, Кишинев-2 1,2 1,4935 -52,5 235 Карвон 62,2 3 Молдова, Бахмут-1 1,5 1,4600 -20,0 - Ментол 23,0 Ментон 45,0 4 Молдова, Бахмут-2 0,8 1,4960 -15,0 260, 272, 280 Кетоокиси 37,4 5 Молдова, Бахмут-3 2,2 1,4952 -57,3 235 Карвон 70,2



24

6 Молдова, Хынчешты-1 0,8 1,4758 -82,5 260, 272, 282 Кетоокиси 76,0 7 Молдова, Хынчешты-2 1,5 1,4950 -55,5 235 Карвон 65,6 8 Молдова, Хынчешты-3 1,8 1,4600 -27,5 - Ментол 40,0, Ментон 28,5 9 Молдова, Трушены 1,3 1,4920 -45,0 235 Карвон 61,2

10 Молдова, Малые Милешты 1,4 1,4881 -46,1 235 Карвон 66,2

11 Молдова, Сынжерей 1,8 1,4650 -15,0 - Ментол 32,4, Ментон 29,8 12 Украина, Приднепровск 2,1 1,4610 +12,5 - Ментол 19,2, Ментон 41,3 13 Украина, Ержово 1,2 1,4927 -55,0 235 Карвон 48,5 14 Россия-1 1,1 1,4910 -41,5 235 Карвон 58,7 15 Россия-2 0,9 1,4970 +5,0 260, 272, 282 Кетоокиси 58,6 16 Италия 2,5 1,4648 -16,0 - Линалоол 48,7

Линалилацетат 42,5 По составу компонентов эфирного масла изученные виды мяты разделились на три основные группы.

Первая группа хеморас синтезирует в основном циклические монотерпеноиды с кислородной функцией при 3-ем атоме углерода р-ментанового цикла – ментол, ментон, пиперитон, кетоокиси (табл. 2). При этом наблюдается значительное варьирование количественных соотношений компонентов.

Таблица 2 Варьирование количественных соотношений компонентов эфирного масла

экотипов M.spicata L. (1 группа)

Экотип Компоненты, %

Хынчешты-1 Хынчешты-3 Бахмут-1 Бахмут-2 Сынжерей Приднепровск Россия-2

Монотерпены 2,5 2,8 3,5 5,4 8,5 1,2 7,2

Ментол 4,5 40,0 23,0 17,5 32,4 19,2 14,0

Ментилацетат 0,5 1,8 3,7 1,1 3,8 2,5 0,8

Ментон 3,7 28,5 45,0 20,0 29,8 41,3 2,6

Изоментон 4,5 3,7 4,5 3,2 1,4 18,2 0,9

Пиперитон 3,3 3,1 5,7 3,3 3,1 2,1 8,8

Окись пиперитона 58,8 0,4 3,2 6,1 5,5 0,7 14,9

Пиперитенон 2,7 3,5 0,7 2,3 0,5 0,3 0,8 Окись пиперитенона 17,2 3,0 2,8 31,3 2,3 3,1 43,7

Пулегон 0,05 6,7 3,3 0,08 3,5 0,1 1,7 Вторая группа хеморас накапливает в составе эфирного масла циклические монотерпеноиды с кис-

лородной функцией при 2-ом атоме углерода р-ментанового цикла – монотерпеноиды группы карвона. При этом количественные соотношения компонентов варьируют не так значительно, как в первой группе, и основным компонентом (более 50%) в составе эфирного масла является карвон (табл. 3).

Третья группа хеморас мяты колосовой синтезирует в основном кислородсодержащие терпеноиды ациклического строения – линалоол и линалилацетат в различных соотношениях, а также сопутствующие в небольших количествах гераниол, геранилацетат, нерол и другие. И хотя эти компоненты содержатся в составе эфирного масла в минорных количествах, они значительно улучшают его органолептическую оценку и делают эту группу хеморас весьма привлекательной для использованиея в качестве новых эфироносов [2].


25

Таблица 3 Варьирование компонентного состава терпеноидов экотипов M. Spicata L. (2 и 3 группы)

Экотип Компоненты, %

Монотерпены Линалоол Линалилацетат Гераниол Геранилацетат Карвон Дигидро-карвон

Италия 1,2 48,7 42,5 2,8 2,5 - - Кишинев-1 0,7 86,7 3,0 2,9 3,2 - - Кишинев-2 19,5 0,3 0,4 2,2 0,5 62,2 10,0 Хынчешты-2 17,0 0,9 0,2 0,7 1,1 65,6 3,5 Трушены 14,7 2,2 0,3 0,1 - 61,2 8,3 Бахмут-3 13,8 0,1 - - - 70,2 6,9 Малые Милешты 15,1 0,2 - - - 66,2 2,1 Ержово 11,7 0,1 - - - 48,5 21,7 Россия-1 9,5 0,8 1,4 1,7 0,5 58,7 5,3

Строго говоря, разделить вторую и третью группу хеморас можно лишь условно, т.к. ациклические

монотерпеноиды обнаруживаются и в эфирном масле карвонных хемотипов (табл. 3) Ранее Рейтсема [3] предложил схему, по которой эфирные масла мят разделяются на три основные

группы – тип мяты колосовой, мяты перечной и мяты лимонной в зависимости от синтеза терпеноидов с кислородной функцией при 2-ом или 3-ем атоме углерода р-ментанового цикла или ациклических компонентов. Полученные нами результаты по изучению хеморас мяты колосовой, мяты длиннолис-тной [2] и мяты полевой [1] подтверждают эту схему.

Легкость скрещивания мят в природе, общность ареалов распространения различных видов приз-водит к спонтанному появлению хеморас, обладающих морфологическими характеристиками вида, но с различным компонентным составом эфирного масла (рис.1).

0

10

20

30

40

50

60

Монотерпены

Ментол

Ментон

Пиперитон

Окись

пиперитона

Пиперитенон

Окись

пиперитенона

Линалоол

Линалилоацетат

Гераниол

Геранилацетат

Карвон

Первы

й экотип

Молдова

,Хы

нчеш

ть-1

Первы

й экотип

Украина

(Приднепровская)

Второй

и третий экотипы

Украина,

Ерж

ово

Второй

и третий экотипы

Италия

Рис.1. Разнообразие химического состава эфирного масла хеморас M.spicata L.

Линалилацетат



26

Подтверждение этому мы получили при изучении генеративных потомств от различных комбина-ций скрещивания и от самоопыления видов и гибридов мят, которые по морфологическим признакам соответствовали M. spicata L.(табл. 4)

Таблица 4 Характеристика эфирного масла сеянцев различного происхождения

Образец Происхождение Выход э. м., % n20

D α20D λmax, nm Основной

компонент,% К4 M.piperita L.,F 3 2,5 1,4918 -53,0 235 Карвон 63,9 К4 Мi-17 К4 х M .incana .Wild.,F1 2,6 1,4640 -18,4 - Линалоол 91,1 17Д-21 К4 Мi-17 x M arvensis L., F1 2,7 1,4922 -52,5 235 Карвон 66,1 17Д-62 К4 Мi-17 x M arvensis L., F1 3,0 1,4608 -19,0 - Линалоол 84,6 Лс 91 M. piperita L.х M. spicata L., F1 3,8 1,4586 -20,0 233 Ментол 64,6 Лс-103 M .piperita L.х M. spicata L., F1 2,2 1,4885 +12,5 252 Пулегон 44,1 Лс-103-22 M .piperita L.х M. spicata L., F2 3,4 1,4625 -20,0 - Линалоол 89,7 21-24 M. longifolia L.F2 2,1 1,4834 -5,5 260,272,282 Кетоокиси 51,7

Изученные нами экотипы мяты колосовой разнообразны по компонентному составу эфирного масла.

При этом в одной и той же экологической зоне произрастают как аналогичные, так и различные хемо-типы, которые возникают в результате гибридизации при сохранении морфологических признаков определенного вида. При контакте популяций разных видов образование межвидовых гибридов неиз-бежно. Гибриды обладают большей вегетативной подвижностью, устойчивостью к заболеваниям, адаптационным потенциалом, ввиду чего могут встречаться чаще в местах совместного произрас-тания, нежели исходные виды.

Разнообразие химических признаков экотипов видов мяты свидетельствует о сложных гетерозиготных генотипах исходных дикорастущих видов мяты и позволяет выделять из генеративных потомств пер-спективные сеянцы для дальнейшей селекции.

Почвенно-климатические условия Молдовы весьма благоприятны для возделывания эфиромасличных культур. Мята издавна являлась традиционной эфиромасличной культурой нашего региона, агротехника ее возделывания разработана, а полученные нами перспективные хеморасы и гибриды могут представ-лять интерес для расширения ассортимента эфиромасличных растений.

Литература:

1. Чобану В., Пелях Е., Писова М. Сравнительноле изучение хеморас Menta arvensis L. // Anale ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”, 2003, p.124-127.

2. Пелях Е., Писова М., Чобану В. О внутривидовом полихимизме M.longifolia (L.)Huds // Studia Universitatis: Revistă ştiinţifică a USM. Seria „Ştiinţe ale naturii”. - 2007. - Nr.1.

3. Reitsema R. A Biogenetic Arrangement of Mint Species // J.Amer.Pharm. Ass. 1956,VLVII, No4. 4. Shimizu S., Report for TEAK, Japan Toyama Univer., 2001.




27

EVALUAREA MODIFICĂRILOR PROPRIETĂŢILOR ADN-ULUI LA SPIRULINA

CULTIVATĂ ÎN PREZENŢA UNOR COMPUŞI COORDINTAIVI AI Cr(III)

Valentina BULIMAGA, Valeriu RUDIC*, Daniela CIUMAC*, Liliana ZOSIM, Tatiana CHIRIAC*, Alexei POPA LCŞ „Ficobiotehnologie” *Institutul de Microbiologie şi Biotehnologie al AŞM The Cr(III) coordinative compounds effect on spirulina DNA properties has been studied. The comparison of values

of temperature of DNA denaturation and the fractions separation of reassociated DNA on hydroxiapatite column have been carried out. The tested Cr(III) compounds didn’t modify the properties of spirulina DNA.

Introducere În ultimii ani, pentru tratarea diabetului zaharat de tip II se utilizează picolinatul de crom(III), deoarece

cromul are capacitatea de a ameliora starea bolnavilor, datorită interacţiunii între crom, insulină şi receptorii insulinei [14]. Însă, conform datelor din literatură, unele săruri ale Cr(III) afectează proprietăţile ADN-ului şi, ca rezultat, pot fi cancerigene [9].

Pentru substituirea unor astfel de compuşi chimici ca picolinatul de crom cu preparate inofensive pentru organismul uman în tratarea diabetului zaharat de tip II, cercetările din ultimii ani au fost direcţionate spre obţinerea pe cale biologică a unor preparate naturale ce conţin crom legat organic [2,4,17].

Este cunoscută capacitatea înaltă a cianobacteriei Spirulina platensis de biotransformare a metalelor din compuşi anorganici, inclusiv a Cr(III) în elemente legate prin chelatare cu compuşii organici din componenţa biomasei de spirulină [10,19]. Conform rezultatelor obţinute în urma cercetărilor efectuate la fracţionarea biomasei de spirulină cu conţinut de crom, conţinutul cel mai înalt de crom a fost determinat în fracţia pro-teinelor, reprezentând 88-98% din cromul total. În fracţia extracelulară au fost depistate până la 8,5% din cromul total, iar în cea lipofilică circa 3,5% [11]. Cercetările efectuate privind repartizarea cromului în frac-ţiile proteice obţinute din biomasa de spirulină, cultivată în prezenţa unor compuşi coordinativi ai Cr(III), au demonstrat că conţinutul maxim de crom se află în fracţiile de proteine alcalino- şi salinosolubile [3]. Conţi-nutul de crom în aceste fracţii a constituit 92,8 mg% şi 55,9 mg% Cr, pentru compusul [K2Cr2(SO4)4]·12H2O şi, respectiv, 128,6 mg% şi 70,4 mg% Cr pentru compusul K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O) [3].

Dat fiind faptul că compuşii coordinativi ai Cr(III) menţionaţi mai sus contribuie la acumularea cromului în biomasă, prezintă interes evaluarea caracterului influenţei acestor compuşi asupra activităţii biosintetice a cianobacteriei Spirulina platensis. În această ordine de idei, ne-am propus să cercetăm acţiunea acestor com-puşi coordinativi ai Cr(III) asupra procesului de denaturare şi renaturare a ADN-ului la Spirulina platensis. Schimbările semnificative ne-ar permite să stabilim dacă compuşii coordinativi utilizaţi pot cauza modificări în procesul de replicare a ADN-ului prin sinteza incorectă a noii catene de ADN, prin prezenţa unui conţinut sporit sau micşorat al procentajului bazelor GC [13]. Scopul lucrării a constituit evaluarea modificărilor pro-prietăţilor ADN-ului la spirulina cultivată în prezenţa unor compuşi coordinativi ai Cr(III).

Material şi metode Obiectul cercetărilor expuse a fost tulpina cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02, depozitată în

Colecţia Naţională de Microorganisme Nepatogene de pe lângă Institutul de Microbiologie şi Biotehnologie al AŞM.

Pentru cultivare s-a utilizat mediul nutritiv mineral modificat Gromov 16 [20]. Cultivarea s-a efectuat conform procedeului descris anterior [12]. În calitate de sursă de Cr(III) la

cultivarea cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02 au fost utilizaţi compuşii coordinativi ai Cr(III): [K2Cr2(SO4)4]·12H2O şi K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O, în concentraţie de 30 mg/l.

Izolarea şi extragerea ADN-ului. Extragerea acizilor nucleici din materialul experimental s-a efectuat cu utilizarea extragentului TrisHCl 133mM, Na2EDTA 6,7mM, NaCl 0,95M, sarcosil de Na 1,33%, β-mercapto-etanol 1,33%, pH = 7,8 în raport de 3:1, în modificarea noastră – cu distrugerea prealabilă a peretelui celular cu soluţia haotrofică (90,8% NaI şi 1,5% Na2SO3.) [12,15].

Denaturarea ADN-ului. Alicote de ADN au fost dizolvate în 2 ml tampon fosfat salin (20 mM NaH2PO4, 30 mM Na2HPO4, 100 mM NaCl). Cuvele au fost menţinute în baia de apă timp de 10 min., la temperatura



28

de 25oC pentru omogenizarea temperaturii în soluţie; a fost determinată densitatea optică a soluţiei la λ = 260 nm şi λ = 320 nm. Pentru cercetarea cineticii procesului de denaturare temperatura a fost ridicată la 70oC, unde cuvele au fost menţinute timp de 10 min. pentru omogenizarea temperaturii soluţiei analizate. S-a măsurat densitatea optică la lungimile de undă 260 nm şi 320 nm. Temperatura s-a ridică treptat, cu 2oC la fiecare 10 min., apoi s-a determinat densitatea optică la temperatura dată. Conform rezultatelor obţinute s-a alcătuit graficul efectului hipercromic.

Procentajul CG a fost determinat după formula: G+C %=(Tm-69,3) · 2,44,

unde 2,44 – unghiul de înclinare a curbei, care determină valoarea concretă a GC. Utilizând relaţia dată, s-a determinat compoziţia în nucleotide a soluţiei de ADN ce conţine de la 30 la

70% GC [5]. Conform acestei metode, putem determina nivelul de heterogenitate a ADN-lui după componenţă, con-

form relaţiei: 2σ = (Tm-30)·2,44 [18],

unde 2σ – nivelul de heterogenitate a ADN-ului, Tm – intervalul de temperatură determinat după curba denaturării.

Renaturarea ADN-ului. O alicotă de ADN (50µl) s-a dizolvat într-un ml de soluţie tampon fosfat de 0,12M şi încălzită până la temperatura de 90oC timp de 10 min., brusc răcită până la temperatura de 60oC. Apoi a fost introdusă în coloana cu o „cămaşă termică” cu hidroxilapatită – Ca10(PO4)6(OH)2, care leagă ADN-ul bicatenar. La eluarea fracţiilor unice şi mediu repetitive a fost utilizată soluţia tampon fosfat de 0,12M, fracţiile înalt repetitive au fost eluate cu soluţia tampon fosfat de 0,5M. Probele au fost colectate la un interval de 5 minute. S-a măsurat intensitatea de absorbire la λ = 260 nm şi la λ = 320 nm. În baza rezulta-telor a fost construit graficul dependenţei concentraţiei ADN renaturat de timp [1].

Rezultate şi discuţii Cercetarea procesului de denaturare şi renaturare a ADN-ului la spirulina cultivată în prezenţa compuşilor

cromului(III) – [K2Cr2(SO4)4]·12H2O şi K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O, care au dus la o maximă acumulare a cromului în biomasă [3], prezintă interes în vederea elucidării apariţiei posibilelor modificări genetice. Un indice important în determinarea schimbării componenţei nucleotidice a ADN-ului prezintă temperatura de topire (Tm) – temperatură la care creşterea absorbţiei constituie o jumătate din creşterea maximă şi se distruge jumătate din structura spiralei, deci are loc denaturarea moleculei de ADN.

Astfel, analizând temperatura de topire (Tm) a ADN-ului spirulinei cultivate pe mediul Gromov 16 şi pe mediul cu administrarea compuşilor menţionaţi mai sus, am observat o creştere liniară a valorilor tempera-turii, direct proporţională cu conţinutul de perechi de baze GC (Fig.1).

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

25 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91

Tm, C

C/C

o

1 2 3

Fig.1. Denaturarea termică a ADN-ului. 1 –Tm pentru ADN (spirulina cultivată pe mediul stadard); 2 – Tm pentru ADN (spirulina cultivată în prezenţa [K2Cr2(SO4)4]·12H2O); 3 – Tm pentru ADN (spirulina cultivată în prezenţa K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O).



29

Nucleotidele de tipul CG sunt mai stabile datorită prezenţei celor trei legături de hidrogen între bazele azotate menţionate. Deci, cu cât conţinutul în GC este mai mare, cu atât structura ADN-ului este mai stabilă şi necesită o cantitate mai mare de energie pentru a despiraliza catenele complementare [18,21]. Datele pre-zentate în Figura 1 demonstrează că spirulina cultivată pe diverse medii studiate posedă valori ale raportului C/Co (concentraţia ADN-ului denaturat/concentraţia ADN-ului nativ) ce diferă neesenţial – raport care re-flectă ponderea moleculelor de ADN monocatenar în soluţie. Din profilul curbei se constată că evoluţia para-metrului cercetat în funcţie de temperatură este similară pentru spirulina cultivată pe mediul Gromov 16 şi pe cele cu adaos de crom(III).

Reieşind din datele prezentate în Figura 1 a fost calculată temperatura de topire (Tm), care variază nesemnificativ în dependenţă de compoziţia mediului de cultivare. Temperatura de denaturare a ADN-ului la spirulina cultivată pe mediul lipsit de crom este de 87oC, iar în prezenţa [K2Cr2(SO4)4]·12H2O şi a K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O ea constituie 87,1 şi 87,2oC, respectiv.

Datele din Tabel confirmă faptul că genomul spirulinei nu suferă modificări în ceea ce priveşte conţinutul bazelor azotate, precum şi gradul de heterogenitate. Deci, putem concluziona că compuşii testaţi nu afectează procesul de sinteză a ADN-ului.

Tabel

Conţinutul de GC şi temperatura de topire a ADN-ului

Tipul mediului de cultivare Gromov 16

Cu administrarea [K2Cr2(SO4)4]·12H2O

(30mg/l)

Cu administrarea K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O

(30mg/l) Tm, (oC) 87,00±0,30 87,10±0,17 87,20±0,45

Conţinutul, CG% 43,20±0,27 43,40±0,13 43,70±0,39 Nivelul

heterogenităţii (2σ) 139,10±0,56 139,30±0,78 139,60±0,80

Cercetarea proceselor de denaturare şi renaturare a AND-ului la diverse genotipuri furnizează informaţii

asupra diferenţelor compoziţiei bazelor azotate ale ADN-ului în genom. Dependenţa directă dintre mărimea genomului determinată după cinetica de reasociere a secvenţelor unice şi conţinutul de ADN în genomul haploid, determinat cu ajutorul metodei chimice, confirmă faptul că ADN-ul unical constă din secvenţe indi-viduale, prezente în genom într-o singură copie [5]. Prezenţa secvenţei unice a AND-ului atestă că genomul de dimensiuni mai mari nu se formează prin multiplicarea numărului de exemplare de gene. Deosebirile în dimensiunile genomului se explică prin faptul că genomului cu un număr mai mare de perechi de nucleotide îi corespunde o varietate mare de secvenţe unice [18].

Viteza de reasociere a fracţiilor unice depinde de condiţiile experienţei. În condiţii dure (ex.: creşterea temperaturii, concentraţii înalte de săruri), secvenţele unice constituie o parte mai mare din genom decât în condiţii blânde. Acest fenomen poate fi rezultatul divergenţei evolutive a secvenţelor, eroarea recombinativă diminuează viteza renaturării, astfel încât reasocierea dintre secvenţele divergente se desfăşoară mai încet decât reasocierea catenelor combinate ale fiecărui exemplar [18].

În pofida faptului că Spirulina platensis este un organism procariot şi în arborele filogenetic ocupă o poziţie inferioară, în componenţa ADN-ului întâlnim prezenţa secvenţelor unice, mediu şi înalt repetitive (Fig.2).

Conform datelor din literatură [6,12], spirulina este lipsită de capacitatea de sinteză a toxinelor. Noi ne-am propus să stabilim dacă în prezenţa cromului nu pot fi activate genele ce răspund de asamblarea componente-lor ribozomale sintetizatoare de toxine. Cercetările au demonstrat că fracţiile unice sunt prezente indiferent de condiţiile de cultivare (Fig.2), deoarece reprezintă genele ce codifică proteine structurale şi sunt elemen-tele primordiale pentru procesele fiziologice ale tuturor organismelor [18]. Secvenţele mediu repetitive, care în mare parte participă la biosinteza histonelor, sunt identificate în cantităţi reduse la spirulină. Este cunoscut că procariotele sunt lipsite de histone [5], însă prezenţa acestor secvenţe în cazul spirulinei ar putea fi argumentată prin faptul că cianobacteriile sunt unicele procariote la care întâlnim primordiile histonelor – „histone-like protein” [7,8].



30

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60

Timp, min.

Con

cent

raţia

AD

N

1 2 3

Fig.2. Dinamica eluării fracţiilor reasociate de ADN la separare pe coloana de hidroxilapatită: 1 – ADN-ul la spirulina cultivată pe mediul Gromov 16; 2 – ADN-ul la spirulina cultivată în prezenţa [K2Cr2(SO4)4]·12H2O; 3 – ADN-ul la spirulina cultivată în prezenţa K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O.

În baza rezultatelor obţinute a fost atestat că valorile temperaturii de denaturare a ADN-ului la spirulina

cultivată pe mediul lipsit de crom şi în prezenţa unuia din compuşii coordinativi [K2Cr2(SO4)4]·12H2O sau K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O nu diferă semnificativ, ceea ce confirmă faptul că genomul spirulinei nu suferă modificări în ceea ce priveşte conţinutul bazelor azotate, precum şi gradul de heterogenitate.

Rezultatele cercetărilor efectuate asupra procesului de modificare a proprietăţilor ADN-ului la cianobac-teria Spirulina platensis cultivată în prezenţa unor compuşi coordinativi ai Cr(III) demonstrează că aceşti compuşi nu influenţează negativ procesul de replicare a ADN-lui, nu afectează complexitatea genetică, ne-modificând componenţa standardă a secvenţelor unice, mediu şi înalt repetitive.

Concluzii 1. S-a constatat că valorile temperaturii de denaturare a ADN-ului la spirulina cultivată în prezenţa unuia

din compuşii coordinativi [K2Cr2(SO4)4]·12H2O sau K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O nu diferă semnificativ de valoarea determinată pentru ADN-ul izolat din spirulina cultivată în condiţii standard, ceea ce demon-strează că nu este afectat genomul spirulinei.

2. S-a stabilit că la cromatografia pe coloana de hidroxilapatită timpul de eluţie a fragmentelor reasociate unice, mediu şi înalt repetitive de ADN, obţinut din biomasa de spirulină cultivată în prezenţa compuşilor coordinativi ai Cr (III) nu diferă de cel obţinut din biomasa de spirulină standard, ceea ce demonstrează că aceşti compuşi nu influenţează negativ procesul de replicare a ADN.

Referinţe:

1. Britten R., Kohne D. Repeated sequences in DNA // Sciences. - 1968. - Vol.161. - P.529-540. 2. Bulimaga V., Rudic V., Gulea A., Gudumac V., Dencicov L., Cordileanu C., Ciornea V., Chihai E., Cîrjev M.

Perspectiva utilizării unor compuşi coordinativi ai Cr(III) în biotehnologie // Analele Ştiinţifice ale USM. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău: CEP USM, 2003, p.156-159.

3. Ciumac D. Studiul repartizării cromului în fracţiile proteice din spirulină. Conferinţa Internaţională dedicată jubi-leului de 60 de ani ai Univesrităţii de Stat din Moldova. - Chişinău, 2006, p.215-216.

4. Ding W., Qian Q., Hou X., Feng W., Chen C., Chai Z., Zhang B., Wang K. A preliminary study of chromium distribution in chromium-rich brewer’s yeast cell by NAA // Biol. Trace Elem. Res. - 2002. - Vol.88. - No2. - P.193-199.

secvenţe înalt repetitive

secvenţe mediu repetitive secvenţe

unice



31

5. Gavrilă L. Genomica. Vol.II. - Bucureşti: Editura Enciclopedică, 2004. 6. Heddman M., Janvier M., Waterbury J., Rippka R., Stanier R., Mandel M. Dezoxyribonucleic acid base composition

of cyanobacteria // J. Gen. Microbiol. - 1979. - Vol.111. - P.63-71. 7. Hulton C., Higgins J., Sharp C., Eric P. Sequences: a novel family of repetitive elements in the genome of Esche-

richia coli, Salmonella typhimurium and other enterobacteria // Mol. Biol. - 1991. - Vol.58. - P.825-834. 8. Katayama T., Okamoto S., Narikawa R., Fujisawa T., Shuichi K., Itoh M., Ohmori M., Kanehisa M. Comprehen-

sive analysis of tandem repeat sequences in Cyanobacteria genome // Genome informatics. - 2002. - Vol.13. - P.400-401.

9. Norseth T. The carcinogenicity of chromium and its salts // Br. J. IND. Med. - 1983. - Vol.43. - P.649-651. 10. Li Z., Li Y., Guo S., Zhang S. Study of the factors of Cr(III) bioaccumulation on Spirulina platensis // Sheng Wu

Gong Cheng Xue Bao. - 2000. - Vol.16. - No1. - P.108-112. 11. Mazo G., Savvin S., Pronina N. Chemical specification of Zn, Cu and Cr in Spirulina platensis microalgae // ICP

Information Newsletter. - 2002. - Vol.27. - 138 p. 12. Rudic V. Aspecte noi ale biotehnologie moderne. - Chişinău: Ştiinţa, 1993. - 140 p. 13. Rudic V., Duca M., Ciumac D., Ţurcanu E. Polimorfismul genetic la diferite filumuri de alge // Buletinul Academiei

de Ştiinţe a Moldovei. Secţia „Ştiinţele vieţii”. - 2005. - Nr.2. - P.48-56. 14. Vincent J. The biochemistry of chromium // J. Nutr. - 2000. - Vol.130. - P.715-718. 15. Wu X., Zarka A., Boussiba S. A simplified protocol for preparing DNA from filamentous cyanobacteria // Plant

Molecular Biology. - 2000. - Vol.18. - P.385-392. 16. Yang Y., Ferro-Luzzi A. DNA-gyrase binds to the family of prokaryotic repetitive extragenic palindromic

sequences // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1988. - Vol.85. - P.8850-8854. 17. Zetic V., Stehlic-Tamas V., Grba S., Lutilsky L., Kozlek D. Chromium uptake by Saccharomyces cerevisiae and

isolation of glucose tolerance factor from yeast biomass // J. Biosci. - 2001. - Vol.26. - No2. - P.217-23. 18. Аиала Ф. Современная генетика. T.1. - Москва: Мир, 1988, с.260-265. 19. Белокобыльский А., Киркесали Е., Фронтасьева М., Павлов С., Аксенова Н. и др. Аккумуляция селена и

хрома клетками Spirulina platensis в динамике роста. - Дубна, 2002. - 7 с. 20. Громов Б., Титов Н. Коллекция культур водорослей Лаборатории микробиологии Института биологии

Ленинградского ун-та. Kультивирование коллекционных штаммов водорослей. - Ленинград, 1983, c.3-27. 21. Ленинджер Ю. Общая биохимия: Учебник для биологических и медицинских факультетов высших учебных

заведений. - Москва: Знание, 1986. - 362 с. Aducem mulţumiri şefului catedrei „Chimie Anorganică şi Fizică” Aurelian Gulea, membru corespondent al AŞM, şi cercetătorului ştiinţific V.Ciornea, laboratorul „Chimie Bioanorganică” pentru amabilitatea de a ne oferi pentru cercetare compusul coordinativ K2[Cr(NTA)(C2O4)(H2O)]·2H2O.




32

PARAMETRI MORFOLOGICI ŞI BIOCHIMICI

AI MICROALGEI VERZI DUNALIELLA SALINA LA CULTIVARE

PE MEDII MINERALE ŞI ORGANO-MINERALE

Cezara BIVOL

Catedra Biologie Vegetală The study of morphological and biochemical properties of green microalgae Dunaliella salina cultivated on the

mineral medium Ben-Amotz and on the medium on the base of the cultural liquid from Spirulina platensis produced are presented. The morphological properties of cells are identical. The amino acids content is different, in special, the essential amino acids decrease with 8,81% when D.salina on the organo-mineral medium is cultivated.

Introducere Microalgele şi cianobacteriile reprezintă importante surse de substanţe bioactive aplicate în medicină, far-

maceutică, cosmetologie, industria alimentară etc. Datorită avantajelor lor (dimensiuni mici, condiţii nepre-tenţioase de viaţă, accesibilatea extragerii substanţelor bioactive) ele au devenit obiecte-model ale biotehno-logiilor moderne. Utilizarea acestora în diverse domenii ale biotehnologiei şi industriei corespunde tendinţelor actuale de economisire a resurselor şi protejare a mediului ambiant [1,7].

De o atenţie sporită din partea cercetătorilor se bucură cianobacteria Spirulina platensis şi microalga verde Dunaliella salina – obiecte de studiu solicitate ale industriei microbiologice. Dunaliella salina este cunoscută datorită compoziţiei sale bogate în carotenoizi, în special β-caroten, care este un puternic antioxidant, şi în glicerol, component necesar membranelor biologice. Preparatele din dunaliela se utilizează în cosmetologia modernă pentru îngrijirea ţesutului epitelial şi în industria alimentară ca sursă de coloranţi naturali cu efecte benefice asupra stării generale de sănătate a organismului [5].

Un avantaj al dunalielei este şi posibilitatea cultivării microalgei pe medii cu un înalt grad de mineralizare. În acest context se efectuează cercetări de cultivare a microalgei Dunaliella salina pe lichid cultural al spiru-linei. Acest deşeu de producţie, rezultat la obţinerea biomasei de spirulină, este preţios atât din punctul de vedere al componenţei sale minerale, cât şi organice.

Astfel, scopul lucrării date este studiul unor particularităţi morfologice şi biochimice ale microalgei verzi Dunaliella salina la cultivare pe mediul mineral Ben-Amotz şi pe mediul organo-mineral preparat în baza lichidului cultural al spirulinei.

Material şi metode Ca obiect de studiu a servit tulpina microalgei Dunaliella salina TEOD. CNMN-AV-01 (Volvocales,

Chlorophyta) cultivată pe mediul mineral Ben-Amotz [3,4] şi pe mediul organo-mineral preparat în baza lichidului cultural al cianobacteriei Spirulina platensis (Nordst.) Geitl. CNMN-CB-02. Deoarece dunaliela este o algă halofilă, iar spirulina – una de apă dulce, lichidul cultural a fost completat cu NaCl în concentraţie de 100 g/l [2]. Celelalte exigenţe nutritive ale dunalielei rămân a fi satisfăcute de însuşi lichidul cultural al spirulinei, al cărei mediu are tangenţe comune.

Cultivarea s-a efectuat în retorte conice a câte 100 ml la temperatura de 23-25oC şi intensitatea luminii 4000 lucşi. Durata cultivării a fost de 10 zile [7] .

Studiul morfologic a fost efectuat prin metoda microscopiei fotonice pe preparate native în faza staţionară de cultivare. Dimensiunile celulelor de dunalielă au fost determinate cu ajutorul ocularului gradat micrometric.

Determinarea conţinutului de aminoacizi legaţi s-a realizat cu utilizarea analizatorului ,,AAA-339” al Firmei ,,Microtechna” (Cehia) şi a fost precedată de hidroliza acidă a oligopeptidelor şi proteinelor extrase prin metode de fracţionare a biomasei de dunalielă descrise şi cunoscute în [6] .

Rezultate şi discuţii Dunaliella salina este un organism unicelular. La microscopul optic celulele sunt verzi, periforme sau ovale,

solitare şi foarte mobile. Mobilitatea se datorează flagelilor dubli care, însă, nu pot fi vizualizaţi datorită grosimii lor foarte mici de 20-25 nm [1,10]. Analiza comparativă a aspectului şi a dimensiunilor celulelor de dunaliela


33

cultivată pe mediul mineral Ben-Amotz şi pe mediul organo-mineral preparat în baza lichidului cultural al spirulinei evidenţiază modificări nesemnificative. Aspectul extern al celulelor microalgei Dunaliella salina este prezentat în Figura 1. Forma şi mobilitatea celulelor nu se modifică.

a b Fig.1. Aspectul celulelor de Dunaliella salina cultivată pe mediul mineral Ben-Amotz (a)

şi pe mediul organo-mineral preparat din lichid cultural al spirulinei (b).

Variaţii ale dimensiunilor celulelor de dunaliela se întâlnesc frecvent în cadrul genului. Ele sunt condiţionate atât de modificări ale mediului de cultură, cât şi de modificări ale condiţiilor şi duratei de cultivare [1,10]. Studiind dimensiunile celulelor de dunaliela, prezentate în Tabel, observăm că atât lungimea, cât şi lăţimea lor corespunde dimensiunilor întâlnite în cadrul speciei [8]. Lungimea celulelor de dunaliela rămâne constantă, indiferent de mediul de cultură utilizat în procesul cercetărilor. Lăţimea celulelor variază, însă, puţin. Limitele de variaţie a lăţimii celulelor sunt mai reduse în cazul cultivării pe mediul organo-mineral şi se includ în limitele de variaţie a lăţimii celulelor de dunaliela cultivată pe mediul mineral Ben-Amotz. În cazul cercetărilor noastre studiul dimen-siunilor celulelor a fost efectuat pe culturi definitiv adaptate mediilor respective de cultivare, fapt care ne permite să afirmăm cu certitudine că rezultatele expuse sunt veridice şi ele rămân constante odată cu respectarea con-diţiilor de cultivare menţionate anterior.

Tabel Dimensiunile celulelor de D.salina cultivată pe mediul mineral şi organo-mineral

Mediul mineral Mediul organo-mineral Conform surselor bibliografice Lungimea, mkm 11,0-12,5 11,0-12,5 11,0-18,7 Lăţimea, mkm 5,5-6,0 5,0-6,0 4,4-6,7

Studiul conţinutului de aminoacizi, efectuat din componenţa proteinelor totale extrase preventiv din biomasa de dunaliela cultivată pe mediul mineral Ben-Amotz şi pe mediul organo-mineral preparat din lichid cultural al spirulinei suplimentat cu 100 g/l NaCl, este prezentat în Figura 2 pentru aminoacizii esenţiali şi în Figura 3 – pentru cei neesenţiali.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

Thr* Val* Met Ile Leu Phe Trp* Lys His Arg Σ AA**-aminoacizi imunoactivi

% d

in p

rote

ine

Ben-Amotz Lichid cultural

Fig.2. Conţinutul aminoacizilor esenţiali din componenţa proteinelor totale ale microalgei verzi Dunaliella salina.

Ben-Amotz Lichid-cultural



34

Analizând conţinutul aminoacizilor esenţiali ai dunalielei cultivate pe mediul mineral şi mediul organo-mineral s-a observat că noul mediu nutritiv preparat în baza lichidului cultural al spirulinei posedă o acţiune diversă asupra diferitelor tipuri de aminoacizi. Astfel, conţinutul de izoleucină, leucină, fenilalanină, triptofan şi arginină sporeşte în biomasa de dunalielă pe fonul micşorării conţinutului de treonină, valină, metionină, his-tidină şi lizină. Dintre acestea o valoare aplicativă mai mare o au aminoacizii imunoactivi, al căror conţinut total scade cu 8,81% (P>0,05) la cultivarea dunalielei pe mediul organo-mineral [9].

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Asp* Ser* Glu* Pro Gly Ala* Cys* Tyr Σ AA**-aminoacizi imunoactivi

% d

in p

rote

ine

Ben-Amotz Lichid cultura

Fig.3. Conţinutul aminoacizilor neesenţiali din componenţa

proteinelor totale ale microalgei verzi Dunaliella salina. Şi în cazul analizei conţinutului aminoacizilor neesenţiali în biomasa de dunaliela s-a observat că mediul

organo-mineral poate exercita acţiune negativă sau pozitivă în comparaţie cu mediul mineral Ben-Amotz. Cultivarea microalgei Dunaliella salina pe mediul preparat în baza lichidului cultural al spirulinei provoacă micşorarea conţinutului de acid aspartic, acid glutamic, prolină, glicină şi tirozină. El stimulează, însă, acu-mularea aminoacizilor serina şi alanina. Înlocuirea mediului de cultivare tradiţional nu influenţează conţin-utul aminoacidului cisteina, care a înregistrat valori asemănătoare indiferent de mediul nutritiv utilizat. Deşi numeric conţinutul aminoacizilor neesenţiali se micşorează în procesul utilizării mediului organo-mineral în comparaţie cu mediul Ben-Amotz, suma aminoacizilor imunoactivi ai acestei grupe scade nesemnificativ. Conţinutul sumar al aminoacizilor neesenţiali constituie 5,27% (P>0,05) din conţinutul proteinelor totale ale dunalielei [9].

Astfel, deşi morfologic celulele de dunaliela cultivate pe mediul organo-mineral sunt echivalente cu cele cultivate pe mediul mineral Ben-Amotz şi dimensiunile lor rămân neschimbate, conţinutul de aminoacizi pre-zintă un tablou foarte variat, aminoacizii esenţiali imunoactivi micşorându-se cu 8,81%. Cercetările prezente confirmă rezultatele studiilor biochimice anterioare efectuate asupra microalgei verzi Dunaliella salina cultivate pe mediul organo-mineral. Micşorarea conţinutului de aminoacizi este condiţionată de micşorarea conţinu-tului de proteine din biomasa dunalielei ca rezultat al insuficienţei ionilor de NO2

- şi SO42- ai lichidului cultural

al spirulinei. Cercetările ulterioare prevăd suplimentarea lichidului cultural cu ionii deficitari în scopul trans-formării lui într-un mediu de cultivare definitivat.

Concluzii

1. Aspectul morfologic al celulelor de Dunaliella salina rămâne neschimbat la cultivarea pe mediul organo-mineral preparat în baza lichidului cultural al spirulinei.

2. Celulele de dunaliela crescută pe mediul organo-mineral au 11,0-12,5 mkm lungime şi 5,0-6,0 mkm lăţime. Aceste dimensiuni rămân practic neschimbate în comparaţie cu dimensiunile celulelor dunalielei cultivate pe mediul mineral Ben-Amotz şi sunt cuprinse în limitele dimensiunilor speciei întâlnite în natură.

Ben-Amotz Lichid-cultural


35

3. Conţinutul de aminoacizi esenţiali imunoactivi este mai mic cu 8,81% la cultivarea dunalielei pe mediul organo-mineral, în comparaţie cu conţinutul acestor aminoacizi în biomasa dunalielei cultivate pe mediul mineral Ben-Amotz. Suma aminoacizilor imunoactivi neesenţiali rămâne practic neschimbată (5,27% din conţinutul proteinelor totale ale dunalielei) şi înregistrează valori asemănătoare atât la cultivarea microalgei Dunaliella salina pe mediul mineral, cât şi pe cel organo-mineral. Referinţe:

1. Aharon O. A hundred years of Dunaliella research: 1905-2005 // Saline Systems. - 2005 1:2. - 10.1186/1746-1448-1-2. 2. Bivol C. Aspecte biotehnologice de reutilizare a mediului de cultivare Zarrouk // International Conference of Young

Researchers. Scientific Abstracts, IV Edition. - 2006. -P.69. 3. Ben-Amotz A., Avron M. The biotechnology of cultivating the halotolerant algae Dunaliella salina // Trends

Biotechnology. - 1990. - Vol.8. - P.121-126. 4. Ficobiotehnologie – cercetări fundamentale şi realizări practice. - Chişinău: Elena-V.I., 2007, p.284-296. 5. Murthy Chidambara K.N., Vanitha A., Rajesha I., Swamy Mahadeva M., Sowmya P.R., Ravishankar A.G. In vivo

antioxidant activity of carotenoids from Dunaliella salina – a green microalga // Life Sciences. - 2005. - Vol.76. Issue 12. - P.1381-1390.

6. Reva V., Ciobanu V., Mueller-Uri F. Strategia izolării şi purificării proteinelor. - Chişinău: USM, 2001. - 184 p. 7. Rudic V. Aspecte noi ale biotehnologiei moderne. - Chişinău: Ştiinţa, 1993, p.12-76. 8. Rudic V., Gudumac V., Bulimaga V., Dencicov L., Ghelget V., Chiriac T. Metode de investigaţie în ficobiotehnologie.

- Chişinău: CE USM, 2002, p.19-36. 9. Максимов В. Многофакторный эксперимент в биологии. - Москва: МГУ, 1980. - 280 с. 10. Масюк Н.П. Морфология, систематика, экология, география, распространение рода Dunaliella TEOD. - Киев:

Наукова думка, 1973. - 227 c.




36

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ КООРДИНАЦИОННЫХ

СОЕДИНЕНИЙ MN(II), ZN(II) ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ

ЦИАНОБАКТЕРИИ Spirulina platensis, ОБОГАЩЕННОЙ ФЕРМЕНТОМ

СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗОЙ (SOD)

Надежда ЕФРЕМОВА

НИЛ фикобиотехнологии A fost determinată influenţa unor compuşi coordinativi ai Mn(II) şi Zn(II) asupra acumulării în biomasa cianobacteriei

Spirulina platensis a enzimei superoxiddismutaza (SOD). A fost stabilită o activitate înaltă a enzimei SOD în prezenţa unor compuşi coordinativi ai Mn(II) şi Zn(II).

The influence of some coordinative compounds of Mn(II) and Zn(II) on the enzyme superoxiddismutase accumulation

in cyanobacteria Spirulina platensis biomass was determined. High activity of SOD in spirulina biomass in the presence of some coordinative compounds of Mn(II) and Zn(II) has been established.

Введение Цианобактерия Spirulina platensis представляет интерес для исследователей не только как источник

ценных биологически активных веществ, в том числе и веществ с антиоксидантными свойствами [1]. В биомассе спирулины содержатся такие антиоксиданты как, каротиноиды (β-каротин), фикобилипро-теины (фикоцианин), полиненасыщенные жирные кислоты (γ-линоленовая кислота), токоферол, фер-менты (каталаза, глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза) и др. [2].

SOD является одним из основных компонентов защитной системы клетки в случае воздействия окислительного стресса, так как катализирует реакцию дисмутации двух супероксиданионов (О2

) в пероксид водорода и молекулярный кислород [3].

2О2 + 2Н+→Н2О2+ О2.

Применение антиоксидантной терапии с использованием данного энзима эффективно для нейтра-лизации отрицательного воздействия свободных радикалов в организме человека, а также при раз-личных патологических процессах [4]. Исследования, осуществленные сотрудниками лаборатории, выявили возможность использования некоторых металлокомплексов Fe(III) в качестве стимуляторов направленного синтеза SOD в биомассе цианобактерии Spirulina platensis [5,6].

Представляется перспективным и использование координационных соединений других металлов, таких как Mn(II) и Zn(II), в качестве регуляторов активности SOD у цианобактерии Spirulina platensis, так как известно, что данные элементы включаются в структуру многих ферментов и антиоксидантных комплексов. Так, марганец входит в состав активного центра супероксиддисмутазы (Mn–SOD) [7]. Цинк играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в клетке, входит в состав карбоангидразы, пероксидазы, оксидазы, полифенолоксидазы и других важных ферментов клетки [8].

Целью работы явилось исследование влияния некоторых координационных соединений этих металлов для обогащения биомассы цианобактерии Spirulina platensis ферментом супероксиддисмутазой (SOD).

Материалы и методы Объектом исследования является культура цианобактерии Spirulina platensis CNM-CB-02, храня-

щаяся в Национальной коллекции микроорганизмов Института микробиологии и биотехнологии АН Молдовы. Для культивирования была использована питательная среда Zarouk с определенным соот-ношением макро- и микроэлементов для нормального роста и развития культуры [1].

Культивирование проводилось в колбах Эрленмейера с объемом суспензии спирулины в пита-тельной среде 100 мл в течение 144 часов при температуре 30оC. На третий день культивирования к


37

суспензии спирулины добавляли одно из координационных соединений Mn(II), Zn(II) в концентрациях 10, 20, 30, 40, 50 мг/л:

[Mn(COO(CH2)4 COO)2·H2O], [Mn(COO(CH2)4COO)2(C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O, [Mn(COOCH(OH)2COO)2·H2O], [Mn(COOCH(OH)2COO)(C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O, [Mn(COO(CHOHCH2)COO)2(C3N2H4)2]·4H2O, [Zn(COO(CH2)4COO)2·H2O], [Zn(COO(CH2)4COO)2(C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O, [Zn(COOCH(OH)2COO)2·H2O].

Координационные соединения Mn(II) и Zn(II) содержали в качестве лиганда адипиновую кислоту (Mn1 и Zn1), адипиновую кислоту и имидазол (Mn1.1 и Zn1.1), винную кислоту (Mn2 и Zn3), винную кислоту и имидазол (Mn2.2) и яблочную кислоту и имидазол (Mn3.3).

Определение активности супероксиддисмутазы осуществлялось согласно методу Winterbourn [9]. Активность SOD выражалась в условных единицах активности. Условные единицы активности SOD – это количество энзима, необходимое для ингибирования на 50% реакции восстановления TNB.

Результаты и обсуждение В данной работе в качестве регуляторов активности супероксиддисмутазы в биомассе спирулины

были использованы комплексные соединения марганца. Для реализации этой цели был проведен скрининг пяти комплексных соединений Mn(II) для выявления комплекса, максимально увеличивающего активность супероксиддисмутазы.

На рисунке 1 представлен сравнительный анализ изменения активности SOD в биомассе спирулины, культивируемой в присутствии пяти комплексных соеднений Mn(II),содержащих в качестве лигандов двукарбоксильные кислоты и имидазол в различных концентрациях.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Mn1 Mn1.1 Mn2 Mn2.2 Mn3.3

Актив

ность

SOD

,у.е

10 мг/л20 мг/л30 мг/л40 мг/л0 мг/л

Рис.1. Сравнительный анализ влияния некоторых комплексных соединений Mn(II)

на активность фермента SOD в биомассе цианобактерии Spirulina platensis.

Проведенные нами исследования показали, что добавление комплексных соединений марганца, а также других металлов, на первый и второй день культивирования спирулины не оказывало значительного стимулирующего эффекта на активность супероксиддисмутазы. Оптимальным явилось внесение в куль-туральную среду спирулины данных комплексных соединений на третий день культивирования. Заметно, что с увеличением концентрации комплексных соединений в пределах 10-30 мг/л происходит повышение активности фермента супероксиддисмутазы. Максимальные значения активности фермента для всех использованных соединений Mn(II) были достигнуты при добавлении в культивируемую среду веществ в концентрации 20 мг/л, исключение составило соединение Mn2 [Mn(COOCH(OH)2COO)2·H2O].

Mn1 Mn1.1 Mn2 Mn2.2 Mn3.3 Zn1 Zn1.1 Zn3



38

Значительное повышение активности SOD было отмечено при добавлении в культивируемую среду комплексного соединения Mn2.2 [Mn(COOCH(OH)2COO)(C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O в концентрации 20 мг/л, что привело к увеличению активности SOD в 2,52 раза по сравнению с контролем. Различный эффект, оказываемый данными соединениями на активность SOD, можно объяснить различной при-родой лигандов [8]. Так, комплексное соединение Mn2.2 в качестве лигандов содержало винную кислоту и имидазол. Известно, что винная кислота способна окислять мембранные липиды, вызывая т.о. уси-ление окислительного стресса [10]. Вследствие окислительного стресса и повышенного образования свободных радикалов возрастает активность супероксиддисмутазы [11].

Увеличению активности SOD способствует и другой лиганд – имидазол, непосредственно участвую-щий в биосинтезе незаменимой аминокислоты гистидина. Известно, что гистидин входит в состав активного центра Fe/Mn-SOD [7]. Результаты исследования влияния соединений цинка на активность SOD в биомассе спирулины, культивируемой в присутствии различных концентраций комплексных соединений Zn(II), представлены на рис.2.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Zn1 Zn1.1 Zn3

Активн

ость

SO

D, у

.е

10 мг/л

20 мг/л

30 мг/л

40мг/л

0 мг/л

Рис.2. Сравнительный анализ влияния некоторых комплексных соединений Zn(II)

на активность фермента SOD в биомассе цианобактерии Spirulina platensis. Наибольший стимулирующий эффект на активность SOD (в 2,2 раза по сравнению с контролем)

оказало комплексное соединение цинка Zn1.1, содержащее в качестве лиганда адипиновую кислоту и имидазол. Имидазол участвует в биосинтезе незаменимой аминокислоты гистидина, которая входит в состав активного центра SOD, что и может способствовать увеличению активности данного энзима.

При сравнении эффектов, оказываемых координационными соединениями Mn(II) и Zn(II) с одина-ковыми лигандами на активность супероксиддисмутазы, было отмечено следующее:

1. При сравнении комплексных соединений Mn1 [Mn(COO(CH2)4COO)2·H2O] и Zn1 – [Zn(COO(CH2)4COO)2·H2O], содержащих в качестве лигандов адипиновую кислоту, было выявлено, что наибольший эффект на активность SOD оказывает соединение Mn1(20 мг/л), что способствует повышению активности в 2 раза по сравнению с контролем. При увеличении концентрации данного соединения активность энзима снижается постепенно, тогда как в случае такого же увеличения кон-центрации соединения Zn1 активность фермента резко снижается и в концентрации 40 мг/л становится ниже активности SOD в контрольной пробе.

2. Комплексы Mn1.1 [Mn(COO(CH2)4COO)2(C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O и Zn1.1 – [Zn(COO(CH2)4COO)2 (C3N2H4)2(H2O)2]·nH2O, содержащие в качестве лигандов адипиновую кислоту и имидазол, оказали равнозначный эффект на повышение активности SOD. Так, оба соединения, и Mn1.1 и Zn1.1 (20-30 мг/л), способствуют увеличению активности SOD в 1,7-2 раза по сравнению с контролем.

3. Среди комплексных соединений Mn2 [Mn(COOCH(OH)2COO)2·H2O] и Zn3 – [Zn(COOCH(OH)2 COO)2·H2O], содержащих в качестве лиганда винную кислоту, наибольший стимулирующий эффект на активность SOD (в 2,2 раза по сравнению с контролем) оказывает комплексное соединение Mn2(30 мг/л).


39

Выводы 1. Исследование влияния некоторых комплексных соединений марганца и цинка на активность SOD

в биомассе цианобактерии Spirulina platensis показало, что стимулирующий эффект данных сое-динений зависит как от концентрации, так и от природы металла и лигандов. Комплекс Mn2.2, содер-жащий в качестве лигандов винную кислоту и имидазол, а также комплекс Zn1.1 с лигандами ади-пиновая кислота и имидазол в оптимальных концентрациях 20 мг/л способствуют наибольшему возрастанию активности энзима, в 2,52 и 2,2 раза соответственно, по сравнению с контролем.

2. Комплексные соединения, содержащие в качестве одного из лигандов имидазол (предшественник гистидина), оказывают бóльший эффект на содержание SOD, чем комплексы, содержащие только двукарбоксильные органические кислоты, что связано с присутствием гистидина в активном цен-тре фермента. Литература:

1. Rudic V. Aspecte noi ale biotechnologiei moderne. - Chişinău: Ştiinţa, 1993, p.140. 2. Jetley U.K., Choudhary M., Fatma T., 2004. Evaluation of biochemical productivity cyanobacterium Spirulina

platensis-S5 under heavy metal. stress, Asian J. Chem. 16(3-4), p.1524-1528 3. Fridovich I., 1981. In superoxid radical and superoxide dismutase, Approach.New-York, e.a., p.250-272 4. Поберезкина Н.Б. Биологическая роль супероксиддисмутазы // Украинский биохимический журнал. - 1989. -

Т.61. - 2. - С.14-22. 5. Bulimaga V., Rudic V., Zosim L., Chiriac T.,Turtă C., Şova S., Prodius D., Melnic S., Mereacre V. Procedeu de

obţinere a biomasei de Spirulina platensis./Brevet de invenţie 3129 MD // BOPI. - 2006. - Nr.8. - Р.35. 6. Bulimaga Valentina, Rudic Valeriu, Zosim Liliana, Chiriac Tatiana, Turtă Constantin, Prodius Denis, Şova Sergiu,

Mereacre Valeriu. Procedeu de obţinere a biomasei de Spirulina platensis / Brevet de invenţie 3128 MD // BOPI. - 2006. - Nr.8.- Р.34.

7. Felisa Lauren Wolf, 2006. The role and evolution SOD in algae, Dissertation for degree of doctor of Phylosophy, New Brunswick, New Jersey, p.132.

8. Damien L. Callahan, Alan J.M.Baker, Anthony G.Wedd, 2005. Metal ion ligands in hyperaccumulating plants, Journal of Biological Inorganic Chemistry, 11(1), p.2-12.

9. Wynterbourn C.C., 1987, Archiv. Biochem. Biophys., p.209. 10. Sultan S., Fatma T., 1999. Phytotoxicity of heavy metals on Spirulina platensis, Phykos 38(1-2), p.87-92. 11. Ruth Grene Asher, N.Ertrurk, L.S. Heath. Role of superoxiddismutases (SOD) in controlling oxidative stress in

plants // Journal of Experimental Botany. - 2002. - Vol 53. - No372. - P.1331-1341.

Notă: Aduc sincere mulţumiri dlui Aurelian Gulea, prof. univ., dr. hab. şi dnei Liliana Popovschi, dr. în chimie, pentru asigurarea cu compuşi coordinativi, dnei Valentina Bulimaga, dr. în biologie, pentru sugestii, suport şi discuţii asupra acestui articol, WFS – pentru suport financiar.




40

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ

НА ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ШИРИНОЙ ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И ИХ МАССОЙ

Андрей БАБИЦКИЙ

Институт прикладной физики АН Молдовы Sunt prezentate rezultatele experienţelor de câmp cu scopul identificării interacţiunii nivelului de nutriţie minerală şi

a regimului de umiditate a solului asupra interconexiunii dintre lăţimea, masa şi mărimea bobului de grâu. Se relatează despre diminuarea masei seminţelor în urma majorării nivelului de umiditate.

The results of field experiences on influence of conditions of varying mineral nutrition and levels of soil humidity

on relationships between the wheat grain size and their weight are presented. The data obtained demonstrate the negative relationships between grain weight and levels of soil moisture which is more pronounced at the increasing level of soil humidity.

При создании высокопродуктивных сортов пшеницы возникает необходимость в отборе нужных

генотипов по ряду количественных признаков, являющихся слагаемыми интегрального признака про-дуктивность. Одним из таких элементарных признаков продуктивности является размер семян и их масса. Однако несмотря на повсеместное использование этих признаков при отборе на продуктивность, сама природа этих признаков малоизвестна. До сих пор не изучено, насколько представительны эти признаки и от чего они зависят. Традиционное обращение к показателю веса 1000 семян для оценки генотипов уже не может характеризовать такой сложнейший признак, как продуктивность пшеницы. Настоятельно необходимо разложить этот показатель на компоненты и вскрыть их вариацию и зави-симость от условий выращивания, что и являлось целью нашего исследования. Ранее подобное исследо-вание проводилось относительно содержания белка в разных фракциях зерен пшеницы [1].

Материалы и методы Опыты по влиянию различных доз внесения минеральных удобрений и их сочетаний и режимов

влажности почвы на взаимосвязь между размером семян и их массой были проведены на образцах яровой твердой пшеницы – Харьковская 46, выращенной в полевых условиях Одесской области. Норма высева – 5 млн. семян/га, глубина заделки – 4 см, ширина междурядьев – 15 см. Опыт состоял из 13 вариантов различных сочетаний минеральных удобрений, обозначенных номерами от 1 до 13 в следующем порядке: 1 – без удобрения; 2 – N30P30K30; 3 – N60P60K60; 4 – N90P90K90; 5 – N0P60K60; 6 – N30P60K60; 7 – N90P60K60; 8 – N60P60K0; 9 – N60P60K30; 10 – N60P60K90; 11 – N60P0K60; 12 – N60P30K60; 13 – N60P90K60 и, вносимых поздней осенью под зяблевую вспашку после парового предшественника. Растения выращивались при трех режимах влажности почвы: 1 – без полива (дефицит влаги); 2 – 80% от полной почвенной влагоемкости (ППВ) (оптимум почвенной влаги); 3 – 90% ППВ (избыток влаги).

Всего было 39 вариантов сочетаний уровней минерального питания и режимов влажности почвы. Каждый вариант засевался в 6-кратной повторности при рандомизированном размещении вариантов в пределах однородного уровня влажности почвы. Было засеяно 234 делянки по 18 квадратных метров каждая. Необходимый режим влажности почвы обеспечивался поливом водопроводной водой посредством передвижной дождевальной установки, навешенной на трактор ДТ - 54. Сбор урожая производился комбайном Сидмайстер.

Зерно с каждого варианта фракционировали на зерновых решетах с удлиненными ячейками и обозна-чали серединой интервала между ширинами ячеек проходного и задерживающего решет. Так, фракция 2,63 мм получалась при проходе зерна через ячейки решета шириной 2,75 мм и задержке на сите с шириной ячеек 2,5 мм. В каждой из выделенных фракций зерна определяли вес тысячи семян и строили графики взаимосвязи ширины выделенных семян с их массой. Полученные данные представлены на рис.1, из которого видно, что зерна пшеницы, полученные при выращивании растений в условиях дефицита влаги, имеют наибольшую массу, а при увеличении влажности почвы их масса уменьшается.


41

Это особенно четко просматривается на семенах крупных фракций 2,9 мм и 3,1 мм, что может свиде-тельствовать как об уменьшении плотности семян, так и о некотором укорочении зерновок в условиях достаточного влагоснабжения вегетирующих растений. Однако масса мелких семян почти не реагирует на условия влажности почвы. При этом в условиях дефицита влаги все кривые почти сливаются, что свидетельствует об отсутствии существенного влияния минерального питания на эту взаимосвязь. При возрастании уровня влажности почвы кривые расходятся, что свидетельствует об отзывчивости про-цесса накопления биомассы зерновок на уровни минерального питания. Если взять средние величины массы зерновок по каждому уровню влажности почвы, то четко просматривается уменьшение массы зерновок при возрастании уровня влажности почвы, особенно на крупных фракциях зерен. Исходя из этого можно предложить тест на определение условий выращивания растений по показателю массы наиболее крупных фракций зерен пшеницы.

Рис.1. Влияние влажности почвы и минерального питания на взаимосвязь между шириной зерен и их массой. На первых трех рисунках приведены взаимосвязи для каждого из 13 вариантов минерального питания при каждом из трех уровней влажности. рисунок справа представляет обобщенную зависимость по 13 вариантам

для трех режимов влажности почвы. По оси абсцисс – размер фракции зерна по ширине, по оси ординат – вес тысячи зерен, в граммах.



42

Рис.2. Отзывчивость отдельных фракций зерна пшеницы на условия минерального питания и влажности почвы по данным их массы. Представлена реакция пяти фракций зерна. На последнем рисунке справа

изображено обобщенное влияние влажности почвы на все варианты минерального питания внутри каждой фракции зерен. По оси абсцисс – режим влажности почвы, по оси ординат – вес тысячи зерен, в граммах.

Из приведенных рисунков можно видеть, как меняется масса каждой фракции зерен пшеницы в

зависимости от изменений условий минерального питания и режимов влажности почвы. Наиболее мелкие фракции почти не реагируют на режим влажности почвы, их реакция является скорее ответной на условия минерального питания и в ней затруднительно установить какие-либо закономерности. На более крупных фракциях уже просматривается преобладающее влияние влажности на вес тысячи семян; наиболее четко это выражено у самой крупной фракции зерна 3,1 мм.

Полученные данные свидетельствуют о том, что селекционная оценка генотипов по величине массы 1000 семян – это слишком общий критерий. Он не отражает сложных взаимодействий зерен между собой в общей популяционной выборке. Этот показатель отражает скорее степень очистки зерна от мелких и наиболее крупных фракций, поскольку он в большей степени зависит от способа фракцио-нирования зерна. Вскрыть более тонкие взаимодействия между зернами, а также реакцию на удобрения и режим влажности почвы, может только анализ зерна, разделенного на фракции.

Выводы 1. Установлена разнокачественность в отзывчивости зерна пшеницы на удобрения и режим влаж-

ности почвы в зависимости от размера зерен. Наименее отзывчивы мелкие фракции, в то время как наибольшую отзывчивость проявляют наиболее крупные фракции.

2. Между уровнем влажности почвы и массой распределенных по фракциям зерен пшеницы существует отрицательная взаимосвязь, степень которой усиливается с увеличением размера фракции зерен.

3. При оценке генотипов и их ответной реакции на агроэкологические условия выращивания пред-лагается применять не объединенную смесь зерен, как это практикуется, а разделенную на фракции посредством зерновых решет.

Литература: 1. Бабицкий А., Тома З. Влияние минерального питания и влажности почвы на взаимосвязь между урожаем зерна

пшеницы и содержанием в нем белка // Studia Universitatis: Revistă ştiinţifică a USM. Seria „Ştiinţe ale naturii”. - 2007. - Nr.1. - C.176-180.



43

НАКОПЛЕНИЕ СЕЛЕНА РАСТЕНИЯМИ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ МОЛДОВЫ

Марина КАПИТАЛЬЧУК

Институт генетики и физиологии растений АН Молдовы Pentru prima dată au fost obţinute rezultate ştiinţifice ce vizează teritoriul Republicii Moldova privind acumularea

biogenă a selenului de către culturile agricole, care se dezvoltă pe diferite categorii de sol în condiţii cu diverse componenţe ale microelementelor în soluri. A fost efectuată analiza comparativă a coeficienţilor de acumulare biogenă a selenului pentru diferite categorii de soluri şi diverse specii de culturi agricole.

The present paper discusses Se content in soil and plants on the territory of Republic of Moldova. It was established

that the geochemical conditions of the territory is favourable for Se accumulations in agricultural plants. Введение Общеизвестно, что селен является условно необходимым микроэлементом питания растений, однако

он участвует в метаболических процессах. Селениты (Se4+) и селенаты (Se6+) могут поступать в растения прямо из почвенных растворов, но при этом корни аккумулируют Se4+ не более, чем его содержание в наружном растворе, в то время как Se6+ аккумулируется значительно активнее и его концентрация в корне превышает содержание в наружном растворе [16].

Селен содержится в растениях главным образом в виде селенометионина органического селена, аналогичного аминоацидметионину. Селенометионин может быть встроен в структуру белков вместо метионина, относящегося к незаменимым аминокислотам, и служит в качестве средства для хранения селена в органах и тканях растений [14, 15]. В зерновых, являющихся главным источником селена в питании человека, основная часть этой аминокислоты содержится в зародыше [13].

При избыточном содержании в почве селен может быть токсичным для растений. При этом может наблюдаться не только распространение эндемических болезней растений, но и появление морфоло-гических изменений растений [7], вплоть до образования новых видов. Например, избыточное коли-чество селена сыграло, по-видимому, определенную роль в видообразовании астрагала [8]. Однако на основе изучения адсорбционной способности различных пищевых волокон было показано, что характер этой зависимости все же подтверждает отсутствие эссенциальности селена для растений [5].

Являясь условно необходимым микроэлементом питания растений, селен оказался жизненно важным элементом для человека и животных, прежде всего благодаря своим антиоксидантным свойствам [2].

Ранее были изучены особенности распределения селена в поверхностных и подземных водах, а также в различных типах почв на территории Молдовы [10, 11]. В настоящей работе обсуждаются предварительные результаты исследований накопления селена сельскохозяйственными растениями, произрастающими на различных почвах.

Материалы и методы Сбор растений проводился в местах отбора почвенных проб в соответствии со стандартными методи-

ками [7] на территории двух почвенных районов Молдовы: района типичных и карбонатных черноземов лесостепи юго-западной окраины Волыно-Подольской возвышенности и района обыкновенных и южных черноземов Южноприднестровской степной равнины.

Определение селена в почвенных образцах проводилось атомно-абсорбционным методом с помощью спектрофотометра, оснащенного проточно-инжекционной системой [1]. Содержание селена в растениях определялось флуорометрическим методом с использованием референс-стандартов [12]. Для зерновых культур (пшеницы и ячменя) содержание селена в надземной части растения и в зерне определялось отдельно.

Результаты и обсуждение Имеющиеся на сегодняшний день данные по накоплению селена кукурузой, пшеницей, ячменем,

подсолнечником и люцерной в условиях разных типов почв представлены в таблице 1. Основными факторами, определяющими аккумуляцию микроэлемента в растениях, является химическая форма этого элемента и уровень его содержания в почвах, поэтому указано также валовое содержание селена в



44

пахотном слое (0-40 см) в местах сбора растений. Однако содержание валовых форм селена в почвах дает лишь ориентировочное представление об их обеспеченности микроэлементом, так как растения могут использовать только ту его часть, которая находится в физиологически доступных подвижных формах. Представление о доле биодоступных форм селена от его валового содержания в почве дает приведенный в таблице 1 коэффициент биологического накопления (КБН), равный отношению коли-чества селена в растении к его общему содержанию в почве [6].

Таблица 1 Накопление селена сельскохозяйственными растениями

в условиях разных типов почв Молдовы

п/п Место взятия образцов

Se в почве, мкг/кг

Наименование растений Se в

растениях, мкг/кг

Коэфф. биолог.

накопления Черноземы карбонатные

1. Кукуруза (надземная часть) 90 0,254 2. Пшеница (надземная часть) 80 0,225 3.

с.Кузьмин, Каменский р-н

355

Зерно пшеницы 107 0,301 4. Ячмень (надземная часть) 102 0,378 5. Зерно ячменя 94 0,348 6. Кукуруза (надземная часть) 128 0,474 7.

с.Бутор, Григориопольский р-н

270

Подсолнечник(надземная часть) 111 0,411 Средние значения 312 102 0,342

Черноземы обыкновенные 8. Пшеница (надземная часть) 108 0,372 9. Зерно пшеницы 116 0,400

10.

с.Попенки, Рыбницкий р-н

290

Подсолнечник(надземная часть) 105 0,362 11. Пшеница (надземная часть) 121 0,356 12. Зерно пшеницы 143 0,420 13. Кукуруза (надземная часть) 89 0,262 14.

с.Гармацкое, Дубоссарский р-н

340

Подсолнечник(надземная часть) 117 0,344 15. г. Тирасполь 275 Люцерна 114 0,415 16. с.Парканы

Слободзейский р-н 315 Кукуруза (надземная часть) 109 0,346

Средние значения 305 114 0,364 Черноземы типичные

17. Подсолнечник(надземная часть) 143 0,447 18. Кукуруза (надземная часть) 90 0,281 19. Ячмень (надземная часть) 107 0,334 20.

с.Грушка

Каменский р-н

320

Зерно ячменя 157 0,491 Средние значения 320 124 0,388

Черноземы выщелоченные 21. Люцерна 166 0,626 22. Пшеница (надземная часть) 111 0,419 23.

с.Строенцы Рыбницкий р-н

265

Зерно пшеницы 78 0,294 Средние значения 265 118 0,446

Пойменная луговая слоистая почва 24. с.Чобручи

Слободзейский р-н 339 Кукуруза (надземная часть) 119 0,351

Средние значения 339 119 0,351

Из анализа представленной в таблице 1 выборки следует, что диапазон валового содержанием селена в почвах составляет от 265 до 355 мкг/кг, в то время как концентрация микроэлемента в надземной части растений находится в интервале 80 – 166 мкг/кг, а в зерне колеблется от 78 до 157 мкг/кг. При этом не наблюдается корреляции между содержанием общего селена в почвах и его концентрацией в растениях.

Известно, что содержание микроэлементов сильно зависит от гранулометрического состава почв, обнаруживая высокую степень корреляции между содержанием глинистых частиц и микроэлементов.


45

Как указывает В.П. Кирилюк [6], в почвах Молдовы наблюдается закономерное уменьшение содержания большинства микроэлементов в генетическом ряду черноземов от выщелоченного к обыкновенному и карбонатному, а внутри каждого подтипа – с облегчением гранулометрического состава. Относительно содержания общего селена в почвах такой закономерности не прослеживается, по крайней мере – в рамках рассматриваемой выборки. Но ранее нами было установлено аномально низкое содержание селена 100 мкг/кг для ареала именно карбонатного чернозема, где почвообразующими породами служили супеси и легкие суглинки. Аномально высокое содержание селена 1930 мкг/кг, наоборот, обнаружено в тяжелосуглинистом обыкновенном черноземе [11].

Исходя из среднего значения содержания селена в растениях, аккумулирующих его из различных почв, черноземы можно расположить в следующей последовательности: типичный (124) > выщелочен-ный (118) > обыкновенный (114) > карбонатный (102). Данная последовательность, видимо, отра-жает тенденцию изменения биодоступного селена в ряду черноземов и близка к указанной выше общей зависимости содержания микроэлементов от гранулометрических свойств почв.

Еще более убедительно подтверждает общую для Молдовы закономерность распределения биодо-ступных микроэлементов в генетическом ряду черноземов последовательность, построенная на основе средних значений КБН селена: выщелоченный (0,446) > типичный (0,388) > обыкновенный (0,364) > карбонатный (0,342). Эта последовательность означает, что в среднем содержание селена в растениях на выщелоченном черноземе составляет 44,6 % от концентрации микроэлемента в почве, понижаясь до 34,2% при переходе к карбонатному чернозему.

Отдельно отметим два случая накопления селена растениями в условиях экстремальных значений микроэлемента в почвах (данные не включены в табл.1). В первом случае, при дефицитном содержании селена 100 мкг/кг в супесчаном карбонатном черноземе, аккумуляция его растениями оказалась относительно высокой и составила для кукурузы 107 мкг/кг и для подсолнечника 104 мкг/кг, а значения КБН достигали 1,070 и 1,040 для кукурузы и подсолнечника соответственно.

Во втором случае, когда содержание селена в пахотном слое тяжелосуглинистого обыкновенного чернозема достигало аномально высокого значения 1483 мкг/кг, биоаккумуляция микроэлемента растениями возросла незначительно и составила для подсолнечника 114 мкг/кг (КБН = 0,077), клевера – 111 мкг/кг (КБН = 0,075), люцерны – 105 мкг/кг (КБН = 0,071). Таким образом, при самом высоком содержании валовых форм селена в почве, значения коэффициента биологического накопления селена оказались аномально низкими.

Приведенные примеры еще раз свидетельствуют о том, что накопление селена растениями зависит от конкретных геохимических условий. Высокое содержание валовых форм селена в почве является необходимым, но недостаточным условием, определяющим величину аккумуляции микроэлемента растениями. При низком содержании валовых форм селена, но в условиях рыхлых, хорошо аэрируемых почв возможна интенсивная биоаккумуляция микроэлемента, так как он присутствует в значительной мере в форме селенатов, которые хорошо растворимы и легко усваиваются растениями [3]. В значи-тельной мере накопление микроэлемента растениями может снижать присутствие в почвах элементов-антагонистов, каковыми для селена являются сера, фосфор, кадмий, медь, марганец и цинк [6].

При прочих равных условиях биогенная аккумуляция селена должна зависеть от вида растения. В таблице 2 обобщены результаты по содержанию селена и значению коэффициента биологического накопления для некоторых сельскохозяйственных растений на исследуемой территории.

Таблица 2 Содержание Se и значения КБН для сельскохозяйственных растений

Содержание Se, мкг/кг К Б Н Наименование растений диапазон значений среднее диапазон значений среднее

Кукуруза Пшеница: надземная часть зерно Ячмень: надземная часть зерно Подсолнечник Люцерна

89 – 128

80 – 121 78 – 143

102 – 107 94 – 157

104 – 143 105 – 166

104,6

105,0 111,0

104,5 125,5 115,6 128,5

0,254 – 0,474

0,225 – 0,419 0,294 – 0, 420

0,334 – 0,378 0,348 – 0,491 0,344 – 0,447 0,415 – 0,626

0,328

0,343 0,354

0,356 0,420 0,391 0,520



46

Анализ таблицы 2 показывает, что содержание селена в представленных сельскохозяйственных культурах изменяется в широком диапазоне в зависимости от конкретных геохимических условий. Средние значения концентрации селена в надземной части растений кукурузы, пшеницы и ячменя оказались очень близкими и составили около 105 мкг/кг. Как правило, содержание микроэлемента в зерне выше, чем в надземной части пшеницы и ячменя, что находит отражение в средних значениях концентрации селена. Однако в отдельных случаях стебли и листья растений аккумулируют селен намного больше, чем зерно (см. табл.1). В стеблях и листьях подсолнечника и люцерны концентрация селена существенно возрастает по сравнению с зерновыми культурами и в среднем достигает 115,6 для подсолнечника и 128,5 мкг/кг для люцерны.

По величине среднего значения КБН селена в надземной части сельскохозяйственных растений можно построить следующую последовательность: люцерна (0,520) > подсолнечник (0,391) > ячмень (0,356) > пшеница (0,343) > кукуруза (0,328). То есть в среднем наблюдается уменьшение биогенного накопления селена от люцерны к подсолнечнику и далее к ячменю, пшенице и кукурузе.

Выводы Содержание селена в сельскохозяйственных культурах изменяется в широких пределах от 78 до

166 мкг/кг в зависимости от конкретных геохимических условий, а коэффициент биологического накопления селена растениями составляет 0,225 – 0,626. При этом взаимосвязи между содержанием валовых форм селена в почвах и его аккумуляцией растениями не обнаружено.

Интенсивность биогенного накопления селена растениями уменьшается от чернозема выщелоченного к типичному и, далее, к обыкновенному и карбонатному.

В среднем наблюдается уменьшение биоаккумуляции селена в надземной части растений при переходе от люцерны к подсолнечнику затем к ячменю, пшенице и кукурузе.

Как правило, содержание микроэлемента в зерне ячменя и пшеницы выше, чем в стеблях и листьях растений, хотя в отдельных случаях наблюдается обратное соотношение концентрации селена.


1. Богдевич О.П., Измайлова Д.Н., Капитальчук М.В.и др. Оценка содержание селена в почвах Молдовы // Buletinul Institutului de Geofizica şi Geologie al A.S.M. - 2005. - Nr.1. - P.83-87.

2. Гмошинский И.В., Мазо В.К. Селен в питании: краткий обзор // Medicina Altera. - 1999. - 4. - С.18-22. 3. Голубкина Н.А. Содержание Se в пшеничной и ржаной муке России, стран СНГ и Балтии // Вопросы питания. -

1997. - 3. - С.17-20. 4. Голубкина Н.А. Прогнозирование уровня обеспеченности селеном населения России и Украины по содержанию

микроэлемента в зерне пшеницы // Экология моря. - 2000. - Вып.54. - С.57-68. 5. Голубкина Н.А., Щелкунов Л.Ф., Гинс В.К. Адсорбция селена пищевыми волокнами // Хранение и переработка

сельскохозяйственного сырья. - 1998. - 6. - С.34-35. 6. Кирилюк В.П. Микроэлементы в компонентах биосферы Молдовы.- Chişinău: Pontos, 2006. - 156 p. 7. Ковальский В.В., Гололобов А.Д. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растениях

и почвах. - Москва: Колос, 1969.- 272 с. 8. Лебедев С.И. Физиология растений. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Агропромиздат, 1988. - 544 с. 9. Сидельникова В.Д. Геохимия селена в биосфере // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии: Труды

биогеохимической лаборатории. - Москва: Наука, 1999, с.81-99. 10. Тома С., Капитальчук М., Капитальчук И. Содержание селена в некоторых природных компонентах на территории

Республики Молдова // Analele Ştiinţifice ale USM: Seria “Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău, 2006, p.348-352. 11. Тома С., Капитальчук М., Капитальчук И. Содержание селена в некоторых типах почв левобережных районов

Днестра // Ştiinţa agricolă. - 2006. - Nr.1. - P.11-16 12. Alfthan G. A micromethod for the determination of selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube

fluorimetry // Anal. Chim. Acta. - 1984. - V. 165. - P.187-194. 13. Ciapellano S., Testolin G., Allegrini M., Perrini M. Availability of selenium in dough and bisquits in comparison to

wheat meal // Ann. Nutr. Metab. - 1990. - Vol.34. - P.343-349. 14. Schrauser G.N. Commentary: Nutrition selenium supplements: Product types, quality, and safety // J. Am College

Nutr. - 2001. - V.20. - P.1-4. 15. Schrauser G.N. The nutritional significance, metabolism and toxicology of selenomethionine // Adv. Food Nutr.

Res. - 2003. - V.47. - P.73-112. 16. Ulrich J.M., Shrift A. Selenium absorbtion by excised Astragalus roots // Plant. Physiol. - 1968. - V.43. - P.14-20.




47

UTILIZAREA APELOR REZIDUALE DE LA COMPLEXELE ZOOTEHNICE

ÎN SCOPUL OBŢINERII BIOMASEI FURAJERE

Vasile ŞALARU, Victor ŞALARU

Catedra Ecologie, Botanică şi Silvicultură Dans cet article on présente les résultats de la culture d’une des espèces des plantes aquatiques (Lemna trisulca, L. minor

et Myriophyllum spicatum) dans le milieu nutritif, enrichi avec des résidus des complexes d’élevage des poules. On con-state que ces 3 espèces des plantes aquatiques supérieures élevées dans un milieu avec la concentration de jusqu’à 20-25%, ont une biomasse maximale dans les limites de 5-10%. Le dépassement de ces concentrations ne provoque pas le trépas des plantes mais retiens leur développement. Les expériences effectuées en condition de laboratoire et en bassins expéri-mentaux démontrent que toutes les plantes produisent une biomasse valeureuse qui est plus grande qu’en réservoirs naturels. La biomasse obtenue peut être utilisée en qualité de supplément nutritif pour les poules et d’engrais organiques pour faire augmenter la fertilité du sol; elle peut aussi être convertie en énergie thermique ou électrique.

În ultimele decenii o deosebită atenţie se acordă problemei privind utilizarea algelor şi a unor plante vas-

culare în scopul intensificării procesului de epurare a apelor reziduale de la complexele zootehnice. Interesul faţă de aceste ape se lămureşte prin faptul că, începând cu anii '60 ai secolului trecut, în cele mai multe ţări ale lumii creşterea vitelor a devenit o ramură industrială. Aceasta a creat o serie de dificultăţi în ce priveşte problema ocrotirii mediului ambiant. Numai în Republica Moldova în a doua jumătate a secolului XX au fost construite peste 200 complexe mari zootehnice şi ferme avicole. În dependenţă de numărul de animale zilnic de la un complex zootehnic se elimină de la 600 până la 3000 m3 de apă reziduală, în care se conţine o canti-tate mare de cele mai diverse substanţe organice, care manifestă o acţiune negativă asupra mediului ambiant, îndeosebi asupra calităţii apelor de suprafaţă, freatice şi a celor subterane.

Aceste ape însă pot fi utilizate în procesul de cultivare industrială a unor specii de alge şi plante superioare în scopul obţinerii biomasei, în primul rând a celei furajere. S-a constatat că algele şi plantele acvatice supe-rioare se dezvoltă intens pe toate tipurile de ape de la complexele zootehnice în concentraţii până la 15-25%. E de menţionat că compoziţia chimică a biomasei obţinute pe medii cu ape reziduale puţin se deosebeşte de cea crescută pe medii nutritive minerale, al căror sinecost este mult mai mare. Pe lângă faptul că în rezultatul cultivării obţinem biomasa, care este utilizată ca supliment în nutriţia păsărilor şi animalelor, algele contri-buie la epurarea apelor reziduale. Cultivarea microalgelor şi utilizarea lor în calitate de supliment în nutriţia animalelor este dificilă din cauza lipsei unei tehnologii eficiente de extragere a biomasei din mediul nutritiv. De aceea, mai convenabilă este cultivarea pe ape reziduale a unor specii de plante acvatice superioare care pot fi extrase din apă manual sau cu ajutorul unor utilaje care nu necesită folosirea energiei electrice [1-3]. În calitate de surse de cultivare se propun speciile de broscăriţă (Potamogeton perfoliatus, P. crispus, P. pectinatus), stuful (Phragmites australis), papura lată, papura îngustă (Typha latifolia, T. angustifolia), lintiţa (Lemna gibba, L. polyrrhiza, L. minor), varza de baltă (Piscia stratiotes), cosorul (Ceratophyllum demersum) etc. S-a constatat că în urma cultivării plantelor superioare acvatice în medii cu ape reziduale se obţine o biomasă vegetală extrem de preţioasă care poate fi utilizată în calitate de supliment în nutriţia animalelor sau în calitate de îngrăşământ organic în scopul sporirii fertilităţii solurilor degradate. Nu mai puţin interes pre-zintă metanizarea biomasei acestor plante în scopul obţinerii energiei termice şi electrice. În acelaşi rând, plantele acvatice asimilează din apele reziduale o cantitate mare de azot, fosfor, carbon, sulf şi alte elemente, contribuind la epurarea apelor poluate. Un deosebit interes prezintă speciile de Lemna care conţin în biomasă un procent înalt de proteine [4-6].

Experimental s-a demonstrat că în rezultatul cultivării unor aşa specii de plante ca Ceratophyllum demersum, Potamogeton perfoliatus, a unor specii de lintiţă în timp de 4-5 zile consumul biologic de oxigen (CBO) se reduce de 8-9 ori, iar concentraţia oxigenului dizolvat în apă sporeşte de la 0 până la 11,30 mg/l [7]. În acelaşi timp, concentraţia azotului amoniacal se reduce de la 6,0 până la 1,0 mg/l. Concentraţia nitraţilor se reduce de 15 ori. Autorii D.Abdulaev şi T.Madalieva constată că în urma cultivării lintiţei – Lemna minor şi L. gibba şi a unor specii de broscăriţă (Potamogeton) în timp de 24 de ore plantele asimilează până la 80% din fosforul total şi până la 65% azot. După cum relatează aceşti autori, intensitatea asimilării azotului, fos-



48

forului şi a altor elemente nutriente depinde de concentraţia lor în apă, de temperatură şi, nu în ultimul rând, de specia de plantă. Autorii V.Şalaru şi colaboratorii [8-12] au demonstrat că în timp de 9-10 zile plantele Lemna minor, L. trisulca, Ceratophyllum demersum împreună cu alga filamentoasă Hydrodictyon reticulatum asimilează din apele reziduale de la complexul de bovine până la 98,3% azot şi 99,8% fosfor. În acelaşi timp, consumul biologic de oxigen (CBO) se reduce până la 98,0-99,0%. Plantele acvatice superioare asimilează din apă şi o cantitate impunătoare de microelemente. Experimentele efectuate de autorii Abdulaev şi Mada-lieva cu speciile de broscăriţă demonstrează că în apele menajere ale oraşului Fergana la începutul experi-mentului oxigenul dizolvat în apă lipsea cu desăvârşire. Peste 48 ore concentraţia oxigenului în apă era de 9,7-9,9 mg/l. Peste 96 ore concentraţia oxigenului în vasele în care s-au introdus plantele acvatice a sporit până la 13,6-14,8 mg/l, pe când în vasele în care lipseau plantele concentraţia oxigenului nu depăşea 3,8-4,2 mg/l. Menţionăm că majoritatea lucrărilor numite aici, precum şi ale altor autori se referă, în special, la utilizarea microalgelor şi, episodic, a unor specii de plante superioare în procesul de epurare biologică a apelor mena-jere de la diferite oraşe sau întreprinderi industriale de producere a îngrăşămintelor minerale, de la uzinele siderurgice, de producere a fibrelor artificiale de caprolactam, de la fabricile de prelucrare a lânii, pielii, de producere a vopselelor etc. [13-16]. Doar lucrările specialiştilor din Laboratorul Algologie al USM conţin date referitoare la cultivarea unor specii de plante superioare în scopul intensificării proceselor de epurare a apelor reziduale de la complexele zootehnice. Însă, şi în aceste lucrări sunt expuse rezultatele utilizării în pro-cesul de cultivare a plantelor acvatice superioare în medii cu ape reziduale provenite numai de la complexele de bovine.

În privinţa cultivării plantelor superioare pe medii cu ape de la complexele avicole, date în literatură, după cum suntem informaţi, lipsesc sau poartă un caracter episodic. În legătură cu aceasta au fost efectuate o serie de experienţe în scopul evidenţierii posibilităţii de a utiliza apele reziduale de la complexele de găini în culti-varea speciilor de plante acvatice superioare (Lemna tresulca, Lemna minor şi Myriphyllum spicatum). Expe-rimentele au fost efectuate în laborator în vase cu volumul de 10 l şi în condiţii de câmp în cuve din scânduri acoperite cu peliculă de polietilen.

Au fost experimentate diferite concentraţii de ape reziduale de la complexele de găini, reieşind din conţi-nutul azotului şi fosforului. Pentru toate plantele antrenate în experienţe au fost aplicate aceleaşi concentraţii de ape reziduale.

Pentru experimente găinaţul se colecta nemijlocit în încăperea unde creşteau găinile. După câteva zile de păstrare în frigider găinaţul se amesteca cu apă în proporţii de 1:10.

În laborator se turna în vase de 5 litri, se punea în frigider pentru 4-5 zile şi peste fiecare 3-4 ore în timpul zilei se agita manual. Dupa 4-5 zile lichidul de deasupra sedimentului se strecura prin 2-3 straturi de tifon pentru înlăturarea maximal posibilă a particulelor solide. Pregătit în asemenea mod, mustul obţinut din găinaţ de găină era utilizat în experienţe în următoarele concentraţii: 1; 5; 10; 15; 20%. Condiţiile de temperatură şi lumină pentru toate speciile au fost aceleaşi: 22-24oC şi 10-12 mii lux.

Creşterea biomasei plantelor se verifica prin cântărirea peste fiecare 5 zile de la începutul experimentelor. Durata în timp pentru realizarea experimentelor – 30 zile pentru toate speciile de plante. Compoziţia chimi-că iniţială a mustului utilizat în calitate de mediu nutritiv a fost următoarea: pH – 7,4; N total – 1328 mg/l; N-NH3 – 943 mg/l; N-NO3 – 103 mg/l; P2O5 – 380 mg/l; K2 – 1032 mg/l; CCO – 1270 mg/l şi reziduu – 750 mg/l. Pentru experimente s-a utilizat apa din bazinul de unde au fost colectate plantele. Drept martor a servit varianta cu apă din bazinul natural, de unde a fost colectată specia dată.

Menţionăm că toate aceste trei specii de plante superioare sintetizează o biomasă bogată în proteine, glu-cide, vitamine şi este intens utilizată ca sursă nutritivă de cele mai variate specii de păsări şi mamifere acva-tice care populează diverse ecosisteme acvatice.

Cultivarea speciei Lemna trisulca L. Lemna trisulca, sau lintiţa trinervată, este una dintre cele mai răs-pândite specii ale genului dat. Se reproduce în temei vegetativ prin muguri sau frondoni. În rezultatul împle-ticirii rădăcinilor formează colonii din 25-50 frondoni (frunzişoare) . Începe dezvoltarea primăvara, când se fixează de substrat cu ajutorul rădăcinilor. Pe măsura dezvoltării formează un strat de 10-20 cm. Către acest timp rădăcinile, cu care se fixează de mâl, putrezesc şi toată această masă se ridică la suprafaţa apei. În natu-ră se întâlneşte în bazinele stagnante, preferă zonele bazinelor concrescute cu plante vasculare semidemerse (Typha, Phagmites, Schoenoplectus etc.), unde adâncimea nu depăşeşte 0,5-2,0 m. Populaţiile acestei specii sunt caracteristice pentru bazinele cu apă şi depunerile de pe fund bogate în substanţe organice.



49

În bazinele artificiale Lemna trisulca L. mai frecvent se dezvoltă pe depunerile minerale cu o productivi-tate mai sporită în locurile bogate în săruri de calciu şi sărace în săruri de magneziu. Dacă în depunerile sedi-mentale sau în apa bazinelor se conţine o cantitate mare de săruri de magneziu, lintiţa trinervată lipseşte total-mente. În schimb, se dezvoltă intens în bazinele în care mineralizarea apei este în limitele de 3500-4000 mg/l. În timpul dezvoltării exagerate formează un strat la suprafaţa apei de 15-20 cm; în asemenea cazuri, dezvol-tarea altor specii de plante acvatice este imposibilă. Deseori se întâlneşte în sâmbrie cu Lemna gibba sau Spirodella polyrrhiza, care de asemenea se referă la fam. Lemnaceae. Este o specie care adesea se întâlneşte în canalele de drenaj al câmpurilor de cultivare a orezului, în sistemele de irigare distribuite în apropierea fermelor de ovine şi avicole sau în apropierea câmpurilor de filtraţie a fabricilor de zahăr.

În Cehia a apărut şi se dezvoltă intens în bazinele acvatice în care îşi fac cuiburile pescăruşii, care contri-buie la îmbogăţirea apei cu substanţe organice de origine avicolă. În condiţii naturale productivitatea plantei oscilează între 110 şi 320 gr/m2 masă absolut uscată. În privinţa compoziţiei chimice a biomasei, este o plantă foarte valoroasă. Biomasa ei conţine: proteine – 30,6% din masa uscată, lipide – 2,7%, polizaharide – 10,8%, substanţe extractive fără de azot – 24%, cenuşă – 22,1%, caroten – 15,3 gr/kg masă verde. În compoziţia chi-mică a biomasei se conţine o serie de microelemente: Mn – 0,06%, P – 6,8%, Cu – 1,9%, Ni – 0,79%, Zn – 32% din masa absolut uscată. După cum reiese din compoziţia chimică a biomasei, Lemna trisulca prezintă o sursă nutritivă preţioasă pentru păsări. Această premisă ne-a şi afirmat în decizia de a selecta specia L. trisulca în scopul cultivării pe medii cu dejecţii de la complexele avicole, deoarece, după cum am menţionat mai sus, în Cehia se dezvoltă intens în bazinele din apropierea complexelor avicole. Experimentele cu cultivarea lintiţei (L. trisulca) au fost efectuate cu utilizarea diferitelor concentraţii de apă reziduală de la complexele de găini. Concentraţia azotului a variat între 13,7 şi 247,0 mg/l, iar cea a fosforului – între 2,3-46,0 mg/l, ceea ce corespunde administrării în mediul nutritiv a 1, 5, 10, 15 şi 20% de apă reziduală. Cantitatea de inoculum a constituit 30 g/m2 BAU. Cultivarea s-a efectuat sub cerul liber în cuve din scândură cu suprafaţa 1 x 2 m şi adâncimea de 0,4 m. Cuvele în prealabil au fost căptuşite cu peliculă din polietilenă menită pentru ambala-rea produselor alimentare. Durata experimentelor a fost de 30 zile, de la 20 iulie până la 20 august 2006. Temperatura apei pe perioada experimentului a oscilat între 22 şi 24ºC. După cum se vede din Figura 1, Lemna trisulca creşte în toate variantele experimentului, însă cea mai favorabilă concentraţie a apelor rezi-duale este de 10%, unde conţinutul azotului total este de 131,4 mg/l şi a fosforului de 23, mg/l. Concentraţia apelor reziduale mai înaltă de 10% începe să reţină dezvoltarea plantei, iar în cea cu concentraţia de 20% planta se dezvoltă slab. În varianta cu 1% ape reziduale la a 6-a zi de cultivare biomasa lintiţei s-a mărit de două ori şi a constituit 63,5 g/m2. Peste 12 zile biomasa a depăşit 130 g/m2, sporind de 4 ori în comparaţie cu biomasa iniţială şi a continuat să crească, însă mult mai lent faţă de celelalte variante.

Fig.1. Dinamica dezvoltării speciei L.Trisulca pe medii cu diferite concentraţii de ape reziduale de la complexele de găini (20 iulie - 20 august 2006).

0

50

100 150

200 250

300 350

400

450

500

6 12 20 30 zile

5%

10%

20%



50

În a 20-a zi de cultivare biomasa lintiţei în varianta cu 13,7 mg N/l şi 2,3 mg P/l s-a mărit de două ori în comparaţie cu ziua a 12-a şi a constituit 280,0 g/m2,, iar în cea de-a 30-a zi biomasa a rămas la 291 g/m2. Dezvoltarea lintiţei în această variantă puţin se deosebeşte de dezvoltarea în condiţii naturale, unde biomasa ei nu depăşeşte 300-320 g/m2. În variantele, unde concentraţia azotului şi fosforului au fost mai înalte, planta s-a dezvoltat mult mai intens. În varianta cu concentraţia apelor reziduale de 5% biomasa lintiţei trinervată, după cum se vede din Figura 2, în cea de a 6-a zi puţin ce se deosebea de cea din varianta cu 1%. În ziua a 12-a de cultivare biomasa lintiţei a crescut evident în comparaţie cu primele zile, când planta se afla într-o perioadă de adaptare. În a 20-a zi de cultivare biomasa a depăşit 413 g/m2, ceea ce evident este mai sporită faţă de cea crescută în condiţii naturale. După a 20-a zi creşterea plantei în această variantă a început să se reţină. Iar în a 30-a zi biomasa lintiţei a început să scadă, constituind 409,1 g/m2. Dar şi în acest caz bio-masa L. trisulca este mai sporită ca în bazinele naturale. Micşorarea biomasei lintiţei se lămureşte prin epui-zarea sursei de elemente nutritive de bază (a azotului şi fosforului). Ca rezultat al acestui proces, o parte din masa verde începe să se descompună. Aceasta ar putea să se întâmple şi din cauza ridicării la suprafaţă a masei vegetative a plantei care formează un strat dens, ce ar împiedica pătrunderea razelor solare şi reducerea intensităţii procesului de fotosinteză la exemplarele din partea inferioară a stratului.

În varianta cu concentraţia de 10% de ape reziduale dezvoltarea lintiţei trinervate în primele 12 zile de cultivare a fost similară variantei cu concentraţia de 5%, biomasa constituind 237, 1 g/m2, depăşind-o doar cu 8 g/m2

. În cea de-a 20-a zi de cultivare biomasa lintiţei în varianta cu concentraţia de 10% ape reziduale a depăşit 433,2 g/m2, iar în cea de-a 30-a zi s-a redus cu 13g/m2 (a se vedea Tabelul).

În varianta cu concentraţia de 15% de ape reziduale dezvoltarea lintiţei pe tot parcursul experimentelor a fost mai redusă ca în celelalte concentraţii, însă în cea de-a 20-a şi 30-a zi şi în această variantă biomasa a fost mai înaltă decât se observă în condiţiile naturale. Şi numai în concentraţia de 20% ape reziduale planta s-a dezvoltat mai slab. Dar şi în această concentraţie biomasa se menţine în limitele oscilaţiei ce corespund condiţiilor naturale.

Tabel

Dinamica dezvoltării speciei L. trisulca pe medii cu diferite concentraţii de ape reziduale de la complexele avicole

Dinamica creşterii biomasei pe zile, g/m2

Concentraţia apelor reziduale,

în %

Concentraţia azotului total,

mg/l

Concentraţia fosforului total,

mg/l

Biomasa inoculumului,

g/m2 6-a 12-a 20-a 30-a 1 13,7 2,3 30,0 63,5 130,1 280,0 310,2 5 68,5 11,5 30,0 69,2 229,2 413,3 409,1

10 131,4 23,0 30,0 68,3 237,1 433,2 420,2 15 205,5 34,5 30,0 70,2 199,2 410,3 400,2 20 274,0 46,0 30,0 40,2 104,3 193,2 286,4

În felul acesta, s-a constatat că planta L. trisulca poate fi cultivată pe medii cu dejecţii de la complexele

avicole. În rezultatul cultivării se obţine biomasa care ar putea fi utilizată ca supliment nutritiv pentru aceleaşi găini. Dezvoltarea acestei specii în concentraţii de 10-15% dejecţii se datorează faptului că L. trisulca este o plantă care preferă bazinele bogate în substanţe organice atât dizolvate în apă, cât şi în depunerile de pe fundul bazinului.

Experimentele efectuate de noi au demonstrat că L. trisulca cultivată pe medii cu dejecţii de găini produce o biomasă mult mai sporită decât se observă în condiţii naturale. Având în vedere faptul că biomasa L. trisulca conţine un procentaj înalt de proteine, glucide, lipide şi un şir de substanţe biologic active, această plantă prezintă o sursă deosebit de preţioasă pentru biotehnologia modernă. O particularitate deosebită a acestei plante este faptul că ea se dezvoltă intens şi în bazinele înnămolite cu adâncimea de 0,1-0,2 m, unde, împreună cu alte specii de Lemna (L. minor, L. polyrrhyza), adesea sunt unicele plante din biotopul dat.

Cultivarea speciei Lemna minor L. – lintiţa mică. Este o plantă plutitoare ce se întâlneşte în bazine mici stagnante, unde adesea acoperă întreaga suprafaţă a apei cu un strat de culoare verde-deschis de 4-5 cm grosime. Este răspândită pe toate continentele lumii. Spre deosebire de L. trisulca, se întâlneşte mai frecvent în bazinele cu temperatura apei mai scăzută, însă se dezvoltă intens şi la temperatura apei de 20-21oC. În



51

condiţii naturale planta se întâlneşte în bazinele unde pH este între 7,4-7,7. Lintiţa mică modifică pH-ul în dependenţă de intensitatea dezvoltării până la 6,4-5,8. Preferă adâncimea de 0,1-0,3 m şi se dezvoltă abundent în lacuri, albiile vechi ale râurilor, iazuri, băltoace, în care nivelul apei oscilează în limite evidente, produ-când până la 150-250 g/m2 masă absolut uscată.

Biomasa lintiţei mici conţine până la 21,2-25,8% proteină brută; 3,7-4,7% lipide; 27,1-33,6% substanţe extractive neazotate; cenuşă 10-20% din masa absolut uscată. În condiţii naturale L. minor, împreună cu alte specii (L. trisulca, L. gibba, L. polyrrhyza), este utilizată în nutriţie de cele mai diverse păsări de baltă, în acelaşi rând de către raţele şi gâştile domestice.

Locuitorii din satele situate în lunca râului Prut, fluviului Nistru, în Delta Dunării etc. vara în cantităţi mari colectează lintiţa pe care o folosesc în stare proaspătă drept hrană pentru păsările domestice, îndeosebi pentru raţe şi gâşti. L. minor prezintă o sursă valoroasă vitamino-proteică şi se propune elaborarea tehnolo-giei de cultivare industrială a acestei specii în scopul utilizării ei în nutriţia păsărilor. Fiind convinşi de faptul că L. minor este utilizată de către păsări, am decis să încercăm a cultiva această specie de lintiţă pe medii cu dejecţii de la găini, având în vedere că în condiţii naturale ea preferă bazinele cu apă bogată în substanţe organice.

Experimentele cu această specie s-au efectuat de asemenea sub cerul liber în cuve din scândură ca şi în cazul cu L. trisulca, cu deosebirea că în această serie au fost utilizate ape reziduale cu concentraţia de numai 5, 10 şi 20%. Excluderea concentraţiilor de 1 şi 15% se explică prin faptul că în varianta cu concentraţia de 1% de dejecţii dezvoltarea lintiţei nu se deosebeşte esenţial de a celei crescute în condiţii naturale. În varinta cu concentraţia de 15% dezvoltarea plantei se aseamănă în linii generale cu cea din varianta cu concentraţia de 10%. Temperatura apei pe parcursul experimentului a variat între 17 şi 20oC. Experimentele s-au desfăşurat între 10 mai şi 10 iunie 2006.

L. minor, ca şi L. trisulca, este o plantă organofilă, de aceea în experimentele noastre cu dejecţii de găină se dezvoltă normal, depăşind cu mult productivitatea ei în bazinele naturale. Totodată, trebuie de menţionat că cea mai înaltă productivitate în experimentele noastre s-a observat în varianta unde s-au adăugat 10% de dejecţii. După cum observăm din datele prezentate în Figura 2, în varianta cu concentraţia de 5% dejecţii bio-masa lintiţei peste 6 zile de la începutul cultivării a sporit de la 30 g/m2 până la 124,4 g/m2, adică s-a mărit de 4 ori. După aceasta, intensitatea creşterii începe să scadă şi în cea de-a 12-a zi a constituit 254,3 g/m2, ceea ce înseamnă că s-a mărit de circa 2 ori în comparaţie cu cea din ziua a 6-a. În următoarele 8 zile intensitatea creşterii a scăzut şi mai mult şi în cea de-a 20-a zi a constituit 268,3 g/m2, adică a crescut numai cu 5% în comparaţie cu biomasa din ziua a 12-a. Încă peste 10 zile, în cea de-a 30-a zi de cultivare, biomasa lintiţei a început uşor să scadă. În acest moment este necesar ca o parte din biomasă să fie extrasă din bazin. Observăm astfel că biomasa lintiţei creşte până la cea de-a 20-a zi, după ce trece în faza de plato. În acelaşi timp, în re-zultatul metabolismului, planta elimină în mediu un şir de substanţe care, acumulându-se în mare măsură, va inhiba dezvoltarea ei. Reducerea treptată a productivităţii lintiţei se explică prin faptul că în primele 12 zile de cultivare planta utilizează la maximum elementele nutritive din apă, în primul rând azotul şi fosforul. Cea mai favorabilă concentraţie de dejecţii de găină a fost de 10%. În această variantă, dupa cum observăm din Figura 2, în primele 12 zile de cultivare creşterea biomasei lintiţei a fost asemănătoare cu cea din varianta cu 5% dejecţii. Aici, ca şi în cazul speciei Lemna trisulca, în primele zile de cultivare are loc adaptarea plantei. După această perioadă biomasa lintiţei a început evident să crească şi la cea de-a 20-a zi a atins cota de 314,2 g/m2

, fiind mult mai înaltă ca în varianta cu 5%. Merită a fi menţionat faptul că în condiţii naturale pro-ductivitatea acestei specii de lintiţă nu depăşeşte 220-225 g/m2 BAU. În condiţii de laborator însă, pe medii minerale nesterile „knop”, „Boslavscaia” etc., G.Lukina a obţinut rezultate similare celor din experimentele noastre. Sporirea concentraţiei de ape reziduale cu mai mult de 10% reţine dezvoltarea lintiţei, în pofida faptului că această specie preferă bazinele cu apă bogată în substanţe organice.

În varianta cu 20% ape reziduale, de exemplu în cea de-a 20-a zi de cultivare, biomasa lintiţei a fost de numai 150,3 g/m2, sau de două ori mai redusă ca în varianta cu 10% dejecţii. Însă, şi în aceste concentraţii planta nu a pierit, dar nici nu a manifestat tendinţă spre o dezvoltare evidentă. Investigaţiile noastre demon-strează că această plantă, care este considerată pionierul vegetaţiei bazinelor mici, apărute pe cale naturală sau artificială, produce o biomasă suficientă într-o perioadă relativ restrânsă de timp, care după compoziţia chimică nu cedează celor mai valoroase graminee de cultură şi poate fi utilizată în calitate de sursă nutritivă atât pentru pasări, cât şi pentru animale domestice. Considerăm că această specie prezintă un deosebit interes



52

pentru biotehnologia modernă. În primul rând, este o plantă tolerantă faţă de condiţiile mediului. În al doilea rând, produce o biomasă până la 300-350 g/m2 în 15-20 zile. Biomasa ei conţine proteine până la 25-26% din masa absolut uscată, care este uşor asimilată de păsări şi animale. În al treilea rând, lintiţa mică poate fi culti-vată în bazine mici construite în diverse râpi, văgăuni etc., inutile pentru agricultură, dar care se găsesc în apropierea complexelor zootehnice.

Fig.2. Cultivarea speciei Lemna minor pe medii cu diferite concentraţii de

ape reziduale de la complexele de găini (10 mai - 10 iunie 2006). Cultivarea speciei Myriophyllum spicatum L., sau prâsnelului. Această specie se referă la familia Halo-

ragaceae R.Br. Este o plantă tipic acvatică, demersă, răspândită pretutindeni în bazinele stagnante, începând cu peninsula Scandinavă, America de Nord şi terminând cu Africa, Australia, Filipine, Sumatra etc. În Republica Moldova şi în România se întâlneşte în lacuri, iazuri, râuri, bazine de acumulare a hidrocentrale-lor, în zonele de adâncime mică. Deosebit de intens se dezvoltă această specie în lacurile şi bălţile din lunca şi Delta Dunării, din luncile râului Prut şi ale fluviului Nistru [17-20]. Preferă zonele bazinelor cu adâncimea de 0,5-1 m.

Dezvoltarea plantei începe primăvara în martie, aprilie la temperatura apei de 15ºC. Către această perioadă rădăcinile plantei putrezesc. Planta se desprinde de substrat şi se ridică la suprafaţa apei. Perioada înfloririi durează din a doua jumătate a lunii mai până la sfârşitul lunii august, însă puţine seminţe devin fertile. De aceea, planta se reproduce în temei vegetativ prin porţiuni de lăstari ce se concentrează la suprafaţa apei. S-a constatat că cu cât mai puţine seminţe sunt fertile, cu atât mai multe segmente vegetative produce planta, cu atât mai intens se reproduce vegetativ. În cazul scăderii nivelului apei în bazin planta se transformă într-o formă terestră fixându-se de substrat şi acoperind adesea fundul bazinului dispărut cu un covor verde com-pact de plante cu o înălţime de 10-15 cm. Myrophyllum spicatum, ca şi speciile de lintiţă, preferă bazinele sau zonele bazinelor, unde apa conţine multe substanţe organice dizolvate. Cea mai înaltă productivitate în bazinele naturale se observă în lunile iulie-august la temperatura de 24-27oC, când biomasa oscilează în diferite bazine între 330 şi 480 g/m2 BAU. Pe tulpinile plantei de prâsnel epifitează un şir de specii de alge cianofite, diatomee şi alge verzi filamentoase, a căror biomasă depăşeşte de câteva ori biomasa plantei gazde. Deosebit de intens populează algele această plantă în a doua jumătate a lunii iulie – prima jumătate a lunii august, când temperatura apei este maximală. În compoziţia chimică a biomasei prâsnelului se conţine pro-teină brută 18,4-25,0; lipide – 2,71%; substanţe extractive neazotoase – 21,79%; glucide – 18,61%, cenuşă – 30,0% din masa absolut uscată; substanţe minerale în cenuşă – 28,05%; caroten – 1,69 mg/kg. Este conside-rată o plantă furajeră de mare valoare. Digerabilitatea proteinei constituie 90%. Prâsnelul este folosit în nutri-ţie de cele mai diverse păsări de baltă, peştii fitofagi şi de mamiferele acvatice; adesea e utilizată în calitate de agent biologic în epurarea apelor poluate, în primul rând a apelor poluate cu produse petroliere, fenoli, cu ioni ai metalelor grele etc. Având în vedere aceste particularităţi ale speciei Myriophyllum spicatum şi faptul

0

50

100

150

200

250

300

350

6 12 20 30 zile

5%

10%

20%



53

că este larg răspândită în bazinele din Republica Moldova şi România, am decis să o utilizăm în scopul inten-sificării procesului de epurare a apelor reziduale de la complexele zootehnice şi obţinerii biomasei furagere. Cultivarea plantei Myriophyllum spicatum s-a efectuat după aceeaşi schemă ca şi în cazul speciilor de lintiţă din genul Lemna. Experimentele s-au desfăşurat între 10 iulie-10 august 2005 la temperatura apei de 24-26ºC.

Este de menţionat că în literatură lipsesc informaţii despre cultivarea artificială a speciei M. spicatum. De aceea, rezultatele obţinute de noi pot fi comparate numai cu observările asupra dezvoltării acestei specii în bazinele naturale.

În experienţele noastre au fost utilizate aceleaşi concentraţii de ape reziduale de la complexele de găini: 5,10 şi 20%. Biomasa iniţială a fost de 30 g/m2 şi a constat din fragmente tinere numai ce desprinse de la tulpina plantei. Din datele prezentate în Figura 3 observăm că specia M. spicatum este de asemenea tolerantă faţă de concentraţia substanţelor organice din apă, producând o biomasă similară în concentraţiile de 5 şi 10% dejecţii. În varianta cu 5% dejecţii la a 6-a zi de cultivare biomasa a sporit mai mult de 2 ori în comparaţie cu cea iniţială. După a 6-a zi de adaptare biomasa prâsnelului a început intens să sporească şi la a cea de-a 12 zi a constituit 330,4 g/m2, ceea ce înseamnă că s-a mărit de 11 ori în comparaţie cu biomasa inoculumului. Încă, peste 8 zile, la cea de-a 20-a zi, biomasa prâsnelului în varianta cu 5% de ape reziduale a atins cota de 580,2 g/m2. Este de menţionat aici că în condiţii naturale cea mai înaltă productivitate a specii M. spicatum nu a depăşit 480,0 g/m2 şi a fost semnalată în unele bazine din lunca Niprului inferior din Ucraina.

Fig.3. Dinamica creşterii plantei Myriophyllum spicatum pe medii cu ape reziduale de la complexul de găini (10 iulie - 10 august 2005).

După a 20-a zi de cultivare o parte din frunze au început sa se desprindă de tulpină şi să se depună pe

fundul cuvei, începând treptat să se înnegrească. În legătură cu aceasta, biomasa plantei în cea de a 30-a zi a scăzut evident în comparaţie cu cea din a 20-a zi. Aceasta înseamnă că după a 20-a zi de cultivare este necesar ca o parte din biomasă să fie înlăturată din bazin. Este şi natural ca către această perioadă planta să asimileze maximal substanţele nutriente şi, dacă după extragerea biomasei în cuvă se adaugă o porţiune de dejecţii, biomasa începe din nou să crească, însă cu o intensitate mult mai redusă faţă de cea din primele zile de culti-vare. De aici reiese că cel mai convenabil în scopul obţinerii biomasei este cultivarea pe parcursul a 20 de zile. O asemenea tendinţă în dinamica dezvoltării M. spicatum a manifestat şi în concentraţii mai sporite de dejecţii de găină. De exemplu, la cea de a 6-a zi de cultivare biomasa plantei în varianta cu 10% de ape rezi-duale puţin diferă de cea din varianta cu 5% (Fig.3). După această perioadă intensitatea creşterii biomasei prâsnelului în varianta cu 10% ape reziduale a fost mai înaltă şi în a 12-a zi a constituit 381,2 g/m2, sau cu 16% mai mult ca în aceeaşi zi în varianta cu 5%. În următoarele zile planta în varianta cu 10% a continuat să se dezvolte, însă intensitatea creşterii a scăzut evident. La cea de-a 20-a zi biomasa M. spicatum a fost maxi-mală – 593,3g/m2, însă a depăşit varianta cu 5% numai cu 12 g/m2. Şi în această variantă după cea de-a 20-a

0

100

200

300

400

500

600

700

6 12 20 30 zile

5%

10%

20%



54

zi biomasa prâsnelului a început să scadă şi în a 30-a zi nu depăşea 444,1 g/m2. Sporirea concentraţiei apelor reziduale cu mai mult de 10% se răsfrânge negativ asupra dezvoltării plantei. De exemplu, în varianta cu 20% ape reziduale, după cum vedem din aceeaşi Figură 3, pe tot parcursul experimentului biomasa M. spicatum a fost mult mai redusă decât în variantele cu 5 şi 10 %. În cea de-a 20-a zi biomasa plantei în această variantă abia a atins 190 g/m2. Însă, şi în acest caz planta nu a pierit, dar în asemenea condiţii nu se observă nici o dezvoltare evidentă. În felul acesta, s-a constatat că Myriophzllum spicatum poate fi cultivată pe medii cu dejecţii de găină, a căror concentraţie nu trebuie să depăşească 10% din componenţa mediului nutritiv.

Rezultatele obţinute confirmă că în baza dejecţiilor de găină se poate obţine o biomasă cu un conţinut bo-gat în proteine, glucide, lipide, vitamine şi alte substanţe biologic active, care, fiind administrate ca supliment în nutriţia păsărilor, ar stimula mult productivitatea lor. Încă o particularitate distinctivă caracterizează acea-stă specie. Anterior am menţionat că spre sfârşitul perioadei de vegetaţie pe toate organele vegetative ale plantei se fixează o serie întreagă de specii de alge clorofite monocelulare, coloniale şi filamentoase, diatomee, cianofite etc., care se dezvoltă ca epifite, producând o biomasa care adesea întrece de câteva ori biomasa proprie a prâsnelului.

Aceste alge conţin în biomasa lor o cantitate mare de proteine, glucide, vitamine, microelemente etc. [21,22], care, împreună cu biomasa M. spicatum, constituie o sursă nutritivă suplimentară de mare valoare pentru peştii fitofagi, păsările de baltă şi cele domestice. O altă particularitate a acestei specii este că în cazul conţi-nutului sporit de săruri de calciu în apă toată planta se acoperă cu un strat alb de calciu. Calciul este inclus în mod obligator ca supliment în nutriţia găinilor ouătoare în scopul întăririi cojii ouălor. Administrarea în cali-tate de supliment nutritiv a biomasei prâsnelului acoperit de alge epifite şi de calciu ar reduce mult necesita-tea utilizării varului în avicultură şi în mare măsură ar substitui premixul vitamino-mineral care la noi se importă la un preţ foarte înalt.

În consecinţă, experienţele noastre au demonstrat că apele reziduale de la complexele de găini pot fi utili-zate în calitate de medii nutritive în cultivarea plantelor acvatice superioare (L. trisulca – lintiţa trinervată, L. minor – lintiţa mică şi M. spicatum – prâsnelul) în scopul obţinerii biomasei vitamino-minerale cu un con-ţinut bogat de vitamine şi proteine de o digerabilitate înaltă. Aplicarea acestei biomase în calitate de supli-ment în nutriţia păsărilor şi animalelor ar spori mult productivitatea în zootehnie. În unele ţări, biomasa spe-ciilor de lintiţă deja se utilizează în avicultură cu o eficacitate economică evidentă.

Dacă luăm în consideraţie şi faptul că toate aceste plante asimilează din apă o cantitate mare de diverse substanţe poluante, atunci ne putem imagina importanţa elaborării tehnologiilor de aplicare a plantelor acva-tice superioare în procesele de epurare biologică a apelor reziduale de la complexele zootehnice.

Investigaţiile efectuate în condiţii de laborator cu speciile de lintiţă (L. trisulca, L. minor, L. polyrrhiza) şi cosor (Ceratophyllum demersum L.) cultivate pe medii cu ape reziduale de la complexele de bovine au demonstrat că în timp de 5 zile CCO (consumul chimic de oxigen) în mediul cultural se reduce de la 800 până la 323,5 mg/l, iar peste 10 zile scade până la 32,6 mg/l, sau cu 90-95% faţă de concentraţia iniţială.

În altă serie de experimente, în complexul de lintiţe şi cosor a fost introdusă, de asemenea în condiţii de laborator, alga macroscopică Hydrodictyon reticulatum (reţeaua apei) în cantitate de 1,0-2,0 g masă verde la un litru de mediu, în care CCO varia între 1100 şi 1300 mgO2/l, azotul total – 126 mg/l, fosforul total – 86,0 mg/l. Introducerea în comunitatea de plante superioare a algei clorococoficee Hydrodictyon reticulatum a înteţit evident procesul de autoepurare a apelor reziduale de la acelaşi complex de bovine. În rezultat, la a 3-a zi de cultivare CCO s-a redus de la 1200 până la 433 mg/l, cantitatea de azot a scăzut de la 126,0 până la 87,0 mg/l, iar a fosforului – de la 86,1 până la 54,2 mg/l. După 9 zile de cultivare CCO s-a redus cu 98% în comparaţie cu valoarea iniţială, concentraţia azotului total în mediul nutritiv a scăzut cu 98,3%, iar cea a fosforului total – cu 99,8%. De aici constatăm cât de important este rolul plantelor superioare în procesul de asimilare din apele reziduale a fosforului, azotului şi a altor elemente. Includerea algelor Hydrodictyon reticulatum, Cladophora glomerata şi Chaetomorpha linum în consorţiul de plante superioare, după cum relatează aceiaşi autori [23], sporeşte mult asimilarea unor aşa substanţe ca: hidrogenul sulfurat, aminoacizii, amoniacul, nitriţii, nitraţii, fenolii, acizii graşi nesaturaţi etc. Autorii acestor investigaţii consideră că în aseme-nea consorţii de plante are loc stimularea reciprocă a activităţii fiziologice a acestor două grupe de organisme vegetale situate pe trepte diferite ale sistemului filogenetic al lumii vegetale.

Despre efectul indiscutabil al plantelor superioare în procesul epurării apelor menajere în comun cu di-verse specii de microalge denotă şi datele obţinute de alţi autori. Însă, toţi autorii menţionaţi aici au efectuat



55

experimente în special cu apele menajere de la diferite oraşe sau întreprinderi industriale. Alţi autori îşi ba-zează afirmaţiile pe observaţii realizate nemijlocit în bazinele naturale. Şi numai în lucrările noastre sunt expuse rezultatele experimentelor cu aplicarea unor specii de micro- şi macroalge şi a unor specii de plante acvatice superioare în procesul de epurare a apelor reziduale de la complexele de bovine. Investigaţii în scopul evidenţierii rolului plantelor acvatice superioare în procesul de epurare a apelor reziduale de la alte complexe zootehnice, în afară de cele de bovine, nu au fost efectuate.

Referinţe:

1. Абдуллаев Дж., Мадалиева Т.К. О роли высшей водной растительности в самоочищении водоемов // Физиология – биохимия. Аспекты культивирования водорослей и высших водных растений. - Ташкент, 1976, с.44-47.

2. Васигов Т., Хужахметов Дж., Юнусов И., Матвиенко О. О роли микроводорослей и высших водных расте-ний в очистке сточных вод в биологических прудах // Физиология – биохимия. Аспекты культивирования водорослей и высших водных растений. - Ташкент. 1976, с.24-28.

3. Васигов Т., Хужахмедов Дж. Культивирование микроводорослей и водных растений на сточных водах птицефабрики „Узбекистан” // Культивирование и применение микроводорослей в народном хозяйстве. - Ташкент, 1980, с.72-75.

4. Музафаров А.М., Таубаев Т.Т., Абдиев М. Ряска малая (Lemnf minor) – ценный витаминный корм для домашней птицы // Узбекский биологический журнал. (Ташкент). - 1968. - 3. - С. 23-29.

5. Лукина Т.Г. О биологии рясковых // Круговорот веществ и биологическое самоочищение водоемов. - Киев: Наукова думка, 1980, c.122-129.

6. Дубына Д.В. Стойко С.М., Сытник К.М. Макрофиты – индикаторы изменения природной среды. - Киев: Наукова думка, 1993. - 434 с.

7. Юсунов И.И. Роль некоторых высших водных растений в очистке сточных вод Фергано-Маргиланского промузла // Физиология – биохимия. Аспекты культивирования водорослей и высших водных растений. (Ташкент). - 1976. - C.44-47.

8. Шаларь В.М., Кумпэнэ А.Г., Могылдя В.М., Обух П.А. Способ биологической очистки сточных вод животно-водческих комплексов // А. с. СССР. - 1982. - 958327.

9. Шаларь В.М., Могылдя В.М., Кумпэнэ А.Г., Обух П.А., Рудик В.Ф. Выращивание высших водных растений и водорослей на средах со сточной водой животноводческих комплексов // Известия АН МССР. Серия «Биологические и химические науки. - 1983. - C.9-13.

10. Шаларь В.М., Кумпэнэ А.Г., Могылдя В.М., Обух П.А., Рудик В.Ф. Способ биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов // А. с. СССР. - 1984. - 1121239.

11. Шаларь В.М., Могылдя В.М. Способ биологической очистки сточных вод // А. с. СССР. - 1985. - 3792376. 12. Шаларь В.М., Могылдя В.М. Эколого-биохимические аспекты использования водорослей в очистке

сточных вод // V съезд Всесоюзного гидробиологического общества. (Тольятти). - 1986. - Ч. II. - C.222-223. 13. Таубаев Т.Т., Буриев С. Культивирование протококковых водорослей на сточных водах // Физиология –

биохимия. Аспекты культивирования водорослей и высших водных растений. (Ташкент). - 1976. - C.3-23. 14. Сытник К.М., Вассер С.П., Масюк Н.П., Кондратиева Н.В. Альгология на пути в третье тысячелетие //

Актуальные проблемы современной альгологии. - Киев, 1987, c.278-313. 15. Догадина Т.В. Культивирование водорослей на стоках шерстомоечных производств // Вестник Харьков-

ского ун-та. Биология. - 1975. - Вып. 7. - 126. - С.6-10. 16. Журавлева З.Д., Гончарова К.П. Применение и выращивание протококковых водорослей для доочистки

сточных вод сахарных заводов // Сахарная промышленность. - 1972. - 9. - C.17-20. 17. Cărăuşu I.D. Cercetări asupra cultivării unor Lemnacee pentru producerea de biomasă // Trav. Statio „Stejarul”. -

1981. - P.209-217. 18. Flora Republicii Populare Române. - T.V. - 1955. - 552 p. 19. Flora Republicii Populare Române. - T.XII. - 1972. - 808 p. 20. Гейдеман Т.С. Определитель высших растений Молдавской ССР. - Кишинев: Штиинца, 1975. - 575 с. 21. Барашков Т.К. Химия водорослей. - Москва: Наука, 1963. - 141 с. 22. Simionescu C., Rusan V., Popa V. Chimia algelor marine. - Bucureşti, 1974. - 211 p. 23. Величко И.М. Экологическая физиология зеленых нитчатых водорослей. - Киев: Наукова думка, 1982. - 200 с.




56

CONTRIBUŢII LA STABILIREA STRUCTURII TAXONOMICE

A ALGELOR EDAFICE ÎN UNELE AGROFITOCENOZE DIN

ZONA CENTRALĂ A REPUBLICII MOLDOVA

Nelea CHICU

Catedra Ecologie, Botanică şi Silvicultură Dans cet article on analyse la structure taxonomique des communautés d’algues édaphiques des agrofitocénoses

occupées par diverses cultures agricoles. Les recherches effectuées ont montré que l’algoflore édaphique dans les terres utilisées de la zone centrale de Moldova est très riche, surtout sous l’aspect de la structure taxonomique et des particularités taxonomiques biologiques des espèces représentatives. La présence dans la structure des communautés algales d’un nombre suffisant des espèces de cyanophytes azotofixateuses est une preuve de la fertilité naturelle du sol.

Structura taxonomică a comunităţilor de alge edafice din agrofitocenoze se deosebeşte semnificativ de a

comunităţilor algale depistate în diverse tipuri de vegetaţie naturală. Totodată, comunităţile algale din solu-rile ocupate cu diverse culturi agricole se deosebesc între ele în dependenţă de cultura practicată. Din aceste considerente apare necesitatea de a studia structura taxonomică a comunităţilor algale în astfel de tipuri de agrocenoze ca cele de floarea-soarelui, grâu, porumb, tutun, mazăre, lucernă, sfeclă de zahăr, diverse livezi şi vii localizate în centrul Republicii Moldova (raioanele Teleneşti, Calaraş, Străşeni, Ungheni şi Sângerei).

Componenţa floristică a algelor edafice a fost studiată pe parcursul anilor 2002-2005. Colectarea şi pre-lucrarea probelor de sol a fost efectuată conform metodelor aplicate pe larg în algologia edafică [1-7].

În urma investigaţiilor efectuate pe parcursul anilor 2002-2005 în locurile ocupate de diferite agrofitoce-noze ale zonei de centru a Republicii Moldova au fost depistate 209 specii şi varietăţi de alge edafice care se referă la 68 genuri, 31 familii, 16 ordine, dintre care: Cyanophyta – 76, Xanthophyta – 53, Chloropohyta – 69 şi Bacillariophyta – 11 specii (Tab.1). Din cele 209 specii şi varietăţi de alge depistate în agrofitocenozele enumerate mai sus 53 se referă la complexul de alge dominante, dintre care: Cyanophyta – 21, Xanthophyta – 14, Chlorophyta – 13, Bacillariophyta – 5 specii (Tab.2).

Tabelul 1

Structura taxonomică a comunităţilor de alge edafice în solurile agrofitocenozelor cercetate

Taxoni Cyanophyta Xanthophyta Chlorophyta Bacillariophyta În total Ordine 4 4 7 1 16 Familii 9 8 11 3 31 Genuri 16 20 28 4 68 Specii şi varietăţi 76 53 69 11 209

Tabelul 2

Structura taxonomică a complexului de specii ce vegetează activ în solurile agrofitocenozelor cercetate

Taxoni Cyanophyta Xanthophyta Chlorophyta Bacillariophyta În total Ordine 2 2 3 1 8 Familii 4 5 6 2 17 Genuri 9 10 11 2 32 Specii şi varietăţi 30 21 15 6 72

După cum s-a constatat, comunităţile de pe suprafeţele ocupate de agrofitocenoze se caracterizează printr-o

diversitate mare a cianofitelor care constituie 36% din algofloră (Fig.1). Printre ele se evidenţiază reprezen-tanţii familiilor Oscillatoriaceae – 47, Nostocaceae – 9, Gloeocapsaceae, Anabaenaceae – câte 5, Pseudo-



57

nostocaceae – 4, Schizothrichaceae – 3 specii şi ai genurilor Phormidium – 19, Oscillatoria – 18, Nostoc – 9, Gloeocapsa, Lyngbya – câte 5, Pseudanabaena, Symploca – câte 4, Anabaena – 3 specii.

Reieşind din valoarea coeficientului de răspândire calculat, în agrofitocenoze de cele mai dese ori activ se dezvoltă speciile de cianofite: Phormidium tenue cu coeficientul de răspîndire 35%, Ph. fragile, Microcoleus vaginatus – cu câte 30% fiecare, Nostoc linckia, Oscillatoria brevis – cu câte 20%, Cylindrospermum liche-niforme, C. muscicola, Phormidium autumnale, Ph. lividum, Ph. foveolarum – cu câte 15% fiecare. Mai puţin intensiv vegetează speciile Nostoc microscopicum, N. punctiforme, Cylindrospermum stagnale, Phormidium ambiguum, Ph. jadinianum, Ph. inundatum, Lyngbya aerugineo-coerulea, Symploca muralis – 10% şi Anabaena variabilis, Oscillatoria animalis, Schizothrix friesii cu coeficientul de răspândire 5%.

Fig.1. Numărul speciilor de alge edafice în agrofitocenozele cercetate (în %).

42%

29%

21%

8%

Cyanophyta Xanthophyta Chlorophyta Bacillariophyta

Fig.2. Numărul speciilor de alge ce vegetează activ în solurile ocupate de agrofitocenozele cercetate (în %). În agrofitocenoze sunt numeroase şi speciile din încrengătura Chlorophyta la care se referă aproximativ

33% din numărul total de specii. Majoritatea lor fac parte din familiile Chlorococcaceae – 16, Chlamydomona-daceae – 13, Chaetophoraceae – 10, Chlorellaceae – 8, Ulothrichaceae – 6, Chlorosarcinaceae – 5, Trentepo-hliaceae – 4, Hypnomonadaceae – 3 specii şi genurile Chamydomonas – 13, Chlorella – 8, Chlorococcum – 6, Dictyococcus, Chlorosarcinopsis – cu câte 4, Klebsormidium, Pseudopleurococcus, Leptosira, Trentepohlia – cu câte 3 specii fiecare. Cele mai răspândite alge din încrengătura algelor verzi s-au dovedit a fi speciile Klebsormidium flaccidum – cu coeficientul de răspândire 45%, Chlorococuum sp. – 30%, Desmococcus vulgaris, Chlorella vulgaris – cu câte 20%, Protoderma viride, Pseudopleurococcus botryoides – cu câte 15% fiecare. În unele cazuri, printre speciile dominante în solurile lucrate au fost semnalate Trebouxia arbo-ricola, Dispora crucigenioides şi unele clamidomonade cu coeficientul respectiv de 5%.

36%

25%

33%

6%

Cyanophyta Xanthophyta Chlorophyta Bacillariophyta



58

Xantofitele pe aceste soluri reunesc circa 25% din totalitatea speciilor evidenţiate în aceste agrofitocenoze. În mare măsură, xantofitele se referă la familiile Pleurochloridaceae – 24, Gloeobotrydaceae – 11, Heterothri-chaceae – 5, Botryochloridaceae, Heterocloniaceae – cu câte 4 specii şi genurile Pleurochloris – cu 7 specii, Ellipsoidion, Gloeobotrys – cu câte 5 specii, Chloridella, Chlorobotrys, Botryochloris, Heterococcus – cu câte 3 specii fiecare. Dintre xantofite cel mai des pe aceste soluri se întâlnesc speciile Chloridella simplex cu coeficientul de răspândire 45%, Pleurochloris anomala, Botryochloris minima – cu câte 30% fiecare, Gloeobotrys chlorinus, Heterotrix exilis – cu câte 20%, Pleurochloris commutata, Chloridella negelecta – cu câte 15% şi Botrydiopsisi arhiza, B. eriensis, Diachros simplex, Botryochloris cumulata, Gloeobotrys ellipsoideus, Chloropedia incrustans, Heterotrix monochloron – cu câte 10% fiecare.

Majoritatea diatomeelor evidenţiate în agrofitocenozele cercetate se referă la familia Naviculaceae – 9 specii şi la genul Navicula – 8 specii. Cel mai frecvent printre speciile dominante de bacilariofite se întâl-neşte specia Hantzchia amphioxys cu coeficientul de răspândire 80%. Celelalte specii din diatomee se întâl-nesc mai rar. Acestea sunt Navicula lanceolata, N. pelliculosa – cu câte 10%, N. mutica v. Cohnii, N. mutica v. ventricoza – cu câte 5% fiecare.

Analiza structurii taxonomice a comunităţilor algale din solurile ocupate de diverse agrofitocenoze de-monstrează că o treime din toate speciile evidenţiate aparţin familiilor Oscillatoriaceae şi Pleurochloridaceae, care reunesc, respectiv, câte 22% şi 11%. Cele zece familii principale, care reunesc circa 70-72% din totali-tatea speciilor, pot fi aranjate în ordinea descrescândă în următoarea consecutivitate: Oscillatoriaceae – 22%, Pleurochloridaceae – 11%, Chlorococcaceae – 8%, Chlamydomonadaceae – 6%, Gloeobotrydaceae, Chae-tophoraceae – câte 5%, Nostocaceae, Chlorellaceae, Naviculaceae – câte 4% fiecare şi Ulothrichaceae – 3%.

Analiza structurii taxonomice a algoflorei edafice la nivelul de genuri a demonstrat că o treime din spe-ciile evidenţiate, aproximativ 33-36%, se repartizează în felul următor: genurile Phormidium şi Oscillatoria reunesc câte 9%, Chlamydomonas – 6%, Nostoc, Chlorella, Navicula – câte 4% fiecare.

Analiza structurii taxonomice a genurilor şi familiilor algelor edafice care reunesc aproximativ două treimi (70%) din speciile evidenţiate demonstrează că 41% din genuri şi 20% din familii revin filumului Cyanophyta şi 29% din genuri şi 50% din familii se referă la încrengătura Chlorophyta. Acest fapt denotă că în agrofitocenoze, în general, majoritatea genurilor şi familiilor de cianofite sunt reprezentate printr-un număr mai mare de specii decât genurile şi familiile de clorofite. Deci, cianofitele mai uşor se acomodează la condiţiile respective.

În general, cercetările efectuate au arătat că algoflora edafică în solurile lucrate din Zona Centrală a Mol-dovei este foarte bogată atât după structura taxonomică, cât şi după particularităţile biologice ale speciilor reprezentative.

Majoritatea speciilor aparţin familiilor Oscillatoriaceae, Nostocaceae, Pleurochloridaceae, Gloeobotry-daceae, Chlorococcaceae, Chlamydomonadaceae, Chaetophoraceae, Chlorellaceae, Ulothrichaceae, Navicu-laceae. Prezenţa în componenţa comunităţilor algale a unui număr suficient de specii de cianofite azotfixa-toare este o dovadă de fertilitate naturală a solului.

Referinţe:

1. Зенова Г.М., Штина Э.А. Почвенные водоросли. - Москва: Изд-во МГУ, 1990. - 78 с. 2. Кузяхметов Г.Г. Методические указания по изучению почвенных водорослей. - Уфа: Пермский с.-х. ин-т,

1986. - 32 с. 3. Шалару В.В. Особенности формирования группировок почвенных водорослей на охраняемых лесных тер-

риториях МССР // Ботанические исследования. (Кишинев). - 1992. - Выпуск 12. - С.103-114. 4. Шалару В.В. К методике анализа систематической структуры альгофлоры почв // Альгология. (Киев). - 1994. -

Том 4. - 4. - С.64-73. 5. Штина А. Методы изучения почвенных водорослей. - Киров, 1981. - 32 с. 6. Şalaru V.V. Componenţa comunităţilor algelor de sol din pădurile Moldovei // Sesiunea ştiinţifică a Secţiei de bio-

logie. - Cluj-Napoca, 1993, p.103. 7. Şalaru V.V. Componenţa algelor de sol din fitocenozele de stepă ale Republicii Moldova // Al XVIII-lea Congres al

Academiei Româno-Americane de Ştiinţe şi Arte. - Chişinău, 1993, p.138.




59

INFLUENŢA PREGĂTIRII SOLULUI ASUPRA CREŞTERII PUIEŢILOR DE GORUN

(QUERCUS PETRAEA LIEBL.) PLANTAŢI SUB MASIVUL UNUI CĂRPINIŞ

Petru CUZA, Lilia TÎCU

Rezervaţia ştiinţifică „Plaiul Fagului” Skilled-industrial cultures of a sessile oak, created in the spring of 2002, were pawned by platforms in the sizes

3x3 m under flat a derivative forest stand submitted by a hornbeam. The investigated variants differed that in one case preparation of ground was carried out in platforms, and in the friend are not present. In platforms where the ground was not processed, and also on those where preparation of ground was carried was spent, landed according to the certain circuits of accommodation of landing places annual sapling (on 25, 16 and 9 pieces on a platform). Research has been carried out with the purpose of a substantiation of influence of preparation of ground on speed of growth in height at a sessile oak. It is revealed, that from 2-th year of a life preparation of ground and caring had, positive influence on speed of growth sapling an oak in height in comparison with their growth on a site where preparation of ground was not made. As a whole, sapling an oak has shown insignificant growth in height. Weak growth in height sapling an oak has affected: process of transplantation and insufficient illumination sapling which were under a large forest.

Introducere Este cunoscut faptul că dintre ecosistemele terestre pădurea este cea mai complexă şi stabilă comunitate

de viaţă. În pădurea naturală amestecată numărul de specii de plante, animale şi microorganisme este impre-sionant de mare. Însă, speciile în ecosistemul de pădure nu apar în mod întâmplător, ci în corespundere cu însuşirile ecologice specifice lor, fiind totodată legate unele de altele prin relaţii de hrană şi alte interacţiuni. Mai mult ca atât, ecosistemele de pădure sunt optim structurate, fiecare strat având funcţii distincte în pro-cesul trofic integrat al comunităţii biologice [1].

Din prezentarea sumativă a particularităţilor specifice ale ecosistemelor de pădure rezultă că acestora le este proprie o avansată complexitate, diversitate structurală şi integralitate. De aceea, în silvicultură, în cadrul activităţilor manageriale efectuate în arborete, trebuie să se ţină seama de însuşirile ecosistemelor de pădure, măsură care va contribui la conservarea diversităţii forestiere, menţinerea productivităţii şi la asigu-rarea funcţiilor ecologice ale pădurii. Spre regret, până nu demult, multe arborete de pe teritoriul republicii au fost gospodărite într-un mod nechibzuit, fapt care a determinat degradarea continuă a pădurii. Factorii de ordin economic şi silvotehnic care au contribuit la deteriorarea arboretelor, la reducerea stabilităţii şi diver-sităţii în păduri au fost prezentaţi în lucrările anterioare [2,3]. Având în vedere cele relatate, considerăm că o acţiune de perspectivă care trebuie realizată în cadrul activităţilor de redresare a arboretelor deteriorate ar fi optimizarea structurii arboretelor derivate de la tipul natural fundamental de pădure prin promovarea reconstrucţiei ecologice a pădurii. De fapt, acest termen a fost introdus în ştiinţa silvică de către academicianul V.Giurgiu [4] care menţiona că reconstrucţia ecologică „...constituie readucerea, pe cât posibil, a structurii arboreturilor deteriorate de factori antropici sau naturali la stările structurale existente înaintea impactului sau la stări apropiate acestora”. Din această definiţie se poate deduce că lucrările de reconstrucţie ecologică trebuie aplicate doar în porţiunile de pădure în care arboretul şi staţiunea au fost deteriorate şi care nu se pot autoredresa pe cale naturală sau că acest proces durează perioade de timp lungi în raport cu necesităţile de dezvoltare a societăţii.

În Rezervaţia „Plaiul Fagului”, datorită unor carenţe de ordin tehnologic comise în trecut la executarea lucrărilor de regenerare şi conducere a arboretelor, actualmente în fondul forestier s-au format mari suprafeţe cu arborete parţial derivate (1073,7 ha) cu o pondere de 30% şi total derivate (2130,7 ha) cu o pondere de 40% din întreaga suprafaţă acoperită cu pădure [5,6]. Ca rezultat, un şir de arborete au obţinut structuri sim-plificate, specia principală nefiind prezentă în compoziţia lor. În această ordine de idei se menţionează că în compoziţia actualelor păduri ale rezervaţiei predomină carpenul – 26%, o proporţie de participare însemnată o au, de asemenea, speciile de amestec: frasinul – 19% şi teiul – 11% [7]. Este evident că asemenea arborete necesită să fie parcurse cu lucrări de reconstrucţie ecologică în vederea optimizării structurii lor. Pentru corecta efectuare a acestor lucrări în rezervaţie a apărut necesitatea elaborării unor tehnologii argumentate ştiinţific de redresare a arboretelor derivate de la tipul de pădure natural fundamental în vederea ameliorării compoziţiei.



60

În actualul articol se prezintă rezultatele cercetărilor referitoare la dinamica de creştere în înălţime a cultu-rilor experimentale de gorun (Quercus petraea Liebl.) plantate sub masivul unui cărpiniş pe sol pregătit în prealabil şi nelucrat.

Material şi metode Culturile experimentele de gorun au fost plantate în primăvara anului 2002 sub masivul unui gorunet

carpinizat care se află în Rezervaţia „Plaiul Fagului” (subparcela 27B). Suprafaţa pe care s-a executat planta-rea reprezintă un versant cu expoziţia nord-estică cu înclinaţia de 5°; altitudinea terenului este de circa 260 m. Solul este cenuşiu tipic. Tipul de staţiune: deluros de cvercete cu făgete de limită inferioară, amestecuri de şleau cu fag, pe versanţi umbriţi cu soluri cenuşii, cu Asperula-Asarum. Arboretul matur a fost reprezentat printr-un cărpiniş cu compoziţia 10Ca în vârstă de 70 ani. Dacă racordăm compoziţia arboretului matur la particularităţile condiţiilor staţionale ale terenului, putem constata că cărpinişul a reprezentat un arboret total derivat de la tipul natural fundamental de pădure. De aceea, acest arboret cu valoare economică şi ecologică scăzută, având origine naturală, necesită să fie înlocuit cu o nouă generaţie de pădure, urmărindu-se realiza-rea a unei structuri compoziţionale a arboretului apropiată de tipul natural fundamental de pădure. Lucrarea de reconstrucţie ecologică descrisă poartă numele de substituire. Având în vedere că în interiorul cărpini-şului pur lipsesc arborii de gorun, pe asemenea teren nu se poate instala seminţişul de gorun pe cale naturală. De aceea, pentru substituirea cărpinişului s-a recurs la instalarea culturilor experimentale de gorun sub masi-vul arboretului matur. Celelalte specii de amestec având seminţe în general uşoare şi înzestrate cu aripioare sau alte proeminenţe, care le asigură răspândirea la anumite distanţe, s-au instalat pe terenul cercetat pe cale naturală.

Pregătirea solului s-a efectuat manual cu sapa forestieră în interiorul unor tăblii cu dimensiunile de 3x3 m pe o adâncime de 12-14 cm. Distanţa dintre centrele tăbliilor a fost adoptată de 4-5 m. Plantarea s-a efectuat cu puieţi de gorun de un an. Materialul de plantat (puieţii de gorun) a fost săpat de sub masivul unul gorunet natural din teritoriul rezervaţiei care creşte în condiţii staţionale corespunzătoare celor unde au fost sădiţi puieţii de gorun. Puieţii de gorun au fost plantaţi în interiorul tăbliilor după variante tehnologice diferite. În primul caz, pe suprafeţele terenului pregătit parţial în tăblii s-au efectuat plantări cu puieţi de gorun dis-puşi câte 25 la distanţa de 0,5x0,5 m; în al doilea caz câte 16 puieţi de gorun au fost distribuiţi în interiorul tăbliilor la distanţa de 0,7x0,7 m; în al treilea caz puieţii au fost amplasaţi în tăblii câte 9 cu repartizarea de 1,0x1,0 metri. În cadrul variantelor tehnologice au fost prevăzute două variante experimentale, scopul fiind de a aprecia creşterea puieţilor de gorun sădiţi pe solul pregătit în interiorul tăbliilor şi pe solul nelucrat.

Plantarea puieţilor de gorun sub masivul cărpinişului a avut drept scop să stabilească: influenţa pregătirii solului asupra rapidităţii de creştere, pe viitor, a puieţilor de gorun; influenţă mărimii biogrupului asupra vitezei de creştere a puieţilor de gorun; influenţa desimii culturilor asupra puterii de creştere a puieţilor de gorun.

Înălţimea puieţilor a fost măsurată cu ruleta (precizia ± 0,3 mm). Semnificaţiile dintre valorile medii ale înălţimii puieţilor pentru variantele de alternativă au fost estimate cu ajutorul testului Student [8].

Rezultate şi discuţii E ştiut că pregătirea solului este o operaţie agrotehnică deosebit de importantă şi necesară, dat fiind că

asigură puieţilor sădiţi în primii ani de viaţă condiţii de creştere cât mai bune. Deoarece terenurile supuse împăduririi sunt foarte diverse după caracteristicile edafice ale solului, gradul de înierbare şi tasare a lui, în-clinaţia pantei etc., lucrarea solului trebuie adaptată specificului unei suprafeţe concrete. În cazul nostru, terenul care s-a ales pentru plantarea culturilor forestiere experimentale a fost acoperit cu pădure, având solul afânat, reavăn, acoperit cu plante caracteristice pentru pădure. După cum susţin unii cercetători, în asemenea cazuri, pregătirea prealabilă a solului pentru împăduriri nu este neapărat necesară [9]. Totuşi, în experimentul nostru s-a efectuat afânarea superficială a solului cu sapa forestieră în interiorul unor tăblii. Lucrarea solului a fost efectuată pentru a constata dacă o asemenea lucrare ar putea influenţa rapiditatea şi vigoarea de creşte-re a puieţilor de gorun plantaţi. Pentru a putea stabili influenţa pregătirii superficiale a solului asupra creşterii puieţilor de gorun s-au adoptat două variante experimentale: în primul caz solul a fost pregătit în prealabil, iar în cel de-al doilea caz solul nu a fost lucrat. Rezultatele privind dinamica de creştere a puieţilor de gorun plantaţi după diferite elemente tehnologice pe sol pregătit şi pe sol nepregătit sunt prezentate în Tabel. Datele din Tabel denotă că după primul sezon de vegetaţie a fost observată tendinţa creşterii mai rapide a puieţilor



61

de gorun în varianta în care solul nu a fost pregătit în prealabil pentru plantare. Astfel, în biogrupa formată din 9 exemplare pe tăblie puieţii de gorun din varianta cu solul nepregătit i-au depăşit în înălţime cu 43,3% pe cei care au fost plantaţi pe solul pregătit. Aceeaşi tendinţă a fost sesizată şi în biogrupa formată din 25 de puieţi pe tăblie (a se vedea Tabelul).

Tabel

Valorile medii ale înălţimii puieţilor de gorun realizate pe parcursul a 3 sezoane de vegetaţie

Cu pregătirea solului Fără pregătirea solului înălţimea puieţilor (cm) înălţimea puieţilor (cm)

Mărimea bio- grupei (numărul de

puieţi pe tăblie)

Distanţa de plantare a

puieţilor (m) de 1 an de 2 ani de 3 ani de 1 an de 2 ani de 3 ani

9 puieţi 1x1 10,6±0,37 16,5±0,69 23,4±0,69 15,2±0,72 13,1±1,22 20,0±3,2616 puieţi 0,7x0,7 13,5±0,53 14,8±0,40 22,6±0,92 11,4±0,76 13,2±0,46 17,4±1,2025 puieţi 0,5x0,5 10,9±0,29 16,3±0,48 19,1±0,34 12,3±0,69 15,3±0,51 20,2±0,83

După parcurgerea celui de-al doilea sezon de vegetaţie relaţiile de creştere a puieţilor sădiţi pe sol pregătit

şi pe sol nelucrat s-au schimbat în raport cu anul anterior. În acest an (2003) puieţii sădiţi în interiorul tăblii-lor cu sol prelucrat au crescut puţin mai rapid. Ei au realizat înălţimi mai mari comparativ cu puieţii plantaţi pe sol nelucrat, fapt care a fost semnalat în cele trei variante analizate (cu 9, 16 şi 25 de puieţi sădiţi în inte-riorul unei tăblii). Însă, deosebirile cele mai expresive dintre înălţimea puieţilor sădiţi pe sol pregătit şi pe sol nelucrat au fost evidenţiate în varianta tehnologică cu 9 goruni plantaţi pe tăblie. În această variantă, înălţi-mea medie a puieţilor de gorun sădiţi în tăbliile cu sol pregătit a fost cu 25,9% mai mare în comparaţie cu cea a gorunului plantat în tăblii, însă pe sol nelucrat (a se vedea Tabelul).

În al treilea an de viaţă pregătirea solului a avut în continuare o influenţă benefică asupra creşterii puieţi-lor de gorun. Tendinţa creşterii mai rapide a puieţilor sădiţi pe sol pregătit comparativ cu creşterea lor pe sol nelucrat a fost semnalată în variantele cu 9 şi 16 puieţi pe tăblie (a se vedea Tabelul). Ca şi în anul precedent, în anul 2004 cea mai mare înălţime medie de 23,4 cm a fost înregistrată în varianta cu 9 puieţi de gorun plan-taţi pe tăblie în sol pregătit. Înălţimea acestor puieţi a fost cu 3,4 cm mai mare în comparaţie cu cea a puieţi-lor plantaţi câte 9 în interiorul tăbliilor, însă în sol nelucrat. Însă, diferenţa cea mai mare dintre înălţimea puieţilor plantaţi pe sol pregătit şi pe sol nelucrat de 5,2 cm (p<0,001; tcalc. = 3,461) a fost evidenţiată în varianta cu 16 puieţi instalaţi pe tăblie.

Un anumit interes prezintă dezvăluirea dinamicii de creştere a puieţilor apreciată în ansamblu pentru toate variantele tehnologice (amplasaţi câte 9, 16 şi 25 puieţi pe tăblie) comparând în acest caz creşterea puieţilor de gorun plantaţi pe sol pregătit şi pe sol nelucrat. Urmărind ritmul de creştere a puieţilor de gorun (Fig.1), se observă că după primul sezon de vegetaţie puieţii sădiţi pe sol nepregătit au realizat înălţimea medie mai mare comparativ cu cei plantaţi pe sol lucrat. După al doilea an de vegetaţie viteza de creştere a puieţilor de gorun instalaţi pe sol pregătit s-a mărit întrucâtva. Ei au devenit cu 10,3% mai înalţi decât puieţii de gorun sădiţi pe sol nelucrat. În anul 2004 diferenţa de creştere dintre puieţii de gorun plantaţi pe sol pregătit şi pe sol nelucrat s-a micşorat întrucâtva. În următorul an (2005) puieţii de gorun plantaţi pe sol pregătit i-au de-păşit semnificativ (p<0,01) în creştere pe cei sădiţi pe sol nederanjat.

Un alt aspect care merită a fi menţionat în contextul problemei discutate se referă la faptul că pe parcursul a 4 ani de viaţă puieţii de gorun au realizat înălţimi în general mici. Pentru comparaţie, prezentăm datele re-feritoare la creşterea în înălţime a puieţilor de stejar pedunculat care sunt de aceeaşi vârstă ca şi puieţii de gorun. Stejăreii cresc în interiorul unui teren experimental din Rezervaţia „Plaiul Fagului” şi au fost instalaţi după un procedeu deosebit de cel al gorunului. Puieţii de stejar au fost obţinuţi prin efectuarea semănăturilor directe cu ghindă pe un teren descoperit. Conform datelor obţinute de noi, la vârsta de 4 ani stejăreii din populaţia polimorfă, proveniţi din semănăturile de primăvară, aveau înălţimea medie de 189,3 cm [10]. La această vârstă înălţimea medie a puieţilor de stejar pedunculat a fost de 7,1 ori mai mare comparativ cu cea a puieţilor de gorun plantaţi pe sol pregătit. Totodată, din literatura de specialitate se cunoaşte că în tinereţe gorunul creşte mai repede decât stejarul pedunculat, iar când indivizii speciilor cresc împreună, puieţii de gorun, datorită creşterii mai rapide, îi stânjenesc pe cei de stejar [11].



62

Fig.1. Dinamica creşterii în înălţime a puieţilor de gorun plantaţi pe sol pregătit şi nepregătit în primii 4 ani de viaţă.

11,7

16,0

20,9

26,5

19,3

14,513,0

24,1

0,02,04,06,08,0

10,012,014,016,018,020,022,024,026,028,0

2002 2003 2004 2005

ani

cm sol pregătit

sol ne pregătit

Pe marginea rezultatelor prezentate se poate constata că puieţii de gorun în primii ani de viaţă s-au ca-

racterizat prin creşteri slabe. Cauzele care au determinat creşterea slabă a puieţilor de gorun le considerăm următoarele: transplantarea puieţilor şi insuficienţa de lumină. Cu adevărat, transplantarea este o operaţie tehnică destul de critică pentru vitalitatea puieţilor de gorun. Oricât de bine s-ar executa scosul puieţilor, în practică în mod inevitabil se recurge la tăierea unei părţi din rădăcini. Puieţii scoşi şi transplantaţi în locul de creştere permanent suferă la început din cauza vătămărilor de natură mecanică şi fiziologică, care sunt cu greu suportate de către gorun. Este nevoie de timp pentru ca puieţii sădiţi să-şi cicatrizeze vătămările prici-nuite rădăcinilor la scos. De asemenea, rădăcinile puieţilor trebuie să se regenereze şi să se consolideze sufi-cient în sol. Doar după aceasta se poate considera că puieţii au intrat într-un proces normal de nutriţie mine-rală şi pot să crească în noile condiţii de viaţă. Trebuie relatat faptul că în anul plantării o anumită parte de goruni au înfrunzit cu întârziere. La aceşti puieţi nu s-a observat creşterea în înălţime. O altă parte de puieţi au crescut în înălţime foarte puţin (până la 1-2 cm). De aici rezultă că transplantarea este un procedeu tehno-logic care este suportat cu greu de către puieţii de gorun, provocând dereglări accentuate în activitatea fizio-logică a plantulelor. Este recomandabil astfel ca în cadrul activităţilor de instalare a seminţişului de gorun sub masivul unor arborete derivate de la tipul natural fundamental de pădure să se recurgă la efectuarea de semănături directe.

Un alt factor care a influenţat creşterea puieţilor de gorun l-a constituit insuficienţa de lumină. După cum s-a relatat mai înainte, puieţii au fost plantaţi sub masivul unui arboret de carpen. În aceste condiţii de trai, lumina care pătrundea printre ramurile arborilor maturi de carpen ajungea în cantităţi insuficiente la puieţii de gorun, determinând creşterea lor lentă. Chiar dacă în iarna anului 2004, adică după parcurgerea celui de-al 2-lea an de viaţă a puieţilor de gorun, a fost executată tăierea de punere în lumină a seminţişului de gorun instalat artificial, reducerea consistenţei arboretului matur de carpen până la 0,6 a fost insuficientă pentru a asigura puieţilor de gorun suficientă lumină care ar contribui la ameliorarea creşterii. Carpenul care formează arboretul matur are proprietatea de a dezvolta repede coroana pe porţiunile de teren cu ochiurile de lumină formate. Datorită creşterii la arborii de carpen a coroanelor pe porţiunile de teren degajate, deja după finali-zarea celui de al 2-lea an de la aplicarea tăierii, arboretul matur s-a închis formând un polog neîntrerupt. În asemenea condiţii, puieţii de gorun au crescut în continuare lent, cauza fiind insuficienţa de lumină.

Din cele relatate se mai poate deduce că creşterea puţin mai rapidă în primul an a puieţilor de gorun sădiţi pe sol nelucrat a putut fi determinată, probabil, de relaţiile de concurenţă dintre puieţii de gorun şi ierburile din jurul lor. Rezultatele obţinute de noi vin în concordanţă cu datele primite de către A.Matveeva [12], care a stabilit că la ameliorarea energiei de creştere a puieţilor de stejar pedunculat proveniţi din semănături directe fără pregătirea solului contribuie vegetaţia erbacee, care creşte sub masivul dumbrăvilor de stejar. În urmă-torii ani s-a constatat că puieţii de gorun plantaţi pe sol pregătit au început să crească în înălţime mai repede comparativ cu cei sădiţi pe sol nelucrat. Devine evident că în condiţiile unui sol afânat sistemul radicular al puieţilor de gorun mai lesne s-a regenerat. Puieţii au început să utilizeze mai energic substanţele nutritive din sol. Funcţionarea aparatului fotosintetic a devenit mai eficientă, determinând metabolizarea mai energică a

nepregătit



63

elementelor nutritive din sol. A crescut astfel vigurozitatea şi rapiditatea de creştere a puieţilor de gorun plantaţi pe sol pregătit. Gorunul plantat pe sol nelucrat a suferit de la început mai mult în noile condiţii de trai. În plus, odată cu înaintarea în vârstă a gorunului, ierburile din jurul puieţilor au devenit concurenţi pentru substanţele minerale din sol, ceea ce a putut slăbi creşterea plantulelor.

Concluzii 1. Tendinţa creşterii ceva mai rapide a puieţilor de gorun plantaţi în sol nelucrat în comparaţie cu creşte-

rea lor determinată de lucrarea solului a fost observată doar după parcurgerea primului sezon de vegetaţie. Probabil, relaţiile de concurenţă dintre puieţii care au fost plantaţi în sol nederanjat şi ierburile din jurul lor au determinat o asemenea creştere.

2. Influenţa pregătirii solului asupra rapidităţii de creştere a puieţilor de gorun a fost evidentă începând cu sezonul al 2-lea de vegetaţie şi s-a menţinut pe parcursul celor 3 ani de cercetare. Condiţiile pedoecologice ameliorate ale solului lucrat au creat condiţii favorabile pentru regenerarea şi consolidarea sistemului radicu-lar la aceşti puieţi. Ei au început să folosească mai eficient substanţele nutritive din sol, fapt care a influenţat vigoarea de creştere a gorunului.

3. Transplantarea şi insuficienţa de lumină sunt doi factori care au determinat creşterea lentă a puieţilor de gorun. De aceea, pentru a reduce cheltuielile legate de cultivarea puieţilor în pepinieră şi pentru a asigura creşterea mai rapidă a puieţilor este recomandabil ca în cadrul lucrărilor de ajutorare a regenerării naturale gorunul să fie instalat sub masivul arboretului matur prin semănături directe. În plus, intensitatea tăierilor de punere în lumină a seminţişului de gorun trebuie să fie mai mare, astfel încât după aplicarea lucrării consis-tenţa arboretului matur să fie redusă până la 0,5.

Referinţe:

1. Giurgiu V. Conservarea pădurilor. - Bucureşti: Ceres, 1978. - 308 p. 2. Cuza P.A. Impactul activităţilor silviculturale asupra stării actuale a fondului forestier din Republica Moldova //

Biodiversitatea vegetală a republicii în preajma mileniului III: Tezele congresului II al Societăţii de botanică din Republica Moldova. - Chişinău, 1998, p.14-15.

3. Cuza P. Sugestii privind conservarea diversităţii biologice a pădurilor din Republica Moldova // Analele Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria ,,Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău, 2001, p.181-186.

4. Giurgiu V. Repere pentru un necesar program al reconstrucţiei ecologice a pădurilor // Protejarea şi dezvoltarea durabilă a pădurilor României. - Bucureşti, 1995, p.202-210.

5. Cuza P., Tîcu L. Starea pădurii şi reconstrucţia ecologică a arboreturilor degradate // Natura Rezervaţiei „Plaiul Fagului”. - Chişinău: Universul, 2005, p.397-424.

6. Cuza P., Tîcu L. Unele consideraţii privind necesitatea iniţierii cercetărilor ce ţin de reconstrucţia ecologică a arboreturilor derivate din Rezervaţia „Plaiul Fagului” // Ecosofia şi perspectiva umană. - Chişinău, 2005, p.262-267.

7. Gociu D., Curoş B. Caracterizarea fondului forestier // Natura Rezervaţiei „Plaiul Fagului”. - Chişinău: Universul, 2005, p.386-396.

8. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. - Москва: Наука, 1984. - 424 с. 9. Енькова Е.П. Теллермановский лес и его восстановление. - Воронеж: Изд-во Воронежского университета,

1976. - 214 с. 10. Cuza P., Tîcu L. Dinamica creşterii puieţilor de Quercus robur L. în culturile de descendenţă maternă // Aspecte

ştiinţifico-practice ale dezvoltării durabile a sectorului forestier din Republica Moldova: Materialele Conferinţei internaţionale. - Chişinău, 2006, p.169-173.

11. Damian I. Împăduriri. - Bucureşti: Editura Didactică şi Pedagogică, 1978. - 374 p. 12. Матвеева А.А. Травяной покров сплошных лесосек и его влияние на возобновление древесных пород и

культуры дуба в Борисоглебском лесном массиве // Труды Института леса АН СССР. - 1957. - Т. XXXIII. - С.146-165.




64

РУДЕРАЛЬНАЯ ФЛОРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ г. КИШИНЕВА

Людмила КУХАРСКАЯ

Кафедра экологии, ботаники и лесоведения Influenţa factorilor antropici asupra florei şi vegetaţiei este puternic accentuată în oraşe, mai ales în mun. Chişinău,

unde în urma activităţii umane se creează ecotopuri artificiale, foarte des degradate, care cu timpul devin populate de plante ruderale dependente de factorii antropogeni. Studierea acestui grup are o mare importanţă ştiinţifică şi se efec-tuează în toate ţările de pe glob.

Unul dintre aspectele studierii florei ruderale urbane este cercetarea aşa-numitelor specii „feroviare”, care se înmul-ţesc ani la rând, vegetează şi se răspândesc de-a lungul căilor ferate. În acest articol sunt expuse rezultatele cercetărilor multilaterale ale florei ruderale „feroviare” din mun. Chişinău.

Sunt prezentate date despre spectrul floristic, originea speciilor, despre unele caractere ecobiologice ale acestora şi despre repartizarea speciilor de-a lungul căilor ferate în dependenţă de gradul de acţiune a factorilor antropici.

The work is dedicated to an actual theme nowadays – studying a group of special sinanthropical local plants, which

are named ruderal. The plants of this group grows due to the human’s amplifying influence on the environment, and nowadays the weeds problem has become global. The most vigorous ruderal species adapt easily and quickly enough to ecological conditions on the degradated territory and, not colliding a serious apposition from the man, they can spread on ruderal degradable biotopsis and course harm to the human health and to the municipal economy. In this article are expanded the results of a miscellaneous studying of ruderal plants which have been discovered around railways and stations in Chisinau area. The upshot of the researches, which were done, the weed species the growing area, the biolo-gical forms, the time of blooming and the character of the distribution in dependence from human’s influence.

С момента появление человека на Земле его влияние на природу, на всю биосферу нарастало так

быстро, что В.И.Вернадский выделил особую так называемую «ноосферу», и сейчас невозможно найти на планете ни одного фитоценоза, не измененного антропическими факторами.

Вся история человечества связана с его влиянием на флору. На смену эпохам кочевничества, зем-ледельчества, значительно изменившим природные ландшафты в основном из-за вырубки огромных площадей лесов в районах Средиземноморья, Малой Азии, Месопотамии, Африки, Индии и в Америке, пришла эпоха великих географических открытий, приведшая к расширению заноса видов растений, которые при определенных условиях быстро распространялись в новых странах, становясь опасными и назойливыми сорняками. Такое бессознательное влияние человека на природу продолжается и сейчас и проявляется в дальнейшем распространении семян и плодов, особенно благодаря развитию транспортных средств, связей между государствами, миграции населения. Эти социальные процессы сопровождаются бессознательным обогащением аборигенной флоры новыми видами. Таким образом, сорные растения своим появлением обязаны исключительно человеческой деятельности и являются еë спутниками.

В местах постоянных поселений человека произошло коренное изменение природных условий, что в наибольшей степени характерно для городов. В условия города для растений создается особая среда обитания, характеризующаяся значительным изменением режимов основных экологических факторов (свет, тепло, вода), а также значительным изменением химического состава и механической структуры почвы. В результате запыленности и загрязненности значительно изменен и химический состав воздуха.

Все эти изменения в режиме абиотических экологических факторов вызваны воздействием разно-образных антропических факторов. В городских условиях основными формами влияния человека на растения и растительный покров являются следующие [1]:

изменение ареалов растений – увеличение ареала в результате завоза (сознательного и бессоз-нательного) новых видов или сокращение ареалов вследствие уничтожения растений;

действие дымов, газов и других вредных примесей в воздухе, приводящее к различным повреж-дениям и болезням растений, к изменению их жизненного цикла, а также к гибели особо чувстви-тельных видов;


65

создание искусственных культурных фитоценозов – парков, скверов, клумб, из декоративных аборигенных или интродуцированных видов, резистентных к городским условиям.

Особой формой антропического воздействия на среду является создание новых местообитаний, не характерных для ненарушенной природы. Для городских условий это, в первую очередь, создание рудеральных местообитаний, всегда сопутствующих поселениям человека (на свалках, мусорках, около жилищ, заброшенных строений, вдоль дорог и др.). На таких деградированных местообитаниях поселяется особая рудеральная флора, состоящая из аборигенных и адвентивных видов.

Создание подобных местообитаний – результат деятельности человека, и в будущем подобные места будут играть все большую роль, способствуя развитию и расселению рудеральных виды.

Являясь антропохорами, рудеральные виды всецело связаны с жизнедеятельностью человека и зависят от него, являясь его спутниками при всех перемещениях. Мощное развитие транспортных средств и связей между государствами способствует проникновению и дальнейшему расселению сорных рас-тений во всем мире. Особая роль в этом принадлежит железнодорожному транспорту. Проникновение зачатков растений с грузами привело к формированию вдоль путей так называемой «железнодорожной» флоры, среди которой присутствуют как аборигенные антропохорные апофиты, так и виды природной флоры из других районов Земли, то есть адвентивные, или заносные растения. В отличие от других рудеральных местообитаний, степень антропической трансформации территории наиболее высока именно вдоль путей сообщения, и «железнодорожные» растения обитают в особо неблагоприятных условиях. Они подвергаются различным видам механического, химического, прямого и косвенного антропического воздействия, а их флористический состав во многом зависит от времени функциони-рования дороги и смены субстрата (насыпи).

Рудеральные растения железных дорог вызвали интерес ученых – экологов и ботаников, во всем мире еще в середине XX века. [2, 15] и являются объектом изучения в настоящее время [9, 10, 11, 12].

В Республике Молдова железнодорожная флора специально начала изучаться с 80-х годов XX века [5, 6, 7, 8, 14, 16, 13, 3, 4].

Рудеральная флора железнодорожной станции и путей г. Кишинева изучается нами систематически, начиная с 1986 года. В результате проведенных исследовании нами установлен видовой состав руде-ральной флоры железнодорожных путей от ст. Вистерничены до Кишиневского мясокомбината, общей протяженностью 4,3 км. Изучен характер распространения, а также некоторые экобиологические осо-бенности рудеральных растений, выявлены и изучены адвентивные виды. Результаты изучения занос-ных видов изложены в ранее опубликованных работах [3,4], поэтому основное внимание в данной работе мы уделили изучению автохтонных антропохоров железнодорожных путей.

Для более полного и точного выявления и изучения рудеральных видов мы разделили исследуемую территорию железнодорожных путей на 8 участков, в зависимости от степени антропического воз-действий и особенностей экологических условий.

В результате проведенных исследований нами установлено, что флора железнодорожных путей представлена 104 видами, относящимися к 88 родам и 30 семействам. Наибольшим количеством видов представлено сем. Asteraceae – 25, относящихся к 21 роду; 8 видов (7 родов) относится к сем. Lamiaceae; 8 видов (6 родов) относится к сем. Fabiaceae. Сем. Poaceae представлено 7 видами из 6 родов. Далее, по мере убывания количества видов, следуют сем. Apiaceae – 5 видов (4 рода); Brassicaceae, Rosaceae и Scrophulariaceae представлены каждое 4 видами и 4 родами соответсвено; Solаnaceae и Polygonaceae представлены каждое 3 видами и 3 родами; Boraginaceae, Chenopodiaceae, Caryophylaceae включают по 2 вида и 2 рода. Шесть семейств (Urticaeae, Violaceae, Rubiaceae, Plantaghinaceae, Amaranthaceae, Aceraceae) представлены 2 видами одним родом каждое. Остальные 10 семейств, среди которых Resedaceae, Papaveraceae, Ranunculaceae, Cannabaceae, представлены 1 видом и 1 родом, что подтверж-дает высокую степень деградации исследуемого биотопа под влиянием антропических факторов. Преобладание во флоре вышеназванных семейств указывает на термофильный характер исследуемой флоры.

Флора железнодорожных путей очень разнообразна по географическому происхождению (табл. 1), так как сложилась в результате агрегации видов, принадлежащих к разным флорогенетическим комп-лексам, перешедшим на исследуемую территорию из разных местообитаний.



66

Таблица 1 Количество видов в зависимости от географического элемента

Географический элемент

Евроазиатский

Американский

Средиземн

оморский

Европейский

Космо

политы

Азиатский

Евразийско

-африканский

Количество видов 59 15 6 6 6 4 4 % 56,7 14,4 5,7 5,7 5,7 3,8 3,8

Более половины исследуемых видов относятся к евроазиатскому элементу – 59 видов. Это

Linaria vulgaris Mill, Taraxacum officinale Wigg., Atriplex nitens Schkuhr. и др. На втором месте виды, относящиеся к американскому географическому элементу, – 15 видов (14,4%), среди которых Acer pseudoplatanoides L, Amaranthus retroflexus L., Czclachaena xanthiifolia Fresen. и др. Равным количест-вом видов представлены выходцы из Европы, Средиземноморья и виды-космополиты – 6 видов (5,7%). Европейскими являются Ballota nigra L., Lamium purpureum L. К видам-космополитам относятся Capsella bursa – pastoris (L.), urtica dioica L. Средиземноморским видам принадлежат Lactuca serriola L., Anethum graviolens L. и др. Азиатский и евроазийско-африканский географические элементы содер-жат по 4 вида (3,8%) и представлены, соответственно, Ailianthus altissima (Mill.), Coronilla varia L. и др.

Таким образом доказывается, что флора исследуемого региона разнообразна по географическому положению, поскольку сложилась в результате агрегации видов из различных флористических комп-лексов, перешедших на данную территорию.

Приведенные выше данные указывают на преобладание видов евроазиатского происхождения, что объясняется тем, что Республика Молдова входит в состав континента Евразия.

Нами изучались и некоторые эколого-биологические характеристики рудеральных видов. В соот-ветствии с водным режимом биотопа нами было выделено 9 экологических групп (табл. 2).

Таблица 2 Количество видов в соответствии с водным режимом биотопа

Экологическая группа

Ксерофи

ты

Мезоф

иты

Ксеромезо

- фи

ты

Мезогидро

-фи

ты

Ксеромезо

-гидроф

иты

Мезоксеро

- фи

ты

Гидроф

иты

Амф

итоле-

ранты

Эвриф

иты

Количество видов 1 19 45 18 9 6 1 3 2 % 0,9 18,3 43,3 17,3 8,7 5,7 0,9 2,9 1,9

Проведенные нами исследования показали, что в зависимости от водного режима на участке пре-обладают ксеромезофитные виды – 45 видов: это Amaranthus blitoides L., Cirsium setosum Bess., Lappula squarosa Dumort. и др. Растения, обитающие при достаточном, но не избыточном увлажнении, отно-сятся к мезофитам. Они представлены 19 видами, что составляет 18,26%: это Ambrosia artemisifolia L., Amaranthusretroflexus L. и др. Мезофиты обычно привязаны к умеренным водным режимам биотопа и к хорошим условиям минерального питания. Наличие достаточно большого количества видов, отно-сящихся к этому типу, говорит о благоприятном водном режиме биотопа и хорошем минеральном питании растений. Третье место по количеству видов принадлежит мезогидрофитам – 18 видов (17,3%): это Prunella vulgaris L., Solanum dulcamara L. и др. Далее следуют ксеромезогидрофиты – 9 видов (8,65%), виды, приспособившиеся к достаточно широкому диапазону наличия влаги, – от обильного увлажнения до недостаточного. Эта группа представлена такими видами, как Centaurea scabiosa L., Daucus carota L. и другими. Группа мезоксерофитов представлена 6 видами (5,76%). Она объединяет


67

растения, предпочитающие умеренное переходящее недостаточное увлажнение. Мезоксерофитами являются такие виды, как Helianthus tuberosus L. Ranunculus repens L., и другие. К амфитолерантам отно-сятся три вида (2,88%), представленные Ailanthus altissima (Mill.), Matricaria perforate, к эврифитам – 2 вида (1,92 %), например Urtica dioica L. Группа ксерофитов и гидрофитов представлены каждая 1 видом (0,96%), к ним относятся Lactuca serriola L. и Phragmites australis Trin. Et Steud. соответственно.

В процессе изучения флоры исследуемого региона нами учитывалась и принадлежность растений к определенным жизненным формам. Эта особенность важна для определения экологического состоя-ния, в котором находится флора и биотоп в целом.

Таблица 3 Количество видов в зависимости от жизненной формы

Экологическая группа

Терофи

ты

Геми

криптофи

ты

Геми

терофи

ты

Фанероф

иты

Хамефиты

Геоф

иты

Количество видов 30 29 17 8 7 6 % 28,8 27,9 16,3 7,7 6,7 5,8

Большинство видов являются терофитами – 30 видов (28,84%): это Ambrosia artemisiifolia L., Bidens trihartita L., Chamomila recutita (L.) и др. Второе место занимают гемикриптофиты – 29 (27,88%). К ним относятся Cichorium intibus L., Cyclachaena xanthiifolia Fresen., Potentilla reptans L. и др. Далее следуют гемитерофиты – 17 видов (16,34%): Cirsium setosum Bess., Mentha longifolia L. и др.; фанеро-фиты – 8 видов (7,69 %), представленные Acer negundo L., Populus nigra L.; хамефиты – 7 видов (6,73%), к котором относятся Lysmachia nummuralia L., Artemisia absintium L. и др.; геофиты – 6 видов (5,76%), куда включены Phragmites australis Trin. et Steud., Polygonatum aviculare L. и др. Преобладание терофи-тов, то есть растений с коротким жизненным циклом (1 год), свидетельствует о высокой степени деградации биотопа.

Необходимым является и ознакомление с периодами цветения видов. Нами было выделено 6 групп: 1) весенняя; 2) весенне–летняя; 3) летняя; 4) весенне–летне–осенняя; 5) летне–осенняя; 6) осенняя. Изучение фенофаз, а именно периодов цветения видов рудеральной флоры, позволило получить следующие результаты, представленные в таблице 4.

Таблица 4 Количество распределение видов в зависимости от сроков цветения

Весенняя Весенне – летняя Летняя

Весенне – летне – осенняя

Летнея – осенняя Осенняя

Количество видов 8 21 29 19 25 2 % 7,7 20,2 27,9 18,3 24 1,9

Приведенные нами наблюдения и их сравнение с литературными данными указывают на то, что большинство видов – 29 (27,88%), цветут в течение летнего периода: Erigeron annus Pers., Anethum graviolens L., Gallium humifusum Bief. и др. Группа летне – осенняя включает 25 видов (24,03%), в неë входят Melilotus albus Medic., Odontites vulgaris Moench., Phragmites australis Trin. et Steud. и др. Далее следует группа растений, цветущих весной – летом: 21 вид, (20,19%) – Scorzonera cana, Taraxacum officinale Wigg, Verbascum phlomoides и др. К периоду цветения весна – лето–осень относятся 19 видов (18,26%): Stellaria media L., Polygonatum avicualare L. И др.; Весной цветут 8 видов (7,69%) – Veronica hederifolia L., Viola odorata L. и др.; осенью – 2 вида (1,92%): Helianthus tuberosus L.

Из приведенных выше данных видно, что лидирует группа растений с периодом цветения более трех месяцев. Эта характерная биологическая особенность, присущая сорным растениям, позволяет им образовывать и распространять семена в течение всего вегетационного периода.



68

Такие факторы, как вечернее освещение, наличие близлежащих асфальтовых покрытий, могут стать причиной более раннего и продолжительного цветения фитоиндивидов, так как повышаются показа-тели теплового режима в городских условиях.

На протяжении исследованного железнодорожного пути виды рудеральной флоры распространены неравномерно, что объясняется положением участка, а главное – степенью антропического воздей-ствия. Подробная характеристика всех восьми участков с указанием количества адвентивных видов на каждом изложена в литературе [4]. В данной статье мы считаем целесообразным указать общее количество рудеральных видов, произрастающих на каждом участке. На ст. «Вистерничены» и в ее окрестностях (I участок) обнаружено наибольшее количество видов (57, или 55%), что объясняется наибольшим антропическим прессингом и недостаточным санитарным уходом за территорией. Вторым по обилию рудеральных видов (40, или 38%) является последний, восьмой участок, включающий территорию мясокомбината, что также объясняется резко возросшим влиянием антропических факто-ров и отсутствием систематического ухода за участком. На остальных участках, от второго до седьмого включительно, количество рудеральных видов сокращается и составляет, соответственно, на II участке – 24, на III –35, на IV – 32, на V – 11, на VI – 9, на VII – 23 вида. Полученные данные позволяют заключить, что количество рудеральных видов максимально на I и VIII участках, расположенных на окраине города, и минимально на участке, расположенном в центре города.

Как и в случае адвентивных видов, распределение рудеральных видов в целом полностью зависит от интенсивности воздействия антропических факторов, расположения участка и периодичности сани-тарного ухода за территорией.


1. Воронов А.Г. Геоботаника. - Москва: Высшая школа, 1973. - 382 с. 2. Голицын С.В. К вопросу об антропохорных миграциях растений // Советская ботаника. - М.-Л.: изд-во АН

СССР, 1945. - Т.13. - 6. - С.19-29. 3. Кухарская Л., Гелеверя Г. Некоторые особенности распространения адвентивных растений вдоль железно-

дорожных путей в г. Кишинэу // Analele ştiinţifice ale USM. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău: CEP USM, 2006, с.304-308.

4. Кухарская Л., Гелеверя Г. Некоторые экобиологические особенности адвентивных растений путей сообщения г.Кишинева / Conf. ştiinţ. studenţ., Chişinău, aprilie - 2005. - Chişinău, CE USM, 2005.

5. Мирза М.В., Кухарская Л. Поширення Grindelia squar-rosa (Pursh) Dunal на територii Молдавii // Укр.ботан. журнал. - 1987. - Т.44. - 6. - С.42-44.

6. Мирза М.В., Кухарская Л. Особенности распространения некоторых адвентивных растений Молдавии. Исследования по экологии, флористике, биохимии и физиологии растений Молдавии. - Кишинев: Штиинца, 1988, с.60-68.

7. Мирза М.В., Кухарская Л. Состояние и перспективы изучения адвентивных растений флоры Молдавии // Теоретические и прикладные аспекты изучения флоры Молдавии. - Кишинев, 1989. с.18-23.

8. Мирза М.В., Кухарская Л. Адвентивные растения агрофитоценозов некоторых районов Молдавии // Проблемы изучения адвентивной флоры СССР. - Москва: Наука, 1989, с.74-76.

9. Попов В.И. Новые и редкие адвентивные виды растений С.-Петербурга // Ботанический журнал. - 1996. - Т.81. - 4. - C.103-106.

10. Протопопова В.В. Синантропная флора Украины и пути ее развития. - Киев: Наукова думка. - 1991. - 204 с. 11. Чичев А.В. Пути и способы формирования урбанофлоры в Московской области // Ученые записки Тартуского

ун-та. - 1985. - 704. - C.69-73. 12. Шульц А.А. Адвентивная флора на территории железнодорожных узлов г.Риги // Ботанический журнал. -

1976. - Т.61. - 10. - C.1445-1454. 13. Сuharscaia L. Unele date despre elementul adventiv din flora sectoarelor Botanica şi Râşcani ale mun. Chişinău //

Biodiversitatea vegetală a R. Moldova. Culegere de articole ştiinţifice. - Chişinău. Centrul Edit. al USM, 2001, p.89-94. 14. Сuharscaia L., Obreja V. Unele considerări asupra florei sinantrope a împrejurimilor staţiilor feroviare Ciadâr-

Lunga şi Taraclia: Confer. corpului did.-şt. a USM. - Chişinău, 1998, p.202. 15. Duane I. Weed indetification and control in the North Central States. The IOWA STATES College Press – Amer.

Iava, USA, 1958. - 152 p. 16. Mârza M.V., Сuharscaia L. Flora staţiei feroviare Chişinău şi împrejurimilor ei: Mater. confer. corp. didactico-ştiinţ.

„Bilanţul activit. Şt. a USM” pe anii 1994-1996, 20-27 martie, 1995. - Chişinău, 1995. - p.234.




69

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОМОЦИСТЕИНА

НА АМИНОКИСЛОТНОМ АНАЛИЗАТОРЕ

Тудор БЫРСА, Светлана ГАРАЕВА, Галина ПОСТОЛАТИ, Галина РЕДКОЗУБОВА

Центр метрологии и аналитических методов исследования АН Молдовы Национальный Институт стандартизации и метрологии În articol sunt cercetate probleme privind homocisteinemia şi homocistinuria, de asemenea este argumentată necesi-

tatea screeningului homocisteinei în lichide fiziologice pentru diagnosticarea justă a acestor sindroame. In the paper there is made the literature survey of syndromes in conditions of homocysteinemia and homocystinuria.

It is well founded the necessity of straight homocysteine screening in physiological fluids for diagnostically appraisal of homocystinuria indication.

В 1962 году был открыт синдром гомоцистинурии [5], и с этого времени внимание врачей было

направлено на исследование роли этой аминокислоты в обмене веществ в организме человека. Гомоцистинурия связана с дефицитом фермента цистатионинсинтазы и имеет следующие клини-

ческие проявления: умственная отсталость, деформации костей, смещение хрусталика, прогресси-рующие сердечно-сосудистые заболевания и очень высокая частота тромбоэмболии.

Гипергомоцистеинемия наблюдается при поражении глаз у больных сахарным диабетом и при глаукоме. У пациентов с возрастной катарактой также отмечается повышенный уровень гомоцистеина в крови. Имеются данные, что у пожилых людей с повышенным уровнем гомоцистеина повышается риск возникновения болезни Альцгеймера и старческого слабоумия [3]. Повышение содержания гомоцистеина в крови имеет место при нарушении функции почек, у больных псориазом, системной красной волчанкой, а также лимфобластным лейкозом, раком молочной железы, яичников, поджелу-дочной железы [4].

Особенно опасна гомоцистеинемия в акушерской практике. Микротромбообразование и наруше-ния микроциркуляции приводят к осложнениям в функционировании плаценты и фетоплацентарного кровообращения, а это может быть причиной репродуктивной недостаточности: невынашивания беременности и бесплодия в результате дефектов имплантации зародыша. На более поздних стадиях беременности гипергомоцистеинемия является причиной развития хронической фетоплацентарной недостаточности и хронической внутриутробной гипоксии плода, что приводит к рождению детей с низкой массой тела и к снижению функциональных резервов всех жизнеобеспечивающих систем новорожденного. Гипергомоцистеинемия может стать одной из причин позднего токсикоза беремен-ности – гестоза, проявляющегося в нефропатии, преэклампсии и эклампсии. Рождение незрелого недоношенного ребенка в таких случаях сопровождается высокой детской летальностью и большим процентом послеродовых осложнений. Кроме того, гомоцистеин свободно переходит через плаценту и, предположительно, в высоких концентрациях способен оказывать тератогенное и фетотоксическое действие на плод [7]. Было доказано, что гипергомоцистеинемия является одной из причин анэнце-фалии и незаращения костномозгового канала. Анэнцефалия приводит к 100%-ой летальности, неза-ращению спинномозгового канала – к развитию серьезных неврологических проблем у ребенка, включая моторный паралич, пожизненную инвалидность и преждевременную смерть [3,4].

Наконец, повышение общего содержания гомоцистеина в организме является независимым факто-ром развития сердечно-сосудистых заболеваний.

До недавнего времени содержание гомоцистеина определяли, используя метиониновую нагрузку. Этот тест не унифицирован, не подобрана оптимальная доза метионина для нагрузки, не установлены временные интервалы для стандартизации теста, что позволяет его использовать лишь для оценки склонности к гипергомоцистеинемии вместе с прямым скринингом гомоцистеина [4,7,9] .

Прямой скрининговый анализ содержания гомоцистеина в физиологических жидкостях в настоя-щее время находит широкое диагностическое применение в зарубежной медицине. В Молдове опре-деление гомоцистеина никаким методом не осуществляется.



70

Все изложенное обусловливает необходимость контроля содержания этой аминокислоты в плазме крови и моче с помощью хроматографического анализа. В лаборатории жидкостной хроматографии экспериментально были подобраны условия, дающие возможность детектировать пик гомоцистеина с помощью аминокислотного анализатора.

Технические условия анализа: - высота хроматографической колонки 23 см; - ионит LG-FA; - рабочая температура хроматографической колонки 58о С; - проточность буфера 13 мл/час; - общая длительность анализа 270 мин. На хроматограмме пик гомоцистеина фиксируется между пиками цистина и метионина на 82

минуте анализа. Диапазон определяемых концентраций данного метода обусловлен чувствительностью прибора и

составляет 1- 100 нмолей. Воспроизводимость методики – 6%. Используемый для анализа аминокислотный анализатор ААА-339М (Чехия) дважды в год проходит

метрологический контроль.

Гомоцистеин вымывается IV буфером рН 4,6. Данный литиевый буфер имеет следующий состав: 1) лимонная кислота 8,834 г/л; 2) цитрат лития 16,346 г/л; 3) хлористый литий 15,777 г/л. Приготовление стандартного раствора гомоцистеина. В химическом стакане на аналитических весах взвешивают 16,898 мг хроматографически чистого

сухого D,L-гомоцистеина (C4H9NO2S) и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 50 мл, наполовину заполненную деионизированной дистиллированной водой. После полного раство-рения гомоцистеина содержимое колбы заполняют водой до метки. Полученному раствору приписы-вают концентрацию 2,5 мкмоль/1 мл раствора и используют как калибровочный раствор.

Подготовка образцов. Плазма крови. В центрифужную пробирку отбирают 1 мл сыворотки крови, взятой натощак из локтевой вены,

добавляют равный объем 6%-ной сульфосалициловой кислоты, перемешивают и ставят в холодиль-ник на 1 час для полного осаждения белков. Затем экстракт центрифугируют при 8000 об/мин в тече-ние 20 мин. Надосадочную жидкость сливают в выпаривательную колбу и осуществляют отгонку на роторном испарителе при 45оС. Сухой остаток трижды промывают дистиллированной водой и пере-растворяют в 1 мл литиевого стартового буфера рН 2,2. Хранят в морозильнике.

Источником ошибок при количественном исследовании гомоцистеина является неправильный отбор образцов плазмы для исследования. После взятия крови в эритроцитах продолжается синтез и



71

секреция гомоцистеина, в результате чего его содержание в крови с течением времени повышается (до 15% в час), причем степень повышения зависит от температуры [6]. Концентрация гомоцистеина в готовых образцах плазмы крови стабильна в течение суток при комнатной температуре, нескольких недель при +4оС и до года при –20оС. После получения крови образцы необходимо немедленно по-местить на лед, а красные клетки крови в возможно более короткий срок удалить с помощью центри-фугирования [3, 4]. Моча. Проба, предлагаемая для анализа, как правило, отбирается из мочи, собранной за 24 часа. Опре-

деляют общий объем мочи и отбирают для анализа 5 мл. При хранении мочи в течение 2-3 дней ее помещают в морозильную камеру. Перед анализом пробу нагревают до комнатной температуры и подкисляют до рН 2,25 с помощью 6N HCL.

В норме у взрослых уровень гомоцистеина в плазме крови составляет 5-14 мкмоль/л, у детей и подростков – до 5 мкмоль/л. В течение жизни средний уровень гомоцистеина увеличивается на 3-5 мкмоль/л. У мужчин уровень этой аминокислоты на 20% выше, чем у женщин. Гомоцистеинемия диагностируется при содержании гомоцистеина в плазме крови более 15 мкмоль/л. Литературные данные относительно содержания гомоцистеина в моче отсутствуют.

Уровень гомоцистеина практически не зависит от питания перед исследованием, однако потребле-ние пищи, излишне богатой белками, может привести к увеличению концентрации гомоцистеина на 15-20% [8].

При трактовке результатов анализа необходимо иметь в виду, что на уровень гомоцистеина влияет прием целого ряда лекарств [9], в частности – противосудорожных, сахаропонижающих препаратов, цитостатиков. Механизм их действия может быть связан с влиянием их на биохимическую актив-ность витаминов, на функцию почек и на уровень гормонов. Особенное значение имеют метотрексат, который является антагонистом фолиевой кислоты и часто применяется для лечения псориаза. Противосудорожные препараты также опустошают запасы фолиевой кислоты в печени. Закись азота, которая используется для наркоза и при обезболивании родов, инактивирует витамин В12, а метомор-фин, использующийся для лечения сахарного диабета, влияет на всасывание этого витамина. Эуфил-лин подавляет активность витамина В6, его часто применяют в акушерской практике для лечения гестозов [4].

Осуществляя диагностический поиск, необходимо иметь в виду, что к причинам увеличения содер-жания гомоцистеина относятся следующие:

1. Генетические дефекты, приводящие к неполноценности ферментов, ответственных за метабо-лизм этой аминокислоты.

2. Недостаток поступления с пищей витаминов – кофакторов ферментов, необходимых для пол-ноценного метаболизма гомоцистеина (фолиевая кислота, витамины группы В), восполнение которых может привести к нормализации его концентрации.

3. Ряд сопутствующих заболеваний. 4. Использование некоторых лекарственных препаратов. 5. Курение. Селективный скрининг на гомоцистинурию рекомендуется [1,2,] следующим категориям больных: - со скелетными аномалиями (марфаноидный фенотип); - с поражением глаз; - кардиоваскулярной патологией; - цереброваскулярной патологией; - умственной отсталостью; - шизофренией; - тромбозами и тромбоэмболиями; - острыми панкреатитами; - сахарным диабетом; - женщинам, планирующим беременность, с отягощенным акушерским анамнезом; - с целью пренатальной диагностики плода; - лицам, получающим терапию препаратами, которые могут привести к повышению уровня гомо-

цистеина в крови;



72

- имеющим наследственную предрасположенность к атеросклерозу; - пациентам, перенесшим операцию на желудке; - лицам, у родственников которых были инсульты, инфаркты и тромбозы в возрасте до 45 лет. Необходимо добавить, что в качестве дополнительного теста оценки склонности к гипергомоци-

стеинемии возможно определение толерантности к метионину. При проведении теста дают метионин внутрь в дозе 0,1 г/кг массы тела. До нагрузки, а также через 6, 24 и 48 часов после нее, измеряют со-держание гомоцистеина. Концентрация гомоцистеина достигает максимума через 6 час после введе-ния метионина. У здоровых лиц максимальный уровень гомоцистеина не превышает 30 мкмоль/л и его снижение происходит быстрее, чем у пациентов, склонных к гипергомоцистеинемии.

К общему числу пациентов, у которых гипергомоцистеинемия выявляется прямым скринингом крови, взятой натощак, использование нагрузки метионином позволяет выявить дополнительно еще более 25% лиц, склонных к гипергомоцистеинемии.

Таким образом, диагностика гипергомоцистеинемии является важным методом своевременной профилактики и лечения большого числа синдромов. Ионообменная жидкостная хроматография, в частности, аминокислотный анализатор ААА 339М, является адекватным методом для скрининга гипергомоцистеинемии и гипергомоцистинурии в физиологических жидкостях.


1. Вельтищев Ю.Е., Бочков Н.П. Наследственная патология человека. - Москва, 1995. - 239 с. 2. Козлова С.И. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. - Москва, 1995. - 410 с. 3. Шевченко О.П., Олефиренко Г.А. Гипергомоцистеинемия и её клиническое значение // Лаборатория. - 2002. -

1. - С.3-7. 4. Шевченко О.П., Олефиренко Г.А., Червякова Н.В. Гомоцистеин. - Москва, 2002. - 47 с. 5. Gerritsen T., Waisman H. Homocystinuria, an error in the metabolism of methionine // Pediatrics. - 1964. - Vol.33. -

Р.413-420. 6. McCaddon A., Davies G., Hudson P. Total serum homocysteine in senile dementia of Alzheimer type. Int. L.

Geriartr // Psychiatry. - 1998. - Vol.13. - Р.235-239. 7. Pogribna M., Melnic S., Pogribny I. Homocysteine metabolism in children with Down syndrome: in vitro modulation //

Amer. J. Hum. Genet. - 2001. - Vol.69. - Nо1. - Р.5-14. 8. Ubbink J., Vermaak W., Hayward J. The effect of blood sample aging and food consumption on plasma total homo-

cysteine levels // Clinica Acta. - 1992. - Vol.207. - Р.119-128. 9. Ueland P., Refsum H., Brattstrom L. Plasma homocysteine, a risk factor for vascular disease: plasma levels in health,

disease and drug therapy // J. Lab. Clin. Med. - 1989. - Vol.114. - Р.473-501.



73

MODERNIZAREA METODOLOGIEI DE FORMARE CONTINUĂ A SPECIALIŞTILOR

ÎN GEOGRAFIE DIN ÎNVĂŢĂMÂNTUL UNIVERSITAR ŞI POSTUNIVERSITAR

PRIN APLICAREA REZULTATELOR CERCETĂRILOR ŞTIINŢIFICE

Mihail COŞCODAN, Lazăr CHIRICĂ, Nina VOLONTIR*, Ion MIRONOV*, Sergiu IORDAN**

Catedra Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie *Universitatea de Stat din Tiraspol **Universitatea Pedagogică de Stat „Ion Creangă”

The high interest towards geography in the last years and the involvement of profile specialists in national economy’s

domains imposes specific rules in teaching geographic sciences in high level institutions. The analysis of the statistic data denote a continuous increasing of the number of students at the geography faculty, the same time a diminution of students that graduated in the last years and who are ready to find a job in the field. In this case it is necessary to achieve high results in studying the new geographic data and their way of involvement in the didactic process, also this phenomenon requires new teaching - achieving standards. It is also necessary to systemize and develop the student’s degree of involvement in the scientific study and investigation of thematic rapports, term papers, license works and those of student involvement in the activity of investigation. These strategies will help in the evaluation of knowledge and achievements in the field of geography.

Introducere Interesul sporit faţă de Geografie pe parcursul anilor şi implicarea specialiştilor de profil în diverse dome-

nii ale economiei naţionale impune rigorii specifice predării ştiinţelor geografice în instituţiile de învăţământ superior. Analiza datelor statistice denotă o creştere continuă a numărului de studenţi la Facultăţile de Geografie pe fondul reducerii numărului de absolvenţi. Este în diminuare în ultimii ani şi numărul absolvenţilor care se angajează în domeniile de profil conform specialităţii obţinute în şcoala superioară. În legătură cu aceasta este necesar de a realiza un studiu de sinteză asupra investigaţiilor şi modului de implementare a acestora în învăţământul geografic superior. În vederea elaborării noilor standarde de formare continuă a specialiştilor este necesară evaluarea stării actuale a procesului didactic în învăţământul geografic superior. În scopul pregătirii de bună calitate şi temeinice a viitorilor specialişti vor fi sistematizate şi diversificate formele de implicare a studenţilor în cercetările ştiinţifice. Cercetările din diferite domenii ale geografiei vor fi aplicate în procesul efectuării diverselor activităţi didactice, precum şi în pregătirea rapoartelor tematice, tezelor de an, tezelor de licenţă şi a tezelor de master. Vor fi propuse pentru aplicare tehnologii moderne, activizante de formare a cunoştinţelor şi competenţelor în domeniul geografiei.

Considerăm necesar ca organele de resort să susţină şi să finanţeze un proiect care va viza elaborarea unui sistem modern de organizare în formarea specialiştilor de geografie şi pregătirea continuă a lor prin aplicarea rezultatelor cercetărilor ştiinţifice în învăţământul universitar şi postuniversitar.

Rezultate şi discuţii Până în prezent în Republica Moldova nu există un studiu metodico–ştiinţific cu privire la învăţământul

superior geografic. După aderarea instituţiilor de învăţământ superior din Republica Moldova la Procesul Bologna, învăţământul superior a fost expus unor riscuri neprevăzute. Implementarea sistemului nou de învă-ţământ se realizează doar parţial. Pe de o parte, s-a acceptat sistemul de credite, numărul de ore la discipline s-a micşorat, s-au introdus noi forme de evaluare curentă şi finală; pe de altă parte însă, şarja didactică pentru profesorii universitari a rămas de 750-780 ore anual. Situaţia creată necesită acoperirea mai multor discipline de un singur cadru didactic. În consecinţă, scade calitatea procesului de predare. Actualmente, în instituţiile de învăţământ superior se atestă o discrepanţă între rezultatele de cercetare obţinute şi implementarea aces-tora în procesul de învăţământ, deoarece pe lângă majoritatea catedrelor universitare nu există laboratoare de cercetare în domeniul pedagogiei învăţământului superior. Soluţionarea acestei dileme poate fi prin stabilirea unui raport între volumul sarcinii didactice şi volumul sarcinii de cercetare, care ar acoperi şarja didactică conform standardelor europene. În contextul noilor cerinţe faţă de învăţământului superior apare necesitatea de a efectua o sinteza a celor mai de valoare rezultate ale cercetărilor ştiinţifice curente. În baza acestora vor fi aplicate tehnologii moderne în vederea formării cadrelor de înaltă calificare.



74

Obiectivele principale propuse sunt: Documentare asupra cercetărilor geografice din ultimii ani; Argumentarea eficacităţii acestora pentru aplicarea în învăţământul superior; Alegerea strategiilor de aplicare; Verificarea, prin comparaţie, a eficacităţii strategiilor aplicate; Elaborarea strategiilor de organizare şi desfăşurare a lucrului individual al studenţilor; Argumentarea rolului aplicaţiilor de teren în pregătirea specialiştilor; Elaborarea unor criterii de implicare a studenţilor în procesul de cercetare; Elaborarea tehnicilor de monitorizare şi evaluare a cunoştinţelor, competenţelor în domeniul geografiei; Elaborarea unor modalităţi de formare continuă a specialiştilor în geografie; Elaborarea recomandărilor metodice pentru efectuarea diverselor activităţi didactico-ştiinţifice ale

studenţilor (rapoarte tematice, practica pedagogică şi de producţie, teze de an, teze de licenţă, teze de master, cercetări în teren, de laborator etc.), precum şi a lucrărilor de grad didactic.

Proiectul propus reprezintă un pionierat în elaborarea metodologiei moderne de aplicare a cercetărilor ştiinţifice în procesul de predare – învăţare – evaluare, formare continuă la nivel universitar şi postuniversitar în învăţământul geografic. În cercetările preconizate se va ţine cont de Planul-cadru pentru instituţiile de învăţământ universitar, recomandat de Ministerul Educaţiei şi Tineretului al Republicii Moldova, de Cadrul Naţional al Calificării pentru învăţământul superior (standard de formare profesională în geografie) şi vor fi elaborate priorităţi pentru ciclul I şi ciclul II de studii.

Modernizarea metodologiei de formare continuă a specialiştilor în Geografie din învăţământul universitar şi postuniversitar prin aplicarea rezultatelor cercetărilor ştiinţifice va fi o nouă tentativă în elaborarea unor metodologii moderne de formare profesională a specialiştilor în domeniul geografiei, care se va realiza prin intermediul disciplinelor fundamentale, disciplinelor de specializare, rezervându-se o pondere deosebită dis-ciplinelor opţionale. Astfel, studenţii vor fi familiarizaţi cu realizările cercetărilor ştiinţifice, care vor contribui la formarea aptitudinilor de cercetare. Abilităţile de cercetare formate vor stimula interesul şi motivaţia tine-rilor cercetători pentru ştiinţă geografică.

Implementarea proiectului propus va contribui la sporirea nivelului teoretico-ştiinţific în formarea specia-liştilor în Geografie. Geografia va deveni mai atractivă în rândurile tineretului studios, ceea ce va facilita pre-gătirea specialiştilor de înaltă calificare, precum şi încadrarea activă a tinerilor specialişti în domeniul de profil.

Considerăm că realizarea acestui proiect va aduce o deosebită contribuţie la formarea unui sistem unic, deschis şi tolerant în învăţământul geografic din Republica Moldova.

Concluzii Implementarea rezultatelor ştiinţifice se va materializa prin elaborarea unui set de programe adecvate, reco-

mandări didactico-metodice, materiale instructiv-educative pentru toate nivelurile învăţământului universitar şi postuniversitar. Rezultatele obţinute vor permite ajustarea învăţământului superior geografic din Republica Moldova la standardele europene şi, în aşa caz, va apărea o posibilitate de aderare de facto a acestuia la Procesul Bologna.

Implementarea proiectului în învăţământul superior geografic din Republica Moldova va permite colabo-rarea cu universităţile de profil din cadrul Uniunii Europene, când vor apărea noi disponibilităţi de speciali-tate la nivel regional şi continental. Creşterea potenţialului ştiinţific al studenţilor va contribui la posibila lor antrenare în diverse expediţii internaţionale, cercetări comune, lărgind prin aceasta arealul de participare la di-verse conferinţe ştiinţifice de diferit rang. Laboratoarele ştiinţifice nou-create în cadrul facultăţilor vor con-tribui la creşterea potenţialului ştiinţific geografic din Republica Moldova.

Bibliografie:

1. Acta et commentationes. Vol.II. Chişinău, 2003-2005. Analele Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Tiraspol. 2. Analele Ştiinţifice ale Universităţii „Al.I. Cuza” Iaşi. Geografie (2002 - 2007). 3. Analele Ştiinţifice ale USM. Seria „Ştiinţe chimico-biologice” (2002 - 2007). 4. Bailly A. (coord.). - Les concepts de la géographie humaine. Cinquième édition (première édition –1984). - Paris:

Armand Colin, 2001. 5. Didactica Pro. Revistă de teorie şi practică educaţională (2001 - 2006). 6. Diversitatea, valorificarea raţională şi protecţia lumii animale. - Chişinău: CEP USM, 2006. 7. Josan N. Sisteme globale de mediu. - Editura Universităţii din Oradea, 2002. 8. Mac I. Geografie generală. - Cluj-Napoca: Europontic, 2000. 9. Starea mediului în Republica Moldova. Raportul naţional. (2002 - 2006) Chişinău.




75

UTILIZAREA DATELOR SPECTROGRAFICE

ÎN PROSPECŢIUNILE GEOCHIMICE

Valerian CIOBOTARU, Aurelia POPUIAC

Catedra Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie In the studies dedicated to geological mapping that refer to the Northeastern regions of the Republic of Moldova

developed by the geological teams from the State Agency of Geology (AGeoM) the geo-chemical researches on strata of the Vendian age have been included that contain various concentrations of Zn, Pb, Ba, Ag, TR, etc. Because the geo-chemical database was created based on the spectrographic analyses with a limited sensibility, appeared the necessity to compare the spectrographic results with the results that were obtained on atomic adsorption method that is a more precise and sensitive method to be applied.

În anii ’80-’90 ai sec. XX în regiunea de nord şi nord-est a Republicii Moldova au fost efectuate cartări

ale formaţiunilor adânci ascunse sub stratele mezocainozoice mai tinere. Ansamblul de lucrări geologice complexe urmăreau scopul determinării perspectivei unei zone specifice din punct de vedere geologico-structural în ceea ce priveşte localizarea în spaţiul subsolului a unor acumulări semnificative de zăcăminte de minereuri polimetalice, TR, elemente radioactive, zirconiu.

Acest program de studiu a fost început şi realizat pe un teritoriu cu o arie relativ limitată situată în cadrul de nord-est al planşei topografice 1:200000 L – 35 – V de un grup de cercetători din fostul Departament Geologic al RSSM, actualul AGeoM (Agenţia Geologică de Stat din Moldova): Anatol Zaharov, Vladimir Sergheev, Eugenia Hioara, Valerian Ciobotaru, Galina Fedorenco ş.a. [1]. Din cauza schimbărilor care au urmat după destrămarea Uniunii Sovietice cercetările care urmau să fie desfăşurate pe întregul segment al bazinului r. Nistru, începând cu punctul de nord al republicii (s. Naslavcea) până în Zona industrial-minieră Rezina nu au fost duse la bun sfârşit.

În lucrările de cartare au fost incluse atât cercetări geochimice în formaţiunile sedimentare vendiane, cât şi în formaţiunile cristaline arhaico-proterozoice ale fundamentului (gnaise, şisturi cristaline, plagiogranite, charnockite, alaskite, leucogranite etc.).

Pe parcursul anilor de cercetare geologico-geochimică consecventă a fost acumulată o bază de date geo-logice destul de impunătoare, care până în prezent nu a fost valorificată într-un mod complet. De exemplu, din numeroasele rezultate ale analizelor spectrografice, care ar fi putut servi la mai multe sinteze geochimice, au fost utilizate numai informaţiile privind concentraţiile zincului, plumbului, bariului şi argintului în scopul determinării repartiţiei acestor elemente chimice în formaţiunile vendianului [1]. Elementele chimice sus-numite au fost selectate în baza a două criterii: în primul rând, din lucrările geochimice precedente, realizate de întreprinderile geologice din Moldova, erau cunoscute anomalii geochimice în teritoriile alăturate [2] şi, în al doilea rând, concentraţiile de Zn, Pb, Ba şi Ag obţinute prin metoda spectrografică s-au dovedit a fi destul de mari, depăşind cu mult limita sensibilităţii analizei. Astfel, aureolele geochimice ale acestor elemente se prezintă la un grad de veridicitate relativ mare.

Pentru formarea bazei de date geochimice metoda spectrografică s-a dovedit a fi una raţională. În primul rând, analizele chimice din cauza costului mare şi a randamentului mic nu sunt rentabile; în al doilea rând, prin metodele chimice tradiţionale pot fi determinate concentraţiile numai ale unui număr redus de elemente. Astfel, nu putea fi format un set reprezentativ de date, necesare şi suficiente pentru rezolvarea diferitelor probleme geochimice importante: stabilirea fondului geochimic, conturarea aureolelor, implementarea anali-zelor corelative, construirea diferitelor funcţii empirice etc.

Aproape în toate forajele, săpate în scopul cartărilor formaţiunilor adânci din intervale de 1-5 m, au fost colectate probe şi efectuate analize spectrografice a 38 elemente chimice: Ba, Be, Pb, Sn, Ti, W, Mn, Nb, Ga, Cr, Ni, Bi, Co, Mo, V, Cu, Zn, Zr, Ag, Cd, Y, Yb, La, Ce, P, Sr, In, Ge, Hf, Sc, Hg, U, Th, Tl, Li, As, Sb şi Ta.

Forajele, pe teritoriul menţionat mai sus, repartizate omogen cu o densitate de circa 50 puncte pe 1000 km2, sunt reprezentate pe hărţile geologice din dările de seamă aflate în Fondul AGeoM [3].



76

Concentraţiile elementelor chimice depistate în formaţiunile de roci din zona Interfluviului Nistru-Prut în majoritatea cazurilor sunt foarte mici şi, cu excepţia unor puncte anomale, aflate în legături corelative cu mineralizările epigenetice constituite în cea mai mare parte din sulfuri ale Pb şi Zn [4], se află la nivelul sen-sibilităţii metodei spectrografice. Evident, în astfel de condiţii, problema depistării prin metode geochimice directe a unor acumulări importante de zăcăminte minerale utile decade. În acelaşi timp, metodele de pro-specţiuni geochimice nu se reduc numai la utilizarea indicilor direcţi privind localizarea în spaţiul subsolului a unor anumite varietăţi de minereuri. Un rol important în metodele de prospecţiuni geologice îl joacă atât aureolele geochimice (morfologia şi concentraţia acestora), conturate în baza datelor litogeochimice, cât şi determinarea naturii lor primare sau secundare, corelarea lor cu structurile geologice din zonă, depistarea căilor de migrare a elementelor chimice, care duc o informaţie asupra zăcămintelor care „au contaminat” formaţiunile cristaline sau sedimentare din regiune cu diferite elemente chimice.

În acest context, putem menţiona că unele probleme de prospectare geologică puteau fi rezolvate şi prin metode geochimice, folosind datele analizelor spectrografice existente indiferent de faptul că acestea au o eroare destul de mare (în special, în cazul cănd concentraţiile elementelor chimice în probele analizate sunt destul de mici).

Spre deosebire de aureolele Pb, Zn, Ba şi Ag, localizate fără mari dificultăţi în stratele terigene de vârstă vendiană (zona principală de răspândire a aureolelor geochimice din regiunea bazinului r. Nistru), majoritatea elementelor chimice prezentate mai sus deseori formează aureole relativ slabe care pot fi evidenţiate prin metodele statisticii matematice, aplicate în geochimie.

Este de menţionat că unele elemente chimice ar prezenta, din punct de vedere practic, un interes deosebit pentru unele ramuri ale economiei naţionale sau, pur şi simplu, ar putea fi valorificate cu un venit considerabil.

De exemplu, scandiului (Sc21), ytriului (Y39), lantanului (La57), ceriului (Ce58) şi yterbiului (Yb70) – elemente chimice utilizate în tehnologiile moderne în cadrul planşei L - 35 – V în formaţiunile terigene afalte în zăcământ nemijlocit pe fundamentul cristalin, formează concentraţii relativ mari care depăşesc concentra-ţia lor medie din crusta terestră: Sc – 5,35·10-6 g/t, (La + Ce + Yb) – 172,55·10-6 g/t, Y – 13,2·10-6 g/t. Astfel, aureolele geochimice formate de elementele respective se prezintă în calitate de premise ale prospectării lor în spaţiul subsolului. Rămâne de rezolvat problema veridicităţii analizelor spectrografice în baza cărora au fost conturate aureolele sus-menţionate.

Calitatea analizelor spectrografice a fost estimată prin dublarea a 53 de probe şi prin determinarea în com-poziţia acestora a Pb şi Zn prin metoda adsorbţiei atomice (Tab.1). Spre deosebire de analiza spectrografică, această metodă este mult mai precisă.

Tabelul 1

Datele analizelor spectrografice (SPb, SZn) şi ale analizelor obţinute prin metoda adsorbţiei atomice (APb, AZn); concentraţiile în n·10-3% g/t*

Nr. crt. Forajul Proba Intervale ** SPb APb SZn AZn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

022 022 022 023 023 023 023 023 023 023 023 03 03 03

1105 1108 1111 1149 1155 1157 1160 1163 1165 1167 1169 1079 1070 1080

347,6-348,8 350,4-351,6 354,0-355,2 274,8-276,0 282,0-283,3 284,4-285,4 287,4-288,4 290,4-291,6 292,8-294,0 295,0-296,0 297,0-298,0 392,0-393,2 394,4-395,4 395,4-396,4

100 30 1000 200 6 800 200 30 50 60 10 500 300 100

17 2 100 20 2 46 31 4 10 12 6 50 33 18

8 100 8 7 100 3 4 100 500 300 100 50 6 6

2,4 16 3,9 2 18 1 1,5 22 58 35 20 9 1,2 2



77

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

015 09 025 025 025 025 025 025 025 025 025 025 050 050 050 050 050 050 050 050 044 044 044 07 07 06 06 06 06 06 06 06 04 04 04 029 029 029 029

1257 1305 1402 1403 1404 1405 1406 1407 1408 1409 1410 1411 1590 1591 1592 1593 1594 1595 1596 1597 1738 1739 1740 1763 1767 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2095 2097 2102 2328 2330 2335 2348

328,0-329,0 160,0-161,0 262,0-263,0 263,0-264,2 264,2-265,4 266,4- 266,5 266,5-267,7 267,7-268,9 268,9-270,0 270,0-271,0 271,0-271,8 271,8-273,0 155,4-156,5 156,6-157,6 157,6-158,7 158,7-159,9 159,9-160,9 160,9-161,7 161,7-162,8 162,8-163,8 146,4-147,4 147,4-148,6 148,6-149,5 453,0-454,3 457,6-458,7 149,2-150,2 150,2-151,2 151,2-152,2 152,2-153,2 153,2-154,2 154,2-155,2 155,2-156,2 442,5-443,5 444,5-445,5 449,5-450,5 443,0-444,0 445,0-446,0 450,2-451,4 469,0-470,0

30 50 6 4 20 10 4 3 3 3,5 2,5 2,5 5 10 60 80 50 30 5 6 84 3 4 200 100 100 24 100 76 30 20 10 200 100 3 15 8 200 15

12 21 3,5 2 8 3,5 2,5 2 2 3 1,5 1 2 6 44 63 46 15 2 3,2 40 1 2 105 38 34 15 72 60 12 8 9 105 56 1,8 9,9 7 34 5

300 100 300 30 300 29 45 5 5 4 3 6 6 8 20 60 60 50 20 32 60 30 10 8 50 3 6 5 5 3 4 4 15 16 100 100 100 60 8

63 24 91 22 90 17 15 2,5 2 2,5 2 3,3 3 4 11 28 52 31 11 10 50 21 6 5 35 1 2 1 2 3 2 0,8 4 4 33 35 51 29 3,2

*Analizele au fost efectuate de Laboratorul Trustului „Sevucrgheologhia” din Ucraina, 1983-1987. **Forajele Proba şi intervalele de probare sunt prezentate în diferite scheme din [1]. Rezultatele comparării datelor spectrometrice cu cele ale metodei prin adsorbţie atomică sunt reprezentate

în Tabelul 2 şi Figura 1. După cum observăm, toate rezultatele analizelor spectrografice întotdeauna sunt în medie de 3 ori mai

mari în raport cu datele analizelor obţinute prin metoda adsorbţiei atomice, iar coeficienţii de corelaţie între aceste două baze de date sunt relativ mari. De exemplu, pentru suma elementelor Pb+Zn, coeficientul de corelare dintre rezultatele analizelor spectrografice şi rezultatele analizelor efectuate prin metoda adsorbţiei atomice este r = 0,7 (Fig.1). Din punct de vedere metodologic, pentru a cuprinde tot diapazonul concentraţii-lor, câmpul corelaţiei din Figura 1 este prezentat la scară logaritmică.



78

Tabelul 2

Compararea datelor analizelor spectrografice (S) şi a datelor adsorbţiei atomice (A); concentraţiile în n·10-3% g/t

Nr. crt. S A R ∆ ∆2 Nr.

crt. S A R ∆ ∆2

Pb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

100 30 1000 200 6 800 200 30 50 60 10 500 300 100 30 50 6 4 20 10 4 3 3 2,5 2,5 2,5 5 10 60 80 50 30 5 6 84 3 4 200 100 100 24 100 76

17 2 100 20 2 46 31 4 10 12 6 50 33 18 12 21 3,5 2 8 3,5 2,5 2 2 2 1,5 1 2 6 44 63 46 15 2 3,2 40 1 2 105 38 34 15 72 60

59 150 100 100 30 174 65 75 50 50 17 100 91 56 25 24 17 20 25 29 16 15 15 12 17 25 25 17 14 13 11 20 25 19 21 30 20 19 26 29 16 14 13

+28 - +69 +69 -1 - +34 +44 +19 +19 -14 +69 +60 +25 -6 -7 -14 -11 -6 -2 -15 -16 -16 -19 -14 -6 -6 -14 -17 -18 -20 -11 -6 -12 -10 -1 -11 -12 -5 -2 -15 -17 -18

784 - 4761 4761 1 - 1156 1936 361 361 196 4761 3600 625 36 49 196 121 36 4 225 256 256 361 196 36 36 196 289 324 400 121 36 144 100 1 121 144 25 4 225 289 324

Zn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

8 100 8 7 100 3 4 100 500 300 100 50 6 6 300 100 300 30 300 20 45 5 5 4 3 6 6 8 20 60 60 50 20 32 60 30 10 8 50 3 6 5 5

2,4 16 3,9 2 18 1 1,5 22 58 35 20 9 1,2 2 63 24 91 22 90 17 15 2,5 2 2,5 2 3,3 3 4 11 28 52 31 11 10 50 21 6 5 35 1 2 1 2

33 62 21 35 56 30 27 45 86 86 50 56 50 30 48 42 33 14 33 12 30 20 25 16 15 18 20 20 18 21 12 16 18 32 12 14 17 16 14 30 30 50 25

+2 +31 -10 +4 +25 -1 -4 +34 +55 +55 +19 +25 +19 -1 +17 +11 +2 -17 +2 -19 -1 -11 -6 -15 -16 -13 -11 -11 -13 -10 -19 -15 -13 +1 -19 -17 -14 -15 -17 -1 -1 +19 -6

4 961 100 16 625 1 16 1156 3025 3025 361 625 361 1 289 121 4 289 4 361 1 121 36 225 256 169 121 121 169 100 361 225 169 1 361 289 196 225 289 1 1 361 36



79

44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

30 20 10 200 100 3 15 8 200 15

12 8 9 105 56 1,8 9,9 7 34 5

25 25 11 19 18 17 15 11 59 30

-6 -6 -20 -12 -13 -14 -16 -20 +28 -1

36 36 400 144 169 196 256 400 784 1

44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

3 4 4 15 16 100 100 100 60 8

3 2 0,8 4 4 33 35 51 29 3,2

10 20 50 38 40 30 29 20 21 25

-21 -11 +19 +7 +9 -1 -2 -11 -10 -6

441 121 361 49 81 1 2 121 100 36

∑ 3216 ∑ 46770

Ri = 10S/A; ∆ = Ri - Rm; Rm = ∑0,1Ri/n = 321,6/106 ≈ 3

Fig.1. Corelarea datelor analizelor spectrografice şi datelor adsorbţiei atomice

(• concentraţiile Pb, × concentraţiile Zn în n·10-3% g/t ; r = 0,7).

Gradul de corelare înalt dintre rezultatele analizelor efectuate prin două metode independente permite a utiliza datele analizelor spectrografice pentru diverse cercetări geochimice, inclusiv pentru conturarea aureo-lelor geochimice ale TR şi examinarea lor în raport cu formaţiunile geologice din cuvertura de platformă şi din structurile geologice din fundament.

Prezintă un oarecare interes şi curba repartiţiei devierilor raportului dintre rezultatele analizelor spectro-grafice şi rezultatele analizelor obţinute prin adsorbţia atomică (Fig.2). Putem admite că există trei grupe de date spectrografice şi rămâne de determinat cauza acestei diferenţieri, care poate fi de ordin geologic, dife-renţa dintre analize fiind o funcţie a compoziţiei mineralogice a rocilor, sau de ordin tehnic, diferenţa rezul-tând din specificul analizelor spectrografice şi specificul analizelor prin adsorbţie atomică.



80

Fig.2. Curba variaţiei raportului R = 10S/A (datele spectrografice / datele adsorbţiei atomice);

intervalul egal cu 9 unităţi este arbitrar. Referinţe:

1. Захаров A., Сергеев В. и др. Геологическое строение и полезные ископаемые Резинского горно-промышлен-ного района // Fondurile AGeoM, Chişinău, 1987.

2. Львина Д. Отчет по теме: Закономерности распределения цветных редких и редкоземельных элементов в докембрийских образованиях Севера Молдавии // Fondurile AGeoM, Chişinău, 1972.

3. Захаров А., Сергеев В. Оp. cit. 4. Копелиович А.В. Епигенез древних толщ юго-запада Русской платформы. - Москва: Наука, 1965.




81

MODIFICĂRI INDUSE DE STRESUL HIDRIC, NUTRIŢIA MINERALĂ CU FOSFOR

ŞI FIER ÎN CONŢINUTUL DE GLUCIDE ŞI AMINOACIZI LIBERI

ÎN PLANTELE DE SOIA

Ortanţa GOJINEŢCHI, Vladimir ROTARU, Alexandru BUDAC, Petru CORDUNEANU

*

Institutul de Genetică şi Fiziologie a Plantelor al AŞM *Catedra Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie

An pot soil (cernoziom carbonated) culture experiment was conducted to determine the modification in carbohydrates

and free amino acids content in soybean (cv. Zodiac) leaves in relation to phosphorus and iron nutrition under water stress conditions. Soybean plants were exposed to drought for 14 days during flowering stage of development and the samples were collected after stress period.

The P-sufficient supply decreased the content of nonstructural carbohydrates (sucrose and hexose sugars) in leaves. This result was due to translocation of carbohydrates in sinks organs of roots and nodules. Iron supplemental nutrition with phosphorus fertilizer stimulated the accumulation of the level of free amino acids and soluble sugars irrespective of the level of soil moisture. Water shortage induced accumulation level of free amino acids in leaves. The both application phosphorus and iron increased the synthesis of amino acids in inoculated as well as in non-inoculated soybean plants. Hence the experimental data further emphasize the physiological importance of adequate nutrition with phosphorus and iron to attenuate the drought impact on plant metabolism and productivity.

Introducere Condiţiile nefavorabile de mediu au un impact major asupra proceselor fiziologice, care, la rândul lor,

afectează nefast creşterea şi dezvoltarea plantelor. Deficitul de umiditate este pe larg răspândit în Republica Moldova. Insuficienţa de umiditate deseori este însoţită de accesibilitatea redusă a elementelor nutritive din sol, îndeosebi a fosforului şi fierului. Prin urmare, aceştia sunt factorii limitativi ai productivităţii plantelor agricole. Fosforul, de rând cu alte macroelemente, joacă un rol primordial în metabolismul plantelor legumi-noase. Compuşii fosforului, acumulatori şi surse de energie, participă activ la diferite reacţii biochimice în celule, inclusiv la procesele de fotosinteză, enzimatice, cu rol de sinteză, la metabolismul aminoacizilor, transformarea hidraţilor de carbon [1].

Fierul, fiind un antagonist al fosforului, participă activ la transportarea electronilor în procesul de foto-sinteză; el este necesar pentru biosinteza clorofilei, în formă de feredoxină activizează enzima nitritreductaza, deci catalizează reducerea nitriţilor [2].

În cercetările noastre anterioare [3] s-a confirmat că fosforul şi fierul sporesc rezistenţa plantelor de soia la secetă. Sunt cunoscute câteva mecanisme fiziologice de adaptare a plantelor la stresul hidric, cum ar fi reducerea suprafeţei foliare, stimularea dezvoltării sistemului radicular, reducerea pierderilor de apă prin închiderea stomatelor şi acumularea compuşilor cu masă moleculară joasă, aşa-numiţii osmoliţi compatibili, din care fac parte aminoacizii, glucidele, betainele [4].

În condiţii de stres hidric apa din plantă se elimină în sol, provocând deshidratarea celulelor. Anume osmoliţii compatibili contribuie la scăderea potenţialului hidric celular în aşa măsură încât el să devină mai jos decât potenţialul hidric al soluţiei solului. Astfel, acumularea acestor substanţe asigură plantele cu o capacitate mai mare de absorbţie a apei din solurile cu rezerve reduse de umiditate.

Reieşind din cele relatate, scopul prezentei cercetări constă în evidenţierea modificărilor în conţinutul hidraţilor de carbon, aminoacizilor liberi în frunzele plantelor de soia în funcţie de nivelul de nutriţie cu fosfor şi fier şi umiditatea solului.

Material şi metode Cercetările s-au efectuat în anul 2007 în cadrul experimentelor cu cultura de soia, soiul Zodiac, în condi-

ţiile căsuţei de vegetaţie a Institutului de Genetică şi Fiziologie a Plantelor. Plantele de soia au fost cultivate în ghiveciuri de plastic cu capacitatea de 5 kg sol la diferite niveluri de umiditate a solului cernoziom carbo-natic după schema prezentată în Tabelul 1.



82

Azotul mineral a fost aplicat în doză de 50 mg N/kg sol în formă de Ca(NO3)2∑4H2O, fosforul – în doză de 100 mg P/kg sol în formă de KH2PO4, iar microelementul Fe a fost administrat în cantitate de 6 mg/kg sol în formă de Fe-EDTA. Inocularea seminţelor s-a efectuat cu preparatul Bradyrhizobium japonicum (Rh) înainte de semănat. Stresul hidric a fost declanşat în faza de butonizare-începutul înfloririi şi a durat 14 zile. Probele de plante s-au colectat după 14 zile de stres hidric (35% CTAS – capacitatea totală de apă a solului).

Determinarea conţinutului de glucide s-a efectuat conform metodei Bertran [5], iar conţinutul de amino-acizi liberi s-a determinat la analizatorul AAA-339M.

Tabelul 1 Influenţa fosforului şi fierului asupra acumulării masei verzi şi uscate, precum

şi asupra elementelor de producţie a plantelor de soia (g/plantă)

Masa verde Masa uscată 70% CTAS 35% CTAS Variante 70%

CTAS 35%

CTAS 70%

CTAS 35%

CTAS Numărul

boabe Masa boabe

Numărul boabe

Masa boabe

Martor 13,94 8,52 3,93 2,67 11 3,58 8 2,42 NP 20,55 12,48 5,76 4,38 15 4,79 12 3,88 NP+Fe 23,73 17,76 7,05 4,71 18 5,46 14 4,27 NP+Rh 20,26 15,72 6,08 4,36 15 5,13 12 3,91 NP+Fe+Rh 25,43 17,89 8,42 5,88 17 5,81 15 4,58

Rezultate şi discuţii Datele obţinute în rezultatul cercetărilor au relevat că asigurarea adecvată a plantelor cu elemente nutri-

tive în raporturi optimale s-a manifestat benefic asupra creşterii şi dezvoltării plantelor de soia. S-a constatat o corelaţie dintre nivelul de nutriţie şi cantitatea de biomasă acumulată în timpul vegetaţiei.

Rezultatele prezentate în Tabelul 1 demonstrează efectul pozitiv al nutriţiei cu fosfor asupra formării masei verzi şi uscate în condiţii optime de umiditate sporind cantitatea ei cu 40% faţă de martor (fără îngrăşăminte).

Acumularea maximă a masei verzi s-a atestat la plantele fertilizate cu fosfor în combinare cu fierul. Bacte-rizarea seminţelor cu Bradyrhizobium japonicum nu a asigurat diferenţe semnificative în acumularea masei verzi comparativ cu plantele fertilizate cu fosfor, iar efectuarea nutriţiei complexe cu fosfor şi fier pe acest fond a contribuit la creşterea masei verzi la un nivel mai superior faţă de variantele de referinţă. Astfel, s-a confirmat rolul pozitiv al fierului în procesele de creştere şi sporire a productivităţii plantelor, fapt menţionat şi de A.Kabata-Pendias [6] şi N.Kuzmina, V.Erşov [7].

De remarcat, totodată, că nivelul de umiditate a solului a afectat procesul de acumulare a biomasei. Plantele martor în condiţii de stres hidric au produs mai puţină masă verde decât plantele crescute în condiţii optime de umiditate, însă influenţa pozitivă a elementelor nutritive nu s-a redus; în special, nivelul de biomasă la plantele fertilizate cu fosfor a crescut la fel cu 40% faţă de martor. Asigurarea suficientă a plantelor cu fosfor şi fier în combinare cu bacterizarea seminţelor a dus la obţinerea unei productivităţi maxime.

Aceleaşi legităţi sunt caracteristice şi pentru acumularea masei uscate. Deci, masa uscată a plantelor su-puse deshidratării a fost mai joasă decât la plantele asigurate cu umiditate optimă. Nutriţia cu fosfor, fier şi inoculare, atât în condiţii optime, cât şi în cele stresogene de umiditate, menţine acumularea masei uscate la un nivel mai mare comparativ cu variantele de referinţă.

Referitor la unele elemente de producţie, numărul mediu de boabe şi greutatea lor per plantă a înregistrat valoarea maximă la variantele cu umiditatea optimă la administrarea fosforului şi fierului, precum şi în com-binaţie cu inocularea seminţelor cu Bradyrhizobium, iar sub influenţa stresului hidric aceşti indici au căpătat o valoare mai inferioară.

După cum s-a menţionat, acumularea compuşilor organici cu masă moleculară joasă prezintă un mecanism de protecţie a plantelor în condiţii de secetă. Din aceşti compuşi fac parte şi aminoacizii liberi, care constituie centrul metabolismului azotat.

S-a constatat că un efect considerabil asupra conţinutului de aminoacizi liberi îl are gradul de asigurare a plantelor cu apă şi nutrienţi. Astfel, suma aminoacizilor liberi la aplicarea fosforului pe fondalul azotului constituie 14,67 mg/g masă uscată în condiţii de hidratare normală (Tab.2), iar administrarea fierului a redus suma lor cu 11%, însă nivelul maxim de aminoacizi liberi, care a echivalat cu 17,18 mg/g, s-a înregistrat în varianta cu administrarea celor trei elemente NPFe în combinaţie cu inoculare.



83

Tabelul 2

Influenţa nutriţiei cu fosfor şi fier asupra conţinutului de aminoacizi liberi în frunzele plantelor de soia, mg/g m.u; umiditatea optimă – 70% CTAS

Aminoacizii NP NP+Fe NP+Rh+Fe Acid aspartic 0,517 0,667 0,596 Treonină 0,303 0,545 0,648 Serină 0,445 0,697 0,917 Acid glutamic 1,047 1,042 1,545 Glutamină 1,410 1,057 1,020 Prolină 3,74 3,526 3,696 Glicină 0,474 0,314 0,737 Alanină 0,937 1,249 1,246 Valină 1,524 1,071 1,613 Cistină 0,114 0,173 0,332 Metionină 0,009 0,013 0,006 Isoleucină 0,972 0,610 1,105 Leucină 1,106 0,719 1,314 Tirozină 0,382 0,331 0,421 Fenilalanină 1,139 0,641 1,157 Triptofan 0,014 0,020 0,026 Lizină 0,024 0,044 0,038 Histidină 0,03 0,021 0,043 Arginină 0,17 0,139 0,339 Uree 3,256 1,719 0,83 Amoniac 0,025 0,031 0,026 Suma acizilor 14,673 13,194 17,183 Suma acizilor înlocuibili 9,393 7,371 10,896 Suma acizilor indispensabili 5,28 5,823 6,287

Aceeaşi dependenţă s-a constatat şi referitor la suma aminoacizilor liberi înlocuibili şi indispensabili.

Printre ei e necesar de remarcat sporirea conţinutului de treonină, serină, glicină, cistină, arginină – de 2 ori, al acidului glutamic, lizinei, alaninei – cu 30-40%, iar al leucinei, isoleucinei – cu 13-18%. Conţinutul de prolină puţin s-a modificat, iar de glutamină se află într-o descreştere continuă faţă de varianta de referinţă.

În condiţii de deficit hidric s-a observat o creştere semnificativă a sumei totale de aminoacizi liberi cu 16-20% faţă de nivelul optim de umiditate a solului (Tab.3).

Concomitent a sporit şi suma aminoacizilor înlocuibili şi indispensabili – cu 15-30%, ceea ce se consideră ca o reacţie de protecţie a plantelor faţă de condiţiile nefavorabile ale mediului. Conţinutul de prolină s-a majorat cu 7-11%. Este cunoscut faptul că acumularea prolinei reprezintă un răspuns al plantei la acţiunea deficitului hidric [8].

Cât priveşte concentraţia celorlalţi aminoacizi, s-au atestat aceleaşi legităţi ca şi în condiţii optime de hidratare. Deci, o influenţă esenţială asupra cantităţii aminoacizilor liberi a exercitat nutriţia plantelor cu fosfor şi fier în combinare cu azot mineral şi biologic.

În scopul elucidării nutriţiei minerale cu fosfor şi fier, s-a efectuat un studiu asupra modificărilor în con-ţinutul carbohidraţilor în frunzele plantelor de soia, în funcţie de asigurarea lor cu apă. Rezultatele cercetă-rilor au relevat că fertilizarea plantelor cu fosfor în condiţii optime de umiditate a solului a redus conţinu-tul de monozaharide cu 30%, iar al zaharozei şi al zaharidelor totale – doar cu 5% faţă de varianta martor (Tab.4).



84

Tabelul 3

Influenţa nutriţiei cu fosfor şi fier asupra conţinutului de aminoacizi liberi în frunzele plantelor de soia, mg/g m.u.; umiditatea redusă – 35% CTAS

Aminoacizii NP NP+Fe NP+Rh+Fe Acid aspartic 0,472 0,599 0,617 Treonină 0,661 0,639 0,935 Serină 0,898 0,752 1,218 Acid glutamic 1,928 1,788 2,281 Glutamină 0,954 0,925 0,985 Prolină 3,823 3,785 4,104 Glicină 0,704 0,566 0,803 Alanină 1,044 0,839 1,294 Valină 1,844 1,512 1,869 Cistină 0,397 0,299 0,350 Metionină 0,009 0,013 0,017 Isoleucină 1,185 0,979 1,186 Leucină 1,292 0,900 1,382 Tirozină 0,352 0,372 0,627 Fenilalanină 1,514 1,215 1,197 Triptofan 0,019 0,022 0,024 Lizină 0,032 0,054 0,048 Histidină 0,036 0,029 0,039 Arginină 0,35 0,394 0,826 Uree 2,157 1,664 2,560 Amoniac 0,033 0,028 0,024 Suma acizilor 17,896 15,888 19,977 Suma acizilor înlocuibili 10,571 8,715 12,249 Suma acizilor indispensabili 6,943 5,637 7,264

Tabelul 4

Acţiunea P şi Fe asupra conţinutului hidraţilor de carbon în frunzele de soia (mg/g m.u.)

70% CTAS 35% CTAS Variante mono-

zaharide zaharoză zaharide

totale amidon mono-

zaharide zaharoză zaharide

totale amidon

Martor 11,70 24,05 35,75 43,09 13,87 25,88 39,75 23,37 NP 8,75 25,25 34,00 29,27 11,12 26,13 37,25 19,10 NP+Fe 12,33 32,04 44,37 35,35 15,84 32,16 48,00 21,55 NP+Rh 10,94 26,18 37,12 34,74 12,58 29,92 42,50 20,20 NP+Fe+Rh 11,25 26,91 38,16 40,77 13,50 30,25 43,75 21,03

Efectul observat se explică prin faptul diluţiei biologice, deoarece masa frunzelor la plantele fertilizate

cu fosfor a fost cu mult mai mare decât la plantele martor. Totodată, într-un şir de investigaţii s-a confirmat că nutriţia insuficientă cu fosfor a contribuit la sporirea concentraţiei de glucide, iar asigurarea adecvată a plantelor cu acest element a cauzat descreşterea lor, ceea ce e legat cu transportarea şi acumularea acestor glucide în rădăcini şi nodozităţi [9,10,11]. La fel, s-a constatat că aplicarea fierului concomitent cu azotul şi fosforul a favorizat creşterea conţinutului de monozaharide cu 40%, faţă de varianta de referinţă (NP), iar concentraţia de zaharoză şi zaharide totale a sporit în medie cu 24-30%. Efectuarea bacterizării seminţelor nu a avut o acţiune semnificativă asupra acumulării glucidelor în frunze, atât pe fondalul fosforului, cât şi pe fondalul fierului.



85

Concomitent cu identificarea hexozelor (glucoza, fructoza, monoza), oligoglucidelor (zaharoza), prezintă interes şi conţinutul de amidon – principalul poliglucid de rezervă. Evaluarea conţinutului de amidon a rele-vat o acumulare maximă în varianta martor şi o descreştere de 20% în variantele fertilizate. De asemenea, s-a evidenţiat influenţa fierului asupra acestui indice, stimulând acumularea amidonului la aplicarea lui în com-binaţie cu fosforul. E necesar a menţiona că conţinutul redus de amidon este condiţionat şi de condiţiile cli-matice aride ale anului 2007. Astfel, raportul dintre conţinutul de amidon şi zaharide totale, în condiţii optime de umiditate, a constituit 0,9-1,2.

În condiţii de stres hidric, conţinutul de monozaharide şi zaharide totale a sporit cu 14-25%, concentraţia de zaharoză s-a modificat mai puţin, iar a amidonului a diminuat cu 50-60% faţă de condiţiile favorabile de umiditate. Deci, deficitul de umiditate a contribuit la intensificarea procesului de hidroliză a amidonului, care a cauzat majorarea conţinutului de glucide solubile. Astfel, raportul dintre conţinutul de amidon şi zaharide totale, în condiţii stresogene, constituie 0,45-0,68. Nutriţia cu fosfor a manifestat o acţiune similară cu con-diţiile optime de umiditate, micşorând nivelul de monozaharide cu 24%, al zaharidelor totale cu 6% şi al amidonului cu 43%. Efectul fierului s-a marcat prin sporirea conţinutului de glucide solubile cu 14-20%, pe când nivelul amidonului s-a redus cu 27%. Aşadar, condiţiile climatice ale anului 2007 au modificat vectorul acumulării şi translocării hidraţilor de carbon în plantele de soia. Fertilizarea plantelor cu fosfor a contribuit la reducerea conţinutului de glucide solubile atât în rezultatul diluţiei biologice, cât şi al transportării lor spre organele acceptori – rădăcini şi nodozităţi. Efectul fierului pe fondalul fosforului s-a manifestat mai esenţial asupra acumulării hidraţilor de carbon, ceea ce demonstrează participarea lui activă în procesul de fotosinteză şi formarea productivităţii plantelor.

Concluzii 1. Acumularea maximă a masei verzi şi uscate s-a produs în variantele fertilizate cu fosfor şi fier în com-

binare cu bacterizarea seminţelor cu Bradyrhizobium japonicum. Influenţa pozitivă a acestor nutrienţi s-a înregistrat la ambele niveluri de umiditate a solului.

2. Stresul hidric a indus acumularea aminoacizilor liberi, precum şi a sumei aminoacizilor înlocuibili şi indispensabili cu 15-30%, iar utilizarea combinată a fierului, fosforului şi a celor două surse de azot, minerală şi biologică, a intensificat sinteza majorităţii aminoacizilor liberi, atât în condiţii optime, cât şi stresogene.

3. Fertilizarea plantelor cu fosfor a redus conţinutul de monozaharide şi amidon, iar nutriţia cu fier pe fondalul fosforului şi azotului a favorizat acumularea glucidelor la ambele niveluri de umiditate.

Referinţe:

1. Andrieş S. Regimul de fosfor în solurile Moldovei şi eficacitatea îngrăşămintelor cu fosfor. - Chişinău, 2006. - 48 p. 2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - Москва, 1989, с.62-71. 3. Gojineţchi O., Rotaru V., Corduneanu P. Acţiunea nutriţiei cu fosfor şi fier asupra conţinutului de glucide şi forme-

lor de azot în frunzele plantelor de soia, în condiţii de deficit hidric // Analele Ştiinţifice ale USM. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău: CEP USM, 2006, p.338-340.

4. Кузнецов В., Dмитриева Г. Физиология растений. - Москва, 2006, с.742. 5. Плешков Б. Практикум по биохимии растений. - Москва, 1968, с.68-95. 6. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях, c.62-71. 7. Кузьмина Н., Ершов В. Влияние факторов среды на содержание железа в растениях твёрдой пшеницы //

Агрохимия. - 1999. - 10. - С.47-51. 8. Şumălan R. Testarea toleranţei la deficitul hidric prin acumularea prolinei la genotipuri ale speciei Avena Sativa L. //

Probleme de agrofitotehnie teoretică şi aplicată. - 1996. - Vol.18. - Nr.2. - P.139-147. 9. Ciereszkro Iw., Barbachowska A. Sucrose metabolism in leaves and roots of bean (Phaseolus vulgaris ), during

phosphate deficiency // Journal of Plant Physiology. - 2000. - Vol.156. - P.640-644. 10. Jinshu Qiu, Israel D. Carbohydrate accumulation and utilization in soybean plants in response to altered phosphorus

nutrition // Physiologia Plantarum. - 1994. - Vol.90. - P.722-728. 11. Tongmin S., Israel D. Phosphorus deficiency effects on response of symbiotic N2-fixation and carbohydrate status in

soybean to atmospheric CO2 enrichment // Journal of Plant Nutrition. - 1998. - Vol.21 - P.2207-2218.




86

CALITATEA FIZICĂ A SOLULUI ŞI MANAGEMENTUL

COMPONENŢILOR DE MEDIU

Gheorghe JIGĂU

LCŞ „Procese pedogenetice” Contrary to achievement of modern pedology the quality of soil is treated in narrow sense more often. Thereof the

quality of soil is identified with fertility of the soil. In the present article the quality of soil and in particular by its physical condition from the positions of the structurally

functional concept in interrelation with components of external environment for the first time is examined. Is esta-blished, that the functioning of soil ecosystem is determined beside coordinated of hierarchic processes. The degradation of soil results in infringement of ecological balance in the ecosystems. For conservation of soil ecosystem the gradual replacement of industrial technologies by conservative methods of soil cultivation based on optimization of a physical condition of is recommended.

Calitatea solului este o cerinţă actuală a evoluţiei cugetării despre mediu, despre viaţă, despre sănătate,

despre societate [1]. În pofida realizărilor pedologiei moderne, actualmente în literatura de specialitate predomină abordarea

utilitaristă a termenului „calitatea solului” pentru evaluarea unor însuşiri sau caracteristici ale solului în clase de mărimi sau de bonitate, unele referitoare la însuşiri simple ca permeabilitatea, conţinutul de humus, capa-citatea de reţinere a apei, reacţia etc., altele la însuşiri complexe, cum sunt clasele de pretabilitate la folosinţe sau la irigaţie, potenţial de producţie (nota de bonitate) etc.

În atare abordare se consideră că fertilitatea (sau potenţialul de producţie, bonitatea) este singura şi cea mai importantă proprietate a solului care integrează toate celelalte proprietăţi în vocaţia solului de a contribui la producerea de recolte, apreciate cantitativ, uneori şi calitativ.

În toate aceste evaluări solul este apreciat după măsura, mai mare sau mai mică, în care răspunde cerinţe-lor agricole sau silvice, legate mai ales de satisfacerea nevoilor omului, ale societăţii umane, de hrană, com-bustibil şi diferite materii prime; este deci o evaluare relativă antropocentrică.

În acest context, calitatea solului se confundă cu calitatea terenului. Prin urmare, noţiunea de calitate a solului este foarte diferită:

- pentru agricultori – teren productiv care se exploatează uşor, cu profit ridicat şi care îşi menţine fertili-tatea;

- pentru silvicultori – suport optim al ecosistemelor forestiere cu productivitate şi biodiversitate ridicate, care asigură acestora o mare capacitate de rezistenţă şi rezilienţă;

- pentru naturalişti sau geografi – sol integrat în mod armonios în peisajul geografic; - pentru medicina sanitară – sol în care nu sunt prezenţi diverşi patogeni; - pentru ecologi – sol cu un conţinut de substanţe nocive care nu depăşeşte LCA. Pentru relaţiile cu componentele mediului şi, respectiv, managementul acestora cea mai utilizată definiţie

este dată de Karlen et al. (1997, citat după Ditzler şi Tugel, 2002): capacitatea unui anumit sol de a func-ţiona în cadrul unui ecosistem natural sau folosit de om, pentru a susţine productivitatea plantelor şi animalelor, pentru a păstra sau creşte calitatea apei şi aerului şi pentru a asigura sănătatea vieţuitoa-relor şi a habitatului.

Respectiva definiţie include: - fertilitatea solului – de care depinde productivitatea ecosistemului; - contribuţia solului ca element integrator al factorilor naturali şi antropici asupra stării şi evoluţiei

mediului; - contribuţia solului asupra stării de sănătate a vieţuitoarelor, inclusiv omul; - contribuţia solului la caracterul mai mult sau mai puţin prielnic al habitatului; - contribuţia învelişului de sol la biodiversitate. Prin prisma funcţionalităţii, solul reprezintă stratul de interfaţă sau zona de legătură, de interpătrundere

dintre scoarţa terestră, atmosferă, hidrosferă şi biosferă prin care se realizează schimbul de substanţe şi energie între acestea, schimb care stă la baza perpetuării vieţii (Tab.1,2).

Tabelul 1

Funcţiile globale ale solului [2]

RELAŢII CU LITOSFERA

Transformări biochmice şi biofizice. Formarea scoarţei de alterare

Sursă de substanţe pentru formarea mineralelor pedogene, rocilor sedimentare şi zăcămintelor utile

Transfer de energie solară acumulată în straturile adânci ale litosferei

Contribuţie la stabilitatea reliefului protejând startu-rile adânci ale scoarţei, aceasta constituind o geodermă specifică

RELAŢII CU ATMOSFERA

Absorbţia şi reflectarea energiei solare

Reglarea circuitului apei în atmosferă

Reglarea regimului şi a componenţei gazelor în atmosferă

Sursă de substanţe solide şi microorganisme

RELAŢII CU

HIDROSFERA

Transformarea precipitaţiilor atmosferice şi a apelor terestre în ape subterane

Reglarea proceselor de formare a compoziţiei apelor terestre (lacuri şi râuri)

Factor al producti-vităţii biologice a râurilor şi a bazinelor acvatice

Barieră geochimică pentru torentul deluvial din cadrul uscatului în Oceanul planetar

FUNCŢII ÎN CADRUL

BIOSFEREI

Mediu de viaţă în cadrul uscatului; acumularea energiei şi a elementelor biofile

Asigurarea interacţiunii neîntrerupte dintre marele circuit geologic şi micul circuit biologic al substanţelor

Reglarea sensului şi a intensităţii proceselor din biosferă

Factor de stabilitate a funcţionării biosferei. Factor care determină biodiversitatea şi evoluţia organismelor

Tabelul 2 Funcţiile solului în cadrul ecosistemelor [3]

Relaţii fizice

Relaţii chimice şi

fizico-chimice

Funcţii biologice

Funcţii energetice

Funcţii hidrofizice

Funcţii ecologice

Relaţii pneumatice

Funcţii informatice

Habitat pentru organisme

Acumularea elementelor biofile

Mediu de viţă pentru organisme

Acumularea de energie chimică rezultată prin convertirea energiei solare prin procesul de fotosinteză în substanţe organice şi acumularea acestora în sol sub formă de humus (funcţie bioenergetică)

Atribute legate de spaţiu pentru locuinţe, industrie, infrastructuri

Acumularea fermenţilor

Acumularea energiei biochimice

Verigă de interacţiune a circuitului mare geologic şi mic biologic al substanţelor şi energiei

Acumulator de umiditate

Sorbţia substanţelor (capacitatea de reţinere)

Productivitate biologică (fertilitate) Nişă

ecologică Sorbţia micro-organismelor

Descompu-nerea şi mineralizarea substanţelor organice

Intermedierea schimbului de substanţe şi energie între geosfere

Absorbţia şi transferul de căldură

Înmagazinarea apei în sol

Deplasarea apei în sol

Transformări energetice ale apei în sol

Asigurarea proceselor biogeochimice şi pedogene-tice cu resursele necesare de apă

Acţiunea de tamponare a variaţiilor bruşte ale unor carac-teristici ale solului şi reglarea condiţiilor de funcţionare a ecosistemului

Acţiunea de filtru de protec-ţie şi prevenirea contaminării apelor freatice cu substanţe poluante

Epurarea solului de substanţe organice străine, microorganisme ajunse în sol

Protecţia geneti-că a unor specii şi, implicit, a biodiversităţii

Schimb de gaze (CO2, HO2) cu mediul

Reglarea structurii ecosiste-mului

Semnal de-spre modifi-carea stării ecosiste-mului

Semnal pentru declanşarea unor procese biologice sezoniere

Înregistrarea sau reflecta-rea evoluţiei istorice (funcţia de memorie)



89

În contextul funcţiilor enumerate, anume solul (pedosfera) determină calitatea resurselor de apă, aerului, evoluţia landşaftului şi a biodiversităţii etc.

Astfel, calitatea solului este determinată, în fond, de o serie de procese fizice, chimice şi biologice (Tab.3). Dat fiind că măsurarea proceselor nu este posibilă pentru evaluarea lor cantitativă, se foloseşte o serie de

proprietăţi ale solului care sunt semnificative pentru aceste procese. Principalii indicatori sunt: textura, struc-tura, densitatea aparentă, permeabilitatea pentru apă şi aer, conductivitatea pentru apă şi aer etc. materializate în porozitatea solului sau dependente de aceasta.

Totodată, se ştie că respectivele procese se realizează doar în spaţiul poros, iar sensul şi intensitatea lor este determinată de volumul, dimensiunile, stabilitatea şi continuitatea acestuia. În acelaşi timp, porozitatea solului este o funcţie integratoare a stării fizice a solului (textură, structură, densitate aparentă etc.) (Tab.4).

În situaţia când textura reprezintă o trăsătură fizică stabilă, spaţiul poros, respectiv funcţionalitatea, este determinată de structura şi densitatea aparentă.

Tabelul 3 Elemente de funcţionare şi constituire a pedonului

Nivel de organizare Elemente de funcţionare Funcţii

Mic

ro- ş

i mez

opro

cese

ele

men

tare

de

solif

icar

e

Atomar Procese interfazice Conţinut de elemente, ← Celular Interacţiunea şi pH, potenţial redox Ionic-molecular transferul dintre faze reacţii de schimb ionic Echilibrul ionic Schimb de ioni Migrarea substanţelor

Plasmo-coloidal Alterare. Sinteză ← Particulă minerală şi organo- elementară minerală Adsorbţia apei Potenţial electrocinetic Adsorbţie cationi Peptizare-coagulare Micro- şi Modificări volumetrice ← macroagregat Gonflare-contracţie Raport masă : volum Aderenţă, plasticitate Caracteristici şi para- Deplasare de energie şi metri ai spaţiului poros. substanţe pe verticală Deplasarea apei. Schimb şi orizontală de gaze. Sghimb de substanţe şi energie între faze Orizont genetic Regimurile solului Profil de sol Macroprocese Fertilitatea solului Tip de sol Înveliş de sol Reproducerea şi Reproducerea şi evoluţia solului evoluţia fertilităţii



90

Tabelul 4

Componenţa şi locul spaţiului poros în pedogeneză şi funcţionarea solurilor

- Componenţa Lucrările - granulometrică solului - Componenţa Fertilizare - structural-agregatică - Stabilitatea Lucrări - agregatică pedoameliorative - Modul de aşezare Vegetaţie -

Spaţiul poros

- volumul macro- şi microporos - mărimea şi distribuirea după

mărime a porilor - stabilitatea, forma şi

continuitatea porilor

Relaţii cu apa - permeabilitate - conductivitate - capacitate - reţinere - cedare - rezerve disponibile

Relaţii cu aerul - permeabilitate - conductivitate - capacitate - circulaţie - componenţă şi schimb de gaze

Condiţii de dezvoltare a sistemului radicular Nişă ecologică Spaţiu de realizare a proceselor

Regim aerohidric Creştere şi dezvoltare a plantelor

Regim de oxidoreducere Resurse energetice

Risc de eroziune Procese pedogenetice elementare

Stabilitate şi reproducere tip pedogeneză



91

În cadrul agroecosistemelor acestea sunt supuse modificărilor tehnoantropice cu implicaţii nefavorabile asupra spaţiului poros şi funcţionalităţii solurilor (Tab.5).

Tabelul 5

Parametrii fizici şi reali ai cernoziomurilor lutoase şi lutoargiloase ale teritoriului dintre Prut şi Nistru

Valori Parametrii fizici optimale reale critice

Conţinutul agregatelor agronomic valoroase în orizontul Ap, %

60-80

30-80

< 60

Conţinutul agregatelor hidrostabile > 0,25 mm, % - în orizontul arabil - în orizontul subarabil

40-75 40-70

20-80 25-85

< 40 < 25

Densitatea aparentă, g/cm3 - în orizontul arabil - în orizontul subarabil

1,1-1,3

1,1-1,35

0,83-1,47 1,2-1,65

< 1,0 > 1,40 < 1,0 > 1,45

Porozitatea totală, % - în orizontul arabil - în orizontul subarabil

55-60 50-55

50-75 40-50

< 50 < 50

Porozitatea agregatică (> 5 mm), % - în orizontul arabil - în orizontul subarabil

40-46 40-46

33-38 33-38

< 35 < 35

Permeabilitatea pentru apă, mm/min. - filtraţia primară - infiltraţia

2,0-2,5 0,7-1,5

0,5-3,0 0,3-1,0

< 1,7 < 1,4

Denumirea efectelor ecologice nefavorabile implică necesitatea optimizării şi conservării calităţii fizice a

solurilor. Cu referinţă la acest obiectiv, optimizarea presupune asigurarea în soluri, cu minimum de cheltuieli finan-

ciare şi umane, a unor însuşiri şi regimuri fizice optimale pentru funcţionarea ecosistemului sol, germinarea, creşterea şi dezvoltarea plantelor de cultură.

În acest context, optimizarea însuşirilor şi regimurilor solurilor presupune metode preventive – proactive de evitare a degradării fizice a acestora. La rândul lor, acestea presupun reducerea presiunilor exercitate asupra solurilor prin substituirea sistemului convenţional de lucrare a solului cu cel conservativ bazat pe principiile pedogeografice.

Referinţe:

1. Florea N., Ignat P. Despre calitatea solului şi evaluarea acestuia // Revista pădurilor. - 2007. - Nr.4. - P.3-11. 2. Почвоведение. Т.1. Почва и почвообразование. - Москва: Высшая школа, 1988. - 400 с. 3. Ibidem.




92

SOLUL CA FACTOR EDAFIC ŞI ROLUL LUI ÎN POMICULTURĂ

Tatiana NAGACEVSCHI

Catedra Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie The edaphic factors together with climatic influence on the processes of growth and fertility of trees, quality and

quantity of a crop, and also on duration of a plantation and opposition to illnesses. The trees prefer the soil with a depth structure and with the optimum physical and chemical properties. Occupying the territory during 15-20 years, the soil as a result of cultivation suffer the essential changes.

First of all their physical properties change in the inter row as vertically and as horizontally and is especial on a rut. The structure of soil depredate on a rut, decreases the general porosity and aeration. These parameters reach up to critical. As a result of these changes is worsened permeable on a rut. The degradation of physical properties as a result of intensive exploitation of gardens conducts to reduction of efficiency of gardens.

Dezvoltarea durabilă a economiei Republicii Moldova este condiţionată în cea mai mare măsură de folo-

sirea efectivă şi protejarea resurselor de sol. Condiţiile climatice relativ favorabile şi potenţialul înalt de pro-ductivitate a solului oferă posibilitatea dezvoltării diferitelor ramuri ale agriculturii, ale industriei alimentare, ale silviculturii şi altele. Însă, dezvoltarea durabilă necesită un echilibru ecologic, un anumit raport între ecosistemele naturale şi antropice. Asemenea echilibru este destul de important în zonele de stepă, care se caracterizează cu un deficit aproape permanent de umiditate.

Direcţia strategică de dezvoltare a pomiculturii constă în exploatarea eficientă a plantaţiilor cu potenţial neepuizat şi aplicarea succesivă a tehnologiilor avansate care asigură intrarea timpurie pe rod, productivitatea înaltă de fructe ecologice şi competitive solicitate pe piaţa internă şi externă [1].

Pe lângă climă şi alţi factori fizico-geografici de care depinde fertilitatea naturală a solului, un rol impor-tant îl are componenţa stratului superior de sol, diversitatea lui, care asigură creşterea şi dezvoltarea plante-lor. Deseori în practică putem întâlni soluri cu componenţa stratului superior identică, dar cu fertilitatea efec-tivă diferită. Deci, în dependenţă de dezvoltarea agriculturii, care avansează odată cu mecanizarea, se poate folosi util fertilitatea naturală.

Fertilitatea este o însuşire naturală a solului, dar, economic, este mereu în dependenţă de utilizarea corectă de către om a realizărilor ştiinţei şi mecanizării influenţându-se reciproc şi aflate într-o permanentă transfor-mare. Una dintre direcţiile principale în domeniul pedologei este cercetarea proceselor contemporane ce au loc în sol. Însemnătatea acestei probleme constă în a cunoaşte metodele de dirijare a proceselor din sol, pentru a crea condiţii optime de creştere şi dezvoltare a plantelor, de păstrare şi ridicare a fertilităţii solului, pentru ocrotirea lui de procesele tehnologice negative (tasarea, degradarea structurii ş.a.). Studierea şi dirija-rea acestor factori se impune ca necesară atunci când solurile sunt lucrate mecanic, consecinţele fiind, deseori, negative.

În agroecosistemele create de om pentru obţinerea unei producţii nete înalte a autotrofilor, în pofida sim-plităţii considerabile, se păstrează o mulţime de legături biocenotice ce exercită, în cele din urmă, influenţă asupra recoltei. În acelaşi timp, agrocenozele prezintă nişte laboratoare gigantice, unde omul se învaţă, utili-zând unele verigi ale sistemului, să dirijeze procesele de producţie şi circuitul substanţelor. O plantaţie pomi-colă reprezintă un ecosistem creat de om, care include anual plantele, insectele, microorganismele, în strânsă interacţiune cu factorii cosmoatmosferici, de relief şi de sol. Ecosistemele pomicole au evaluat de la ecosiste-mul natural la cel pomicol primitiv, apoi la cel clasic şi la cel de tip intensive şi superintensive care se practică în pomicultura modernă [2].

Factorul edafic, alături de cei climatici, influenţează procesele de creştere şi fructificare a pomilor, canti-tatea şi calitatea producţiei, longevitatea plantaţiilor, rezistenţa la boli etc. Plantele pomicole se înrădăcinează în sol timp de mulţi ani ocupând un strat profund de sol şi obţinând din el substanţe nutritive şi apă. Pentru dezvoltarea arborilor fructiferi importante sunt nu numai însuşirile solului, dar şi particularităţile subsolului, textura, structura lui, umiditatea, densitatea, porozitatea, gleizarea.

Ca urmare a lucrărilor de pregătire a terenului înainte de plantare (desfundare, tasare, nivelare ş.a.) şi dat fiind faptul că plantele pomicole ocupă terenul timp de 15-25 ani, solurile sunt puternic modificate sub raportul inversării orizonturilor şi al îmbunătăţirii regimului aerobic, termic şi nutritiv. Însuşirile solului exer-cită o influenţă determinantă în nutriţia minerală şi aprovizionarea cu apă, iar pomul, la rândul lui, modifică



93

conţinutul unor substanţe organice şi unele însuşiri ale solului. Fertilitatea potenţială a solului este determi-nată în mare măsură de factorii fizici, care numai în anumiţi parametri optimi permit obţinerea recoltelor posibile în condiţiile pedoclimatice locale. Dintre factorii fizici ai fertilităţii solului o importanţă hotărâtoare asupra creşterii şi dezvoltării pomilor o au distribuţia agregatelor structurale ale solului, densitatea aparentă, rezistenţa la penetrare, porozitatea capilară, necapilară şi totală, formele şi rezervele de apă accesibilă în sol şi permeabilitatea solului. Lucrările solului în livezi timp îndelungat duc la degradarea însuşirilor fizice ale solului, care în final influenţează negativ asupra creşterii şi rodirii pomilor fructiferi. Utilizarea terenurilor sub livezi este însoţită deseori de deteriorarea însuşirilor agrofizice. Degradarea fizică tehnoantropogenă a solurilor este cauzată de multiple şi diverse procese, predominant de natură fizică, care se realizează în soluri sub acţiunea proceselor mecanice exercitate asupra solurilor agricole [3-5].

Luând în consideraţie aceste circumstanţe, am efectuat cercetări cu scopul de a evidenţia schimbările în-suşirilor agrofizice ale solului în livezile pe rod de lungă durată pe diferite tipuri şi subtipuri de sol. În urma cercetărilor pe toate solurile utilizate sub livezi lucrarea îndelungată a solului la una şi aceeaşi adâncime şi trecerii tehnicii de lucru printre rânduri pe una şi aceeaşi urmă, chiar şi în cazul livezilor cu sol înierbat între rânduri, duce la schimbări esenţiale ale structurii, densităţii şi porozităţii solului. Suferă schimbări solul în spaţiul pomicol atât pe verticală, cât şi pe orizontală. Spaţiul pomicol este structurat diferenţiat: pe urmele tehnicii conţinutul macroagregatelor este de 1,5-2 ori mai mare în comparaţie cu al celor în solul din rând, caracterizând o bulgorozitate înaltă şi extremală. Analiza dispersională demonstrează că majorarea conţinu-tului de macroagregate în procesul de lucrare a solului din livezi este esenţială şi în adâncime, şi în spaţiul pomicol (Freal > F teor), dar mai evident pe urmele tehnicii. Suferă schimbări în spaţiul pomicol în urma lucrărilor şi conţinutul de mezoagregate. La solul din rând conţinutul de mezoagregate alcătueşte 70-80%, între rânduri cantitatea lor se micşorează cu 5-10%, iar pe urmele tehnicii el se reduce cu 20-30% în compa-raţie cu conţinutul acestora în solul din rând, în dependenţă de tipul de sol. După coeficientul de structurare, care reprezintă raportul dintre mezoagregate faţă de suma macro- şi microagregatelor la cernerea în aer, solu-rile livezilor cercetate se caracterizează cu structură bună în rând şi între rânduri şi nesatisfăcătoare pe urmele tehnicii. Mai evidenţiat are loc degradarea structurii în stratul 20-30 cm, unde coeficientul de structurare în majoritatea cazurilor este < 1.

Are loc diminuarea hidrostabilităţii agregatelor > 0,25 mm, ceea ce caracterizează procesul de degradare a structurii din spaţiul pomicol. Aceşti parametri ai solului prezină una dintre cele mai însemnate caracteristici agronomice pe baza căreia se argumentează şi se fundamentează teoretic metodele de lucrare a solului, care în practică trebuie să asigure păstrarea hidrostabilităţii agregatelor > 0,25 mm la un nivel > 45%, pentru ca solul să dispună de fertilitate şi erodabilitate [6].

Rezultatele obţinute demonstrează că în spaţiul pomicol în urma lucrărilor micşorarea conţinutului de agregate hidrostabile este esenţială pentru toate tipurile şi subtipurile de soluri, mai cu seamă în cazul livezi-lor unde solul dintre rânduri nu este înierbat. În livezile cu solul dintre rânduri înierbat stratul 0-20 cm are un grad mai mic de prăfuire, deci dispune de o hidrostabilitate agregatică mai ridicată. Stratul 20-30 cm se caracterizează cu un grad mai mic de hidrostabilitate, mai esenţial la solul de pe urmele tehnicii. Din cerce-tările efectuate reiese că îniebarea solului dintre rânduri diminuează degradarea structurii stratului superior în comparaţie cu cel utilizat în stare arabilă.

Tasarea solului şi degradarea structurii la solurile utilizate sub livezi are loc chiar din primii ani de existenţă. Studierea solurilor din livezi cu vârsta de 3-5 ani demonstrează că are loc degradarea structurii în spaţiul po-micol atât în stratul superior 0-20 cm, cât şi în cel subiacent 20-30 cm, în comparaţie cu a solului din rând şi a celui din partea inferioară desfundat.

Degradarea structurii din spaţiul pomicol este dedusă şi de valorile densităţii aparente.Varietatea ei în spaţiul pomicol este esenţială la toate tipurile şi subtipurile de sol. Are loc o majorare a densităţii aparente între rânduri şi pe urmele tehnicii în comparaţie cu a solului din rând, mai cu seamă în stratul 20-30 cm de pe urmele tehnicii. Solurile cenuşii au parametrii densităţii aparente majoraţi cu 0,31-0,33 g/cm³, cernoziomu-rile – cu 0,21-0,31 g/cm, iar cele aluviale – cu 0,30-0,40 g/cm³. Majorarea densităţii aparente a solului este rezultatul degradării structurii solului, adică al deformării particulelor solului în urma tasării, care se răspân-deşte mai adânc de stratul lucrat. Densitatea aparentă a solului este în corelaţie strânsă cu textura, structura şi conţinutul de humus. Starea de aşezare a solului este determinată de densitatea aparentă. Totodată, o sporire considerabilă a densităţii de împachetare a agregatelor structurale denotă modificări mai profunde, ireversi-bile, în starea structural agregatică a solurilor cauzate de compactizarea excesivă a solurilor de maşinile şi agregatele agricole şi, nu în ultimul rând, de apa folosită la irigare. Astfel, putem conclude că, în majoritatea cazurilor, procesele de compactare pot purta caracter ireversibil.



94

Drept urmare, modificări considerabile suferă regimul de porozitate a solului. De porozitate depinde capa-citatea de reţinere a apei, permeabilitatea, aeraţia. Pentru a crea condiţii optime de creştere pomilor fructiferi, este nevoie ca solul să dispună de o porozitate totală de 50-60%, necapilară 12,5-30% şi 30-37% capilară. Tasarea solului dintre rânduri conduce la micşorarea porozităţii totale, capilare şi necapilare. În spaţiul pomi-col stratul 0-20 cm, cât şi 20-30 cm are o diferenţiere a parametrilor porozităţii totale conform majorării den-sităţii aparente. Stratul arabil 0-20 cm din rând are porozitatea de 50-58%, ceea ce este caracteristic solului afânat, între rânduri slab tasat, ce caracterizează acest strat cu o porozitate de 45-48%, şi pe urmele tehnicii moderat şi puternic tasat cu o porozitate totală < 45%; corespunzător se caracteriziază şi stratul 20-30cm [2]. Analiza dispersională dovedeşte că lucrarea solului din livezi conduce la o micşorare esenţială a porozităţii totale în spaţiul pomicol cu un grad înalt de influenţă pe urmele tehnicii. În urma determinării porozităţii agregatice putem constata că desfundarea şi procesele tehnologice de lucrare a solului din livezi influenţează slab acest tip de porozitate, mai simţitor ele se răsfrâng asupra porozităţii sumare a agregatelor şi porozităţii dintre agregate. Deci, în urma utilizârii solurilor sub livezi are loc degradarea structurii şi micşorarea poro-zităţii sumare a agregatelor în partea superioară a stratului desfundat. Porozitatea capilară sau porozitatea agregatică reprezintă suma porozităţii inactive şi utile, iar porozitatea necapilară – dintre agregate – reprezintă porozitatea drenată. Porozitatea dintre agregate asigură pătrunderea apei în sol, în porii agregatelor şi reţine-rea ei în stare suspendată. Apa din aceşti pori este uşor înlocuită de aer. Studierea porozităţii solurilor utili-zate sub livezi demonstrează că desfundarea şi procesele tehnologice de lucrare influenţează slab porozitatea agregatică, mai evident acţiunea lucrărilor se răsfrânge asupra porozităţii sumare a agregatelor şi a porozităţii dintre agregate. La toate solurile cercetate în spaţiul pomicol porozitatea dintre agregate faţă de cea din rând în stratul 0-20 cm este cu 4-9% mai mică. O porozitate dintre agregate evident mai mică o are solul de pe urmele tehnicii. Condiţiile de creştere şi dezvoltare a plantelor sunt influenţate direct sau indirect de regimul aerohidric. Una dintre categoriile de pori ce detemină sau, mai bine zis, asigură dezvoltarea sistemului radi-cular, existenţa faunei şi florei solului este porozitatea de aeraţie, prezentând volumul de pori rămaşi fără apă (ocupaţi cu aer) în situaţia în care umiditatea solului corespunde capacităţii de câmp. Porozitatea optimă de aeraţie pentru creşterea şi dezvoltarea sistemului radicular alcătueşte 10%. Solurile din spaţiul pomicol dis-pun de o porozitate de 10-15%, iar pe urmele tehnicii în unele cazuri – de 7-8%. Lucrările solului în livezi conduc la schimbări evidente ale porozităţii de aeraţie. O acţiune mai evidentă asupra porozităţii de aeraţie o are tasarea solului de pe urmele tehnicii.

Permeabilitatea pentru apă condiţionează pătrunderea în sol a apei din precipitaţii sau irigaţii. Răspândi-rea ei în sol depinde de componenţa granulometrică, structura, densitatea aparentă, porozitatea şi umiditatea solului. Cercetările efectuate demonstrează că permeabilitatea pentru apă a solului din spaţiul pomicol diferă: în rând este mai mare în comparaţie cu cea dintre rânduri şi pe urmele tehnicii. Acest fenomen este cauzat de modificările însuşirilor fizice (tasare, degradarea structurii, micşorarea porozităţii). Aşadar, solurile utilizate sub livezi dispun de permeabilitate pentru apă bună şi foarte bună în rând, bună între râbduri şi satisfăcătoare şi nesatisfăcătoare pe urmele tehnicii.

În concluzie putem menţiona că în cadrul unei agroecosisteme pomicole se constată un anumit decalaj între starea fizică şi funcţiile solului în cadrul ecosistemului, fapt care denotă degradarea fizică a solului. Degradarea fizică este însoţită de modificarea considerabilă a funcţiilor solurilor; solurile fizic degradate dispun de capacitate mică de înmagazinare a apei, provenite din precipitaţiile atmosferice şi de la topirea ză-pezii, contribuid astfel la sporirea probabilităţii şi frecvenţei secetelor. În acelaşi timp, sporeşte semnificativ cantitatea de apă încadrată în scurgerile terestre, ceea ce contribue la intensificarea proceselor de eroziune, colmatării reţelei hidrografice, poluării bazinelor de acumulare [4]. Pierderile de recoltă datorită degradării proprietăţilor fizice ale solului, tasării acestuia se egalează cu sporurile de producţie datorate irigării şi aproape este egală cu cele obţinute de la folosirea îngrăşămintelor.

Referinţe:

1. Balan V., Cimpoeş Gh., Barbăroşie M. Pomicultura. - Chişinău, 2001. - 451 p. 2. Canarache A. Fizica solurilor agricole. - Bucureşti: Cereş, 1990. - 264 p. 3. Cercetări în pomicultură. Vol.I. - Chişinău: Iulian, 2002. - 144 p. 4. Degradarea solurilor şi deşertificarea. - Chişinău, 2002. - 300 p. 5. Ursu A. Transformarea tehnologică a solurilor. - Chişinău, 1998. - 253 p. 6. Кузнецова И.В. О некоторых критериях оценки физических свойств почв // Почвоведение (Москва). -

1979. - 3. - C.81-88.




95

DINAMICA POPULAŢIEI SATELOR MICI

DIN REGIUNEA CENTRALĂ A REPUBLICII MOLDOVA

Vitalie SOCHIRCĂ, Sergiu BACIU, Marcel REVENCO Catedra Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie The problem of the population of small villages (with the population less than 300 inhabitants) from the Central

Region of Republic of Moldova is analyzed from the human-geographic point of view in this article. The following characteristics have been considered: the evolution of number and structure of the population, spatial accommodation of the given settlements and their classification and others. The basic results, conclusions and offers for the decision of specific problems have been presented.

Argument Mediul rural din Republica Moldova este afectat de multiple probleme demografice, sociale, economice,

ecologice, spirituale, iar în localităţile mici acestea se manifestă cu o amploare deosebită. Soluţionarea prob-lemelor mediului rural şi modernizarea satului moldovenesc necesită o bază ştiinţifică solidă, care ar analiza diferenţiat problemele localităţilor rurale în dependenţă de dimensiunea acestora, poziţia geografică, mediul natural în care se află, resursele naturale şi cele umane disponibile, caracteristicile populaţiei, specializarea economiei ş.a.

Material şi metode Obiectul acestui studiu sunt 73 de aşezări rurale mici din 11 raioane şi municipiul Chişinău, din cadrul

Regiunii Centrale a Republicii Moldova. La categoria aşezărilor mici au fost atribuite, convenţional, cele care au mai puţin de 300 de locuitori (în anul 2007). Aceste localităţi erau numite în trecut „fără perspectivă”, iar mai recent – „defavorizate”.

Realizarea obiectivelor studiului s-a bazat pe efectuarea cercetărilor nemijlocit pe teren şi pe materialele colectate din surse statistice, bibliografice şi cartografice. Materialele colectate au fost prelucrate în cadrul Laboratorului de Geografie Umană şi Regională al Catedrei Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie a USM, cu aplicarea metodelor statistico-matematică, cartografică, comparativ-spaţială.

Rezultate şi discuţii 1. Pentru început a fost stabilită distribuţia diferitelor categorii de localităţi, conform criteriului „dimen-

siunea demografică”, în ansamblu pe Republica Moldova şi în Regiunea Centrală, precum şi ponderea celor din regiunea indicată în totalul pe republică. Astfel, în Regiunea Centrală sunt 73 de localităţi cu un număr mai mic de 300 de locuitori, ceea ce constituie 28% din totalul acestei categorii de localităţi din republică.

În cadrul Regiunii Centrale ponderea acestei categorii de localităţi în numărul total de localităţi şi în nu-mărul total al populaţiei este de 14,3% şi, respectiv, de 1,2% (Tab.1).

Tabelul 1 Distribuţia pe categorii a localităţilor rurale din Republica Moldova şi din Regiunea Centrală după numărul de locuitori (anul 2007) Republica Moldova Regiunea Centrală

Categoria Numărul de localităţi

Numărul populaţiei

Ponderea, %

Numărul de localităţi

Ponderea din totalul pe republică, %

Numărul populaţiei

Ponderea din tota-lul pe republică, %

Sub 100 104 4508 0,21 28 26,9 1235 27,4 101-300 157 30152 1,45 45 28,7 7772 25,8 301-500 159 61479 2,96 50 31,4 19214 31,3

501-1000 310 230190 11,09 116 37,4 85429 37,1 1001-3000 574 994487 47,94 227 39,5 399621 40,2 3001-5000 120 450278 21,7 44 36,7 166598 37,0 5001-8000 41 243015 11,71 22 53,7 130957 53,9 Mai mult de 8000 6 60047 2,89 3 50,0 29387 48,9

În total 1471 2074156 100 535 36,4 840213 40,5



96

2. Investigarea repartiţiei spaţiale a satelor mici (prezentate în Tab.2 şi Fig.1) atestă o concentrare a acestora în raioanele Ungheni, Teleneşti, Hânceşti şi Anenii Noi, adică în aria periferică a Podişului Codrilor, o regiune în general defavorizată din punctul de vedere al dezvoltării social-economice.

Tabelul 2

Distribuţia localităţilor mici din Regiunea Centrală în funcţie de numărul de locuitori şi pe raioane

Numărul de localităţi Nr. crt. Raionul

În total 200-300 100-200 50-100 < 50 1 Mun. Chişinău 3 1 - 1 1 2 Anenii Noi 10 2 6 - 2 3 Călăraşi 6 1 3 1 1 4 Criuleni 7 - 4 2 1 5 Dubăsari 1 - 1 - - 6 Hânceşti 8 1 4 2 1 7 Ialoveni 2 1 1 - - 8 Nisporeni 5 - 3 2 - 9 Orhei 5 2 2 1 -

10 Străşeni 2 1 1 - - 11 Teleneşti 12 3 3 - 6 12 Ungheni 12 2 4 3 3

În total 73 14 32 12 15

Fig.1. Aşezările rurale mici din Regiunea Centrală.



97

3. În funcţie de vechimea atestării documentare, au fost distinse 4 categorii de localităţi (Tab.3).

Tabelul 3

Distribuţia localităţilor în funcţie de vechimea atestării documentare

Perioada Numărul de localităţi Ponderea în total, % 1447-1812 23 31,5 1812-1918 35 48,0 1918-1945 10 13,7 1945-1976 5 6,8

În total 73 100,0 Între anii 1447-1812 pe teritoriul regiunii au fost întemeiate 23 de localităţi sau 31,5% din total. Toate

localităţile au la origine denumiri româneşti şi o populaţie majoritară românească, de exemplu: satele Ocniţa-Ţărani, Pocşeşti (r-nul Orhei), Mârzoaia (r-nul Nisporeni), Chetroasa, Logăneşti (r-nul Criuleni), Cucoiaia (r-nul Teleneşti) ş.a. Numărul mare de localităţi întemeiate în această perioadă denotă faptul că anume românii constituie populaţia autohtonă a acestui teritoriu.

Cele mai multe localităţi (35, sau 48%) au fost întemeiate în perioada Imperiului Ţarist, între anii 1812-1918. O bună parte din aceste localităţi au la origine denumiri slave, fiind populate atât de români, cât şi de alohtoni, în special, colonişti de origine slavă, aduşi din alte gubernii ale Rusiei. Acest fenomen se explică prin colonizarea dirijată a Basarabiei de către autorităţile ţariste. Dintre localităţi menţionăm Mirnoe, Nico-laevca (r-nul Anenii Noi), Elizavetovca, Lidovca, Novaia Nicolaevca (r-nul Ungheni), Andreevca (r-nul Orhei) ş.a. În această perioadă cele mai multe localităţi (6) au fost întemeiate în anul 1910, iar perioada anilor 1900-1913 este cea mai fructuoasă în privinţa apariţiei de noi localităţi (20).

În perioada interbelică (1918-1945) au fost întemeiate 10 localităţi, sau 13,7% din total, de exemplu: Veveriţa (r-nul Ungheni), Valea Florii (r-nul Hânceşti), Hârtop (r-nul Teleneşti) ş.a. Cel mai mic număr de localităţi (5, sau 6,8%) au fost întemeiate în perioada de după anul 1945: Odaia şi Selişteni (r-nul Nisporeni), Podul Lung (r-nul Călăraşi), Calfa Nouă şi Teliţa Nouă (r-nul Anenii Noi). Astfel, în perioada contempo-rană procesul de populare a acestui teritoriu a ajuns în faza de saturaţie, determinată de gradul înalt de populare.

4. Distribuţia în funcţie de dimensiunea demografică (Tab.2) reflectă o frecvenţă mai mare a localităţilor foarte mici (având mai puţin de 200 de locuitori), care alcătuiesc 59 de localităţi, sau 80,8% din total. Se delimitează un grup de 15 sate (20,5% din total) care au mai puţin de 50 de locuitori, dintre care 6 sunt din raionul Teleneşti: Ciofu (com. Zgârdeşti), Cucioaia Nouă (com. Ghiliceni), Vadul-Leca Nou (com. Căzăneşti), Chersac şi Dobruşa (com. Negureni), celelalte fiind din alte raioane, iar cea mai mică este localitatea Bonda-reuca (com. Zgârdeşti, r-nul Teleneşti), care are doar 4 locuitori.

5. În baza caracterului dinamicii numărului de locuitori în acest grup de localităţi, în perioada de la recen-sământul din 1959 până la cel din 2004, au fost delimitate 4 categorii de localităţi (Fig.1):

1) localităţi cu creştere constantă – 1 2) localităţi cu dinamică variabilă – 44 3) localităţi cu dinamică stabilă (stagnare) – 6 4) localităţi cu descreştere constantă – 22. Din prima categorie face parte doar satul Hârtop din comuna Pistruieni (r-nul Teleneşti). Majoritatea lo-

calităţilor, 44 la număr, se atribuie la categoria celor cu dinamică variabilă (cu creşteri în perioada 1960-1990 şi descreşteri în perioada ulterioară). O descreştere constantă au 22 de sate, cuprinse în 6 raioane (Anenii Noi, Criuleni, Călăraşi, Ialoveni, Teleneşti, Ungheni) şi mun. Chişinău – rezultat al bilanţului natural şi al celui migratoriu negative.

6. Structura pe sexe este similară cu tabloul general pe republică, cu predominarea populaţiei feminine în perioada 1959-1989. Către anul 2004 situaţia s-a modificat, în special ca urmare a emigraţiei în masă a populaţiei feminine (Fig.2).



98

46,8 46,8 47,3 46,8

49,5

53,2 53,2 52,7 53,2

50,5

1959 1970 1979 1989 2004

bărbaţi femei

Fig.2. Evoluţia structurii pe sexe a populaţiei, în %. 7. Structura etnică a populaţiei reflectă o predominare a populaţiei de etnie română (numiţi şi moldoveni)

în aceste localităţi, care în 44 de sate (60,3% din total) are o pondere de peste 90% (Fig.3). Din această cate-gorie de localităţi o componenţă aproape pură au Calfa Nouă, Teliţa Nouă (r-nul Anenii Noi), Duma, Podul Lung (r-nul Călăraşi), Chetroasa (r-nul Criuleni), Chilişoaia (r-nul Nisporeni) ş.a. În 12 sate (16% din total) românii (moldovenii) deţin o pondere de 65-90%. Mai sunt 10 sate cu o populaţie predominant ucraineană: Nicolaevca (r-nul Anenii Noi), Bălţata de Sus, Sagaidacul de Sus şi Valea Coloniţei (r-nul Criuleni) ş.a., 5 sate cu o populaţie eterogenă (români, ucraineni, ruşi, bulgari ş.a.): Batâc şi Mirnoe (r-nul Anenii Noi) ş.a. Este o singură localitate cu populaţie majoritară de etnie ţigănească (Ursari, r-l Călăraşi) şi alta mixtă din români şi bulgari (Homuteanovca, r-nul Ialoveni).

eterogene7%

preponderent ucraineşti

14%

româneşti60%preponderent

româneşti16%

alte3%

Fig.3. Ponderea localităţilor după structura etnică.

Concluzii şi propuneri În baza analizei datelor statistice, deplasărilor pe teren şi analizei implementării diferitelor programe, con-

siderăm că necesită a fi elaborate şi aplicate politici specifice pentru satele mici. Nu pot fi aplicate aceleaşi măsuri pentru întreg mediul rural, deoarece există particularităţi ale satelor de dimensiuni diferite, situate la distanţe diferite faţă de centrele raionale. În acest sens se impune o diferenţiere a satelor în conformitate cu necesităţile specifice şi promovarea orientată a politicilor pe fiecare categorie.

Majoritatea satelor mici din Regiunea Centrală ar trebui declarate zone defavorizate, cu întreprinderea ulterioară a acţiunilor ce derivă din acest statut:

favorizarea activităţilor economice, prin scutiri de diferite taxe şi impozite, înlesniri în creditare, pri-vilegii la înregistrarea agenţilor economici etc.;

stimularea angajării specialiştilor acolo unde este necesar, de exemplu, suplimentarea statelor de funcţii cu asistenţi sociali şi lucrători medicali în satele unde ponderea populaţiei vârstnice este mare şi în comunele din care fac parte mai multe localităţi;



99

susţinerea strămutării locuitorilor din satele fără potenţial de dezvoltare (sate cu câţiva locuitori, la distanţe mari faţă de alte localităţi, fără potenţial economic) în alte localităţi;

alte măsuri, specifice pentru anumite localităţi, dar corelate între ele în baza unei strategii bine gândite şi echilibrate, în vederea preveniri depopulării şi dispariţiei acestor sate.

În concluzie, constatăm o situaţie demografică alarmantă în aceste localităţi, manifestată prin: depopulare; reducerea natalităţii; creşterea mortalităţii; îmbătrânirea demografică accentuată; şomajul în masă; exodul masiv al populaţiei în alte localităţi din republică sau peste hotare ş.a. La acestea se adaugă multiple proble-me economice, sociale, spirituale, ecologice etc. Doar întreprinderea unui set sistemic de măsuri ar putea atenua problemele social-economice cu care se confruntă aceste sate şi preveni dispariţia lor de pe harta Republicii Moldova.

Referinţe:

1. Matei C. ş.a. Probleme metodologice ale prognozei demografice. - Chişinău: Evrica, 2002. - 152 p. 2. Мытку М. Сельское расселение в Молдавской ССР. - Кишинев: Штиинца, 1974. - 123 с. 3. Mâtcu M., Sochircă V. Geografia umană a Republicii Moldova. - Chişinău: ARC, 2001. - 210 p. 4. Muntele I. Populaţia Moldovei în ultimele două secole. - Iaşi: Corson, 1998. - 257 p. 5. Sochircă V. Consideraţii privind procesul de îmbătrânire a populaţiei Republicii Moldova // Materialele simpozio-

nului internaţional „Probleme demografice ale populaţiei în contextul integrării europene” (14-15 aprilie 2005). - Chişinău: Editura ASEM, 2005, p.151-155;

6. Anuarul statistic al Republicii Moldova, DASS al Republicii Moldova. - Chişinău: Statistica, 1995-2007. 7. Recensământul populaţiei 2004. Culegere statistică (în 4 volume) / Biroul Naţional de Statistică al Republicii

Moldova. Chişinău, 2006, vol.1 (492 p.); vol.2 (136 p.). 8. Dicţionar statistic al Moldovei. Departamentul Statisticii al Republicii Moldova. Vol. I-IV. - Chişinău, 1994. - 1559 p.

Notă: Studiu realizat cu susţinerea financiară a Consiliului Suprem pentru Ştiinţă şi Dezvoltare Tehnologică a Academiei de Ştiinţe a Moldovei.




100

COLEOPTERANS FROM THE CIUPERCENI RESERVE AREA (DOLJ COUNTY)

CONSERVED IN THE ENTOMOLOGICAL COLLECTIONS OF THE SECTION

OF NATURAL SCIENCES OF THE MUSEUM OF OLTENIA CRAIOVA

Cornelia CHIMIŞLIU

Musem of Oltenia Craiova (Romania) Este o primă lucrare de sinteză a coleopterelor din zona Rezervaţiei ornitologice Ciuperceni, situată în sud-vestul

României, în sectorul românesc al „Coridorului Verde al Dunării”. Include atât date publicate până în prezent în lucră-rile de specialitate, cât şi date nepublicate, deţinute de speciile colectate de autoare şi alţi specialişti ai Secţiei Ştiinţele Naturii a Muzeului Olteniei, Craiova. Au fost identificate 97 de specii incluse în 18 familii. În cadrul acestora, alături de specii comune, sunt şi specii rare şi foarte rare pentru fauna României (Aphodius (Alocoderus) hydrochaeris (Fabricius 1798), Aphodius (Sigorus) porcus (Fabricius, 1792), Eupotosia affinis affinis (Andersch 1797), Potosia (Netocia) vidua (Gory & Percheron 1833), Monotropus nordmanni (Blanchard 1850), Anisoplia (Anisoplia) deserticola (Fischer von Waldheim 1824), o specie protejată de interes comunitar (Lucanus (Lucanus) cervus (Linnaeus 1758) şi o specie protejată de interes naţional (Scarabaeus affinis (Brullé 1832)). Ultimele două specii sunt consemnate în anexele nr.3, respectiv 4B, ale Legii nr.345/2006.

Introduction The Ciuperceni Ornithological Reserve is a protected natural area with a surface of 200 hectares, situated

in the Romanian sector of the „Danube Green Chorridor” – an ecological network of regional level in the Danube Flood Plain, created in the year 2000 by Romania together with Bulgaria, the Republic of Moldavia and Ukraine. From geographical point of view, the mentioned zone belongs to the Plain of Oltenia, being situated in south–west of Romania, on the Ciuperceni terrace, with an absolute altitude of 35-40 m (Fig.1), covered by the sand of the dunes nearly on all its surface.

The zone is not important and interesting only for ornithofauna, but it also presents a great diversity of the entomofauna, little studied and known up to present (2007). In the specialty papers there are summary data referring to the species of insects in this perimeter. The Scarab beetles from this zone are mentioned in a synthesis paper elaborated by the author for the Calafat-Bistreţ zone (Chimişliu, 2004). The only well studied and known – genus of scarab beetles in this zone is the genus Anomala which was studied by university professor Dr. Bobîrnac. B. (1960, 1969, 1972).

Fig.1. The Map of the studied zone.

Collecting zone (Zona de colectare)



101

For the knowledge of entomofauna diversity I have proposed myself to elaborate synthesis papers, on groups of insects from this zone and conserved in the collections of the Section of Nature Sciences of the Museum of Oltenia in Craiova. The present paper is the first step in this sense. It centralizes the coleopterans from 18 families, in the perimeter of the Ciuperceni – Desa Reserve. In addition to the contribution brought to the knowledge of fauna diversity of coleopterans, the paper is also an invitation for those interested in the fauna study of coleopterans, being a first data base.

Material and Methods The paper comprises both the previously mentioned species in the literature of specialty (Panin, 1952,

1955, 1957, Panin & Săvulescu, 1961, Serafim, 1991, Bobîrnac, 1960, 1969, 1972, 1979, Bobîrnac et al., 1968, Chimişliu, 1999, 2000, 2000a, 2000b, 2000c, 2001, 2001a, 2001b, 2001c, 2004, 2004a, 2005, 2006, Ilie & Chimişliu, 1999, Ruicănescu & Chimişliu, 1999, Manci, 2003-2004, Serafim & Chimişliu, 2005, Stan & Chimişliu, 2005, Andriev & Chimişliu, 2003, Zaharia (Ciucă) & Chimişliu, 2004) with the specification of the collecting places and of the papers authors, and also original data. The original data come, on one hand, from the author’s doctorate thesis (Chimişliu, 2004b), and on the other hand, from the species collected in the researched zone by the author or other specialists of the Section, unpublished up to present (2006). The data from the doctorate thesis are mentioned in the species of scarab beetles within the specification „Material examined”, followed by the mention (Chimişliu, 2004a).

The material was collected from Ciuperceni, Desa and Poiana Mare (situated at 6 km from Desa). The phyletic order of identified families and the species nomenclature are those used in the Europea Fauna.

Within the families, the species are presented in the alphabetical order of the scientific names. For the scientific identification of the material, the following works were used: Schaufuss (1916), Panin

(1952, 1955, 1957), Panin & Săvulescu (1961).

Results and Discussions The partial identification of the collected material has lead to the identification of some species of coleo-

pterans belonging to 26 families: Carabidae, Dytiscidae, Cerambycidae, Chrysomelidae, Cleridae, Malachidae, Coccinellidae, Elateridae, Aphodiidae, Cetoniidae, Dynastidae, Geotrupidae, Lucanidae, Melolonthidae, Rutelidae, Scarabaeidae, Hydrophilidae, Staphylininae. As a result of working out of the material, 97 species were identified, included in 18 families (Table).

Table The distribution of the species within the families

No. Families No. of species No. Families No. of species 1 Carabidae 2 10 Cetoniidae 8 2 Dytiscidae 2 11 Dynastidae 4 3 Cerambycidae 9 12 Geotrupidae 3 4 Chrysomelidae 14 13 Lucanidae 2 5 Cleridae 1 14 Melolonthidae 10 6 Malachidae 2 15 Rutelidae 6 7 Coccinelidae 8 16 Scarabaeidae 13 8 Elateridae 5 17 Hydrophilidae 1 9 Aphodiidae 6 18 Staphylininae 2

Besides the common species in the zone fauna there are presented the species: Scarabaeus affinis Brullé

1832 – registered in the Annex no. 4B of the Law 345/2006, as a species of national interest, which requires a strict protection and the species Lucanus cervus (Linnaeus 1758), registered in the Annex no. 3 of the Law 345/2006, as a species of communitary interest whose conservation requires the designation of the special conservation areas and of the avifaunistic special protection areas as well as in the Annex no. 3 of the Bern Convention.

There are also presented other rare species, as follows: Aphodius (Alocoderus) hydrochaeris (Fabricius 1798), Aphodius (Sigorus) porcus (Fabricius 1792), Eupotosia affinis affinis (Andersch 1797), Potosia (Netocia) vidua (Gory & Percheron 1833), Monotropus nordmanni (Blanchard 1850), Anisoplia (Anisoplia) deserticola



102

(Fischer von Waldheim 1824), as well as aphidophagous, predatory species: Coccinella (Coccinella) septem-punctata (Linnaeus 1758), Adalia (Adalia) bipunctata (Linnaeus 1758), Propylea quatuordecimpunctata (Linnaeus 1758), Hippodamia (Adonia) variegata (Goeze 1777), Hippodamia (Hippodamia) tredecimpunctata (Linnaeus 1758).

In what follows we present the identified species in accordance with the taxonomic systems utilized in the Europea Fauna:

Order COLEOPTERA Family CARABIDAE

Calomera lunulata (Fabricius 1781) = Cicindela lunulata ssp. nemoralis Ol. 1790 - Dolj (Panin, 1952). Material examined: Poiana Mare - 10.08.1981; 03.08.1982; Desa - 10.08.1981; 05.08.1982. Cylindera (Eugrapha) arenaria (Fuesslin 1775) = Cicindela arenaria ssp. viennensis Schrank. 1781. Material examined: Desa - 10.08.1981.

Family DYTISCIDAE Cybister (Scaphinectes) lateralimarginalis (DeGeer 1774). Material examined: Desa 10.08.2001. Dytiscus marginalis Linnaeus 1758 Material examined: Desa - 04.08.2001; 10.08.2001; Ciuperceni - 01.06.2004.

Family CERAMBYCIDAE Agapanthia dahli (Richter 1821) - The wohle country (Panin & Săvulescu, 1961), Desa (Serafim et al.,

2004). Clorophorus herbstii (Brahm 1790) - Desa (Serafim et al., 2004.) Chlorophorus varius (Muller 1766) – the whole country (Panin & Săvulescu, 1961), Ciuperceni (Serafim

et al., 2004.) Lepturobosca virens (Linnaeus,1758) - Ciuperceni (Serafim et al., 2004.) Neodorcadion bilineatum (Germar 1824) – the whole country (Panin & Săvulescu, 1961) Ciuperceni

(Serafim et al., 2004.) Oberea (Amaurostoma) erythrocephala (Schrank 1776) – the whole country (Panin & Săvulescu, 1961),

Desa (Serafim et al., 2004.) Pedestredorcadion murrayi (Küster 1847) = Dorcadion (Pedestredorcadion) murrayi Küster 1847 - Desa

(Serafim et al., 2004.) Phytoecia pustulata (Schrank 1776) - the whole country (Panin & Săvulescu, 1961), Desa (Serafim et al.,

2004.) Pseudovadonia livida (Fabricius 1776) = Vadonia livida Fabricius 1776 - the whole country (Panin &

Săvulescu, 1961), Poiana Mare (Serafim et al., 2004.)

Family CHRYSOMELIDAE Altica oleracea (Linnaeus 1758) = Haltica oleracea Linnaeus 1758 Material examined: Desa - 05.08.1982. Cassida (Odontionycha) viridis Linnaeus 1758 = Cassida viridis Linnaeus 1758 - Poiana Mare (Ilie &

Chimişliu, 1999). Cassida (Pseudocassida) murraea Linnaeus 1767 = Cassida murraea Linnaeus 1767 - Poiana Mare (Ilie

& Chimişliu, 1999). Chrysolina (Erythrochrysa) polita (Linnaeus 1758) = Chrysomela polita Linnaeus 1758 - Poiana Mare

(Ilie & Chimişliu, 1999). Chrysolina (Fastuolina) fastuosa (Scopoli 1763) = Chrysomela fastuosa Scopoli 1763. Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004. Chrysolina (Ovostoma) olivieri olivieri (Bedel 1892) = Chrysomela coerulea Olivier 1807 - Poiana Mare

(Ilie & Chimişliu, 1999). Chrysomela (Chrysomela) populi Linnaeus 1758 (Melasoma populi Linnaeus 1758 – Ciuperceni (Bobîrnac,

1960), Desa (Ilie & Chimişliu, 1999). Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004, Desa - 25.07.1989.



103

Chrysomela (Chrysomela) tremulae Fabricius 1787 (Melasoma tremulae Fabricius 1787 - Desa (Ilie & Chimişliu, 1999).

Entomoscelis adonidis (Pallas 1771) - Poiana Mare (Ilie & Chimişliu, 1999) Galeruca (Galeruca) pomonae (Scopoli 1763) - Poiana Mare (Ilie & Chimişliu, 1999). Gastrophysa (Gastrophysa) polygoni (Linnaeus 1758) = Gastroidea polygoni Linnaeus 1758 - Ciuperceni

26.09.1979 (Ilie & Chimişliu, 1999). Lema cyanella (Linnaeus 1758) - Desa (Ilie & Chimişliu, 1999). Lilioceris lilii (Scopoli 1763) Material examined: Ciuperceni 01.06.2004. Phyllotreta nigripes Fabricius – Ciuperceni (Bobîrnac et al., 1968).

Family CLERIDAE Trichodes apiarius (Linnaeus 1758) Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004.

Family MALACHIDAE Malachius aeneus (Linnaeus 1758) Material examined: Ciuperceni - 05.06.1982; 15.06.2006. Malachius bipustulatus (Linnaeus 1758) Material examined: Ciuperceni - 05.06.1982, 15.06.2006.

Family COCCINELLIDAE Adalia (Adalia) bipunctata (Linnaeus 1758) - Desa, Ciuperceni (Serafim & Chimişliu, 2005). Anatis ocellata (Linnaeus 1758) - Poiana Mare (Andriev & Chimişliu, 2003). Coccinella (Coccinella) septempunctata Linnaeus 1758 - Poiana Mare (Serafim, 1991; Andriev &

Chimişliu, 2003); Ciuperceni, Desa, Poiana Mare (Serafim & Chimişliu, 2005). Material examined: Desa - 01.06.2004. Coccinula quatuordecimpustulata (Linnaeus 1758) - Desa (Andriev & Chimişliu, 2003). Hippodamia (Hippodamia) tredecimpunctata (Linnaeus 1758) = Hippodamia tredecimpunctata (Linnaeus

1758) - Desa (Serafim & Chimişliu, 2005). Hippodamia (Adonia) variegata (Goeze 1777) = Adonia variegata (Goeze 1777) - Poiana Mare (Andriev

& Chimişliu, 2003); Desa (Serafim & Chimişliu, 2005). Propylea quatuordecimpunctata (Linnaeus 1758) - Desa, Poiana Mare (Serafim, 1991; Serafim &

Chimişliu, 2005). Tytthaspis (Tytthaspis) sedecimpunctata (Linnaeus 1758) = Tytthaspis sedecimpunctata (Linnaeus 1758) -

Desa (Serafim & Chimişliu, 2005).

Family ELATERIDAE Agriotes (Agriotes) ustulatus (Schaller 1783) = Agriotes ustulatus Schaller 1783 - Desa (Zaharia (Ciucă)

& Chimişliu, 2004). Agrypnus murinus (Linnaeus 1758) - Desa (Zaharia (Ciucă) & Chimişliu, 2004). Ampedus (Ampedus) sanguinolentus (Schrank 1776) = Ampedus sanguinolentus Schrank 1776 - Desa

(Zaharia (Ciucă) & Chimişliu, 2004). Dicronychus cinereus (Herbst 1784) - Desa (Zaharia (Ciucă) & Chimişliu, 2004). Melanotus (Melanotus) punctolineatus (Pelerin 1829) = Melanotus niger Fabricius 1792 - Desa (Zaharia

(Ciucă) & Chimişliu, 2004). Family APHODIIDAE

Alocoderus hydrochaeris (Fabricius 1798) = Aphodius (Alocoderus) hydrochaeris (Fabricius 1798) - Poiana Mare (Chimişliu, 2001c).

Aphodius fimetarius (Linnaeus 1758) = Aphodius (Aphodius) fimentarius Linnaeus 1758 – The whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2001).

Chilothorax distinctus (O. F. Müller 1776) = Aphodius (Chilothorax) distinctus (Müller 1776) - The whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2001).



104

Chilothorax melanostictus (W. Schmidt 1840) = Aphodius (Chilothorax) melanostictus Schmidt 1840 - Poiana Mare (Chimişliu, 2001a).

Nobius serotinus (Panzer 1799) = Aphodius (Nobius) serotinus Panz. 1799 - Poiana Mare (Chimişliu, 2001b). Sigorus porcus (Fabricius 1792) = Aphodius (Sigorus) porcus (Fabricius, 1792) - Poiana Mare (Chimişliu,

2001). Family CETONIIDAE

Cetonia aurata aurata (Linnaeus 1761) – The whole country (Panin, 1957); Desa (Chimişliu, 2004); Poiana Mare (Chimişliu, 2004a).

Material examined: Desa - 30.07.1996; 30.06.1998; 23.06.1999; 01.06.2001; Poiana Mare – 0.07.1996; 30.06.1999; 01.06.2001 (Chimişliu, 2004a); Ciuperceni - 01.06.2004.

Oxythyrea funesta (Poda 1761) - The whole country (Panin, 1957); Desa (Chimişliu, 1999, Chimişliu, 2004); Poiana Mare (Chimişliu, 2004a).

Material examined: Desa - 27.06.1999 (Chimişliu, 2004a). Protaetia (Eupotosia) affinis affinis (Andersch 1797) = Eupotosia affinis affinis (Andersch 1797) Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a). Protaetia (Netocia) cuprea obscura (Andersch 1797) = Potosia cuprea obscura (Andersch 1797) -

Ciuperceni (Chimişliu, 2004). Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a). Protaetia (Netocia) ungarica ungarica (Herbst 1790) = Netocia hungarica hungarica (Herbst 1790) -

toată ţara (Panin, 1957), Poiana Mare (Chimişliu, 1999). Protaetia (Netocia) vidua (Gory & Percheron 1833) = Potosia (Netocia) vidua (Gory & Percheron 1833) -

Poiana Mare (Chimişliu, 1999). Tropinota (Epicometis) hirta (Poda 1761) – the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu,

1999); Ciuperceni, Poiana Mare (Chimişliu, 2004). Material examined: Poiana Mare - 10.08.1981; 30.07.1996; 30.06.1999; 01.06.2001 (Chimişliu, 2004a). Valgus hemipterus (Linnaeus 1758) - the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2004).

Family DYNASTIDAE Oryctes (Oryctes) nasicornis (Linnaeus 1758) = Oryctes nasicornis Linnaeus 1758 - the whole country

(Panin, 1957); Desa, Poiana Mare (Chimişliu, 2005). Pentodon bidens bidens (Pallas 1771) - Desa (Chimişliu, 2005). Pentodon bidens sulcifrons Küster 1848 - Desa (Chimişliu, 2005). Pentodon idiota idiota (Herbst 1789) - Desa (Chimişliu, 2005).

Family GEOTRUPIDAE Anoplotrupes stercorosus (Scriba 1791) - the whole country (Panin, 1957). Material examined: Poiana Mare – 30.09.2001 (Chimişliu, 2004a). Geotrupes (Geotrupes) puncticollis Malinowsky 1811 = Geotrupes (Geotrupes) spiniger (Marsham 1802) –

the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2000, Chimişliu et al., 2002); Desa (Chimişliu, 2000). Material examined: Ciuperceni – 30.05.1964; Poiana Mare – 30.09.2001 (Chimişliu, 2004a); Geotrupes (Geotrupes stercorarius (Linnaeus 1758) - the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare

(Chimişliu, 2004). Family LUCANIDAE

Dorcus parallelipipedus (Linnaeus 1785) - Desa (Chimişliu, 2006). Lucanus (Lucanus) cervus (Linnaeus 1758) - Poiana Mare (Chimişliu, 2006).

Family MELOLONTHINAE Amphimallon (Amphimallon) caucasicum (Gyllenhal 1813). Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a). Amphimallon solstitiale solstitiale (Linnaeus 1758) = Amphimallon (Amphimallon) solstitiale solstitiale

(Linnaeus 1758) - the whole country (Panin, 1957), Poiana Mare (Chimişliu, 2000a). Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a). Anoxia (Anoxia) pilosa (Fabricius 1792) - Oltenia (Panin, 1957); Desa, Poiana Mare (Chimişliu, 2000a);

Ciuperceni, Poiana Mare (Chimişliu, 2004).



105

Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a). Anoxia (Protanoxia) orientalis (Krynicky 1832) – The whole Danube Plane (Panin, 1957); Ciuperceni

(Chimişliu, 2000c, 2004); Poiana Mare (Bobîrnac, 1960, Chimişliu, 2000a). Material examined: Desa - 23.07.2002 (Chimişliu, 2004a). Holochelus (Miltotrogus) aequinoctialis (Herbst 1790) = Miltotrogus aequinoctialis (Herbst 1790) – the

whole country (Panin, 1957), Poiana Mare (Chimişliu, 2000a). Hoplia graminicola (Fabricius 1792) Material examined: Poiana Mare– 29.05.1980 (Chimişliu, 2004a). Melolontha melolontha (Linnaeus 1758) = Melolontha (Melolontha) melolontha (Linnaeus 1758) – the

whole country (Panin S., 1957); Calafat district (Bobîrnac, 1960); Desa, Poiana Mare (Chimişliu, 2004). Monotropus nordmanni Blanchard 1850 - Desa (Chimişliu, 2000a). Polyphylla (Polyphylla) fullo (Linnaeus 1758) – the whole country (Panin, 1957); Ciuperceni (Chimişliu

Cornelia, 2000b, Chimişliu, 2000c, Chimişliu, 2004); Desa (Chimişliu, 2000a); Poiana Mare (Chimişliu, 2000a, 2004).

Material examined: Desa - 14.06.2001; Poiana Mare – 28.06.2002 (Chimişliu, 2004a). Triodontella bulgarica Bunalsky 2001 - Ciuperceni (Manci, 2004).

Family RUTELIDAE Anisoplia (Anisoplia) deserticola Fischer von Waldheim 1824 = Anisoplia (Ammanisoplia) deserticola

Fischer 1824 - Ciuperceni, Desa (Chimişliu, 2000b). Material examined: Ciuperceni – 20.07.1976 (Chimişliu, 2004a). Anisoplia (Anisoplia) flavipennis Brullé 1832 Material examined: Desa - 30.05.1998; Poiana Mare - 29.05.1998; 18.06.2002 (Chimişliu, 2004a); Desa -

18.06.2002 (Chimişliu, 2004a). Anisoplia (Anisoplia) lata lata Erichson 1847 - Oltenia (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2000b). Material examined: Poiana Mare – 29.06.2001; 18.06.20002 (Chimişliu, 2004a). Anisoplia (Autanisoplia austriaca (Herbst 1783) – the whole country (Panin, 1957); Desa (Bobîrnac,

1960). Material examined: Desa - 19.06.2000; Poiana Mare – 29.06.2001; 18.06.20002 (Chimişliu, 2004a). Anomala solida Erichson 1847 = Anomala (Anomala) solida (Erichson, 1847) – the plane region limitrophe

to the Danube (Panin, 1957); Ciuperceni (Bobîrnac, 1960, 1969, 1972, Chimişliu, 2000c); Desa (Bobîrnac, 1960, 1969, 1972, Chimişliu, 2000b); Poiana Mare (Bobîrnac, 1960, 1969, 1972, Chimişliu, 2000b, Chimişliu, 2004).

Material examined: Desa - 19.06.2000; Poiana Mare - 29.06.2001; 18.06.2002 (Chimişliu, 2004a), Ciuperceni - 01.06.2004; Desa - 29.06.2001; 18.06.20002 (Chimişliu, 2004a).

Anomala dubia (Scopoli 1763) - Ciuperceni, Desa, Poiana Mare (Bobîrnac, 1969, 1972). Anomala vitis (Fabricius 1775) - Ciuperceni, Desa, Poiana Mare (Bobîrnac, 1969, 1972). Chaetopteroplia segetum (Herbst 1783) – the whole country (Panin, 1957), Ciuperceni (Bobîrnac, 1960,

Chimişliu, 2004), Desa, Poiana Mare (Bobîrnac, 1960, Chimişliu, 2000b). Material examined: Desa - 19.06.2000; Poiana Mare – 25.05.2000; 29.06.2001; 18.06.20002 (Chimişliu,

2004a). Family SCARABAEIDAE

Caccobius schreberi (Linnaeus 1758) – the whole country (Panin, 1957). Material examined: Poiana Mare - 30.09.2001 (Chimişliu, 2004a). Copris lunaris (Linnaeus 1758) - the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2004). Material examined: Poiana Mare - 30.09.2001 (Chimişliu, 2004a); Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu,

2004a). Euoniticellus fulvus (Goeze 1777) - the whole country (Panin, 1957); Poiana Mare (Chimişliu, 2004). Onthophagus (Furconthophagus) furcatus (Fabricius 1781) = Onthophagus (Onthophagus) furcatus

(Fabricius 1781) - the whole country (Panin , 1957). Material examined: Poiana Mare – 30.09.2001; 26.09.2002 (Chimişliu, 2004a). Onthophagus (Onthophagus) taurus (Schreber 1759) = Onthophagus (Onthophagus) taurus (Schreber

1759) - the whole country (Panin, 1957).



106

Material examined: Poiana Mare - 30.09.2001 (Chimişliu, 2004a). Onthophagus (Palaeonthophagus) coenobita (Herbst 1783) = Onthophagus (Onthophagus) coenobita

(Herbst 1783) - the whole country (Panin, 1957). Material examined: Poiana Mare - 30.09.2002 (Chimişliu, 2004a). Onthophagus (Onthophagus) illyricus (Scopoli 1763) - Ciuperceni (Chimişliu, 2004a); Desa (Chimişliu, 2000). Onthophagus (Palaeonthophagus) joannae Goljan 1953 = Onthophagus (Ontophagus) joannae (Goljan

1953) - Poiana Mare (Chimişliu, 2004). Onthophagus (Palaeonthophagus) ovatus (Linnaeus 1767) = Onthophagus (Onthophagus) ovatus (Linnaeus

1767) – the whole country (Panin, 1957), Ciuperceni (Chimişliu et al., 2002). Onthophagus (Palaeonthophagus) verticicornis (Laicharting 1781) = Onthophagus (Onthophagus)

verticicornis Laicharting 1781- the whole country (Panin, 1957). Material examined: Poiana Mare - 30.09.2001; 26.09.2002 (Chimişliu, 2004a). Scarabaeus (Scarabaeus) typhon (Fischer 1824) = Scarabaeus affinis Brullé 1832 - Desa, Poiana Mare

(Ruicănescu & Chimişliu, 1999); Desa (Chimişliu, 2004); Poiana Mare (Chimişliu, 2000, Chimişliu, 2004). Material examined: Ciuperceni - 01.06.2004 (Chimişliu, 2004a).

Family HYDROPHYLIDAE Hydrophilus (Hydrophilus) piceus (Linnaeus 1758). Material examined: Desa - 10.08.2001.

Family STAPHYLINIDAE Ocypus (Ocypus) ophthalmicus (Scopoli 1763) - Ciuperceni (Stan & Chimişliu, 2005). Paederus (Heteropaederus) fuscipes Curtis 1826 = Paederus fuscipes Curtis, 1826 - Desa (Stan &

Chimişliu, 2005).

Conclusions The identification of those 97 species included in 18 families is a first confirmation of the fauna diversity

of coleopterans especially that these data come from sporadic collections. In the studied material, the best represented families are: Chrysomelidae, Scarabaeidae, Melolonthidae

and Cerambycidae. The identification of those two species: Lucanus cervus and Scarabaeus affinis registered in the Annexes

3 and 4B respectively, of the Law 345/2006 and of other rare and very rare species in the country’s fauna requires a complex study of the entomofauna, for the knowledge of the entomofauna diversity, of the protected with a view to establish of some measures of conservation of the faunistic biological diversity taking into account the fact that the agricultural lands and forests have been given back to the particular owners. It is well known the fact that the inadequate exploitation of these can affect the biological balance and the biodiversity conservation.

Bibliography:

1. Andriev Octavia Sorina & Chimişliu Cornelia, 2003. Catalogul familiei Coccinelidae (Insecta: Coleoptera) din colecţiile Muzeului Olteniei din Craiova (I). Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat. XIX, Muzeul Olteniei Craiova: 129-133.

2. Bobîrnac B., 1960. Date asupra entomofaunei dăunătoare în regiunea nisipurilor din sudul Olteniei. Comunicări de zoologie (1957-1959) al S.S.N.G., Bucureşti: 91-102.

3. Bobîrnac B., 1969. Cercetări ecologice asupra genului Anomala Sam. (Scarabaeidae-Coleoptera) în România. Cercet. de ecol. anim. Edit. Did. şi Pedag., Bucureşti: 45-63.

4. Bobîrnac B., 1972. Cercetări ecologice asupra populaţiilor de Anomala Sam. (Coleoptera-Insecta) în sud-vestul Olteniei. Stud. şi cerc. S.O.M.N. Oltenia-Craiova, II: 129-138.

5. Bobîrnac B., Matei, Iulia şi Ionescu Şt., 1968. Contribuţii la cunoaşterea entomofaunei zonei nisipoase din sudul Olteniei. Buletin ştiinţific. X, Universitatea din Craiova: 677-687.

6. Schaufuss C., 1916. Calwer’S. käferbuch einführung in die kenntnis der käfer Europas, I., II. Nägele & Dr. Sprösser, Stuttgart: 1390p.

7. Chimişliu Cornelia, 1999. Contribuţii la cunoaşterea subfamiliei Cetoniinae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae) din Oltenia. Bul. inf. Soc. lepid. rom., 10(1-4). Cluj-Napoca: 145-151.

8. Chimişliu Cornelia, 2000. Contribuţii la cunoaşterea speciilor subfamiliilor Coprinae şi Geotrupinae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae) din fauna de coleoptere a Olteniei. Oltenia. Stud. şi com. Şt. nat., XVI, Muzeul Olteniei Craiova: 133-140.



107

9. Chimişliu Cornelia, 2000a. Specii din subfamilia Melolonthinae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae) cunoscute în coleopterofauna Olteniei. Oltenia. Stud. şi com. Şt. nat. XVI, Muzeul Olteniei Craiova: 141-146.

10. Chimişliu Cornelia, 2000b. Specii din subfamilia Rutelinae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae) identificate în coleopterofauna Olteniei. Analele Univ. din Craiova., V(XLI): 30-35.

11. Chimişliu Cornelia, 2000c. Catalogul familiei Scarabaeidae (Coleoptera: Insecta) din Colecţia entomologică “I. Firu” conservată la Muzeul Olteniei Craiova. Stud. şi com. Şt. Nat., I. Muzeul Judeţean Satu Mare: 468-476.

12. Chimişliu Cornelia, 2001. Contribuţii la cunoaşterea speciilor subfamiliei Aphodiinae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae) din entomofauna Olteniei. Oltenia. Stud. şi com. Şt. nat., XVII. Muzeul Olteniei Craiova: 106-111.

13. Chimişliu Cornelia, 2001a. Specii noi din genul Aphodius Illig. 1798 (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae: Aphodiinae) în fauna de coleoptere a Olteniei. Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., XVII. Muzeul Olteniei Craiova: 112-114.

14. Chimişliu Cornelia, 2001b. Speci noi şi rare ale genului Aphodius Illig, 1798 (Insecta: Coleoptera: Scarabaeidae: Aphodiinae) în Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., II - III. Muzeul Judeţean Satu Mare. Edit. Daya, Satu Mare: 112-116.

15. Chimişliu Cornelia, 2001c. Specii noi şi rare de scarabeide (Insecta: Coleoptera: Scarabaeoidea) în fauna de coleoptere a Olteniei. Bul. Inf. Soc. lepid. rom., 14(1-4). Cluj-Napoca: 181-190.

16. Chimişliu, Cornelia, Mitrea, I., Matei, Iulia, C., Stan, Ţucă, O., 2002. Contribuţii la cunoaşterea familiilor Bolbo-ceridae şi Copridae (Insecta: Coleoptera: Scarabaeoidea) din fauna Olteniei. Analele Universităţii din Craiova, VII(XLIII): 51-58.

17. Chimişliu Cornelia. 2004. Consideraţii asupra faunei scarabeoidee din zona Calafat – Bistreţ – judeţul Dolj. Drobeta. ser. Şt. Nat., XIV. Muzeul Regiunii Porţilor de Fier. Drobeta Turnu Severin: 148-159.

18. Chimişliu Cornelia. 2004a. Cercetări taxonomice şi ecologice asupra familiei Scarabaeidae (Insecta: Coleoptera) în Oltenia. Teză de doctorat Facultatea de Agronomie. Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară, Bucureşti (România).

19. Chimişliu, Cornelia., 2005. Contribuţii la cunoaşterea subfamiliei Dynastinae (Coleoptera: Scarabaeoidea: Scarabaeidae) din fauna Olteniei. Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., XXI. Muzeul Olteniei Craiova: 121-126.

20. Chimişliu, Cornelia, 2007. Contribution to the knowledge of lucanides (Coleoptera: Scarabaeoidea: Lucanidae) from the Romania’s fauna. Scientific Annals of „Alexandru Iona Cuza” University of Iaşi. New Series, Section II. Animal Biology. “In press”

21. Ilie, L. A. & Chimişliu, Cornelia, 1999. Catalogul familiei Chrysomelidae (Coleoptera) din colecţiile entomologice conservate la Muzeul Olteniei Craiova. Bul. Inf. Soc. lepid. Rom. 10(1-4). Cluj-Napoca: 153-158.

22. Manci, Cosmin. 2003-2004. Triodontella bulgarica Bunalsky, 2001 (Coleoptera: Melolonthidae: Sericinae) gen şi specie nouă pentru fauna României. Bul. inf. Soc. lepid. rom., 14-15. Cluj-Napoca: 331-335.

23. Panin, S., 1952. Fam. Cicindelidae. Fauna RPR, Insecta X(1). Edit Acad. RPR, Bucureşti. 24. Panin, S., 1955. Fam. Scarabaeidae I. Fauna R.P.R. X(3). Edit. Acad. Rom., Bucureşti. 25. Panin, S., 1957. Fam. Scarabaeidae II. Fauna R.P.R. X(4). Edit. Acad. Rom., Bucureşti. 26. Ruicănescu A. & Chimişliu Cornelia. 1999. Răspândirea speciei Scarabaeus affinis (Brûllé, 1832) (Coleoptera:

Scarabaeoidea) în România. Bul. inf. Soc. lepid. rom. 10(1-4). Cluj-Napoca: 127-130. 27. Panin, S,. & Săvulescu, N., 1961. Coleoptera – Cerambycidae. Fauna României. 10(5) Edit. Acad. Rom., Bucureşti. 28. Serafim Rodica, 1991. Les Coccinellidés (Coleoptera) gardés dans la collection du Muséum d’Histoire naturelle

„Gr. Antipa” (Bucarest). Trav. Mus. D’Hist. Nat. „Gr. Antipa”, Bucureşti, XXXI: 223-253 29. Serafim Rodica, Chimişliu Cornelia şi Lila Narcisa Gima, 2004. Catalogul Colecţiei de Cerambycidae (Insecta:

Coleoptera: Cerambycoidea) din patrimoniul Muzeului Olteniei Craiova. Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., XX, Muzeul Olteniei Craiova: 189-197.

30. Serafim Rodica & Cornelia Chimişliu, 2005. The Catalogue of the Coccinellidae (Insecta: Coleoptera) of the Oltenia Museum, Craiova (II): Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., XXI, Muzeul Olteniei Craiova: 117-120

31. Stan Melania & Cornelia Chimişliu. 2005. Rove Beetles (Coleoptera: Staphylinidae) from the collection of the Oltenia Museum Craiova. Entomologica romanica. Cluj-Napoca, 10: 93-97

32. Zaharia (Ciucă) Lăcrămioara Gabriela & Chimişliu Cornelia 2004. Catalogul elateridelor (Coleoptera: Elateridae) din patrimoniul Secţiei Ştiinţele naturii a Muzeului Olteniei Craiova. Oltenia. Stud. şi com. Şt. Nat., XX. Muzeul Olteniei Craiova: 152-158.

33. *** http://www.faunaeur.org (accesat în ianurie şioctombrie 2007). 34. *** Legea nr. 13/1993 pentru aderarea României la Convenţia privind conservarea vieţii sălbatice şi a habitatelor

naturale din Europa, adoptată la Berna la 19 septembrie 1979 // Monitorul Oficial al României, an. V, nr. 62/25 martie 1993: 1-20.

35. *** Legea nr. 345/2006 pentru modificarea şi completarea Ordonanţei de Urgenţă nr. 236 din 24 noiembrie 2000 privind regimul ariilor naturale protejate, conservarea habitatelor naturale, a florei şi faunei sălbatice // Monitorul Oficial al României, nr.650/27.07.2006.




108

PERSPECTIVA UTILIZĂRII PREPARATULUI DIN JUGANS REGIA

ÎN PREVENIREA DEREGLĂRILOR IODODEFICITARE

Natalia GAIDEI

Catedra Biologie Umană şi Animală La thyroïde secrète des hormones, indispensables à la santé, qui interviennent à de nombreux niveaux: croissance

osseuse, développement mental, stimulation de la consommation d'oxygène des tissus, transformations des graisses et des sucres.

Les hormones thyroïdiennes sont la triiodothyronine et la tétraiodothyronine, à partir de l'iode alimentaire. L'hypo-thyroïdie est moins fréquente. Elle se caractérise par une diminution du fonctionnement de cette glande.

Deficitul de iod este o problemă deosebit de actuală pentru Republica Moldova, care are un impact negativ

nu numai asupra stării de sănătate publică, ci şi asupra dezvoltării socioeconomice a ţării. Iodul este un micro-element esenţial al cărui conţinut în organismul uman variază de la 15 la 23 mg, fiind indispensabil pentru sinteza hormonilor tiroidieni, care reglează dezvoltarea şi diferenţierea organismului, precum şi intensitatea proceselor metabolice oxidative [1,3,9,12].

Insuficienţa de iod în organism induce apariţia maladiilor iododeficitare, semnalate la 30% din numărul populaţiei de pe glob, inclusiv în Republica Moldova. Conform datelor Ministerului Ocrotirii Sănătăţii al Republicii Moldova din 20.05.1998, aproximativ 85% din populaţia Moldovei locuieşte în regiuni carenţiale de iod, aportul natural al iodului fiind de 40-60 µg/zi, pe când necesarul aport iodat recomandat de Consiliul de Control al Patologiilor Iododeficitare şi UNICEF constituie 150 µg/zi pentru adulţi şi 200 µg/zi pentru femeile gravide [5,6,10,12].

Manifestările tulburărilor prin deficit de iod (TDI) pot fi: 1. Patologia sarcinii şi a fătului (avorturi, mortinatalitate, anomalii congenitale ale fătului, mortalitate

perinatală, cretinism neurologic şi mixidematos). 2. Afecţiunile glandei tiroide:

guşa endemică tiroidita autoimună hipotireoza, inclusiv cea congenitală tumorile maligne ale glandei tiroide hipotiroidie iododeficitară (profilaxia activă şi tratamentul guşei endemice în condiţiile unui deficit

accentuat de iod induce captarea energică a iodului de glanda tiroidă şi cheamă hiperproducţia hor-monilor tiroidieni);

3. Dereglarea funcţiei sistemului de reproducere; 4. Tumorile hipofizei; 5. Sindromul de şea turcească; 6. Osteoporoză generalizantă; 7. Sindromul de demenţă; 8. Statură mică; 9. Arieraţie mintală; 10. Hipoacuzie. Este evident că cele mai grave consecinţe ale deficitului de iod apar la etapele iniţiale de dezvoltare a

organismului, începând cu cea intrauterină şi terminând cu maturarea sexuală [3,7,11]. Nu este exclus faptul că, de rând cu deficitul de iod, un rol important în dezvoltarea maladiilor iododefi-

citare îl au factorii strumogeni. Strumogenii naturali pot fi împărţiţi în două grupe: - grupa I – tiocianaţii şi izocianaţii, care se conţin în special în plantele din familia Crucifera, precum şi

în fumul de ţigară; - grupa II de strumogeni – glicozidele cianogene, care se conţin în porumb, cartoful dulce ş.a. [4,13].



109

În opinia unor savanţi, aceşti compuşi pot agrava starea deficitului de iod, contribuind la manifestarea endemiei guşogene, inclusiv a hipotireozei, cretinismului şi aprofundând dereglările în dezvoltarea fizică şi psihică [15,16,17].

Un factor important pentru biosinteza hormonilor tiroidieni este aportul sporit al ionului de tiocianat (SCN-), care se conţine în produsele alimentare consumate (varză, ridiche, floarea-soarelui, mărar ş.a.), fumul de ţigară, precum şi a celui obţinut în urma metabolizării unor preparate medicamentoase [16,17,18].

Tiocianatul, ca un potenţial goitrogen, are o importanţă deosebită. Anionul liniar (SCN- ) inhibă rival trans-portul activ al ionilor de iod. Membranele celulare ale tirocitelor care captează iodurile (I-) nu pot deosebi anionii monovalenţi între ei, din care cauză acapără împreună cu iodurile şi alţi ioni, purtători de sarcină negativă, inclusiv aionii de SCN-. Pătrunderea excesivă a acestor anioni în organism este cauza acumulării lor în glanda tiroidă şi, drept concurenţă, are loc inhibarea captării iodului. În astfel de cazuri insuficienţa captării iodurilor de glanda tiroidă duce la micşorarea cantităţii lor în acest organ şi, ca rezultat, la sinteza insuficientă a hormonilor tiroidieni. Diminuarea concentraţiei în sânge a hormonilor tiroidieni iodaţi induce amplificarea producţiei şi secreţiei hormonului tireotrop, rezultând activarea evidentă a glandei tiroide. Însă, deşi are loc excitarea glandei tiroide, se dezvoltă starea hipotiroidă. În glanda tiroidă se produce o reacţie tipică la excesul de TSH, urmată de turgescenţa tirocitelor, evacuarea coloidului intrafolicular şi hiperemia parenchimului. Are loc creşterea semnificativă în volum şi greutate a glandei tiroide [13,15].

În zonele cu deficit de iod conţinutul sporit de rodanid în organism poate fi un factor real de provocare sau agravare a hipotiroidismului şi guşei. În zonele geografice cu un conţinut diminuat de iod s-a evidenţiat o dependenţă semnificativă dintre răspândirea fumatului şi incidenţa apariţiei guşei, în comparaţie cu zonele cu un conţinut suficient de iod, unde această relaţie de reciprocitate este mai puţin evidentă. Corelaţia respectivă poate fi explicată prin prisma rezultatelor experimentale, care au arătat că rodanidul este un mediator al efec-tului goitrogen al fumatului, acţionând ca un inhibitor concurent de captare a iodului neorganic. În organismul uman rodanidul se formează în timpul dezintegrării componenţilor din tutun. Pe parcursul sarcinii fumatul poate avea efecte negative asupra glandei tiroide a fătului. S-a confirmat că conţinutul rodanidului în sângele venei ombilicale corelează cu intensitatea fumatului la mamă şi mărirea masei relative a glandei tiroide la nou-născuţi. A fost demonstrat că însăşi sarcina posedă un efect goitrogen de lungă durată [16,17].

Copiii născuţi de mame fumătoare deseori au greutatea corporală micşorată, greu se adaptează la viaţa extrauterină, se deosebesc prin sănătate şubredă şi tulburări ale sistemului nervos central. Incidenţa şi gra-vitatea infecţiilor la nivelul căilor respiratorii la aceşti copii este mult mai mare (în comparaţie cu alţi copii), la care se adaugă şi riscul sporit al morţii subite. Unii savanţi consideră că fumatul poate fi cauza apariţiei tumorilor la făt [16,18].

În ultimii ani a sporit interesul pentru plantele medicinale, printre care Jugans regia ocupă un loc aparte în cadrul mijloacelor naturaliste de tratament. Însemnătatea culturii nucului este determinată de valoarea ali-mentară înaltă a fructelor, precum şi de posibilitatea de a folosi şi alte organe ale plantei (frunzele, coaja verde, endocarpul, trunchiul etc.), fapt pentru care se cultivă în numeroase ţări din Europa, Asia, America [2,8].

Miezul de nuc conţine principalele substanţe nutritive energetice – grăsimi, proteine, hidraţi de carbon, precum şi substanţe minerale, vitamine [8].

Despre nuc se poate spune ca este o adevărată farmacie verde, aproape tot ceea ce produce putând fi folo-sit în scopuri medicinale: frunzele şi fructele premature de nuc sunt bogate în vitamina C. Nuca verde con-ţine de 6 ori mai multă vitamină C decât coacăza neagră, de 9 ori mai mult decât măceşul [14]. În afară de vitamina C, frunzele de nuc conţin vitaminele B1, riboflavină şi provitamina A care, de asemenea, joacă un rol important în procesele vitale ale organismului. Sub acest aspect nucul se consideră drept materie primă de perspectivă pentru obţinerea de preparate care ar conţine un complex de vitamine [14].

Nucul se deosebeşte printr-un conţinut sporit (până la 15-25%) de substanţe tanante în coaja verde (exo-mezocarp), în frunze, scoarţă, tegumentul seminal. Taninurile au efect antiinflamator, antidiareic, uşor hipotensiv. În medicina populară se folosesc pe larg infuzii, extracte, scoarţa, coaja verde a fructelor în cazul dereglărilor gastrointestinale, bolilor de piele (exeme, piodermită etc.), pentru clătirea cavităţii bucale în ca-zul inflamaţiilor. Frunzele au proprietate cicatrizantă, din praf de frunze se prepară unguenţi pentru uz extern. În medicina ştiinţifică glicozidul Juglon obţinut din nuc se utilizează sub formă de unguent sau soluţie hidro-alcoolică în combaterea tuberculozei pielii, stafilococilor. Pentru vindecarea lupus-ului tuberculos a fost pro-pus preparatul carion, obţinut din frunze de nuc.



110

Cojile verzi sunt foarte bogate în iod, având efecte stimulatoare ale activităţii tiroidei. Se consideră că cojile verzi de nucă sunt bogate în iod şi joacă un rol de stimulator tiroidian natural [2,8,14].

Referinţe:

1. Anestiadi Z., Fedaş V., Zota L. Contemporary diagnosis of thyroid pathology. Diagnosis and treatement in thyroid pathology osteoporasys // The national symposiumof endocrinology and the XII symposium of clinical endocrinology. - Iaşi, 1998, p.266-267.

2. Bergougnoux F. Le noyer. - Paris, 1975. - 188 p. 3. Leclere L., Orgiazzi J., Rousset B., Schlienge J. L., Wemeau J. L. La Thyroide // 2eme edition. - Paris: Elsevier,

2001. - 245 p. 4. Knudsen N.Al. Risk factors for goiter and thyroid nodules // Thyroid. - 2002. - Vol.12. - 10. - Р.879-888. 5. Melnic B. Factorii determinanţi ai sănătăţii omului. - Chişinău: USM, 2001, p.18. 6. MS RM. Deficienţa de iod în Republica Moldova, 20.05.1998. 7. Spânu A. Patologia glandei tiroide. - În: Chirurgie / Sub red. prof. A.Spânu. - Chişinău, 2000. - 68 p. 8. Ţurcanu I. Nucul. - Chişinău, 2004. - 196 p. 9. UNICEF. Deficienţa de iod. - În: Starea de nutriţie în Republica Moldova: Raport. - Chişinău: Ştiinţa, 2002, p.8-14. 10. Авцын А.П. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. - Москва, 1991. - 284 c. 11. Бомаш Н.Ю. Морфологическая диагностика заболеваний щитовидной железы. - Москва: Медицина, 1961. 12. Кашин В.К. Биогеохимия, фитофизиология и агрохимия йода. - Ленинград, 1987. - 320 с. 13. Марри Р. Биохимия человека. - Москва: Мир, 1993. - 380 с. 14. Рихтер А.А., Ядров А.А. Грецкий орех. - Москва: Агропромиздат, 1985. - 215 с. 15. Рубенчик Б.Л. Образование канцерогенов из соединений азота. - Киев: Наукова думка, 1990. - 220 с. 16. Хоффман Д., Виндер Э.Л. Химические свойства и биоактивность табачного дыма. - В кн.: Курение и

здоровье (материалы МАИР) / Под ред. Заридзе Д.Г., Пето Р. - Москва, 1989. - 196 с. 17. Штенберг А.И. Роль питания в профилактике эндемического зоба. - Москва: Медицина, 1979. - 210 с. 18. Штенберг А.И., Окорокова Ю.И. Значение фактора питания в развитии эндемического зоба. - Москва:

Медицина, 1968. - 236 с.



111

АКАРОФАУНА В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ МЕСТООБИТАНИЙ

НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА

Людмила КУЛИКОВА

Институт зоологии АН Молдовы În lucrare sunt evidenţiate complexele de acarieni în diferite tipuri de habitate din Moldova.

The distribution of mite-complexes in different types of habitation of Moldova is revealed. Природно-климатические условия Молдовы вместе с хозяйственной деятельностью человека способствуют

накоплению растениеобитающих клещей в различных типах местообитаний [2]. Анализ видового состава позволяет определить структурно-функциональную организацию акарокомплексов. Это особенно важно при получении количественных показателей соотношения видов, что отражает специфику конкретных местообитаний.

Материал и методика Исследования проводились на территории Республики Молдова в природных ценозах (заповедники,

заказники), садах (коллекционные, промышленные, местного потребительского назначения) и лесопо-лосах. Обследованы 78 пунктов. Материал собран с 67 видов древесных растений. В зависимости от подвижности клещей пробы отбирались по методике: кора – 2-3 см, побеги – 10 см, листья – 100 штук (с 10 деревьев по 10 листьев). Просмотрено 3732 пробы, изготовлено 2729 тотальных препаратов по общепринятой методике. Количественные показатели обрабатывали методом вариационной статистики.

Результаты и обсуждение На территории Республики Молдова выявлено 218 видов растениеобитающих клещей. Установлено

широкое и узкое распространение локальных популяций клещей в различных типах местообитаний (табл.1).

Таблица 1 Распределение растениеобитающих клещей в различных типах

местообитаний на территории Республики Молдова

Индекс доминирования в различных типах насаждений

Виды растениеобитающих клещей лес сад

промыш- ленный

сад местного потребитель-

ского значения

лесополоса

ОТРЯД ACARIFORMES Сем. Tarsonemidae Kramer, 1877

Tarsonemus angulatus (Schaarschm.,1959) 2,737 0,002 - - T. aschei Schaarschmidt, 1959 6,841 - - - T. bifurcatus Schaarschmidt, 1959 2,737 - - - T. belemnitoides (Weis - Fogh, 1948) 5,85 - - - T. confusus Ewing, 1939 1,710 - - - T. cononov Schaarschmidt, 1959 - 6,2 - - T. crassus (Schaarschmidt, 1959) - 0,0002 - - T. ellipticus Schaarschmidt, 1959 2,463 0,0006 3,54 - T. floricolus Canestrini et Fansago, 1876 6,157 - 3,54 - T. bilobatus Suski, 1965 6,157 - - - T. hermes Suski, 1965 0,0002 0,002 - - T. lobus Suski, 1967 6,18 5,23 - 3,11



112

T. lobosus Suski, 1965 6,841 - - - T. naegelie Suski, 1965 2,11 1,49 1,87 - T. pauperoseatus Suski, 1967 2,737 0,002 - 0,0001 T. pallidus Banks, 1898 2,463 0,025 0,016 - T. piliger Schaarschmidt, 1898 - - 0,0002 - T. talpae Schaarschmidt, 1959 2,67 2,85 4,68 - T. fusarii Cooremena, 1941 - 6,2 - - T. trapezoides Schaarschmidt, 1959 2,737 - 0,0002 - T. virgineus Suski, 1969 1,710 - - - T. vulgaris Schaarschmidt, 1959 6,841 - - - Steneotarsonemus erbangensis Sch., 1959 6,841 - - -

Сем. Pygmephoridae Cross, 1965 Siteroptes primitivus Mahunka, 1968 6,157 - - - S. crossi Mahunka, 1969 - - 3,54 - S. hassi Mahunka, 1968 - - 3,54 -

Сем. Scutacaridae Oudemans, 1916 Imparipes boldi Mahunka, 1970 6,842 - - - I. puberulus Mahunka, 1968 6,842 - - -

Сем. Tydeidae Kramer, 1877 Tydeus argutus Kuznetzov et Petrov, 1979 1,095 0,0003 - - T. caudatus (Duges, 1834) 0,0003 0,0001 1,17 0,003 T. californicus (Banks, 1904) 0,0002 0,0001 0,003 0,001 T. devexus Kuznetzov, 1973 0,001 0,001 3,54 0,001 T. dignus Livschitz, 1973 2,737 0,001 - 0,001 T. diversus Kuznetzov, 1973 6,842 - - - T. elinguis Kuznetzov, 1973 1,095 - - - T. heterosetus Kuznetzov et Petrov, 1984 0,0006 0,002 - 0,016 T. inclutus Livschitz, 1973 3,352 0,001 - - T. kochi Oudemans, 1928 7,08 9,3 1,17 0,001 T. maturus Livschitz, 1973 2,737 - - - T. mirabilis Kuznetzov, 1973 1,095 - - 0,0001 T. obstinatus Livschitz, 1973 0,0002 - - 0,001 T. obnoxius Kuznetzov et Zap., 1973 2,737 - - - T. placitus Livschitz, 1973 0,0001 - 0,0003 0,0001 T. praefatus Kuznetzov et Zap, 1973 0,0005 - 0,0009 - T. spineus Livschitz,1973 6,841 - - - T. volgini Kuznetzov, 1973 1,095 - - - T. wainsteini Kuznetzov, 1973 0,001 6,41 2,92 0,0007 Paralorryia chapultepecensis (Bak., 1944) 6,841 - - - P. ferula (Baker, 1944) 0,004 3,27 - - P. formosa Livschitz, 1972 0,0002 - - - P. lena Kuznetzov, 1973 0,024 0,0003 - - P. mali (Oudemans, 1929) 0,0002 - 1,17 0,0001 P. nuncia Livschitz, 1973 6,157 - - - P. ocellata Kuznetzov, 1972 6,842 - - 0,0001 P. opifera Kuznetzov, 1973 2,737 - - - P. obligua Kuznetzov, 1972 6,842 - - - P. rechi Livschitz, 1973 1,095 - - - P. subularis Kuznetzov, 1972 2,736 - - - P. woolleyi Baker, 1968 1,71 - - - Tydides ulter Kuznetzov, 1976 - 6,2 - - Tydulosus dumosus Kuznetzov, 1973 0,0002 6,2 - - Triophtydeus immanis Kuznetzov, 1973 0,0008 3,63 1,87 0,005


113

T. ineditus Kuznetzov, 1976 0,001 - - - T. flatus Livschitz, 1973 0,011 5,23 2,29 3,11 T. fragarius (Baker, 1944) 0,0004 - - - Lorryia armaghensis Baker, 1968 2,737 - - - L. delicata Kuznetzov, 1973 2,463 - - - L. electra Kuznetzov, 1973 8,278 - - - L. insignita Kuznetzov, 1971 6,157 - - - L. minuta Kuznetzov, 1971 3,352 - - - L. reticulate (Oudemans, 1928) 9,852 6,2 3,54 - L. pinnigera Kuznetzov, 1973 6,842 - 3,54 - L. scopa Kuznetzov, 1976 2,737 - - - Lasiotydeus volaticus Livschitz., 1972 6,157 - - - Pronematus anconai Baker, 1944 0,0001 5,25 - 0,0001 P. bonatii Canestrini, 1886 6,842 - - - P. rapidus Kuznetzov, 1972 6,157 - 0,002 - P. testatus Kuznetzov, 1972 1,095 - - - P. sextoni Baker, 1968 0,0005 2,85 - 0,0007 Pronematulus oblongus Kuznetzov, 1976 1,095 - - -

Сем. Bdellidae Dudes, 1834 Bdella iconica Berlese, 1923 1,095 - - - B. muscorum Ewing, 1909 3,352 - - - B. taurica Kuznetzov et Livschitz, 1975 6,842 - - - Spinibdella cronini (Baker et Balock, 1944) - 0,0002 - - Cyta coerulipes (Duges, 1834) 6,842 - - -

Сем. Cunaxidae Thor, 1902 Cunaxa setirostris (Hermann, 1804) 1,71 - - 0,0001 Cunaxoides fidus Kuznetzov et Livschitz, 1979 1,71 - - - C. parvus (Ewing, 1917) 6,157 - - - C. ulcerosus Kuznetzov et Livschitz, 1979 - 6,2 - -

Сем. Stigmaeidae Oudemans, 1931 Eustigmaeus chilensis Chaudhri, 1965 6,157 - - - E. pinnata Kuznetzov, 1977 6,157 - - - E. rhodomela (Koch, 1841) 6,842 - - - E. segnis (Koch, 1836) 2,737 - - - Mediolata pini Canestrini, 1889 - - - 0,0006 M. similans Gonzales-Rodriguez, 1965 6,841 - - - Stigmaeus longipilis (Canestrini, 1889) - - - 0,002 S. pilatus Kuznetzov, 1977 6,842 - - - Zetzellia mali (Ewing, 1917) 0,0005 8,17 0,0004 0,003 Storchia robustus Berlese, 1885 6,842 - - -

Сем. Cheyletidae Leach, 1815 Cheyletus averson Rohdendori, 1940 6,842 - - - C. malaccensis Oudemans, 1904 6,842 - - - Cheletomorpha epidopterorum (Sch, 1794) 6,842 - - - Cheletocarus raptor Volgin, 1961 6,842 - - -

Сем. Anystidae Oudemans, 1902 Anystis baccarum Linnaeus, 1758 2,463 6,2 - 0,0001

Сем. Tetranychidae Donnadieu, 1975 Panonychus citri (Mc Gregor, 1916) 1,71 0,002 - - P. ulmi (C. L. Koch, 1836) 1,79 0,035 0,059 - Allonychus braziliensis Mc Gregor, 1950 6,842 - - - Neotetranychus rubi Tragardh, 1915 6,842 - - - Schizotetranychus pomeranzevi Reck,1956 0,0002 7,12 - - S. prunicola Livschitz, 1960 6,76 1,33 4,68 -



114

S. fraxini Reck, 1948 0,0004 0,0004 4,21 4,98 S. rajae Wainstein, 1954 8,278 - - - S. orientalis Begljarov et Mitrofanov, 1973 0,0005 - - 0,002 S. uchidai (Ehara, 1956) 2,737 - 3,54 - S. uncatus exignuus Wainsrein, 1956 6,842 - - - S. populi C. L. Koch, 1838 1,095 - - - S. latifrons Wainstein, 1954 2,463 - - - S. tiliarium Herman, 1804 2,737 - - - Schizotetranychus spireafolia avetjanae Bag., 1954 6,842 - - - Amphitetranychus viennensis (Zach,1920) 8,23 0,123 1,98 7,78 Amphitetranychus armeniaca Wain., 1960 3,66 - - - Tetranychus urticae Koch, 1836 3,66 0,028 - 3,11 T. lonicerae Begljarov et Mitrofanov, 1973 6,157 - 0,0003 - T . pamiricus Mitrofanov et Strunkov,1980 - - - 0,026 T. polygoni Begljarov et Mitrofanov, 1973 - 0,0003 - - T. sawzdargi Mitrofanov, 1980 6,842 - - - Metatetranychoides longiclavatus (R.,1953) 6,842 - - - Homonychus kobachidzei (Reck, 1947) 6,842 - - - Polynychus rubicundus (Ehara, 1971) - - - 0,001 P. przhevalskii (Reck, 1956) - - 0,0009 -

Сем. Bryobiidae Berlese, 1913 Bryobia ribis Thomas, 1896 - 0,0006 - - B. lagodechiana Reck, 1953 2,737 - - - B. borealis Oudemans, 1930 - - 3,54 - Bryobia lonicerae Reck, 1956 1,095 6,2 0,0001 0,0005 B. ulmophila Reck, 1947 6,842 - 0,0001 - B. redicorzevi Reck, 1947 7,17 1,18 0,012 1,24 B. parietariae Reck, 1947 6,842 - - - B. angustisetis Jakobashvili, 1958 1,095 - - - B. obihsaphedi Mitrofanov, 1968 1,710 - - - B. tiliae (Oudemans, 1928) - 0,0003 - - Tetranycopsis hostilis Reck, 1956 0,0003 - - -

Сем. Tenuipalpidae Berlese, 1913 Cenopalpu mespil Liv. et Mit., 1967 - 2,85 1,68 0,0005 C. piger Wainstein, 1960 0,0003 - 3,54 0,005 C. pennatisetis (Wanstein, 1958) 0,001 - 0,0003 0,001 C. platani Livschitz et Mitrofanov, 1967 6,842 - - - C. pulcher (Can. et Fanz., 1876) 0,002 0,002 0,012 0,002 C. ruber Wainstein, 1960 0,0003 - 0,01 0,0001 C. populi Livschitz et Mitrofanov, 1967 - - 3,54 0,003 C. thelicraniae Livschitz et Mitrof.,1967 6,842 - - - B. obovatus Donnadieu, 1875 6,842 - - - Amblypalpus narsikulovi Mit. et Str.,1978 6,842 - - -

Сем. Eriophyidae Nalepa, 1898 Eriophyes angro Nalepa, 1898 - 5,81 - - E. cochi Nalepa, 1898 - 1,76 - - E. mali Nalepa, 1891 7,12 - - - E. pyri (Pagenstecher, 1857) 0,0001 - - - E. similis (Nalepa, 1898) 0,028 - - - Aculus schlechtendali (Nalepa, 1929) - 0,004 - -

Сем. Acaridae Leach, 1816 Acarus siro Linnaeus, 1758 1,76 - - -

Сем. Glycyphagidae Berlese, 1923 Glycyphagus ornatus Kramer, 1881 - - - 6,2


115

ОТРЯД PARAZITIFORMES Сем. Phytoseiidae Berlese, 1916

Amblyseius andersoni (Chant, 1957) 0,005 1,31 - 0,002 A. agrestis Karg, 1971 6,842 - - - A. astutus (Begljarov, 1960) 6,157 - - 0,0001 A. bicaudus Wainstein, 1962 2,737 - - - A. finlandicus (Oudemans, 1915) 0,111 3,58 0,014 0,127 A. graminis (Chant, 1956) 3,352 - - 0,0006 A. herbarius (Wainstein, 1960) 6,842 - 3,54 - A. lutezhicus Wainstein, 1972 2,737 - - - A. major Karg, 1971 6,842 - - - A. marginatus (Wainstein, 1961 6,842 6,2 - - A. meridionalis (Berlese, 1914) - - 3,54 - A. meghriensis Arutunjan, 1968 - - 0,0003 - A. nemorivagus Athias - Henriot, 1961 0,003 - - - A. obtusus (Koch, 1839) 6,842 - - - A. okanagensis (Chant, 1957) 1,095 - - - A. rademacheri Dosse, 1958 0,0001 - - 0,0001 A. reductus Wainstein, 1962 4,43 2,33 1,05 - A. tauricus Livschitz et Kuznetzov, 1972 2,463 - - 0,0001 A. similis (Koch, 1839) 6,842 - - - A. umbraticus (Chant, 1956) 3,352 0,001 0,0001 - A. zwoelferi (Dosse, 1957) - - 3,54 - Typhloctonus formosus (Wainstein, 1958) 0,0003 6,41 4,68 0,003 T. sguamiger (Wainstein, 1960) 0,0007 - - 0,0004 Typhlodromus cotoneastri Wain., 1961 0,0005 5,81 4,68 0,0001 T. phialatus Athias - Henriot, 1960 0,0001 0,0003 - 0,0001 T. perbibus Wanstein et Arutunjan, 1968 2,737 - - - T. pyri Scheuten, 1857 0,0008 9,3 5,15 3,11 T. rodovae Wanstein et Arutunjan, 1968 1,06 - 1,17 - T. tiliae Oudemans, 1929 1,71 - - 0,0001 T. tubifer Wainstein, 1961 1,095 - - - Anthoseius caudiglans (Schuster, 1959) 0,001 - 0,0006 0,0001 A. cerasicolus Wan. et Vartapetov, 1973 2,737 - - - A. clavatus Wainstein, 1972 2,463 - - - A. invectus (Chant, 1959) 6,842 - - - A. involutus (Livschitz et Kuznet., 1972) 6,157 - - - A. inopinatus Wainstein, 1975 0,0002 - - - A. georgicus (Wainstein, 1958) 6,842 - - - A. pirianykae Wainstein, 1975 0,0002 - - 0,0006 A. rapidus (Wan. et Arut., 1968) 6,157 - - - A. rhenanus (Oudemans, 1905) 0,0002 1,45 1,17 - A. recki (Wainstein, 1958) 8,278 - - - A. verricosus Wainstein, 1972 4,379 - - - K. aberrans (Oudemans, 1930) 0,002 7,69 0,001 0,011 K. langei Wanstein et Arutunjan, 1973 2,46 - 0,005 0,001 K. marzhaniani Arutunjan, 1969 8,278 - - - Phytoseius juvenis Wan. et Arut., 1970 7,74 3,63 1,17 2,8 P. echinus Wanstein et Arutunjan, 1970 0,0007 9,3 0,148 0,002 P. hera Wainstein et Begljarov, 1972 - 0,0006 - - P. corniger Wainstein, 1959 - 5,81 - - P. plumifer (Canestrini et Fanzago, 1876) 6,157 - - - P. salicis Wainstein et Arutunjan, 1970 3,352 - 0,0001 0,0001 P. spoofi (Oudemans, 1915) 3,352 - - - P. turiacus Wanstein et Kolodocka, 1973 2,463 - - -



116

Seiulus simplex Chant, 1956 1,095 - - - S. subsimplex Arutunjan, 1972 6,842 - - - Paraseiulus soleiger (Ribaga, 1902) 0,0002 0,02 0,004 0,005 P. incognitus Wanstein et Arut., 1967 0,0003 0,0003 - 0,0001 P. subsoleiger Wainstein, 1962 - 6,2 - 0,0001 Metaseiulus longipilus (Nesbitt, 1951) - - 0,0002 0,003

- вид не обнаружен Сравнение обследованных местообитаний выявило различия родового и видового состава растение-

обитающих клещей. Некоторые из растениеобитающих клещей (Eriophyidae, Tydeidae, Tetranychidae) распространены в более гигрофитных биотопах, другие – в ксерофильных (Acaridae, Tenuipalpidae, Anystidae, Tarsonemidae, Stigmaeidae). Клещи семейства Phytoseiidae распространены во всех типах местообитаний, что свидетельствует об их видовой политипической структуре. Каждый тип место-обитаний определяется следующими характеристиками [1]: 1) лес – разнообразные растительные сообщества, приуроченные к определенным почвенно-климатическим условиям; 2) лесополосы – сформированы в результате влияния человека и являются вторичными сообществами растений (нена-рушенные местообитания); 3) сад промышленный – уплотненное размещение деревьев в ряду с обра-зованием сплошной кроны ряда при оптимально широких междурядьях, использование скороплодных сортоподвойных сочетаний со средне- и слаборослыми деревьями; 4) сад местного потребительского назначения – районированные и перспективные сорта плодовых деревьев, простые по конструкции. В различных местообитаниях обнаружены акарокомплексы с разным характером распределения: 1) виды клещей, распространенные во всех типах и доминирующие практически во всех сообществах; 2) груп-пировки растениеобитающих клещей в природных биоценозах; 3) группировки клещей в лесополосах, практически не встречающиеся в садах; 4) доминирующие клещи-фитофаги в садах с повышенной влажностью; 5) группировки клещей в садах местного потребительского назначения.

Лес удерживает в биосфере ряд химических элементов и воду, определяет уровень кислородного и углеродного баланса, выполняет водоохранную, почвозащитную и другие функции [1]. В лесу – наиболее многочисленный комплекс хищных клещей и микофагов (Phytoseiidae, Stigmeidae, Tydeidae, Tarsonemidae) и небольшой – клещей-фитофагов (Tetranychidae): этому способствует разнообразие древесных рас-тений [7]. В комплексе хищников большую роль играют Phytoseiidae как основные регуляторы числен-ности клещей-фитофагов, составляющие 31% от общей численности. Акарокомплексы лесов суще-ственно отличаются от лесополос подвижным равновесием между жертвой и хищником. Коэффициенты распространения группировок клещей в биоценозах: широкое распространение – 2,65, и узкое – 4,09.

Лесополосы оказывают влияние на температурный и водный режимы и минеральное питание, а также на развитие листового аппарата плодовых деревьев прилегающих садов [3;9]. Вблизи лесополос ветропроницаемых конструкций урожай в садах увеличивается, и он стабилен. Соотношение хищных и клещей-фитофагов составляет 1:7, что является биологическим порогом вредоносности. При удалении от лесополосы в садах уменьшается видовое разнообразие хищных клещей и плотность популяций, про-исходит изменение межвидовых контактов [4]. Распространение видового состава растениеобитающих клещей, соответственно, варьирует – 2,42 и 3,25.

В садах преобладают эвритопные виды, являющиеся начальным элементом цепей питания для хищ-ников и полифагов [6;10]. В промышленных садах видовой состав заметно обеднен, одновременно увеличивается численность хозяйственно значимых клещей-фитофагов (в пределах 37-1171 особь на 100 листьев). Более высокая численность наблюдается у T. Urticae ввиду чуткого реагирования на изменения факторов среды [8]. Уровень устойчивости к изменениям факторов среды выявляется в результате действия ряда физиологических параметров – изменения интенсивности обмена веществ и повреждения внутриклеточных структур. При воздействии, превышающем летальный для организма порог, растениеобитающие клещи гибнут. Если же действие неблагоприятного фактора не достигло порогового, наступает фаза адаптации. Адаптированные клещи значительно меньше реагируют на повторное или усиливающееся воздействие экстремального фактора. Высасывая клеточный сок из листьев, клещи при массовом размножении вызывают нарушение обмена веществ, снижается способ-ность к накоплению и метаболизму азота в листьях, что приводит к общему ослаблению растений и


117

потере урожая на 55% при численности 41 особь на лист. В промышленных садах разнообразие клещей значительно ниже, чем в садах местного потребительского назначения. В последних численность клещей-фитофагов колеблется, соответственно, от 7 до 27 особей на 100 листьев. Сравнением выборок по показателю встречаемости определен основной состав клещей: Tetranychus urticae, T. viennensis, Panonychus ulmi, Aculus schlechtendali, Tydeus californicus, T. caudatus, Zetzellia mali, Amblyseius andersoni, A. finlandicus, Phytoseius echinus, Cenopalpus pulcher, где Amblyseius finlandicus составляет до 85% от общего количества [5]. По уровню эффективности регулирования численности клещей-фитофагов хищный клещ Zetzellia mali лишь частично ограничивает их вредоносность. В садах местного потребительского назначения акарокомплексы практически не отличаются от лесополос. Индекс разно-образия в промышленных садах – 1,75 и 3,09, а местного потребительского назначения – 1,78 и 2,92.

Математическая обработка проводилась с использованием индексов Shennon и Sympson (табл.2).

Таблица 2 Видовое разнообразие растениеобитающих клещей в различных

типах местообитаний Молдовы

Типы

местообитаний

Видовое

разнообразие

Индекс разнообразия: широкое/узкое распространение

Лес 182 вида (хищники – 72, микофаги – 70, фитофаги – 40) 2,65/4,09

Промышленные сады 70 видов (хищники – 22, микофаги – 26, фитофаги – 22) 1,75/3,09

Сады местного потребительского назначения

61 вид (хищники – 21, микофаги – 20, фитофаги – 30) 1,78/2,92

Лесополосы 59 видов (хищники – 28, микофаги – 16, фитофаги – 15) 2,42/3,25

Распределение популяций растениеобитающих клещей в различных типах местообитаний близко к

экспоненциальному – с той лишь разницей, что в области малых значений оно обусловлено влиянием текущего значения численности. Значение автокорреляции между физическими переменными (метео-рологическими), оказывающими определенное влияние на популяционную систему и динамику био-тических составляющих местообитания (растительность, вредители, хищники), играет роль в форми-ровании благоприятности условий существования. Каждому значению численности поставлено в соответствие значение логической функции. Выборочное среднее значение, полученное по 218 видам, составило 0,0005. Это означает, что даже самая невысокая численность растениеобитающих клещей в природных местообитаниях может обеспечить популяции продолжительное существование. Матема-тические логические функции, позволяющие учесть влияние непредсказуемых изменений внешних условий, пригодны для предсказания продолжительности существования популяции. В промышленных садах была вычислена зависимость продолжительности существования от средней скорости роста численности популяции клещей-фитофагов. Имеется в виду совокупность воздействий искусственных мероприятий, направленных на снижение дисперсии удельной скорости роста численности и вымирания локальных популяций. Показатели корреляции у Tetranychus urticae – 0,028, Amphitetranychus viennensis – 0,123, Schizotetranychus prunicola – 1,33, Panonychus citri – 0,002, P. ulmi – 0,035, Eriophyes angro - 5,81.

Анализ результатов демонстрирует значение различных типов местообитаний как фактора, опреде-ляющего особенности распределения акарофауны на территории Молдовы. Исследования в этом направлении имеют непосредственную связь с такой проблемой, как экологический подход в меропри-ятиях по защите растений.



118

Выводы 1. На территории Республики Молдова выявлено 218 видов растениеобитающих клещей. 2. Наиболее существенным фактором в различных типах местообитаний, определяющим различия

в распределении и структуре акарофауны, является показатель разнообразия растениеобитающих клещей.

3. Лес и лесополосы обеспечивают стабильное соотношение между трофическими группами расте-ниеобитающих клещей, обладающими миграционными способностями.

4. Максимальное разнообразие видов (2,65) отмечено в лесу, а минимальное – в промышленном саду (1,75). Доминирование клещей-фитофагов в лесу у Tetranychus urticae – 3,66, Amphitetranychus viennensis – 8,23, Schizotetranychus prunicola – 6,76, Panonychus citri – 1,71, P. ulmi – 1,79, Eriophyes angro – не обнаружено, в промышленном саду у Tetranychus urticae – 0,028, Amphitetranychus viennensis – 0,123, Schizotetranychus prunicola – 1,33, Panonychus citri – 0,002, P. ulmi – 0,035, Eriophyes angro – 5,81.


1. Биологический энциклопедический словарь. - Москва: Советская энциклопедия, 1986, с.1-831. 2. Герасимов И.П. Учение о природных экосистемах как синтез ландшафтоведения и биогеоценологии в совет-

ской географической и биологической науках // Журнал общей биологии. - 1973. - Т.34. - 5. - С.635-645. 3. Коновалова Г.В. Полезащитные лесные полосы как место резервации полезной и вредной энтомофауны //

Защита зерновых культур от болезней и вредителей при интенсивной технологии возделывания, 1990, с. 29-31. 4. Куликова Л., Пинчук Л. М. Клещи сем. Phytoseiidae в биоценозах лесных полос // Экология и практическое

значение зоо- и фитопаразитических организмов. Тезисы докл. - Кишинев, 1985, с.85-89. 5. Куликова Л. Клещи сем. Phytoseiidae (Mesostigmata: Gamazina) в биоценозах плодовых садов Днестро-Прутского

Междуречья // Известия АН МССР. - 1987. - 2. - С.46-50. 6. Куликова Л. Стациальное распределение растениеобитающих клещей // Фауна антропогенного ландшафта

Молдавии. - Кишинев, 1989, с.44-45. 7. Culicova L. Acarienii-fitofagi daunatorii livezilor fructifere in Moldova. - Chişinău, 1997, р.1-20. 8. Куликова Л. Обзор фауны растениеобитающих клещей Молдовы // Analele ştiinţifice ale Universităţii de Stat

din Moldova. Seria "Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău, 2005, р.174-177. 9. Медведев С.И., Божко М.П., Шапиро Д.С. О происхождении и формировании энтомофауны полезащитных

полос в степной зоне УССР // Зоологический журнал. - 1951. - Т.30. - Вып.4. - С.309-318. 10. Altenkirch W. Okologische Vielfaltein Mittel naturlichen Waldschutzes // Forst-Holzwirt - 1982. - Jg.37. No8. -

S.211-217.




119

UNELE PROPRIETĂŢI UTILE ALE MICROORGANISMELOR OBLIGATIVE

TRACTULUI GASTROINTESTINAL NECESARE PENTRU INCLUDEREA

ÎN COMPONENŢA PREPARATELOR PROBIOTICE

Ana LEORDA

Institutul de Fiziologie şi Sanocreatologie al AŞM Probiotics are expected to confer benefical physiologic and immune effects to the host through stabilizating and

optimizating the function of normal microflora. To include in composition of probiotics preparates, microbial strains required to possess useful properties. From a series of strains which were isolated, the strains which had a high index of adhesion and high the capacity of acumulation of the biomass bacteriene have been distinguished.

În ultimii ani, în literatura ştiinţifică, care se referă la problemele microecologiei tractului gastrointestinal

al omului şi al animalelor, o atenţie tot mai mare se acordă îndeosebi noţiunii de probiotice. Probioticele sunt microorganisme vii, care au o acţiune benefică asupra sănătăţii organismului şi în cea mai

mare măsură se realizează în tubul digestiv. În prezent se produce o cantitate mare de preparate probiotice în baza bifidobacteriilor, lactobacteriilor,

eşerihiilor, enterococilor şi a altor microorganisme, care demonstrează efecte pozitive asupra reacţiilor fiziolo-gice, biochimice şi imune ale macroorganismului prin stabilizarea şi optimizarea funcţiei florei lui normale [1,2].

Una dintre cele mai importante proprietăţi ale bacteriilor probiotice este asigurarea rezistenţei coloniza-toare. În complexul mecanismelor rezistenţei colonizatoare un rol deosebit îl are activitatea antagonistă a culturii probiotice, capacitatea ei de a adera la mucoasă. Aderând la celulele epiteliale ale intestinului, ea blochează colonizarea mucoasei de către microorganismele patogene şi condiţional-patogene cu participarea imunoglobulinelor, precum şi a factorilor de protecţie a organismului [3,4].

Rolul de adeziune îl îndeplinesc la diverse microorganisme fimbriile, antigenii de natură proteică şi poli-zaharidică, acizii lipoteicoici, fosfolipidele etc. [5,6].

Procesul adeziunii permite microorganismelor de a se menţine într-o anumită nişă, asigurând astfel colo-nizarea efectivă cu floră microbiană utilă. Deci, pentru includerea tulpinilor microbiene în componenţa pre-paratelor probiotice, de rând cu un şir de alte condiţii înaintate faţă de ele, acestea trebuie să posede şi capa-citate înaltă de aderenţă.

Reieşind din aceasta, scopul lucrării a fost de a selecta tulpini de microorganisme cu capacitate înaltă de adeziune, precum şi de a studia posibilităţile de acumulare a biomasei de către acestea, cu utilizarea diver-selor medii de cultură.

Material şi metode Indicele adeziunii a fost studiat după metoda lui Brillis (1983). Nivelul acumulării biomasei de micro-

organisme a fost testat prin metode bacteriologice [7]. Adezivitatea tulpinilor microbiene din genurile Bifidobacterium şi Lactobacillus a fost studiată in vitro

conform aderării lor la 25 eritrocite native. Când indicele mediu al adeziunii (IMA) este în limitele 0-1,00, microorganismul se consideră neadeziv, în limitele 1,01-2,00 – slab adeziv, iar în limitele 2,01-4,00 – mediu adeziv.

Rezultate şi discuţii Testările au fost efectuate asupra a 7 tulpini de bifidobacterii şi a 12 tulpini de lactobacterii. Datele obţinute

sunt incluse în Tabelul 1. Analiza datelor obţinute denotă că toate tulpinile microbiene testate posedă, într-o anumită măsură, activitate

de aderare, însă acest indice a fost mai sporit la cele din genul Bifidobacterium, comparativ cu Lactobacillus. Cel mai înalt coeficient de adeziune s-a constatat la specia Bifidobacterium bifidum cu numărul de depozitare 254 şi 527, Bifidobacterium longum cu numărul de depozitare 717 şi 794. Referitor la genul Lactobacillus, indicele adeziunii a fost cel mai evidenţiat la tulpinile speciei L. acidophilus cu numărul de depozitare 419 şi 602.


Revist= [tiin\ific= a Universit=\ii de Stat din Moldova, 2007, nr.7

120

Tabelul 1

Activitatea adezivă a tulpinilor de microorganisme obligative tractului gastrointestinal

Specia microorganismelor Numărul tulpinii

Cantitatea celulelor microbiene aderate

la 25 eritrocite

Indicele adeziuni

Bifidobacterium longum var. animalis

254 406 527 677

135,35 + 2,75 127,33 + 2,10 131,27 + 3,15 125,66 + 2,75

5,41 + 0,47 5,09 + 0,76 5,25 + 0,57 5,03 + 0,83

Bifidobacterium longum var. longum

717 794 831

138,24 + 3,27 132,15 + 4,05 127,70 + 2,97

5,53 + 0,39 5,29 + 0,80 5,11 + 0,64

Lactobacillus acidophilus

335 417 419 504 593 602

112,17 + 2,45 119,28 + 2,77 122,33 + 3,15 114,29 + 2,97 112,20 + 2,08 121,07 + 2,16

4,49 + 0,74 4,77 + 0,59 4,89 + 0,67 4,57 + 0,49 4,49 + 0,62 4,84 + 0,60

Lactobacillus plantarum

137 243 253 327

110,25 + 2,29 104,17 + 2,43 109,33 + 3,12 98,75 + 1,97

4,41 + 0,37 4,17 + 0,46 4,37 + 0,54 3,94 + 0,34

Lactobacillus fermentum

125 217

107,25 + 1,87 96,49 + 2,13

4,29 + 0,42 3,86 + 0,29

În continuare au fost studiate particularităţile de acumulare a biomasei de bacterii obligative tractului

gastrointestinal pe mediile de cultură elaborate. Mediul de cultură elaborat, destinat acumulării bifidobacterii-lor, prevede substituirea bulionului de ficat de vită (mediul Blaurock) cu bragă obţinută la producerea indust-rială a drojdiilor, iar în mediul de cultură electiv pentru cultivarea lactobacteriilor (de Man) laptele hidrolizat a fost substituit cu braga de drojdii. Aprecierea cantităţii de biomasă s-a efectuat în g / 100 ml mediu de cultură.

Rezultatele obţinute sunt prezentate în Tabelul 2. Tabelul 2

Nivelul cantitativ al biomasei bifidobacteriilor după inocularea pe diferite medii de cultură

Cantitatea de biomasă, g /100 ml, conform termenului de incubare pe diferite medii, ore

24 48 72

Specia microorganis-

melor

Numărultulpinii

1 2 1 2 1 2 Bifidobacterium longum var. longum

717

794

0,52+0,01

0,62+0,01

0,65+0,02*

0,85+0,02*

0,98+0,04

0,17+0,03

1,47+0,02*

1,65+0,04*

1,39+0,01

1,72+0,03

1,84+0,03*

2,07+0,02*Bifidobacterium longum var. animalis

527 0,73+0,02 0,92+0,01* 0,98+0,02 1,29+0,03* 1,75+0,02 2,19+0,04*

Legendă: 1 – mediul de cultură Blaurock; 2 – mediul de cultură elaborat.

* P<0,001 diferenţa statistic semnificativă cu mediul de cultură Blaurock (n = 5)

Din cele relatate rezultă că mediul de cultură elaborat contribuie la înmulţirea şi acumularea mult mai rapidă a bifidobacteriilor, care peste 24 de ore de la incubare la temperatura de (37 ± 1)oC au atins nivelul numeric de 0,65 - 0,92 g/100 ml, iar pe mediul de cultură existent acesta era de numai 0,52 - 0,73 g/100 ml. Deci, nivelul cantitativ al biomasei de bifidobacterii pe primul mediu a prevalat faţă de cel obţinut pe al



121

doilea cu 20,00 - 27,06%. O asemenea tendinţă s-a observat pe tot parcursul experienţei (72 ore de incubare). În acest caz, sporirea biomasei pe mediul de cultură elaborat a constituit 20,10 - 25,00%.

În acelaşi mod s-a procedat şi cu 9 tulpini de lactobacterii din genul Lactobacillus. Datele nivelului cantitativ de biomasă a lactobacteriilor sunt relatate în Tabelul 3.

Tabelul 3

Nivelul cantitativ al biomasei de lactobacterii după inocularea pe diferite medii de cultură

Cantitatea de biomasă, g /100 ml, conform termenului de incubare pe diferite medii, ore

24 48 72

Specia de micro-

organisme

Numărul tulpinii

1 2 1 2 1 2

L. acidophilus

335 417 419 504 523

0,92±0,02 0,89±0,01 0,95±0,02 0,84±0,02 0,98±0,02

1,09±0,03* 1,04±0,02** 1,21±0,01* 1,17±0,02* 1,26±0,01*

1,134±0,01 1,25±0,03 1,42±0,04 1,19±0,03 1,57±0,04

1,75±0,02* 1,72±0,02** 1,86±0,03*

1,75±0,02** 1,91±0,01*

1,69±0,03 1,62±0,04 1,75±0,03 1,61±0,04 1,84±0,04

2,16±0,02** 1,98±0,03** 2,24±0,02*

2,07±0,03** 2,32±0,02*

L. plantarum 243 137

0,78±0,02 0,82±0,03

0,97±0,01* 1,13±0,02**

0,89±0,04 0,98±0,03

1,27±0,03 1,57±0,02**

1,49±0,03 1,56±0,04

1,78±0,01* 1,96±0,03**

L. fermentum 125 217

0,95±0,02 0,81±0,04

1,21±0,02* 1,11±0,03*

1,29±0,03 1,22±0,03

1,68±0,02* 1,64±0,02*

1,58±0,04 1,55±0,03

2,04±0,01* 1,89±0,02*

Legendă: 1 – mediul de cultură MRS; 2 – mediul de cultură elaborat.

* P<0,001; ** P<0,01 diferenţa statistic semnificativă cu mediul de cultură MRS (n = 5) Aceste date relatează că pe mediul de cultură existent (de Man sau MRS) biomasa microorganismelor din

genul Lactobacillus, specia acidophilus, pe parcursul a 24 ore de incubare la temperatura de (37 ± 1)oC s-a acu-mulat în cantitate de 0,84 - 0,97 g/100 ml. În acelaşi timp, pe mediul de cultură modificat, acumularea biomasei acestor microorganisme a fost mai pronunţată. Despre aceasta relatează indicii cantitativi ai biomasei obţinute, care erau în limitele de la 1,04 la 1,26 g/100 ml. Deci, sporirea cantităţii a constituit 16,85 - 39,29%. Aceeaşi tendinţă s-a observat pe parcursul a 72 ore de incubare, când biomasa de lactobacterii acumulată pe mediul de cultură existent era mai redusă faţă de acelaşi indice obţinut pe mediul de cultură elaborat cu 21,89 - 28,57%. Microorganismele din speciile Lactobacillus plantarum şi Lactobacillus fermentum de asemenea s-au acumulat în cantităţi mai mari comparativ cu mediul de cultură existent, respectiv cu 19,73 - 24,56 şi cu 21,93 - 29,11%.

Aşadar, deoarece procesul de acumulare a biomasei de bifido- şi lactobacterii pe mediile de cultură ela-borate a decurs mai intens, aceste medii pot fi recomandare spre utilizare la pregătirea preparatelor micro-biene care conţin tulpinile bacteriene nominalizate.

În componenţa preparatelor probiotice se recomandă de a include tulpini microbiene care au indicele ade-ziunii nu mai mic de 4,00, deoarece bacteriile care posedă un nivel scăzut de adeziune vor trece tranzitoriu prin tractul gastrointestinal, astfel încât nu va fi obţinut rezultatul preconizat.

Referinţe:

1. Collins M.D., Gibson G.R. Probiotics, prebiotics and simbiotics: approaches for modulating the microbial ecology of the gut // Am. J. Clin. Nutr. - 1999. - Vol.69. - Р.1052-1057.

2. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Том 3. - Москва, 2001, с.288. 3. Lee Y.K., Lim C.Y., Teng W.L. et al. Quantitative approach in the study of adhesion of lactic acid bacteria to intes-

tinal cells and their competition with enterobacteria // Appl. Envir. Microbiol. - 2000. - Vol.66(9). - P.3692-3697. 4. O Sullivan D.J. Screening of intestinal microflora for effective probiotic bacteria // J. Ag. Food Chem. - 2001. -

Vol.49. - P.1751-1760. 5. Greene J.D., Klaenhammer T.R. Factors involved in adherence of lactobacilli to human Caco-2 cells // Appl. Envir.

Microbiol. - 1994. - Vol.60. - P.4487-4494. 6. Schell M.A., Karmirantzou M., Shel B. et al. The genomt seguence of Bifidobacterium longum reflect its adaptation

to the human gastrointestinal tract // Proc. Natl. Sci. USA. 2002. Vol. 99. - P.14422-14427. 7. Методы общей бактериологии / Под ред. Ф. Герхардта. - Москва: Мир, 1983. - 536 с.




122

MODIFICĂRILE PARAMETRILOR DE BAZĂ AI TREMORULUI FIZIOLOGIC

LA PROBA ORTOSTATICĂ

Vitalie MINCIUNĂ

Catedra Biologie Umană şi Animală In young persons the orthostatic test with an initially activated „mechanic-reflex” produced a 1.3 increase of physio-

logical tremor spectral energy and a greater density (by 34.1%) of vibrations in the 14-18 Hz frequency range. In elderly persons with an initially activated „mechanic-reflex” component the change in body position was accom-

panied by a 1.2 decrease of spectral energy, due to a reduction in the density of vibrations in the 7-13 Hz frequency range (by 29.0%) and in the 14-18 Hz frequency range (by 24.3%).

Tremorul fiziologic al degetelor mâinii este modelat preponderent de activitatea unităţilor motorii (moto-

neuronii spinali). În condiţii de repaus, activitatea motoneuronilor alfa şi gama este axată pe reflexul spinal şi determină tonusul muscular. Frecvenţa impulsurilor generate de bucla spinală alfa-gama este destul de constantă – 8-12 (7-13) Hz şi, posibil, este semnificativ influenţată de implicarea în proces a celulelor Renshaw [1,3]. Funcţiile structurilor motorii centrale sunt îndreptate spre sincronizarea rafalelor de activi-zare a unităţilor motorii [2].

În acelaşi timp, activitatea unităţilor motorii nu este unica sursă ce determină caracteristicile tremorului mâinilor. Aceste microvibraţii involuntare mai sunt modelate de „mecanica” mâinii, reflexul mecanic, de efectul de rezonanţă al oscilaţiilor altor segmente ale corpului [5,7]. Tremorul este influenţat, de asemenea, de activitatea centrelor motorii angajate în controlul poziţiei spaţiale a segmentelor aparatului locomotor şi de afecţiunile morfofuncţionale ale sistemului nervos [3,6].

Scopul investigaţiei în cauză a constat în estimarea specificului de vârstă al activităţii motorii la stimula-rea aparatului vestibular, având în calitate de obiect de cercetare tremorul fiziologic al degetelor mâinii.

Material şi metode În studiu au fost incluse 21 de persoane tinere (vârsta medie 19,9±0,14), care au constituit lotul I de inve-

stigaţii şi 15 persoane în etate (vârsta medie 71,1±2,04), incluse în cadrul lotului II. Schema experimentului prevedea evaluarea spectrului de vârstă al parametrilor de bază ai tremorului fiziologic în condiţiile activă-rii componentei „mecanic-reflex”, în urma contracţiei muşchilor extensori şi menţinerii unei poziţii ori-zontale a mâinii pe toată durata studiului şi efectuării probei ortostatice cu modificarea poziţiei corpului, iniţial orizontale, cu 45o.

Caracteristicile tremorului fiziologic au fost estimate în baza rezultatelor tremorometriei accelerometrice, cu utilizarea piezoaccelerometrelor de tip PAMT-1, care se fixau pe falanga distală a degetului arătător al mâinii drepte. Înregistrarea şi analiza datelor s-a efectuat cu aplicarea programului „Micromotorica-1”, ela-borat în cadrul Laboratorului de biomecanică şi diagnostic vibraţional din N.Novgorod, Federaţia Rusă [9]. Intensitatea impulsului înregistrat a fost amplificată cu 50%.

Au fost estimate oscilaţiile involuntare ale degetelor mâinii în diapazonul de frecvenţă 0-50 Hz, pe 5 intervale de frecvenţă (0-4 Hz, 4-7 Hz, 7-13 Hz, 14-18 Hz şi 19-50 Hz), în baza evaluării indicatorilor pe 14 subintervale de frecvenţă evidenţiate (0,5-2,5 Hz, 2,6-3,4 Hz, 3,6-4,4 Hz, 4,6-5,4 Hz, 5,5 -6,9 Hz, 7,0-7,3 Hz, 7,5-10,5 Hz, 10,6-13,0 Hz, 14-18 Hz, 18,5-21,5 Hz, 22,0-25,0 Hz, 26,0-30,0 Hz, 31,0-37,0 Hz, 38,0-50,0 Hz).

În diapazonul 0-20 Hz a fost apreciată, de asemenea, frecvenţa medie (MPF), frecvenţa cu energie maxi-mală (FMAX), energia maximală (PMAX), energia medie (PAVER) a oscilaţiilor, ponderea oscilaţiilor cu energie maximală (%PMAX) şi a oscilaţiilor cu energie medie (%PAVER), precum şi coeficientul (PREL), determinat în baza raportului (PMAX)/ (PAVER) [8].

Autenticitatea rezultatelor obţinute s-a analizat în baza criteriului Student (t). Diferenţa s-a interpretat ca veridică pentru p < 0,05.

Rezultate şi discuţii Caracteristicile tremorului fiziologic sunt determinate de acţiunea concomitentă a două componente,

ritmic distinctive. Astfel, prima componentă, tremorul cu frecvenţa de 8-12 (7-13) Hz, se bazează pe rafalele



123

de activizare a unităţilor motorii, pe când componenta a doua, ce determină oscilaţiile pe frecvenţa <7 Hz şi >13 Hz, întruchipează un spectru larg de factori ce ţin de mecanica mâinii, reflexul mecanic, acţiunea accele-rometrului, controlul central asupra poziţiei spaţiale a corpului etc. [5,3,7].

Principiile menţinerii activităţii buclei spinale în limitele de frecvenţe menţionate nu sunt suficient de elucidate. Probabil, un rol important în cadrul acestui mecanism îi revine inhibiţiei Renshaw [1]. În cadrul unui studiu recent [în tipar], am depistat că în stare de repaus, când activitatea motoneuronilor spinali se limitează la menţinerea tonusului muscular, în cadrul intervalului de frecvenţă 7-13 Hz se plasează circa 2/3 din numărul total de oscilaţii înregistrate în spectrul de frecvenţă 0-50 Hz, indiferent de vârsta persoanelor investigate. În acelaşi timp, la vârstnici densitatea oscilaţiilor în intervalul de frecvenţă 7-13 Hz este de peste 7 ori mai mare decât la tineri. Aceste modificări contribuie, la rândul lor, la creşterea de peste 10 ori a energiei spectrale a tremorului, înregistrat la persoanele în etate.

Stimularea activităţii centrelor motorii prin impunerea controlului asupra poziţiei spaţiale a mâinii (menţi-nerea acesteia în poziţie orizontală) s-a soldat cu o creştere a mai multor indicatori estimaţi, care, de altfel, era mult mai semnificativă în cadrul lotului tânăr.

Studiul actual reflectă reacţia indicatorilor ce caracterizează tremorul fiziologic în condiţiile menţinerii con-trolului central asupra poziţiei spaţiale a mâinii la efectuarea probei ortostatice. Datele din Tabel denotă că în condiţiile activării componentei „mecanic-reflex” prin contracţia muşchilor extensori ai mâinii energia spec-trală a vibraţiilor (POWER) înregistrate în cadrul lotului tânăr (lotul I) depăşeşte de 1,3 ori nivelul înregistrat la vârstnici (lotul II). Majorarea energiei tremorului este determinată atât de creşterea absolută a energiei maximale (PMAX) şi medii (PAVER) a oscilaţiilor – de 1,6 şi 1,5 ori, cât şi de majorarea ponderii acestora (%PMAX şi %PAVER) – de 1,4 şi 1,3 ori, respectiv. Indicatorii ce reflectă frecvenţa medie a tremorului (MPF) şi frecvenţa cu energie maximală (FMAX) practic erau identici în cadrul ambelor loturi.

Tabel Modificarea energiei şi a frecvenţei oscilaţiilor la efectuarea probei ortostatice

Lotul I

(n=21) II

(n=15)

Dimensiunea

(A) (B) (A) (B)

P*

1 2 3 4 5 6

POWER (ms2) 15616,8±1695,91 19912,9±1820,52 12100,3±376,6 9905,5±382,20 P2-3<0,05 P2-4<0,05

P4-5<0,001 FMAX (Hz) 11,6±0,75 13,4±0,52 12,9±0,75 12,3±0,78 MPF (Hz) 13,9±0,33 12,4±0,29 13,3±0,53 12,4±0,29 P2-3<0,001

PMAX (ms2) 715,1±104,30 1066,4±82,09 451,9±49,32 292,6± 23,36 P2-3<0,001 P2-4<0,01 P4-5<0,01

% PMAX 4,8±0,30 5,1±0,22 3,4±0,34 2,7± 0,22 P2-4<0,01

PAVER (ms2) 366,9±48,38 489,0±58,07 248,3±18,83 181,2±9,70 P2-4<0,05 P4-5<0,001

% PAVER 2,6±0,10 2,6±0,05 2,0±0,15 1,8±0,07 P2-4<0,001 PREL 1,8±0,06 2,1±0,05 1,6±0,10 1,7±0,11 P2-3<0,001

Notă: (A) – iniţial, (B) – după proba ortostatică * S-a precizat doar în condiţiile unor diferenţe autentice

La tineri, proba ortostatică a contribuit la creşterea energiei spectrale a tremorului (POWER) şi a energiei medii a oscilaţiilor (POVER) de 1,3 ori. Vârful energetic (PMAX) s-a majorat de 1,5 ori. Datorită unei creşteri mai semnificative a indicatorului din urmă, s-a majorat de 1,2 ori coeficientul (PREL), care reflectă raportul dintre energia maximală (PMAX) şi energia medie (PAVER). Frecvenţa medie a tremorului (MPF) s-a diminuat cu 1,5 Hz.

Spre deosebire de perturbările înregistrate în cadrul lotului I, modificarea poziţiei corpului la vârstnici s-a soldat cu o descreştere a mai multor indicatori estimaţi. Astfel, energia spectrală a tremorului, în urma probei ortostatice, s-a redus de 1,2 ori, energia medie (PAVER) a oscilaţiilor – de 1,4 ori, iar energia maximală (PMAX) a acestora – de 1,5 ori.



124

Pentru a estima rolul factorial al modificărilor înregistrate au fost estimate perturbările ce au avut loc în cadrul a 5 intervale de frecvenţă (Fig.1). Iniţial, densitatea medie a oscilaţiilor în intervalul de frecvenţă 0-50 Hz la tineri depăşeşte de 2,3 ori (P<0,001) nivelul înregistrat la vârstnici. Acest fenomen ţine de parti-cularităţile de vârstă ale tremorului fiziologic reflectate de noi în lucrarea menţionată mai sus, care, posibil, au la bază dereglarea transmiterii sinaptice ca urmare a reducerii sensibilităţii receptorilor membranei post-sinaptice sau sunt o consecinţă a hiperpolarizării membranelor sinaptice, fie a epuizării rezervelor de neuro-transmiţători.

11.4

37.9

230.2

171.3

39.522.3 33.3

228.1

259.8

35.6

0

50

100

150

200

250

300

0-4Hz 4-7Hz 7-13Hz 14-18Hz 19-50Hz

ba

lotul I

6.5

10.3

49.1 45.633.2

7.68.6

34.8 34.5 28.20

50

100

150

200

250

300

0-4Hz 4-7Hz 7-13Hz 14-18Hz 19-50Hz

a b

lotul II

Fig.1. Modificarea densităţii oscilaţiilor la proba ortostatică: (a) – iniţial, (b) – după proba ortostatică.

O contrapunere a indicatorilor estimaţi pe intervale de frecvenţă analizate relatează despre o prevalare

vădită a numărului de oscilaţii în cadrul lotului tânăr, comparativ cu cel înregistrat la vârstnici: pe intervalul de frecvenţă 7-13 Hz – de 4,7 ori (P<0,001), iar pe intervale de frecvenţă 4-7 Hz şi 14-18 Hz – de 3,7-3,8 ori (P<0,001). Înregistrarea oscilaţiilor cu frecvenţa de 4-7 Hz la persoanele tinere poate fi interpretată prin acti-varea controlului central asupra poziţiei mâinii [3], menţinută în poziţie orizontală pe durata investigaţiilor.

Activarea aparatului vestibular ca urmare a probei ortostatice la tineri a contribuit la creşterea densităţii oscilaţiilor cu 26,7% (P<0,05), această majorare datorându-se practic integral creşterii densităţii acestora cu 34,1% (P<0,01) în cadrul intervalului de frecvenţă 14-18 Hz. Modificările densităţii oscilaţiilor în diapazonul 14-18 Hz, la stimularea aparatului vestibular sunt, posibil, un rezultat al activării nucleului ventral intermediar, care amplifică impulsaţia aferentă către muşchii extensori ai mâinii, stimulaţi iniţial prin activarea reflexului mecanic.

La vârstnici modificarea poziţiei orizontale a corpului cu 45º a contribuit la diminuarea densităţii oscilaţii-lor cu 18,2% (P<0,001). Mai semnificativă a fost descreşterea indicatorilor evaluaţi pe intervalele de frec-venţă 7-13 Hz şi 14-18 Hz – cu 29,0% (P<0,01) şi 24,3% (P<0,05), corespunzător. Aceste modificări con-firmă ipoteza reflectată mai sus privind afectarea mecanismului transmiterii sinaptice la vârstnici, care poate avea la bază hiperpolarizarea membranelor sinaptice sau este o urmare a suprasolicitării alostatice, manife-state prin reducerea sensibilităţii receptorilor membaranei postsinaptice, epuizarea neuromediatorului sau a rezervelor energetice ca urmare a prevalării proceselor catabolice în detrimentul celor anabolice [4].

Concluzii 1. Proba ortostatică a contribuit la o creştere de 1,3 ori a energiei spectrale a tremorului fiziologic la tineri

şi la o descreştere a acesteia de 1,2 ori la vârstnici. 2. Majorarea energiei spectrale a tremorului la tineri a avut loc pe fondalul creşterii densităţii oculaţiilor

cu 34,1% pe intervalul de frecvenţă 14-18 Hz. Această majorare, posibil, a fost determinată de sincronizarea



125

activităţii unităţilor motorii pe intervalul respectiv de frecvenţă de centrele motorii, cu implicarea în acest proces a nucleului ventral intermediar.

3. Diminuarea energiei spectrale a tremorului în urma descreşterii densităţii „descărcărilor” unităţilor mo-torii la efectuarea probei ortostatice cu 29,0% şi 24,3% pe intervalele de frecvenţă 7-13 Hz şi, corespunzător, 14-18 Hz, sincronizate de structuri centrale diferite, relatează despre un proces generalizat de afectare a transmiterii sinaptice la persoanele în vârstă.

Referinţe:

1. Granit R., Renkin B. Net depolarization and discharge rate of motoneurones, as measured by recurrent inhibition // J. Physiol. (London). - 1961. - No158. - P.461-475.

2. Kirkwood P.A., Sears T.A., Tuck D.L., Westgaard R.H. Variations in the time course of the synchronization of intercostals motoneurones in the cat // J. Physiol. (London). - 1982. - No327. - P.105-135.

3. Loscher W.N., Gallasch E. Myoelectric signs of muscle fatigue and physiological tremor from childhood to seniority // NATO-ASI-Series. - 1993. - No75. - P.103-127.

4. Saulea A., Tache S. Fiziologia ţesuturilor excitabile. - Cluj-Napoca, 2004. - 159 p. 5. Stiles R.N. Lightly damped hand oscillations: acceleration-related feedback and system damping // J. Neurophysiol. -

1983. - No50. - P.327-343. 6. Sturman M.M., Vaillancourt D.E., Metman L.V. et al. Effects of subthalamic nucleus stimulation and medication on

resting and postural tremor Parkinson´s disease // Brain. - 2004. - No127. - P.2131-2143. 7. Vaillancourt D.E., Newell K.M. Amplitude changes in the 8-12, 20-25, and 40 Hz oscillations in finger tremor //

Clin. Neurophysiol. - 2000. - No111 (10). - P.1792-1801. 8. Viitasalo J.T., Gajevski J. and Wit A. Forearm tremor during three different isometric loadings // Electromyogr.

Сlin. Neurophysiol. - 1994. - No34. - P.131-136. 9. Ефремов А.П. Микромоторика // Тезисы докладов III Всероссийской конференции по биомеханике. - Нижний

Новгород, 1996, с.146-147.




126

MODIFICĂRILE SISTEMULUI COAGULANT LA ACŢIUNEA HIPOKINEZIEI

PE FUNDALUL HIPOTERMIEI

Ecaterina PALADI, Eugen DUDNIC, Liuba BUDEANU, Natalia GAIDEI

Catedra Biologie Umană şi Animală This paper deals with the action of hypotemperature (+4ºC), of different duration upon some indexes of coagulation

(fibrinogen, trombocite, time of coagulation). Hypotemperature bears on essential modification in the level of quantity of fibrinogen and to the number of trom-

bocite thet are increasing. În prezent, de diminuarea activităţii musculare (hipokinezie, hipodinamie) suferă majoritatea populaţiei

urbane. Pentru mulţi specialişti (dispeceri, operatori, telefoniste, programişti etc.) şi unele categorii de bolnavi, forţaţi timp îndelungat să se afle la un regim strict la pat, hipokinezia devine un pericol profesional.

Fiind discutată pe parcursul a câtorva decenii, hipokinezia este actuală şi în prezent, fiind tratată ca o problemă socială, la a cărei soluţionare participă mulţi savanţi, în special fiziologi.

În literatura ştiinţifică de specialitate la această temă sunt utilizaţi doi termeni: hipokinezia (din greceşte „hipo” – diminuare, „kinesys” – mişcare) şi hipodinamia (din greceşte „dynamis” – putere) [1].

E cunoscut faptul că în activitatea vitală a omului şi a animalelor sistemului muscular îi revine un rol im-portant, asigurând nu numai funcţii motore, dar şi acţiuni metabolice asupra organismului uman.

Având în vedere că ţesutul muscular constituie aproximativ o jumătate din masa corporală, e probabil de aşteptat ca diminuarea activităţii musculare să ducă la un şir de dereglări în organism, care sunt denumite în literatură „sindromul hipokinezic” sau „ boala hipokinezică”.

Limitarea activităţii musculare, legată de regimul strict la pat, precum şi imobilizarea animalelor, duce la dereglări profunde în organism, la diferite schimbări morfologice şi funcţionale care se caracterizează prin micşorarea consumului de energie, fluctuaţii ale bilanţului hormonal, activitate redusă a sistemelor cardio-vascular, respirator, la atrofia ţesutului muscular, demineralizarea ţesutului osos şi afectează sistemul nervos central, coordonator al tuturor proceselor din organism.

Ca urmare, organismul îşi pierde rezistenţa faţă de factorii nefavorabili ai mediului extern, în special de temperatură, infecţii etc.

Aşadar, studierea acţiunii hipokineziei asupra organismului poate clarifica etiologia şi patogeneza unor boli. Importanţa problemei date şi răspândirea largă a sindromului hipokinezic a devenit baza studiilor aspec-telor fiziologice şi biochimice ale diminuării activităţii musculare asupra organismului specialiştii fiind în căutarea mijloacelor optimale de profilaxie şi tratament al urmărilor hipokinezice.

Luând în consideraţie actualitatea problemei date, scopul lucrării este studiul acţiunii hipokineziei de diferită durată pe fundalul hipotermiei asupra stării funcţionale a unor indici coagulanţi.

Pentru rezolvarea scopului propus au fost trasate următoarele sarcini: - studierea acţiunii hipokineziei (1,2,3 zile) asupra unor indici coagulanţi (fibrinogen, trombocite, timpul

de coagulare, începutul şi sfârşitul coagulării) la şobolanii de laborator; - studierea acţiunii hipokineziei pe fundalul hipotermiei (+4ºC), timp de 1,2,3 zile, asupra unor factori

coagulanţi. În lucrare s-au folosit şobolanii albi (linia Wistar), în număr de 50, de sex masculin, cu masa corporală de

180-200 g, aproximativ de aceeaşi vârstă. Toţi şobolanii au fost împărţiţi în loturi experimentale (câte 5 şobolani în lot). Lotul unu a servit drept grupă a şobolanilor martori (5), care se aflau în condiţii obişnuite de laborator.

Lotul doi a fost format din 5 şobolani, care au fost supuşi acţiunii hipokineziei timp de o zi. Lotul trei a fost format din 5 şobolani albi de laborator, supuşi diminuarii activităţii musculare timp de 2 zile. Lotul patru includea 5 şobolani, supuşi acţiunii hipokineziei timp de 3 zile. Loturile cinci-şapte au fost formate din 15 şobolani, supuşi acţiunii hipotermiei timp de 1,2,3 zile. Loturile opt-zece includeau 15 şobolani, supuşi acţiunii hipokineziei, pe fundalul hipotermiei (+4ºC), timp de 1,2,3 zile.



127

Pentru crearea condiţiilor de hipokinezie, şobolanii au fost ţinuţi în cuşte–penal speciale, construite după forma şi dimensiunile animalelor.

Înainte de a fi ţinuţi în cuşte–penal şi în camera hipotermică şi la sfârşitul experienţei şobolanii au fost cântăriţi; pe tot parcursul experienţelor li se măsura rectal temperatura corpului. După 1, 2 şi 3 zile de la şobo-lanii de laborator au fost colectate probele de sânge pentru a determina cantitatea de fibrinogen, numărul de trombocite, timpul de coagulare (începutul şi sfârşitul coagulării).

Pentru a studia acţiunea hipokineziei asupra unor factori coagulanţi a fost necesar de a cerceta cantitatea de fibrinogen, numărul de trombocite şi timpul de coagulare (începutul şi sfârşitul) la şobolanii martori, care reprezentau lotul animalelor intacte. Pe baza datelor obţinute din acest lot s-au determinat mărimile parametri-lor în normă.

Analizând datele obţinute în acest lot observăm că la şobolanii martori ele coordonează cu rezultatele obţinute de alţi savanţi [2-4]. Un scop important al lucrării date este studiul unor factori coagulanţi şi a timpului de coagulare la acţiunea hipokineziei de diferită durată (1,2,3 zile).

La şobolanii care formau lotul 2 de experienţă, supuşi acţiunii hipokineziei timp de o zi, a crescut cantita-tea de fibrinogen faţă de şobolanii martori (2,04 ± 0,17g/l faţă de 1,64 ± 0,07 g/l), numărul de trombocite – (604,01 ± 5,9·109/l faţă de 495,3 ± 11,81·109/l) şi, corespunzător, timpul de coagulare numeric a scăzut (t1 – 22,2 ± 2,67 sec., faţă de 31,0 ± 2,08 sec. şi t2 – 22,9 ± 2,8 sec faţă de 31,7 ± 2,18 sec.), mărind astfel coagulabilitatea sanguină.

Mărind durata acţiunii hipokineziei asupra şobolanilor experimentali până la 2 zile, am constatat că dimi-nuarea activităţii musculare duce în continuare la modificări neesenţiale ale indicilor cercetaţi.

Din datele obţinute remarcăm că cantitatea de fibrinogen la şobolanii care formau lotul 3 de experienţă aproape că a rămas neschimbată faţă de lotul precedent (2,14 ± 0,32 g/l faţă de 2,04 ± 0,17 g/l), dar, compa-rând aceste rezultate cu nivelul proteinei plasmatice la animalele martor (2,14 ± 0,32 g/l faţă de 1,6 ± 0,07 g/l), depistăm o creştere de circa 31%.

Schimbări mai evidente am obţinut la numărarea trombocitelor, unde s-a manifestat o micşorare vădită a numărului lor faţă de acelaşi indice la şobolanii lotului 2 (544,8 ± 7,21·109/l, faţă de 604,01 ± 5,9·109/l). Însă, analizând datele obţinute în acest lot cu cele ale şobolanilor martori, conchidem că numărul lor tinde spre normalizare (544,8 ± 7,21·109/l faţă de 495,3 ± 11,81·109/l), ceea ce constituie o diferenţă de numai 10%.

La determinarea timpului de coagulare la şobolanii acestui lot am constatat pentru t1 – 22,8 ± 1,48 sec. şi pentru t2 – 23,3 ± 1,54 sec., date aproape de cele ale lotului precedent.

La abstenenţa musculară a şobolanilor, timp de 3 zile, s-au evidenţiat următoarele modificări: pentru fibrinogen – 2,3 ± 0,26 g/l; trombocite 465,0 ± 5,77·109/l; timpul de coagulare pentru t1 – 29,8 ± 3,39 sec. şi pentru t2 – 30,4 ± 3,35 sec.

Analizând datele primite în lotul 4 putem menţiona că cantitatea de fibrinogen practic nu s-a schimbat faţă de loturile experimentale anterioare. Schimbări mai evidente s-au observat la numărarea trombocitelor care tind spre aceeaşi normalizare (465,0 ± 5,77·109/l faţă de 495,3 ± 11,81·109/l), micşorându-se numărul lor, similar analizei datelor privind lotul 3. Aceeaşi tendinţă s-a manifestat şi la determinarea timpului de coagulare, constituind pentru t1 – 29,8 ± 3,39 sec. şi pentru t2 – 30,4 ± 3,35 sec. faţă de t1 – 31 ± 2,08 sec. şi t2 – 31,7 ± 2,18 sec. la şobolanii martori.

Din datele obţinute la acţiunea hipokineziei timp de 1,2,3 zile asupra şobolanilor de laborator am con-statat la început o creştere evidentă a cantităţii de fibrinogen şi a numărului de trombocite. După datele lui D.E. Alpern [5], mărirea în sânge a conţinutului de fibrinogen duce la intensificarea aglutinării plăcuţelor sanguine şi, ca rezultat, creşte coagulabilitatea sângelui.

Deci, din cele menţionate mai sus observăm o creştere semnificativă a celor doi indici cercetaţi de noi (fibrinogenul şi trombocitele), ceea ce denotă că şobolanii sunt supuşi unei stări stresorice – reacţie de răspuns nespecifică a organismului la solicitarea acestuia.

Un interes deosebit în lucrare prezintă studiul acţiunii hipokineziei asupra organismului animalelor pe fundalul hipotermiei.

La cercetarea timpului de coagulare la şobolanii acestui lot am observat o scădere bruscă a t1 – de la 31,0 ± 2,08 sec. la şobolanii martori, până la 10,4 ± 1,45 sec., iar a t2 – de la 31,7 ± 2,18 sec. până la 10,9 ± 1,27 sec, fapt ce duce la mărirea pronunţată a coagulabilităţii sanguine.



128

Aşa, în raport cu animalele martor numărul de trombocite creşte de 3,3 ori, cantitatea de fibrinogen – de 2,7 ori, iar timpul de coagulare scade de 3,1 ori.

Mărind durata acţiunii hipokineziei pe fundalul hipotermiei până la 2 zile, menţionăm că cantitatea de fibrinogen rămâne practic neschimbată faţă de lotul precedent (4,5 ± 0,97 g/l în raport cu 4,3 ± 0,32 g/l), însă la compararea acestui indice cu cel al şobolanilor martori se manifestă aceeaşi creştere vădită a cantităţii lui, de 2,7 ori.

Studiul în continuare a trombocitelor la şobolanii ce formau acest lot indică la faptul că hipotermia în combinare cu diminuarea activităţiii musculare tinde spre o micşorare a numărului acestora de la 1609,9 ± 9,14·109 /l (la lotul precedent) până la 1508,27 ± 8,85·109/l.

La sfârşitul experienţei, după 3 zile de acţiune a stresului hipokinezic în combinare cu hipotermia, am obţinut rezultate care denotă că cantitatea de fibrinogen rămâne aproape neschimbată în comparaţie cu lotu-rile precedente. La acest lot de şobolani numărul trombocitelor tinde să se micşoreze în continuare faţă de plăcuţele sangvine la animalele imobilizate timp de 2 zile (1508,27 ± 8,85·109/l până la 1344,5 ± 4,16·109/l), păstrându-se majorat însă de 3 ori faţă de şobolanii martori. Timpul de coagulare la aceşti şobolani în con-formitate cu celelalte schimbări (scăderea numărului de trombocite) se măreşte, tinzând spre normalizare: pentru t1 – de la 15,0 ± 1,22 sec. până la 18,2 ± 0,64 şi pentru t2 – de la 15,5 ± 1,34 sec. până la 18,7 ± 0,65 sec., iar faţă de martor este majorat de 1,7 ori.

Analizând datele obţinute în cadrul loturilor 5,6 şi 7 la animalele supuse hipokineziei combinate cu hipo-termia timp de 1,2,3 zile, am constatat o majorare bruscă a cantităţii de fibrinogen şi a numărului de trombo-cite, în comparaţie cu datele obţinute la şobolanii supuşi hipokineziei „curate”, şi o creştere mai vădită faţă de şobolanii martori.

Apariţia dereglărilor indicilor coagulanţi cercetaţi se explică prin acţiunea stimulatoare a hipotermiei asupra sistemului hipotalamo-hipofizar-suprarenal, când are loc o secreţie abundentă de adrenalină în sânge şi expul-zarea trombocitelor din sistemul hematopoetic. Deoarece trombocitele au o mare importanţă în procesul de coagulare a sângelui, creşterea numărului lor – trombocitoza – duce la mărirea coagulabilităţii sanguine, ceea ce am observat şi noi în experienţele efectuate timp de 1,2,3 zile prin micşorarea timpului de coagulare.

Cantitatea de fibrinogen în plasma sanguină la şobolanii supuşi acţiunii hipokineziei combinate cu hipo-termia s-a menţinut la un nivel ridicat pe tot parcursul experienţei. După Alpern (1987), mărirea conţinutului de fibrinogen şi globulină în plasmă este în dependenţă directă de viteza de sedimentare a hematiilor. Mărirea în plasmă a cantităţii de fibrinogen şi globulină reduce sarcina electrică a eritrocitelor, ceea ce condiţionează aglutinarea globulelor roşii şi contribuie la sedimentarea lor.

Date analogice au fost constatate şi în experienţele noastre. Astfel, analizând datele obţinute de noi putem concluziona că la acţiunea hipokineziei pe fundalul hipotermiei unii indici ai sistemului coagulant cercetaţi au suferit modificări esenţiale.

Concluzii: 1. Pe parcursul hipokineziei cu durata de 1,2,3 zile, la şobolanii de laborator s-au evidenţiat modificări vădi-

te în nivelul cantităţii de fibrinogen şi ale numărului de trombocite, care se manifestă prin creşterea acestora. 2. Majorarea nivelului de fibrinogen şi trombocite în sânge la acţiunea hipokineziei duce la creşterea

coagulabilităţii sanguine, prin micşorarea timpului de coagulare. 3. Hipotermia în combinare cu abstenenţa musculară duce la o creştere şi mai pronunţată a nivelului

indicilor coagulanţi cercetaţi, constituind o reacţie protectoare a organismului prin adaptarea lui la stresul combinat.

Referinţe:

1. Коваленко В.И., Гуровский С.И. Гиподинамия, здоровье, движения. - Москва, 1990, с.57-60. 2. Cosmulescu I. Cartea tehnicianului de laborator. - Bucureşti: Editura Medicală, 1985, p.393. 3. Нигулеану В.М. Исследования системы гемостаза: Учебно-методическое пособие. - Кишинев, 1990, с.48. 4. Paladi E., Budeanu L. Acţiunea stresului combinat asupra stării funcţionale a glandei tiroide // Analele Ştiinţifice ale

Universităţii de Stat din Moldova, 2004, p.23-26. 5. Alpern D.E. Fiziologia patologică. - Chişinău: Lumina, 1987, p.263.




129

INFLUENŢA FACTORILOR STRESOGENI,

ÎN FUNCŢIE DE REACTIVITATE ŞI VÂRSTĂ, ASUPRA UNOR

INDICI AI STATUSULUI MORFOFUNCŢIONAL LA BOVINE

Ştefan RUSU, Dumitru ERHAN, Petru PAVALIUC*, Oleg CHIHAI, Tudor ANGHEL

Institutul de Zoologie al AŞM *Institutul de Fiziologie şi Sanocreatologie al AŞM As a result of the research the correlation between the level of contamination by internal parasites in dairy cattle and

their reactivity to stress factors was established. On the basis of the completed investigations there were determined the total proteins decreased, and increased number of eosinophyles and bilirubyn’s level in the reactive to stress cattle in comparison with the resistant to stress ones.

Acţiunea nefavorabilă a factorilor mediului ambiant provoacă nu numai perturbarea stării funcţionale a

organismului, dar şi scăderea rezistenţei lui, manifestând insuficienţa capacităţilor de protecţie, precum şi intensificarea răspândirii diverselor maladii. Mai receptive sunt animalele tinere [1,2]. Totodată, asigurarea condiţiilor favorabile de întreţinere a animalelor duce la sporirea rezistenţei şi a capacităţilor adaptive ce corespund particularităţilor biologice ale organismului, condiţionând astfel decurgerea normală a proceselor metabolice [3-6].

Studierea acţiunii factorilor stresogeni (biotici şi abiotici), sau a combinării lor, asupra organismului prezintă un interes deosebit pentru determinarea parametrilor care pot fi folosiţi în calitate de metode şi procedee în sporirea rezistenţei şi capacităţilor adaptive ale animalelor [7-9].

În lucrările de specialitate, problema abordată de noi este redată fragmentar. De aceea, cercetările realizate urmăreau studierea modificărilor unor indici morfofuncţionali, în funcţie de reactivitatea şi vârsta organis-mului la stres, elucidarea efectelor acţiunii acestor factori asupra rezistenţei şi capacităţilor adaptive ale animalelor în perioadele critice ale ontogenezei postnatale timpurii.

Obiectul şi metode de cercetare Cercetările au fost efectuate la bovine, rasa Balţată cu negru, de variată vârstă, la care preventiv a fost

determinat tipul de reactivitate la stres după metoda adrenalinică formulată de Г.М. Ахмадиев [10]. Din numărul total de animale examinate (74 viţei în vârstă de 2-6 luni şi 128 bovine adulte de 4-6 ani), 20 au fost verificate şi prin studierea conţinutului glucozei, creatinfosfochinazei, colesterolului, prin analiza formulei leucocitare etc., efectuate după metodele biochimice de specialitate [11].

Investigaţii privind răspândirea parazitozelor la bovine au fost efectuate la ferma din s. Coloniţa, mun. Chişinău. Recoltarea probelor de feţes s-a realizat individual şi în grup, a câte 3 recoltări în diferite perioade ale zilei. Analizele coprologice au fost efectuate după metodele Popova, Baermann, Fülleborn, Darling, spălare succesivă, în Laboratorul de Parazitologie şi Helmintologie al Institutului de Zoologie al AŞM. Intensivitatea invaziei (II) cu nematozi s-a stabilit în 5 g feţes, iar oochisturi de Eimeria spp., ouă de Fasciola hepatica, Dicrocoelium lanceolatum – în 10 câmpuri microscopice vizuale (mărimea 10x40).

A doua serie de cercetări au fost efectuate în condiţii reglate ale camerei climatice. Ca factor stresogen abiotic a servit temperatura impulsivă de o intensitate moderată. Ca obiect de cercetare au fost luate bovine de rasa Bălţată cu negru: viţei în vârstă de la 3 zile (10 capete) şi bovine adulte (10 capete). După introducerea animalului în camera climatică şi adaptarea lui la condiţiile noi în decurs de 40-60 min., temperatura se micşora treptat până la 5ºC. Aplicarea temperaturii, la viţei, se realiza la a 3-a, a 8-a, a 15-a, a 25-a şi a 30-a zi după naştere. S-au studiat următorii indici fiziologici: conţinutul proteinei totale în sânge, al fracţiunilor proteice, al ureei şi al cortizolului. Au fost folosite metode tradiţionale de cercetare. Cercetarea probelor de sânge s-a realizat cu 30 min. până la acţiunea factorului stresogen şi nemijlocit după aplicare.

Rezultate şi discuţii E cunoscut că mecanismele reglatoare şi adaptive la organismul în creştere se formează definitiv numai la

un nivel determinat al dezvoltării fiziologice. Mai mult ca atât, acest proces de formare, iar apoi şi de stabilizare a statusului morfofuncţional depinde nu numai de factorii interni, ci şi de cei externi. De aceea, atât organismul



130

tânăr, cât şi cel matur la diferite etape ale dezvoltării dispune de reactivitate, rezistenţă şi capacitate adaptivă diversă şi în mod variat reacţionează la acţiunea factorului stresogen.

În acest aspect au fost realizate experienţe, în care s-a studiat statusul morfofuncţional al organismului în funcţie de vârstă, reactivitate la stres şi nivel de infestare.

Aşadar, s-a stabilit că gradul de infestare cu diverşi agenţi parazitari era în funcţie directă de tipul de reactivitate la stres.

La 202 bovine (74 viţei de 2-6 luni şi 128 bovine adulte de 4-6 ani) cu variat tip de reactivitate la stres s-a determinat nivelul de infestare cu paraziţi. La viţei, o frecvenţă mai mare de infestare e cu Eimeria spp. – 100% la viţeii stresreactivi şi 43,5% – la cei stresrezistenţi, pe când cu S. papillosus este, corespunzător, de 43% la viţeii stresreactivi şi de 19,5% – la cei stresrezistenţi.

La bovinele adulte un nivel mai înalt de infestare s-a înregistrat cu Eimeria spp. – 100% la cele stresreac-tive şi 40% la cele stresrezistente; cu D. lanceolatum, corespunzător, 38,0% şi 17,1% şi cu F. hepatica – 24,1% la bovinele stresreactive şi 8,5% la cele stresrezistente.

După evidenţierea tipului de reactivitate a animalelor la stresul parazitar au fost studiaţi unii indici fizio-logo-biochimici ai statusului morfofuncţional. Au fost determinaţi indicii: conţinutul glucozei, creatinfosfo-chinazei, colesterolului, proteinelor totale, fracţiunilor proteice α, β, γ; concentraţia ureei, cortizolului, numărul eozinofilelor.

Tabelul 1 Indicii morfofiziologici la tineretul bovin cu variat tip de stresreactivitate (M±m)

Tipul de stresreactivitate Indicii morfofiziologici Stresrezistent

(n=10) Stresreactiv

(n=10) Colesterolul (mmol/l) 5,65±0,4 4,66±0,25 Glucoza (mmol/l) 205±15,3 182±13 Creatinfosfochinaza (UI) 195,5±11 163,0±13 Eozinofilele totale (mii/mkl) 250,0±18 390,0±25 Bilirubina (mkmol/l) 10,3±0,32 12,0±0,45 Proteinele totale (g/l) 85,4±1,1 81,3±1,72 Albuminele (%) 40,3±1,7 35,0±1,7 Globul inele(%):

α1 5,9±0,4 6,4±0,3 α2 10,0±0,5 11,9±0,5 β 13,0±1 14,4±0,8 γ 31,0±1,6 32,0±0,9

Notă: P≤0,05

În urma analizei indicilor fiziologo-biochimici ai serului sangvin reprezentaţi în Tabelul 1 s-au stabilit variaţii ale conţinutului de creatinfosfochinază, care era mai sporit la animalele stresrezistente, în comparaţie cu cele stresreactive, cu 16,4%. S-a evidenţiat un conţinut înalt de glucoză în serul sangvin, care era cu 11,22% mai mare la lotul sresrezistent în comparaţie cu cel stresreactiv. Conţinutul colesterolului varia şi era de 4,66 mmol/l pentru lotul de bovine stresreactiv şi de 5,65 mmol/l pentru cel stresrezistent; prin urmare, cu 17,5% mai mare la bovinele rezistente la stres. Determinarea numărului eozinofilelor totale a evidenţiat un nivel mai sporit al acestora (cu 36%) la lotul de bovine stresreactive, în comparaţie cu cele stresrezistente. O majorare a numărului de eozinofile, după Condrahin, Curilov, Malahov şi al. (1985), Şuteu (1998), are loc la animalele în stare de stres. Ei au descris, de asemenea, eozinofilie şi la bolile parazitare (echinococcoza, ascaridoza, trichineloza şi al.). S-a observat, de asemenea, devieri ale conţinutului de bilirubină, care atingea limita de 12 mkmol/l la lotul de bovine stresreactiv şi de 10,3 mkmol/l la lotul stresrezistent, sau cu 14,2% mai mult la cele din lotul stresreactiv.

La determinarea proteinelor totale şi a fracţiunilor proteice în serul sangvin al bovinelor mature cu variat tip de stresreactivitate s-a observat o variaţie a conţinutului de proteine totale, albumine, γ-globuline. La animalele stresreactive, cantitatea proteinelor totale era de 81,3 g/l, iar la cele stresrezistente de 85,4 g/l, sau cu 4,8% mai mare pentru lotul de bovine stresrezistent. În conţinutul de globuline (α1, α2, β, γ) la bovine cu reactivitate diferită s-a evidenţiat o variaţie a γ-globulinelor, care era cu 3,2% mai mare la animalele stres-reactive, în comparaţie cu cele stresrezistente.



131

În scopul determinării influenţei temperaturii stresogene de menajare asupra unor indici ai metabolismului proteic şi rezistenţei organismului, au fost realizate cercetări experimentale la viţei în ontogeneza postnatală timpurie şi la animalele adulte (Tab.2).

Tabelul 2 Unii indici ai metabolismului proteic la viţei şi bovine adulte supuşi acţiunii temperaturilor

impulsive stresogene de menajare în perioada postnatală timpurie (n = 20 capete)

Fracţiunile proteice Vârsta (zile)

Proteinele totale (g/l)

albumine α-globuline β-globuline γ-globuline

Ureea (mmol/l)

Până la aplicare (lotul martor) 3 78,0±2,75 31,8±2,28 7,6±0,18 20,3±0,47 40,2±0,59 3,00±0,13 8 78,3±2,77 41,1±2,29 3,8±0,14 17,9±0,46 37,2±0,57 2,58±0,11

15 70,0±2,72 44,2±2,31 6,8±0,17 15,2±0,40 33,8±0,52 2,30±0,10 20 68,3±2,73 45,3±2,35 6,7±0,16 18,4±0,48 29,6±0,43 2,94±0,11 25 65,9±2,71 46,7±2,41 6,6±0,14 22,4±0,49 24,3±0,41 2,44±0,11 30 64,1±2,60 45,0±2,38 11,5±0,39 16,4±0,41 26,2±0,42 2,87±0,12

Bovine adulte 83,3±2,31 37,6±1,82 9,9±0,12 13,7±0,38 31,7±0,61 –

După aplicare (lotul experimental) 3 78,6±2,78 38,5±2,11 3,2±0,12 18,6±0,34 39,7±1,37 3,13±0,14 8 78,3±2,71 40,3±2,17 7,5±0,21 13,4±0,21 38,8±1,36 2,73±0,13

15 75,8±2,70 50,0±2,88 5,1±0,17 19,0±0,51 25,9±1,23 1,44±0,09 20 73,3±2,65 49,9±2,23 6,9±0,19 17,3±0,47 25,7±1,22 2,26±0,10 25 70,1±2,67 50,0±2,39 9,0±0,24 15,6±0,28 25,4±1,20 3,01±0,14 30 52,0±2,48 54,1±2,94 13,5±0,39 11,2±0,20 21,2±1,18 2,15±0,09

Bovine adulte 71,3±2,43 46,6±2,66 11,9±0,18 8,7±0,22 26,8±1,21 –

Notă: P≤0,05

La aplicarea temperaturii stresogene asupra viţeilor în ontogeneza postnatală timpurie a fost observată o tendinţă spre majorarea nivelului proteinei totale în serul sangvin la a 15-a zi de la naştere (cu 10,8%), iar la a 30-a zi – o scădere (cu 8,2%) a lor, pe când a ureei – spre micşorare, corespunzător, cu 37,4 şi 25,1%. În celelalte perioade schimbările nivelului oscilau în limite mai mici. Valorile fracţiilor proteice în diverse etape ale ontogenezei postnatale timpurii se schimbau fazic. Fracţia α-globulinelor la a 3-a zi avea o concentraţie de 2,4 ori şi la a 15-a zi de 1,3 ori mai mică, iar la a 25-a zi se majora de 1,4 ori faţă de martor. Concentraţia β-globulinelor: la a 15-a zi se majora cu 25%, iar la 25-a zi se micşora cu 30,3%. În mod similar evolua şi conţinutul γ-globulinelor: la a 15-a zi se micşora cu 30,5%, iar la a 25-a – cu 23,4 %. La animalele mature conţinutul proteinelor totale în sânge era de 83,3 g/l. După aplicarea factorului stresogen el se micşora cu 9,5%. Concentraţia fracţiilor proteice se modifica după cum urmează: a albuminelor şi α-globulinelor se majora, corespunzător, cu 23,1 şi 20,2%, pe când a β-globulinelor şi γ-globulinelor se micşora, corespunzător, cu 36,5 şi 15,4%.

Aşadar, la aplicarea temperaturii stresogene de menajare asupra organismului, în ontogeneza postnatală timpurie, au fost înregistrate schimbări fazice ale indicilor metabolismului proteic: o tendinţă spre majorarea nivelului proteinelor totale cu o scădere pronunţată a lui spre a 30-a zi de la naştere, care se menţinea şi în cazul animalelor mature, şi o tendinţă de micşorare a concentraţiei ureei în serul sangvin la viţei. Luând în consideraţie cele expuse, putem admite că sub influenţa factorului stresogen în ontogeneza postnatală timpurie, precum şi la animalele mature, într-o anumită măsură, se intensifică atât procesele catabolice, cât şi cele ana-bolice. Datele obţinute ne permit să conchidem că aceşti indici, ce caracterizează starea funcţională a organis-mului, erau destul de stabili şi evoluau în limite neesenţiale.

A fost cercetat şi conţinutul cortizolului, care caracterizează rezistenţa organismului la stresul condiţionat de factorul temperaturii (Fig.1).



132

Fig.1. Conţinutul cortizolului la viţei în perioada postnatală timpurie supuşi acţiunii temperaturii stresogene.

Temperatura stresogenă de menajare provoca ridicarea concentraţiei cortizolului în sânge faţă de acest parametru până la aplicarea stimulului, ceea ce dovedeşte că, odată cu dezvoltarea reacţiei stresorice, organismul reacţionează cu intensificarea activităţii suprarenalelor şi secreţiei mai abundente a hormonului şi cu elimi-narea lui ulterioară în sânge. În dinamică, conţinutul hormonului în sânge se majora treptat, începând cu ziua a 15-a şi până la a 25-a zi după naştere. În perioada ulterioară nivelul lui se stabiliza.

Astfel, intervalul de timp selectat pentru cercetări, după periodizarea elaborată de academicianul T.I. Furdui [12], include perioadele critice în ontogeneza postnatală timpurie – imprinting, starea imunodeficitară, dep-resie a reacţiei stresorice, dominare şi retardare. În acest interval au fost depistate cele mai esenţiale modificări fazice ale indicilor studiaţi, cu două piscuri mai exprimate la a 10-15-a şi la a 25-a zi, condiţionate, probabil, de procese ce au loc în timpul maturizării unor sisteme fiziologice.

Concluzii 1. Este necesar ca, la analiza indicilor fiziologo-biochimici ai sângelui la bovine, să se ia în consideraţie

că parametrii acestora pot varia nu numai în unele faze patologice ale organismului sau la etapele critice ale dezvoltării lor, dar şi în dependenţă de tipul de reactivitate la stres.

2. S-a stabilit că factorul stresogen termic de menajare în ontogeneza postnatală timpurie intensifică atât procesele catabolice, cât şi anabolice şi acţiunea lui se reflectă pozitiv asupra stării funcţionale (mai ales în perioadele critice ale dezvoltării), stimulând ritmul de creştere a organismului, mai ales la animalele cu tipul rezistent la stres. Factorul stresogen termic de menajare prelungeşte, într-o oarecare măsură, perioada de adap-tare a organismului în comparaţie cu martorul, fapt despre care dovedesc datele dinamicii indicilor biochimici.

Referinţe:

1. Фурдуй Ф.И., Хайдарлиу С.Х., Штирбу Е.И. и др. Стресс и животноводство. - Кишинев: Штиинца, 1982, с.31-32. 2. Фурдуй Ф.И., Штирбу Е.И., Струтинский Ф.А. и др. Стресс и адаптация сельскохозяйственных животных в

условиях индустриальных технологий. - Кишинэу: Штиинца, 1992. - 223 с. 3. Erhan D., Rusu Ş., Pavaliuc P. Selectarea bovinelor rezistente la stres cu potenţial productiv, adaptiv şi curativ

sporit: Indicaţii metodice pentru crescătorii de animale. - Chişinău, 2005. -19 p. 4. Павалюк П.П., Балакчи С.В., Вармарь Г.И., Болдеску Л.И., Строкова В.Н. Особенности комбинированного

воздействия на организм поросят экологическими факторами стрессогенной силы в раннем постнатальном периоде // Stresul, adaptarea, dereglările funcţionale şi sanocreatologia. - Chişinău: Cartea Moldovei, 1999, p.118-127.

5. Плященко С.И., Сидоров В.Т. Естественная резистентность организма животных. – Ленинград, 1979. - 184 c. 6. Плященко С.И., Сидоров В.Т. Стрессы у сельскохозяйственных животных. - Москва: Агропромиздат, 1987. - 192 с. 7. Erhan D., Pavaliuc P., Rusu Ş. Op.cit. 8. Rusu Ş., Erhan D., Pavaliuc P., Stratan N., Luncaşu M. Determinarea unor indici biochimici la bovine cu variat tip

de stresoreactivitate // Materialele Congresului IV al fiziologilor din Moldova cu participare inernaţională. - Chişinău, 2005, p.93-94.

9. Фурдуй Ф.И., Штирбу Е.И., Струтинский Ф.А. Op.cit. 10. Ахмадиев Г.М. Адреналиновая проба для оценки индивидуальной чувствительности животных к стресс-

факторам // Вестник с. х. науки Казахстана. - 1990. - 12. - С.86-87. 11. Германов В.А., Пиксанов О.Н. Эритроциты, тромбоциты, лейкоциты. - Куйбышев: Куйбышевское книжное

издательство, 1966. -164 с. 12. Фурдуй Ф.И., Федоряка В.П., Хайдарлиу С.Х. и др. Стратегия создания адаптивной системы промышлен-

ного животноводства. - Кишинёв: Штиинца, 1987. - 187 с. Prezentat la 29.05.2007

80

90

100

110

120

3 8 15 20 25 30 zile

mm

ol/l

Cortizol



133

СОМАТОТИП КАК ФАКТОР ПРЕИМУЩЕСТВА

САНОГЕННОГО ПИТАНИЯ

Федор СТРУТИНСКИЙ

Институт физиологии и санокреатологии АН Молдовы

Somatotipul reprezintă totalitatea particularităţilor fiziologice, fenotipice, anabolice şi psihice ale omului, fiind indicele integral ce caracterizează calităţile lui individuale. Prioritatea criteriului somatotipului constă în faptul că permite a determina corect alimentaţia individuală, modul de viaţă optimal şi predispunerea la anumite disfuncţii, сeea ce va permite de a folosi aceste particularităţi corect, din punct de vedere fiziologic, în măsurile de însănătoşire, de fortificare şi menţinere efectivă a sănătăţii.

Somatotype represents the compiler of the physiological, phenotypical, anabolycal and psychological particularities

of the human and it is an integral index of his individual qualities. The advantage of the somatotype criterion is that it allows to determinate correctly the individual nourishment, predisposition to definite dysfunctions and optimal mode of life. This gives the possibility to use correctly physiologically these particularities to maintain good health.

Определить, что представляет собой человек, вовсе не легко, как кажется. Вопрос этот волнует

всех, потому что нам хочется узнать не только собственную глубинную сущность, но и тех людей, что нас окружают. Кто из нас интроверт, а кто – экстраверт? Склонны ли мы к эмоциональному или рациональному мышлению и рассуждению? Легко ли сходимся с людьми или конфликтуем с ними, великодушны или эгоистичны? Всевозможные человеческие черты, определяющие личность, и есть то, что делает людей уникальными и неповторимыми.

Мы постоянно ищем ответа на вопрос, почему одни люди такие, а другие иные, каковы наши особенности и способности, к чему мы предрасположены и существуют ли в природе биологические или психические маркеры, которые отражали бы нашу индивидуальность. Естественно, наш генети-ческий код является только нашим индивидуальным маркером, однако сегодняшние знания в области генетики еще не предоставляют сведений, которые позволили бы дать полную характеристику чело-веку как личности. Характеристика личности включает физиологические, фенотипические, анаболи-ческие и психические особенности человека.

Одни исследователи общебиологическим маркером человека считают группу крови, другие отдают предпочтение его конституции или иным показателям. Глубокий анализ этих маркеров показал, что все они обладают как преимуществами, так и недостатками. Мы же остановились на психофизиологическом конституциональном типе как интегральном показателе, наиболее полно и глубоко характеризующем человека в целом как индивидуума.

На протяжении сотен лет тело и психику рассматривали отдельно друг от друга. Сегодняшнее понимание физиологической взаимосвязи тела и психики не вызывает ни у кого сомнения. Наши мысли, ощущения, мечты, деятельность проявляются в сложнейших биологических реакциях нашего организма и, наоборот, изменения биохимических констант неизбежно приводят к отклонениям в психике. Психика и тело человека тесно интегрированы. Физиологические составляющие организма: иммунная система, желудочно-кишечный тракт, система кровообращения, эндокринная система и целый ряд других, несмотря на свою относительную автономность, очень тесно взаимосвязаны с психикой. Давая характеристики определенным соматотипам, мы открываем присущие им слабые и сильные стороны, которые играют решающую роль в формировании и поддержании здоровья и самочувствия в целом.

Сейчас в мире накоплено множество неопровержимых фактов, свидетельствующих о биологи-ческом и нейрохимическом различии между людьми разных соматотипов. Эти сведения необходимо учитывать при выборе своей системы питания и своего собственного образа жизни. Соблюдая присущий вам образ жизни, вы тем самым берете под контроль свою судьбу, положительным образом проявляя свою человеческую индивидуальность и являя обществу самые лучшие стороны своего характера.



134

Большинство людей склонны идеализировать себя и не всегда объективно оценивают свои способности и особенности. К таким воззрениям следует относиться очень сдержанно и осторожно, так как идеальных людей не бывает. В каждом из нас есть хорошее и плохое, положительное и отри-цательное, в одних случаях мы имеем преимущество, в других – нет. Информация о своем соматотипе позволяет знать свои слабые и сильные стороны, сохранить сильные качества, а слабые превратить в сильные. Другими словами, сведения о соматотипе являются фактором преимущества. Они дают возможность узнать о предрасположенности к тем или иным функциональным заболеваниям и правильно подобрать профилактические меры. В этом случае, как нельзя лучше, подходит фраза «Кто предупрежден, тот вооружен!»

Абсолютно здоровых людей не бывает. Изначально в каждом человеке на генетическом уровне заложена предрасположенность к определенным дисфункциям и патологиям. Чтобы быть здоровым, человек должен сам строить свое питание и стиль жизни таким образом, чтобы они максимально соответствовали особенностям собственного соматотипа, что позволит исключить природные факторы риска и оставаться здоровым долгие годы.

В генетической наследственности практически всех людей есть определенные пороки. Это слабое звено в здоровье человека, передаваемое по наследству. Генетическая линия разлома – это область, в которой возможно возникновение расстройств или заболеваний. Весь вопрос в том, как именно и когда они проявятся. Если человек знает свои слабые стороны и строит свое питание и образ жизни таким образом, чтобы они профилактировали возможные дисфункции, то они проявятся не так быстро, не в таком объеме и не так остро, как если бы не было предварительных превентивных мер. Могут и вообще не проявиться. От самого человека зависит генетическая линия разлома в здоровье: останется ли она микротрещинкой или станет огромным невосстанавливаемым разрывом в виде целого букета болезней.

Любая патология и дисфункция начинается со сбоев в обменных процессах и нарушения гомео-стазных констант. Представители одного соматотипа обладают сходным метаболизмом. На этом основании они имеют одинаковую предрасположенность к определенным болезням. Однако это не означает, что представители одного соматотипа повально болеют одинаковыми болезнями. Все зависит от питания и образа жизни: кто живет в соответствии со своими особенностями, тот является счастливым исключением из правил. Это касается также многих «наследственных» болезней. У детей, унаследовавших от родителей соматотип, образ жизни, привычки и традиции в питании, со временем проявятся их же болезни. Если дети рано покидают родительский дом, когда вышеуказанные фак-торы не вошли ещё прочно в их образ жизни, если они исповедуют иные ценности и вырабатывают другие привычки, то болезни родителей у них не проявляются вовсе или не в такой степени.

Человек изначально должен знать свои слабые качества, чтобы их укреплять, и сильные, чтобы их сохранять. Если слабый человек будет принимать меры по сохранению и укреплению здоровья, он проживет долго и счастливо. Те же, кто не будет беречь и укреплять свои сильные качества, в том числе и здоровье, может не дожить до преклонного возраста. Природа одарила человека сознанием. В отличие от других биологических видов, благодаря этому качеству человек сам определяет свою собственную судьбу и дальнейшую эволюцию. Это дает ему огромные преимущества, но они могут быть реализованы только при условии большой работы над самим собой по самосовершенствованию. Это касается не только интеллекта и духовности, но и в первую очередь – здоровья. Знание соматотипа позволит правильно выбрать и определить идеологию пути по сохранению и укреплению собствен-ного здоровья.

Знания соматотипа позволяют проводить собственную самооценку и самоанализ, что открывает большие перспективы в самосовершенствовании. Редко можно встретить человека, который объек-тивно оценивает собственные силы, особенности и возможности. Чтобы достичь этого, необходимо проделать огромную внутреннюю работу. До тех пор, пока мы сами не научимся ценить себя, наша жизнь и психическое состояние будут определяться другими и в большой степени зависеть от мнения окружающих. Желание самореализации и самосовершенствования – врожденные и присущие людям качества, главнейшие потребности человека, заставляющие помериться силами с судьбой и перешаг-нуть границы обыденности.



135

Соматотип как фактор преимущества позволяет дифференцированно подходить в выборе приори-тетов в психосоматическом комплексе. Психика и соматика физиологически интегрированы, их невоз-можно разделить и обособленно рассматривать; в различных соматотипах этот союз обладает своими особенностями в достижении оптимальной гармонии. Представители одних соматотипов должны, в первую очередь, обращать внимание на психику и делать все, чтобы поддерживать ее в оптимальных параметрах и почаще испытывать положительные эмоции. Другие, наоборот, в первую очередь должны обращать внимание на соматику и принимать все необходимые меры по ее оптимизации.

Для микросоматов приоритетной является психика, а на втором плане – соматика. Все их успехи, удачи и проблемы зависят от уравновешенности психики. Поэтому характер питания, образ жизни и профессиональная деятельность должны быть построены таким образом, чтобы не вызывать психи-ческого дисбаланса.

У макросоматов, наоборот, причиной большинства проблем и успехов является тело, поэтому психика должна делать все, чтобы нормализовать соматические функции, которые очень часто пред-ставляют собой букет патологий, связанных с обменом веществ.

У мезосоматов психика и соматика должны разумно сочетаться без явных приоритетов. Возможно, иногда следует отдавать небольшое преимущество психике.

Такой подход, несмотря на свои особенности, обязательно принесет свои положительные резуль-таты в плане формирования и укрепления здоровья, особенно если психические установки будут направлены на собственную реализацию поставленных задач и целей. Если же вы будете искать корень проблем на стороне, а не в самих себе, и, что еще хуже, думать, что эти проблемы должен решать кто-то другой, а не вы сами, тогда ваши успехи будут далеки от желаемых и очень скромны.

Соматотип как фактор преимущества наиболее ярко проявляется при саногенной системе питания, позволяющей индивидуально решать не только эти вопросы, но и определять особенности основных элементов собственного образа жизни. Соматотип – это общий характер, закономерности и особен-ности в метаболизме, морфологии, физиологии, психике, биохимии гомеостаза, и, что очень важно, в типе пищеварения и в особенностях проявления физиологических реакций желудочно-кишечного тракта. Эти приоритеты выгодно отличают и дают преимущества саногенной системе питания, адек-ватной соматотипу, от антропометрических критериев в индивидуализации питания. Антропометри-ческий подход в индивидуализации питания, если принципиально ему следовать, неизбежно при-ведет к тупиковой ситуации.

Наконец, система питания по соматотипам позволяет успешно разрешить вечный спор между двумя точками зрения: чему следует отдавать предпочтение в первую очередь – сбалансированности питания или оптимизации пищеварения (раздельному питанию). Система питания, адекватная сомато-типу, представляет уникальный компромисс сбалансированного питания с учетом особенностей пище-варения, с помощью определенного дифференцированного набора пищевых продуктов. Соблюдение пищевого коридора, присущего каждому соматотипу, позволит укрепить здоровье и избежать многих болезней. Следует помнить, что чрезмерное употребление нетипичных для вас продуктов питания, со временем (как и фармакологические препараты) вызовет побочные явления в виде определенных дисфункций, патологий, а возможно и необратимых болезней.

Соматотип – это своего рода программа, по которой человек должен прожить свою жизнь, учиты-вая при этом собственные способности и особенности. Если бы человек придерживался этой про-граммы: правильно питался, поддерживал свою психику в нормальном состоянии, соблюдал бы присущий ему образ жизни, то он жил бы не годы, а столетия.

Несмотря на то, что разные соматотипы существенно различаются между собой, все они сбаланси-рованы в своих особенностях и способностях, и ни один из них не имеет преимуществ. Преимущество имеют только те представители соответствующего соматотипа, которые питаются и ведут образ жизни в соответствии с особенностями своего соматотипа. Созданное природой изменить нельзя, его можно только сломать.



136

Выводы:

1. Психосоматотип – это совокупность относительно устойчивых морфологических и функцио-нальных особенностей организма человека, сформировавшихся в ходе реализации генетической программы под воздействием конкретных факторов среды и отражающих основные метаболические и психические особенности организма.

2. Индивидуализированная, саногенная система питания базируется и учитывает наиболее глубокие и широкие личностные характеристики человека. Эффективным и интегральным критерием оценки индивидуальных особенностей человека является определение принадлежности его к определённому психосоматотипу, представляющему собой сумму составляющих фенотипических, физиологических, метаболических и психических особенностей его организма.

3. Знания соматотипа позволяют с определённой степенью достоверности определить предраспо-ложенность личности к определённым функциональным нарушениям, что даёт возможность более целенаправленно и эффективно осуществлять оздоровительные, профилактические и лечебные меро-приятия.

4. Сведения о соматотипе позволяют индивидуально подобрать не только свою систему питания, но и оптимизировать образ жизни, физические нагрузки, выявив максимально полезные и отказавшись от бесполезных, и даже вредных, что значительно повысит эффективность мероприятий, направлен-ных на формирование и укрепление здоровья.

5. Знание особенностей соматотипа позволит в самый ранний период жизни (как только можно его определить) заблаговременно построить систему питания и образ жизни так, чтобы они профи-лактировали предполагаемые дисфункции, снижали влияние природных факторов риска и позволяли бы человеку оставаться здоровым.




137

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И ТЕСТИРОВАНИЯ СОМАТОТИПОВ

Федор СТРУТИНСКИЙ, Алексей ОРГАН, Наталья ТУГОЦИ, Людмила КАВАРЗИНА, Алина БОДРУГ, Марьяна ПЕТРЯНУ, Лучия ПОПАНУ

Институт физиологии и санокреатологии АН Молдовы Sistemul de alimentaţie sanogen, maximal individualizat, permite de a forma şi a menţine la un nivel înalt sănătatea

somatică şi psihică. Pentru aceasta este necesar a determina obiectiv caracteristicile psihosomatice personale. În lucrare sunt prezentate criteriile de bază de determinare a calităţilor psihosomatice individuale.

Maximum individualised, the sanogenic food system allows forming and maintaining the somatic and psychic health

at a high level. It is necessary to determinate the individual psychosomatical peculiarity. In this work it is offered the basis criterions to determine the individual psychosomatical qualities of the personality.

Характеристики соматотипов и критерии их определения относятся к области теорий личности.

Одна из их особенностей, как и любой теории, заключается в том, что им присущи определенные категории, которые в виде определенных тестов или показателей заключают их в конкретные жесткие рамки, в пределах которых эти теории составляют систему. Несмотря на большие успехи в области биомедицины, сегодня, в начале ХХI века, следует признать, что глубочайшие корни того, что состав-ляет личность, по-прежнему остается загадкой. Поэтому ко всем тестируемым показателям необхо-димо относиться сдержанно, с пониманием и, что самое главное, – объективно. Главная цель нашего исследования – показать, как с помощью алиментарных факторов можно достичь крепкого и устой-чивого здоровья в любом возрасте. Добиться поставленной цели представляется возможным только при индивидуальном подходе. Следует отметить, что адекватная система питания позволяет сформи-ровать и поддерживать соматическое и психическое здоровье на высоком уровне, однако достовер-ность такого подхода и его эффективность зависит от каждого, от того, насколько правильно и объек-тивно будут определены индивидуальные личностные характеристики.

В таблицах 1, 2 и 3 представлены основные характерные признаки, свойственные каждому соматотипу.

Таблица 1 МИКРОСОМАТНЫЙ ТИП

Ко мне это относится п/п

Характерные особенности нет

(0 бал.)частично (1 балл)

полностью (2 балла)

всего баллов

1. Телосложение крепкое, худощавое, кисти рук и ступни ног часто бывают холодными, кожа сухая.

2. Движения быстрые, походка лёгкая. Принци-пиальны, прямодушны, подвержены эмоциональ-ным вспышкам с быстрой сменой настроения.

3. Трудно принимают решение, часто ощущают беспокойство и тревогу.

4. Сон быстрый, неглубокий, поверхностный 5. При нормальном питании поправляются медленно

и тяжело.

6. Проблемы с пищеварением, предрасположенность к запорам, часто теряют аппетит.

7. Предпочитают тёплую и горячую пищу. 8. Легко схватывают информацию и быстро её

забывают, разговорчивы и общительны.

9. Плохо переносят холодную погоду. 10. Приём пищи и отход ко сну, если их не

контролировать, носят бессистемный характер.



138

Таблица 2 МЕЗОСОМАТНЫЙ ТИП



(0 бал.)частично (1 балл)



1. Телосложение среднее, пропорциональное, кисти рук и ступни тёплые, кожа мягкая и светлая.

2. Движения быстрые, характер честолюбивый, склонность к открытым высказываниям, часто переходящим в споры.

3. Быстро думают и принимают решения, находчивы.

4.

Сон обычно крепкий, но могут просыпаться, почувствовав, что им жарко.

5. При нормальном питании могут набирать лишний вес, а также легко его сбрасывать.

6. Пищеварение хорошее, могут кушать, что угодно, но не сколько угодно, т.е. знают чувство меры.

7. Предпочитают в меру прохладную пищу, не поев вовремя, чувствуют себя раздражительными.

8. Информацию воспринимают по-разному: временами быстро и хорошо, а иногда с трудом; в основной массе – это интеллектуалы, люди, бросающие вызов судьбе.

9. Плохо переносят жаркую погоду. 10. Приём пищи, если его не контролировать, может

привести к перееданию.

Таблица 3

МАКРОСОМАТНЫЙ ТИП



(0 бал.)частично (1балл)



1. Телосложение крепкое и крупное, кисти рук и ступни ног холодные, кожа гладкая и бледная.

2. Движения медленные, по своей природе – это молчуны, справедливы, добры и безотказны.

3. Принимая решение, всё тщательно взвешивают и обдумывают.

4. Сон продолжительный и крепкий. 5. При нормальном питании быстро набирают вес, но

тяжело его сбрасывают, склонны к тучности.

6. Пищеварение замедленное, это является причиной того, что после еды возникает ощущение тяжести и вялости.

7. Предпочитают в меру тёплую и сухую пищу. 8. Информацию запоминают медленно, но надолго. 9. Плохо переносят холодную и влажную погоду.

10. Пропуская приём пищи, не чувствуют дискомфорта.



139

После внимательного изучения таблиц, в каждой из них вы отмечаете «галочками» те показатели и в той графе, которые к вам относятся (нет, частично или полностью). Указанные в таблице показа-тели оцениваются по следующим баллам: если к вам это не относится – 0 баллов (в таком случае «галочку» в данной графе можно не ставить; ко мне это относится частично – 1 балл; ко мне это относится полностью – 2 балла.

Полученные баллы по каждой таблице суммируются и принимаются за 100%. Процент или доля каждого соматотипа в вас вычисляется в процентах, исходя из количества баллов в общей сумме.

Для того, чтобы правильно определить, чистый или смешанный у вас соматотип, а в смешанном – какой тип преобладает, приведём условный пример.

В таблице микросоматного типа вы отметили 1, 2, 3, 4, 6, 8 и 10-й пункты в графе «Ко мне это относится частично». За каждый отмеченный пункт, а их у вас 7, вы получаете 7 баллов (7 х 1). В графе «Ко мне это относится полностью» вы отметили 2 пункта: 7 и 9. Таким образом, по этой графе вы получили 4 балла (2 пункта х 2 балла). Всего получается, что по микросоматному типу вы получаете 11 баллов (7 + 4). В таблице мезосоматного типа вы отметили: 1, 2, 5, 7 и 8 пункты в графе «Ко мне это относится частично» и набрали 5 баллов (5 пунктов х 1 балл). В графе «Ко мне это отно-сится полностью» вы отметили 9 и 10 пункты, и набрали ещё 4 балла (2 пункта х 2 балла). Всего по мезосоматному типу вы набрали 9 баллов (5 + 4).

В таблице макросоматного типа вы отметили: 1, 2, 4 и 9 пункты в графе «Ко мне это относится частично» и получили 4 балла (4 пункта х 1 балл). В графе «Ко мне это относится полностью» вы отметили 3, 5, 6, 7 и 8 пункты и набрали 10 баллов (5 пунктов х 2 балла). Всего же по макросомат-ному типу вы получили 14 баллов (10 +4).

Суммируем все полученные баллы: по микросоматному типу 11 баллов + 9 баллов по мезосомат-ному типу + 14 баллов макросоматного типа: в итоге получается 34 балла (11 + 9 + 14), которые при-нимаем за 100%. Затем рассчитываем долю каждого соматотипа:

34 балла – 100% 11 баллов – Х Х = 32% - это количество микросоматного типа в вас. 34 балла – 100% 9 баллов – Х Х = 27% – это количество мезосоматного типа в вас. 34 балла – 100% 14 баллов – Х Х = 41% – это количество макросоматного типа в вас. Для простоты и удобства расчётов все цифры округляем до целых величин. Из приведенного при-

мера следует, что вы относитесь к смешанному типу с преобладанием (41%) макросоматного типа. Это значит, что в своей повседневной жизни вы должны опираться, в основном, на рекомендации питания для макросоматного типа. Что и насколько брать из питания в рекомендациях по микро- и мезосоматному типам, вы выбираете сами, исходя из процентного состава указанных соматотипов (32 и 27% соответственно).

Если вы относитесь к чистому, одному определенному соматотипу, то вам придётся заполнить одну конкретную таблицу. В таких случаях вам легче определиться и с питанием, так как вы следуете чёткому предписанию и рекомендациям для конкретного соматотипа. Однако в жизни преобладают преимущественно люди со смешанной психосоматикой. В подобных случаях, как мы уже отмечали, необходимо за основу брать питание, свойственное преобладающему у вас соматотипу. Для идеаль-ного питания, доля других продуктов и особенности питания, характерные для других соматотипов, должны составлять такой же процентный объём, какой составляет соответствующий соматототип. При таком педантичном подходе вы добьётесь успехов, но многих это может привести в отчаяние по причине бесконечных расчетов. Эту проблему можно решить значительно проще, без глубоких математических расчётов, следующим образом. При питании, свойственном вашему соматотипу, у вас периодически будет желание поесть что-то из продуктов, характерных для других соматотипов и занимающих в вашей структуре второе и третье места. Это естественно, и вы должны поесть продук-ты, не типичные для вашего соматотипа, но лишь удовлетворить аппетит. Эти продукты не должны



140

быть основой рациона вашего питания, вы никогда не должны ими наедаться и тем более – переедать. Эти продукты, как и предписано вам, должны употребляться в ограниченном количестве и нерегулярно. При таком подходе у вас всегда всё будет прекрасно и хорошо.

Следует помнить, что употребляемая вами пища, характерная для других соматотипов, должна быть временной, нерегулярной и ограниченной и лишь легко удовлетворять аппетит. В противном случае вы можете вызвать дисбаланс своего соматотипа, и это проявится, возможно, в дискомфорте, депрессии или болевых ощущениях в брюшной полости, в плохом самочувствии.

При переходе на типичные для вашего соматотипа рекомендации по питанию, ваше самочувствие восстановится и вам будет комфортно.

Заключение. К настоящему времени не существует тестов и критериев, позволяющих получить

полную и исчерпывающую характеристику человека. Предложенная нами система тестирования соматотипов включает в себя минимальное количество критериев, которые отражают ключевые особенности личности.




141

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ В СПЕРМАТОЗОИДАХ И

СЕМЕННОЙ ЖИДКОСТИ НА АМИНОКИСЛОТНОМ АНАЛИЗАТОРЕ

Ион МЕРЕУЦА, Галина ПОСТОЛАТИ

Институт физиологии и санокреатологии АН Молдовы Центр метрологии и аналитических методов исследования АН Молдовы Reproducţia populaţiei este o problemă importantă şi actuală în Europa, fiind determinată de fertilitatea spermei băr-

batului. Spermograma este o metodă de laborator pe larg răspândită, care poate fi suplimentată cu indicii metabolismu-lui azotat.

Au fost selecţionate condiţiile recoltării probelor de spermă a bărbaţilor tineri, de asemenea parametrii tehnici de di-vizare a amestecurilor de aminoacizi în probele de plasmă seminală şi spermatozoizi, în coloana cromatografică. Pentru prima dată este demonstrat un spectru complet al poolului de aminoacizi liberi în spermatozoizii şi plasma seminală de om.

The reproduction of population is an important problem for the states of Europe. This problem in particular is condi-

tioned by men fertility. The spermogramme is widespread laboratory research, which may be completed with nitrogen metabolism indexes.

In the paper there are selected the technical conditions for young men probes preparation and parameters technical of amino acids mixtures in probe of sperm plasma and spermatozoids division at chromatography column. There are revealed free amino acids pool in the in the seminal plasma and spermatozoon of young healthy men.

В современных условиях при снижении рождаемости возможность каждой семьи иметь ребенка

является важной как для общества в целом, так и для благополучия отдельного человека Известно, что около 15% супружеских пар страдают бесплодием, причем треть случаев обусловлена мужским бесплодием. Нарушения функции гонад достигают 21% причин бесплодия у мужчин [4]. По наблю-дениям ряда авторов, качество спермы за последние десятилетия меняется, что заключается в умень-шении концентрации и подвижности сперматозоидов [7].

Спермограмма является распространенным лабораторным исследованием состояния репродуктив-ной системы мужчин [8], однако большой межлабораторный разброс в получаемых результатах сни-жает диагностическую ценность исследования [6, 7].

Сперма, или эякулят, является смесью выделяемых во время эякуляции продуктов секреции муж-ских половых органов (яичек и их придатков, предстательной железы, семенных пузырьков, купе-ровых желез, уретры) и состоит из жидкости семенных пузырьков (65%), жидкости простаты (30%), сперматозоидов (5%) [9].

Сперма взрослого мужчины представляет собой липко-вязкую слизеподобную неоднородную и непрозрачную жидкость с характерным запахом сырого каштана (очень легкий запах хлора). Вкус спермы определяется характером питания и обычно слегка сладкосоленый с кислым или горьким привкусом. Отмечено, что при частых эякуляциях сперма становится менее сладкой и усиливается привкус горечи. В течение 20-30 секунд сперма разжижается, становится гомогенной, вязкой и имеет непрозрачный беловато-серый цвет. Количество её индивидуально и может колебаться от 1-2 до 10 мл и более. Средний объем спермы, при условии, что эякуляция происходит с 3-дневными перерывами, составляет от 3 до 5 мл. Количество спермы может колебаться в зависимости от возраста, состояния здоровья, количества выпитой жидкости и так далее. Как показывает практика, большой объём спермы ещё не означает её более высокой оплодотворяющей способности, а иногда взаимосвязан с частыми выкидышами у женщины. Количество эякулята зависит также от частоты семяизвержений. В целом оплодотворяющую способность спермы характеризует не её объём, а количество сперматозоидов в 1 мл спермы, которое в норме составляет 60-120 млн. При этом подвижные сперматозоиды должны составлять не менее 70% от их общего количества. Нижней границей нормы (по данным ВОЗ) принято считать не менее 20 млн. сперматозоидов в 1 мл [7].

Сперма состоит из двух раздельных частей: семенной плазмы, образующейся в основном из секре-ции предстательной железы и незначительных выделений яичек, их придатков и протоков семенной железы, и из форменных элементов (сперматозоидов, или первичных половых клеток яичек).



142

Семенная плазма отличается особенностью состава, заключающейся в наличии большого количе-ства специфических химических веществ и составляющих, присутствие которых обнаруживается и в других жидкостях и тканях организма, но в значительно меньшем объеме, чем в семенной жидко-сти. Состав семенной плазмы комплексный: она содержит значительное количество белков, жиров и углеводов, а также ряд ферментов, гормонов и прочих веществ.

Иммунологические исследования выявили в семенной жидкости наличие специфических белко-вых соединений из предстательной железы и семенных пузырьков. После семяизвержения протеины быстро разрушаются в аминокислоты под воздействием протеолитических ферментов, весьма актив-ных в семенной плазме [7, 8]. В семенной жидкости, в количественно нисходящем порядке, содер-жатся следующие выделяемые белками основные аминокислоты: глутаминовая кислота, лизин, серин, гистидин, аспарагиновая кислота, лейцин, изолейцин, глицин и тирозин [2]. Помимо белков и аминокислот в сперме содержатся свободные амины – спермин и спермидин, причем последний присутствует в большом количестве (30 – 366 мкг/мл). Доля альбумина в спермальной плазме не пре-вышает 10% от уровня общего белка. В спермальной плазме концентрация общего белка 35,0±5,2 г/л, мочевины 21,0±3,5 мкмоль/л, креатинина 583,0±87,0 мкмоль/л. Наличие свободного креатина отме-чено в большой концентрации и составляет характерную составную часть семенной жидкости [6].

Для оценки состояния мужской репродуктивной системы недостаточны сведения о количествен-ном и качественном составе сперматозоидов [5]. Целесообразно изучение показателей метаболизма в спермальной плазме и сперматозоидах. К числу перспективных направлений диагностики мужской фертильности относятся дополнительные исследования состояния сперматозоидов и компонентов семенной плазмы, отражающих состояние спермато- и спермиогенеза, в том числе азотсодержащих веществ, включающих такие показатели азотистого обмена, как аминокислоты, мочевина и аммиак. В доступной литературе удалось найти значения только некоторых таких показателей [6]. Так, в спер-матозоидах уровень общего белка составил 82,7±7,4 г/л, альбумина – 27,0±4,3 г/л, что составляет 33% от уровня общего белка. В спермальной плазме концентрация общего белка 35,0±5,2 г/л, мочевины – 21,0±3,5 мкмоль/л, креатинина – 583,0±87,0 мкмоль/л.

Продукты катаболизма белков – мочевина и креатинин – присутствуют в сперматозоидах в кон-центрациях на порядок меньших, чем в спермальной плазме. Концентрация мочевины в сперматозои-дах составляет 1,7±0,07 ммоль/л, креатинина – 29,7±1,8 мкмоль/л.

Показано [2] относительное постоянство спектра свободных аминокислот в семенной жидкости. Установлена также [3] возрастная динамика содержания свободных аминокислот в сперме. Показаны корреляционные связи содержания аминокислот и качества спермопродукции [1]. Потребление пищи, бедной аргинином, может вести к нарушению сперматогенеза [10].

Все изложенное подтверждает необходимость наличия в арсенале современной медицины биохи-мического анализа, выявляющего особенности содержания продуктов азотистого обмена в сперме.

В лаборатории жидкостной хроматографии ЦМАМИ в содружестве с Институтом физиологии и санокреатологии были подобраны технические условия для анализа свободных аминокислот в плазме спермы и сперматозоидах.

Отбор пробы для анализа Для сдачи спермы на анализ необходимо соблюдать следующие требования. Следует воздерживать-

ся от половой жизни и мастурбации 4-5 суток, важно также, чтобы в этот период не было поллюций. В дни воздержания нельзя употреблять алкоголь (даже пиво), лекарственные препараты, париться, при-нимать ванну (мыться желательно под душем). Сперму лучше получать в лаборатории путем мастурба-ции или прерванного полового акта. Нельзя получать сперму в презерватив, так как от соприкосновения с резиной и веществами, которыми обработан презерватив, сперматозоиды теряют свою подвижность и умирают. Следует избегать переохлаждения спермы или попадания на нее прямых солнечных лучей. Очень важно, чтобы вся выброшенная при эякуляции сперма в полном объеме попала в лабораторную посуду. Потеря хотя бы одной порции (особенно первой) может значительно исказить результат иссле-дования. Выполнение всех этих требований поможет избежать ошибок в показателях спермограммы.

Нормальный эякулят (нормоспермия), обладающий оплодотворяющей способностью, должен удовлетворять следующим требованиям:

- объем 3-4 мл, - количество сперматозоидов в 1 мл – 60-120 млн.



143

Анализ литературы показывает, что у фертильных мужчин отмечается незначительная олигоспер-мия – 3,3%, или гипокиноспермия – 7,7 %; у обследованных по поводу бесплодия объем эякулята как снижен (менее 1,5 мл в 7,2% случаев), так и увеличен (свыше 5 мл – 12% случаев) [7].

Подготовка образца Хранение нативной спермы в течение 3 месяцев при -20ºС приводит к повышению концентрации

свободных аминокислот в плазме более чем в 2 раза, тогда как продолжительное хранение безбелко-вых экстрактов при этой же температуре не вызывает изменений в содержании аминокислот.

Отобранную сперму переносят в центрифужную пробирку и центрифугируют при 10000 об/мин в течение 20 мин. Семенную плазму (супернатант) количественно (1 мл) переносят в другую центрифужную пробирку

и депротеинизируют равным по объему 6% раствором сульфосалициловой кислоты. Перемешивают, оставляют на 1 час в холодильнике и центрифугируют при 3000 об/мин в течение 30 мин. До анализа хранят при низкой температуре. Кислоту испаряют в вакуумном роторном испарителе при 40ºС, про-мывают супернатант дистиллированной водой до рН 2,2. Возможно непосредственное нанесение неотогнанного супернатанта на хроматографическую колонку. Сперматозоиды. Находящиеся в осадке сперматозоиды количественно (3-30 мг) растирают с 1 мл

6% сульфосалициловой кислоты и центрифугируют при 3000 об/мин в течение 30 мин. Кислоту испа-ряют в вакуумном роторном испарителе при 400С, промывают супернатант дистиллированной водой до рН 2,2. Сухой осадок перерастворяют в стартовом литиевом буфере рН 2,2 (1,0 мл). Проба хранится в холодильнике.

Анализ проводится в стандартном режиме определения свободных аминокислот с использованием литиевых буферов рН 2,90, 2,95, 3,20, 3,80 и 5,00, проточность 12,0 мл/час.

В данной работе исследовались показатели спермограммы 10 здоровых мужчин в возрасте 20-30 лет с нормальной спермопродукцией.

Показатели спермограммы обследованных мужчин на 90% соответствовали критериям нормы, сформулированным экспертами ВОЗ: объем эякулята – от 2 до 5,5 мл, концентрация сперматозоидов от 15 до 190 млн/мл (у половины мужчин свыше 90 млн/мл), среди них подвижных сперматозоидов – от 36 до 68%, в среднем 52,2±9,9 %.

Нами выявлено среднее содержание свободных аминокислот в семенной жидкости и сперматозои-дах человека. Полученные результаты отражены в таблице.

Таблица

Содержание продуктов азотистого обмена (мкмоль/100 мл) в сперме человека

Названия аминокислот Семенная плазма Сперматозоиды цистеиновая кислота 30,80±1,77 0,20±0,02 таурин 265,90±22,32 1,20±0,10 аспарагиновая кислота 146,60±5,35 0,50±0,03 треонин 182,10±6,98 0,40±0,02 серин 527,00±26,79 1,20±0,08 аспарагин 253,30±7,51 0,30±0,02 глутаминовая кислота 415,70±14,61 1,00±0,05 глутамин 312,10±13,35 0,50±0,02 пролин 106,30±4,23 1,10±0,09 глицин 195,10±5,38 1,10±0,08 аланин 106,00±3,90 0,50±0,03 цитруллин 14,70±0,91 0,10±0,03 α-аминомасляная кислота 24,60±1,40 0,10±0,02 валин 149,10±4,20 0,60±0,04 цистин 51,60±2,96 0,40±0,03 метионин 17,60±1,27 0,02±0,01 цистатионин 0,30±0,02 0,04±0,04



144

Названия аминокислот Семенная плазма Сперматозоиды изолейцин 139,70±4,78 0,30±0,01 лейцин 194,70±6,91 0,30±0,02 тирозин 198,40±7,11 0,40±0,02 фенилаланин 76,00±2,71 0,30±0,01 γ-аминомасляная кислота 51,40±3,63 0,10±0,003 этаноламин 56,00±2,98 0,70±0,04 орнитин 8,30±0,50 0,20±0,01 лизин 228,30±7,55 0,70±0,05 гистидин 180,60±8,09 0,50±0,03 аргинин 182,80±6,72 0,90±0,05 мочевина 635,30±34,64 2,10±0,03 аммиак 147,30±9,06 4,10±0,37 Σ свободных АК 4203,20±135,32 13,60±0,95 Σ показателей азотистого обмена 4985,70±170,90 19,70±1,29 Σ протеиногенных АК 2501,00±65,10 9,90±0,79 Σ незаменимых АК 1492,00±38,24 6,50±0,51 Σ заменимых АК 1837,60±65,52 4,20±0,26 Σ гликогенных АК 1394,10±44,04 4,30±0,32 Σ кетогенных АК 837,20±28,58 2,00±0,13 Σ серосодержащих АК 3414,40±142,53 4,10±0,08 Σ иммуноактивных АК 595,20±24,43 4,00±0,37

Таким образом, в семенной плазме основную часть свободных аминокислот (81,2%) составляют

серосодержащие и заменимые (35,5%) аминокислоты. В то же время в сперматозоидах доля этих групп аминокислот среди показателей азотистого обмена составляет 30,1% и 47,8% соответственно.

Прослеживается корреляционная связь между показателями обмена в сперматозоидах и их кон-центрацией. Анализ литературы показывает, что у фертильных мужчин отмечается незначительная олигоспермия – 3,3%, или гипокиноспермия – 7,7%; у обследованных по поводу бесплодия объем эякулята как снижен (менее 1,5 мл - в 7,2% случаев), так и увеличен (свыше 5 мл - в 12% случаев) [7].

Анализ литературных данных показывает плодотворность и возможную диагностическую ценность анализа содержания свободных аминокислот спермы для определения качества спермопродукции.

Следует отметить, что не всегда отклонение данных характеристик в ту или иную сторону являет-ся признаком заболевания. Только комплексная оценка полученных данных и их взаимосвязей поз-воляет установить оплодотворяющую способность мужчины. При этом спермограмма может быть использована не только для выявления бесплодия, но и дает возможность оценить и другие патологи-ческие отклонения в состоянии здоровья мужчины [6].

Выводы: 1. Применение подобранных технических условий позволяет осуществлять анализ свободных

аминокислот спермальной плазмы и сперматозоидов на анализаторе аминокислот ААА-339М. 2. Спермальная плазма и сперматозоиды имеют характерный профиль свободных аминокислот. 3. Спермограмма, дополненная показателями азотистого обмена в сперме, может быть использо-

вана для выявления фертильности мужчин, что повысит ее диагностическую ценность. Литература:

1. Джарбусынов Б.У., Шамкенов Б.И. Значение свободных аминокислот спермы при мужском бесплодии // Ж.урол. и нефрол. - 1981. - 4. - С.44-47.

2. Зайцев В.В. О постоянстве спектра свободных аминокислот и неорганических элементов семенной жидко-сти человека: Тр. 2-го Моск.мед. ин-та. - Москва, 1978. - 109. - 2. - С.90-93.

3. Кадишь В.О. Формирование воспроизведенной способности у бугаев-плодников абердин-ангуськоi породы // Автореф. дисс.канд.с.-х. наук. - Киев: УААН, 2001.



145

4. Казаков В.Ф., Серебряков В.Г., Козляткин ВА.Ю. и др. Нарушения белкового обмена у жителей экологи-чески неблагополучного региона // Материалы VI Междунар. Конгресса «Экология и здоровье человека». - Самара, 1999, с.100-101.

5. Козляткин А.Ю., Комарова Н.В. Оценка семенной жидкости в диагностике мужского бесплодия // Самар-скому гос. мед. университету 80 лет. - Самара, 1999, с.121.

6. Комарова М.В., Торопова Н.Е. Определение спермограммы при бесплодном браке // Современная диагнос-тика в практике здравоохранения. - Самара, 1995, с.104-106.

7. Комарова М.В. Характеристика эякулята в оценке репродуктивных возможностей человека: Дисс.канд.биол.н. - Уфа, 2000.

8. Фанченко Н.Д. Лабораторная диагностика нарушений центральной регуляции репродуктивной системы // Пробл. репродукции. - 1995. - 1. - С.100-103.

9. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии: В 3-х томах. - Москва: Мир. - 1878 с. 10. Van der Host C.J., Elgersma A., De Boer M.J. a.oth., Some biochemical parameters for qualification of bull semen //

Tijdschr. Diergeneesk. - 1979. - 104. - 8. - P.97-108.




146

SENZOR POTENŢIOMETRIC SALICILAT-SENZITIV PE BAZĂ

DE PIVALAŢI TRINUCLEARI AI CROMULUI(III)

Mihail REVENCO, Mariana MARTIN, Anatolie GAVRILUŢA, Wael Ahmad Abu DAYYIH*

Catedra Chimie Analitică şi Organică *Universitatea Petra, Amman (Iordania) New salicylate-selective electrodes based on trinuclear chromium(III) pivalates are described. The electrodes were

prepared by incorporating the ionophores into plasticized poly(vinylchloride) membranes. The electrode displays a linear –log [C7H6O3

-] vs emf response over the concentration range 3,2.10-6 – 1.10-1 M in buffer solutions of pH 7, with a Nernstian slope of 56 mV/decade of salicylate concentration. The electrodes exhibit fast response times and micromolar detection limits and could be used over a wide pH range of 7 – 11. The proposed electrode was applied to determine the salicylates in real samples.

Derivaţii acidului salicilic posedă acţiune antimicrobiană, antipiretică si analgetică. De asemenea, acidul

salicilic a fost remarcat pentru efectele sale pe pielea îmbătrânită prematur, datorită expunerii la radiaţiile ultraviolete ale soarelui. Are efecte exfoliante şi poate îmbunătăţi structura şi coloraţia pielii. Acţionează de asemenea la nivelul deschiderii foliculilor firelor de păr din zonele cu secreţie de sebum crescută, deci este util şi în tratamentul acneei.

Actualmente, în reţeaua de farmacii de stat şi particulare sunt puse la dispoziţia populaţiei o mulţime de medicamente diversificate atât după denumire şi calitate, cât şi prin numele firmei producătoare. Deseori numele firmei este primit de către cumpărător drept singurul garant al calităţii. Problema controlului analitic al conţinutului produselor farmaceutice rămâne actuală şi cere metode exacte, rapide şi puţin costisitoare. Asemenea posibilităţi oferă potenţiometria directă cu electrozi senzitivi la prezenţa speciilor medicamentoase. Au fost asamblaţi deja asemenea senzori, mulţi dintre care au fost implementaţi în practica analizei [1-4]. Posibilitatea utilizării senzorilor potenţiometrici în analiză este funcţie de parametrii lor (sensibilitate, limită de detecţie, selectivitate, domeniul de pH de funcţionare, timp de răspuns, durată de exploatare).

Din gama variată de electrozi o atenţie deosebită se acordă în ultimul timp celor cu membrană polimerică [1-4,7,9] care au ca componente de bază polimerul, plastifiantul, materialul electroactiv şi solventul. Unul dintre factorii importanţi care determină calitatea matricei plastifiate este natura substanţei ion-active care asigură echilibrul de transport pentru specia analizată:

X soluţie analizată <=> X matrice polimerică <=> X soluţie internă a senzorului Scopul acestei lucrări este sinteza şi studiul unor asemenea compuşi folosind compuşi trinucleari ai cro-

mului(III) cu acidul pivalic şi testarea lor în calitate de material electroactiv pentru senzori salicilat-senzitivi. Partea experimentală Compusul iniţial [Cr3O(C5H9O2)6(H2O)3]C5H9O2 a fost sintetizat conform metodei descrise în [5]. Prin

tratarea soluţiei în acetonă a acestui complex cu acid salicilic a fost preparată substanţa ion-activă – [Cr3O(C5H9O2)6(H2O)3]C7H5O3. Ambii compuşi sunt de culoare verde, solubili în acetonă, alcool, nitrobenzen, tetrahidrofuran şi practic insolubili în apă. Individualitatea şi puritatea substanţelor a fost verificată prin analizele de elemente la Cr, C, H.

Membranele senzorilor au fost confecţionate de tip film pe bază de clorură de polivinil în mod analog cu cel descris în [7]. În calitate de plastifianţi au fost folosiţi dioctilftalatul (DOF) sau 2-nitrofeniloctileterul (NE). Raportul dintre masele de polimer, plastifiant şi nitrobenzen s-a păstrat constant în toate cazurile: 1:1:3, iar cantitatea de material electroactiv constituie 2-5% din masa totală a membranei. Direct în procesul preparării filmului a fost substituită apa din poziţiile apicale ale pivalaţilor cu 4,4’-bipiridil – sinteză „in situ” analog procedeelor prezentate în [7, 9].

Soluţia iniţială de salicilat (0,1 mol/l) a fost preparată din proba cântărită de acid salicilic. Soluţii cu con-centraţii mai mici au fost preparate prin diluare cu soluţie tampon pH 7.

Seria “tiin\e ale naturii” Chimie ISSN 1857-1735

147

Datele experimentale au fost colectate folosind ionomerul I–135 M 1 cu pilele galvanice de tipul: Ag/AgCl, KCl(sat)//C7H5O3Na (variabil) //membrana/C7H5O3Na (0,1 M), KCl (0,005 M), AgCl/Ag.

Coeficienţii de selectivitate potenţiometrică au fost determinaţi prin metoda soluţiilor mixte descrisă în [9]. Valorile de pH au fost stabilite prin adăugarea cantităţilor necesare de soluţii de hidroxid de sodiu sau

acid sulfuric. Rezultate şi discuţii Acidul salicilic este un derivat al acidului benzoic substituit cu o grupă hidroxil în poziţia orto- faţă de

cea carboxil. Prezenţa acestei grupe măreşte proprietăţile acide ale acidului salicilic în comparaţie cu ale pre-decesorului său (pKHsal = 2,96, pKHbenz = 4,2). Diagrama de distribuţie a speciilor în soluţiile acidului salicilic arată că forma ionică a acidului predomină după pH-ul 5 (Fig.1).

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14pH

a

Fig.1. Curba de distribuţie a ionului salicilat. De acest fapt s-a ţinut cont la prepararea soluţiilor din setul de calibrare, în toate fiind menţinută o valoare

neutră a pH-ului. Cei doi senzori (EIS 1 – membrana are ca plastifiant DOF şi EIS 2 – NE) manifestă un răspuns anionic

clar la prezenţa salicilaţilor. Panta curbei de calibrare pentru EIS 1 este 56 -58 mV/decadă de activitate a ionului salicilat, funcţia E = f(-lgSal) este liniară în domeniul de concentraţii 10-1 – 10-5 M, iar limita de detecţie e sub 10-5 M (Fig.2).

La schimbarea plastifiantului (EIS 2) nu se produc modificări de ordin calitativ în membrana senzorului, toţi componenţii, fiind bine miscibili, formează o masă omogenă. La prelucrarea curbelor de calibrare ale celui de-al doilea electrod a fost stabilit că nici parametrii caracteristici nu se modifică practic, panta având valorile 56 – 58 mV/pSal şi limita de detecţie mai mică de 10-5 M (Fig.3).

y = 55,781x + 105,53

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 5 10

pa

E, m

V

y = 56,527x + 141,89

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 2 4 6 8

pa

E, m

V

Fig.2. Curba de calibrare a electrodului EIS 1. Fig.3. Curba de calibrare a electrodului EIS 2.



148

Ambii senzori au un timp de răspuns 20-60 s şi reproductibilitatea rezultatelor se menţine timp de 3 luni, iar caracterul liniar al funcţiei de electrod nu este afectat de concentraţia ionilor de hidrogen în domeniul de pH 7 – 11 EIS 1 (Fig.5) şi 6 – 11 pentru EIS 2 (Fig.4).

260

280

300

320

340

360

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

E, m

V

Fig.4. Influenţa pH-ului asupra potenţialului

senzorului EIS 1.

260265270275280285

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

E, m

V

Fig.5. Influenţa pH-ului asupra potenţialului

senzorului EIS 2. Rezultatele obţinute au fost comparate cu cele ale senzorilor salicilat-senzitivi publicate deja (Tab.1). Faţă

de parametrii electrodului descris în [2], care are ca material electroactiv benzoatul trinuclear al cromului(III), cele ale senzorilor descrişi în această lucrare sunt mai performanţi datorită duratei mai mari de exploatare şi limitei de detecţie mai mici.

Tabelul 1 Parametrii de bază ai unei selecţii de electrozi salicilat-senzitivi

Domeniul de concentraţii, mol/l

Panta, mV/pSal

Limita de detecţie, mol/l

Domeniul de pH

Durata de exploatare

Referinţe

1.10-1 – 1.10-6 59 1.10-6 3 - 8 [1] 1.10-1 – 1.10-4 58 4,4.10-5 5 - 11 1 lună [2]

7,3.10-5 – 7,3.10-2 4,5 – 9,5 [3] 1.10-1 – 1.10-6 59 5.10-7 4,5 – 10,5 3 luni [4]

1.10-1 – 3,2.10-6 56 1,1.10-6 7 -11 3 luni EIS 1 1.10-1 – 1.10-5 56 1,8.10-6 6 - 11 3 luni EIS 2

Senzorii EIS 1 şi EIS 2 sunt mai puţin sensibili ca cei descrişi în [1,3], dar funcţionează în mediu mai

alcalin [1,3], au un domeniu mai larg de concentraţii, unde se respectă funcţia Nernst şi o limită de detecţie mai mică în comparaţie cu cei descrişi în [2,3].

Au fost determinate constante de selectivitate pentru senzorii confecţionaţi prin metoda interferenţelor constante. În Tabelul 2 sunt prezentate valorile negative ale logaritmului constantelor de selectivitate calculate din datele experimentale. Cele mai serioase interferenţe sunt prezentate de tiocianaţi, ioduri, acetilsalicilaţi. Mai tolerată este prezenţa carbonaţilor, fosfaţilor, bromurilor, clorurilor şi, mai ales, a fluorurilor şi sulfaţilor, care ar putea fi folosiţi pentru menţinerea unei valori constante a tăriei ionice a soluţiilor.

Tabelul 2 Selectivitatea potenţiometrică pentru senzorul EIS 2 (I), pentru EIS 1 (II)

X SCN- I- Asal- HCOO- NO3- Benz- HPO4

2- CO32- Br- Ssal- Cl- F- SO4

2-

I -lgK C7H5O3-/X- 0,5 1,0 1,5 1,7 1,9 1,9 2,1 2,1 4,0 2,6 3,8 4,0 4,2

II -lgK C7H5O3-/X- 0,4 0,8 1,2 1,7 1,7 1,9 2,2 2,2 2,6 2,8 3,7 4,2 4,5

Ssal, Asal, Benz – anionii acizilor sulfosalicilic, acetilsalicilic, benzoic. Deoarece preparatele farmaceutice pe bază de salicilaţi nu conţin, de regulă, ioni interferenţi, senzorii EIS 1

şi EIS 2 se plasează în şirul celor care pot fi utilizaţi pentru controlul analitic al preparatelor farmaceutice. Electrozii confecţionaţi au fost testaţi la determinarea cantităţii de salicilat în soluţie alcoolică de acid

salicilic de 1%, seria 9073, producător DECOFARM.


149

Modul de analiză 10 ml soluţie alcoolică de acid salicilic de 1% (ρ = 0,89 g/ml) se trec într-un balon cotat de 100 ml şi se

aduc până la cotă cu soluţie tampon cu pH 7. În soluţia preparată se măsoară potenţialul cu senzorul EIS 1 (sau EIS 2), din ecuaţiile curbelor de calibrare se determină pC (-lg C(Sal)).

Calculul părţii de masă de acid salicilic în proba luată pentru analiză se face folosind relaţia:

W = 10-pC

)().(

solmVacidM

∑100 %,

unde: M(acid) – masa molară a acidului salicilic (138 g/mol); V – volumul balonului cotat, în litri (0,1 l); m(sol) – masa soluţiei luată pentru analiză (8,9 g); 10-pC – concentraţia acidului salicilic determinată din ecuaţia curbei de calibrare.

EIS 1 – ecuaţia curbei de calibrare y = 56,53x + 141,89. Potenţialul mediu măsurat pentru câteva variante în soluţia analizată – 263 mV. Din această ecuaţie s-a găsit x = pC = 2,14. Conţinutul acidului salicilic în proba analizată este de 1,12 %.

EIS 2 – ecuaţia curbei de calibrare y = 55,78x + 105,53. Valoarea medie a potenţialului – 225 mV. Valoarea pC (găsit = 2,15). Conţinutul acidului salicilic în proba analizată este de 1,10%.

Pentru control, conţinutul acidului salicilic a fost determinat în paralel şi prin metoda titrimetrică reco-mandată de farmacopee [10]. Prin această metodă, în proba analizată a fost găsit un conţinut de 1,12% acid salicilic.

Rezultatele obţinute sunt foarte apropiate şi atestă valabilitatea metodei potenţiometrice, cu utilizarea senzorilor confecţionaţi, pentru determinarea salicilaţilor în preparate farmaceutice.

Concluzii Au fost asamblaţi senzori potenţiometrici salicilat senzitivi cu matrice polimerică pe baza pivalaţilor

trinucleari ai cromului(III). S-a stabilit că natura celor doi plastifianţi (dioctilftalat şi 2-nitrofeniloctileter) nu influenţează parametrii electrozilor. În comparaţie cu rezultatele publicate deja, în acest caz se atestă unele performanţe. Senzorii propuşi au fost testaţi la determinarea salicilaţilor în preparate farmaceutice şi, în re-zultat, a fost elaborată o metodă simplă şi rapidă de analiză a acestui anion.

Referinţe:

1. Shahrokian S., Amini Mohamed K., Tangestaninejad S. Salicylate-selective electrodes based on Al(III) and Sn(IV) salophens // Anal. Chem. - 2000. - Vol.72(5). - P.956-962.

2. Wael Ahmad Abu Dayyih. Potentiometric sensors based on polynuclear complex compounds for determination of some drug-substances: Autoreferat al tezei de doctor în ştiinţe chimice. - Chişinău, 2002. - 20 p.

3. Saad S., Hassan M., Hamada A. Liquid membrane electrode for selective determination of salicylate in pharmaceutical preparations // Analyst. - 1988. - Vol.113. - P.1709-1713.

4. Mazloum M., Jamshidpoor M., Naeimi H. Determination of salicylate by selective poly(vinylchloride) membrane electrode based on N,N’-1,4-butylene bis(3-methyl salicylidene iminato) copper(II) // Korean Chem. - 2006. - Vol.27. - P.1127-1133.

5. Simonov Yu., Bourosh P., Timco G. Synthesis, structure and mass-spectrometric-investigation of chromium tri-nuclear µ-oxo-carboxylates // Chem. Bull. (Romania). - 1998. - Vol.43. - P.128-136.

6. Revenco M., Martin M. New electro-active materials based on chromium(III) three nuclear pivalates for anionic sensors // The twenty second Ciugaev international conference – Coordinative Chemistry. - Chisinau, 2005, p.470.

7. Камман К. Работа с ионселективными электродами. - Москва: Мир, 1980. - 283 c. 8. Revenco M., Martin M. The potentiometric sensor for perchlorates establishment // The scientific notes of Moldova

State University, chemical – biological science section. - MSU, 2006, p.480-483. 9. Popescu I.C. Senzori electrochimici. - Cluj-Napoca: Universitatea „Babeş-Bolyai”, 1996. - 93 p. 10. Государственная фармакопея СССР. - Москва: Медицина, 1988.




150

SINTEZA ŞI CERCETAREA UNOR COPOLIMERI DIN N-VINILCARBAZOL

CU ALCHENE SUPERIOARE

Ştefan ROBU, Dmitri MITCOV, Petru BULMAGA, Galina DRAGALINA, Nicanor BARBĂ

Catedra Chimie Analitică şi Organică The synthesis and investigations of binary N-vinylcarbazole copolymers with higher alkenes and ternary N-vinylcarba-

zole copolymers with oct-1-ene, hexadec-1-ene and vinylacetate are presented in this paper. The structure of synthesized copolymers was determined using IR and 1H NMR spectroscopies and elemental analysis. Copolymerization constants were determined using UV spectroscopy. The results of copolymer thin films, sensitized with iodoform, cross-linking after UV and laser (λ = 0,42 µm) irradiation are presented. It was determined that thin films deposited from these copolymers cross-link 1,5–2,0 times faster than other carbazole containing copolymers known in literature. In coherent He-Cd (λ = 0,42 µm) laser light were recorded high quality holograms, that allow to recommend these fotorezistive materials as optical information recording media.

Introducere Polimerii carbazolici poli-N-vinilcarbazolul, poliepoxipropilcarbazolul şi copolimerii de N-vinilcarbazol

(VC) cu alchilmetacrilaţi sunt utilizaţi pe larg în tehnică în calitate de semiconductori organici şi pentru elaborarea mediilor de înregistrare a imaginilor obişnuite, precum şi a celor holografice. În ultimul timp o atenţie deosebită în literatură se acordă mediilor fotorezistive din polimeri carbazolici ce conţin 8-12 mas% CHI3, CHBr3 în calitate de agent de fotoreticulare [1-3]. Cu toate că sensibilitatea acestor materiale constituie cca 10-2–10-3 j/cm2, pe aceşti purtători de informaţie se obţin imagini holografice de cea mai înaltă calitate [4,5]. În scopul elaborării de noi medii fotorezistive a fost efectuată sinteza şi cercetarea unor copolimeri binari şi ternari pe bază de N-vinilcarbazol.

Partea experimentală şi analiza spectrală Sinteza copolimerilor de N-vinilcarbazol (VC) cu oct-1-enă (OC-1), N-vinilcarbazol cu hexadec-1-enă

(HD-1) şi a copolimerilor ternari de N-vinilcarbazol cu oct-1-enă şi acetat de vinil (AV) în diferit raport molar s-a realizat după mecanismul radicalic în prezenţa iniţiatorului azobisizobutironitril (AiBN), în solvent (toluen, tetrahidrofuran), în fiole de sticlă.

N

CHH2C H2C CH

R

+ ... CH2 CH CH2 CH ...

RN

80oC, AiBN

R: C6H13, C14H29

N

CHH2C H2C CH

C6H13

+ CH2 CH CH2 CH

C6H13N

80oC, AiBN+

C

CH3

O

O

CHH2C CH2 CH ...

C

CH3

O

O

...

N-vinilcarbazol(VC) oct-1-enă(OC-1) acetat de vinil(AV) copolimer VC:OC-1:AV

Condiţiile de polimerizare, compoziţia molară a copolimerilor şi unele proprietăţi caracteristice sunt pre-

zentate în Tabelul 1. Toţi copolimerii au fost supuşi purificării prin sedimentare în metanol.


Chimie ISSN 1857-1735

151

Tabelul 1

Condiţiile de polimerizare şi unele proprietăţi caracteristice

Temperatura, °C Compoziţia amestecului de monomeri*, mol %

Durata polimerizării,

ore Solventul

de vitrifiere de curgere

VC OC-1 HD-1 100 - - 12 toluen 151 211 70 30 - 8 toluen 123-124 145-146 60 40 - 8 toluen 109-110 136-139 50 50 - 8 toluen/THF 102-105 135-137 60 - 40 8 toluen 92-94 120-122 50 - 50 8 toluen/THF 84-85 >125 VC OC-1 AV 70 20 10 6 toluen 120-121 148-149 60 30 10 6 toluen 110-111 131-133 60 20 20 6 toluen 112-113 132-134 60 10 30 6 toluen 108-110 130-132 50 25 25 6 toluen 104-106 138-139

* Concentraţia iniţiatorului (AiBN) – 2 mol %, Polimerizările s-au efectuat la temperatura de 80°С

După cum se observă din Tabelul 1, copolimerii binari, precum şi cei ternari posedă temperaturi de vitri-

fiere (Tg) şi de curgere (Tc) cu mult mai joase decât poli-N-vinilcarbazolul (Tg = 153 °C, Tc = 211°C), ceea ce este în corelare cu efectul de plastifiere a alchenelor sus-numite. Cel mai mare efect de plastifiere îl observăm în cadrul hexadec-1-enei. Copolimerul VC:HD-1 (50:50 mol%) posedă Tg = 84-85°C şi Tc = 125-126°C, ceea ce îl apropie de cerinţele impuse purtătorilor de informaţie fototermoplastici. Vizual se observă şi îm-bunătăţirea proprietăţilor fizico-mecanice ale straturilor subţiri din aceşti copolimeri.

Structura şi compoziţia copolimerilor a fost studiată cu ajutorul metodelor spectrale UV-VIS, IR şi RMN. Cu ajutorul spectrelor de absorbţie în domeniul UV s-au determinat valorile constantelor de copolimeri-

zare r1 – pentru N-vinilcarbazol şi r2 – pentru oct-1-enă şi hexadec-1-enă. Calculele constantelor r1 şi r2 s-au realizat reieşind din ecuaţia Mayo-Lewis:

Prin metoda spectrală UV-VIS s-a stabilit compoziţia copolimerilor la timp de polimerizare 30 şi 60 min.

Luând în consideraţie variaţia intensităţii benzii de absorbţie λ = 295 nm (Tab.2), s-a stabilit valoarea constantelor: r1(VC) = 0,47 şi r2(OC-1) = 0,09. Produsul subunitar r1×r2 = 0,04 confirmă preventiv obţinerea copolimerilor.

Tabelul 2

Raportul molar al monomerilor în amestecul iniţial Timp,

min. VC OC-1

Absorbanţa soluţiilor de copolimeri λ = 295 nm

Conţinutul de N-VC în copolimer,

mol %

Conţinutul de OC-1 în copolimer,

mol % 30 50 50 0,54 60,17 39,83 30 70 30 0,5 65,42 34,58 30 30 70 0,66 53,79 46,21 60 50 50 0,48 53,71 46,29 60 70 30 0,48 58,94 41,06 60 30 70 0,37 51,89 48,11



152

Pentru confirmarea structurii chimice s-au cercetat spectrele IR şi RMN ale copolimerilor sintetizaţi. În Figura 1 sunt reprezentate spectrele IR pentru PVC, copolimerii binari VC:OC-1, VC:HD-1 şi tercopolimerul VC:OC-1:AV. Schimbări mai pronunţate se observă în diapazonul de frecvenţă ν = 3150-2800 cm-1 caracte-ristice vibraţiilor de valenţă ale grupelor metilenice, îndeosebi ale benzii de absorbţie 2950 cm-1.

Fig.1. Spectrele IR ale polivinilcarbazolului şi ale copolimerilor de N-vinilcarbazol.

Apariţia benzii de absorbţie νC=O=1720-1730 cm-1 demonstrează prezenţa acetatului de vinil în catena

macromoleculară.

Fig.2. Spectrul RMN 1H al copolimerului VC:HD-1 50:50.

Copolimerizarea între N-vinilcarbazol şi alchene a fost demonstrată cu ajutorul spectrelor RMN-1H.

Prezenţa fragmentelor de oct-1-enă sau hexadec-1-enă în structura copolimerului este confirmată de apariţia semnalului nou 1,27 ppm (Fig.2), care lipseşte în spectrul RMN al polivinilcarbazolului.

Studiul fotoreticulării straturilor de copolimeri şi utilizarea lor Pentru efectuarea cercetărilor fotochimice din copolimerii obţinuţi s-au confecţionat straturi subţiri

(1-6,0 µm) cu adaos de 10 mas% de iodoform.



153

Grosimea straturilor s-a stabilit cu ajutorul unui dispozitiv de tip micrometru. Pentru cercetări s-au colec-tat complete de straturi de fotorezist de aceeaşi grosime. Iradierea straturilor cu lumina UV s-a efectuat cu ajutorul dispozitivului PRK-4, energia E = 4 J×cm-2×min-1. Analiza reacţiilor fotochimice în straturi de copo-limeri cu CHI3 s-a efectuat cu ajutorul spectrelor de absorbţie în domeniul vizibil λ = 400-800 nm.

Fig.3. Schimbarea densităţii optice a straturilor fotorezistive din copolimer VC:OC-1 (60:40 mol%)

cu iodoform în funcţie de timpul de iradiere UV. După cum se observă din Figura 3, ce reprezintă variaţia densităţii optice faţă de lungimea de undă, la

iluminare UV, în diapazonul 640-650 nm apare o bandă nouă de absorbţie, a cărei intensitate se măreşte pro-porţional cu timpul de iradiere UV. Perioada de saturaţie a intensităţii benzilor 400-420 nm şi 640-650 nm de absorbţie reprezintă timpul de reticulare a stratului de fotorezist. De menţionat că sub acţiunea luminii UV se schimbă şi culoarea stratului fotosensibil, probabil din cauza apariţiei unor structuri chinoice [6], conform mecanismului de mai jos:

Etapa I: Formarea complexului cu transfer de sarcină (CTS)



154

Etapă II: Reticularea

Timpul de reticulare depinde şi de grosimea stratului de fotorezist. Din Figura 4 observăm că reticularea straturilor cu grosimea de 4-6 µm durează 6-8 min. Reticularea straturilor cu grosimea de 1,0 µm şi mai mici durează mai mult de 10 min. La fel, timpul de reticulare depinde şi de concentraţia iodoformului în copolimer. S-a stabilit că concentraţia optimală de CHI3 în straturi constituie 10-12 mas%. La concentraţii mai mari de 12% se observă cristalizarea iodoformului, ceea ce conduce la înrăutaţirea proprietăţilor optice ale stratului de fotorezist.

Fig.4. Dependenţa densităţii optice a straturilor fotorezistive de diferite grosimi

din copolimer VC:OC-1 cu iodoform în funcţie de durata iradierii UV. Dacă la amestecul din copolimerul VC:OC-1 se adaugă 8-10 mas% de fotocrom 6'-bromo-8’-nitro-1,3,3-

trimetilindolinospirobenzpiran, din cauza formării complexului cu transfer de sarcină dintre nucleele carba-zolice şi fotocrom, se obţine o soluţie de culoare violetă, din care se depun straturi de culoare violetă, iar în spectrul de absorbţie apare o bandă nouă la 580-590 nm, caracteristică fotocromilor piranici. De menţionat că la acţiunea razelor UV intensitatea benzii de absorbţie scade în câteva minute (Fig.5) şi parţial se produce reticularea stratului de fotorezist, ceea ce permite înregistrarea imaginilor datorită schimbării parţiale a vite-zei de developare în solvenţi organici a sectoarelor iluminate faţă de cele neiluminate. La iradieri îndelungate (10-15 min.) cu raze UV dispare banda de absorbţie a fotocromului λ = 580-590 nm, caracteristică fotorezis-tului cu fotocrom.

În Centrul de Optoelectronică al Institutului de Fizică Aplicată al AŞM s-a demonstrat posibilitatea utili-zării acestor straturi fotosensibile pentru înregistrarea reţelelor de difracţie cu lumină coerentă a laserului He-Cd (λ=0.42 µm). Pe mostre de fotorezist din copolimeri VC:OC-1 (50:50 mol%) cu 10% CHI3 s-au în-registrat reţele de difracţie cu eficienţă de difracţie η = 10-12% şi rezoluţie fotografică 1500 mm-1. S-au între-prins încercări de a înregistra imagini holografice cu lumină coerentă verde a laserului de Ar (λ = 0,52 µm), ce reprezintă o prioritate din punctul de vedere al tehnicii laser.



155

Fig.5. Variaţia densităţii optice în funcţie de timpul de iluminare pentru fotorezist

din copolimer VC:OC-1 cu CHI3 şi fotocrom spiropiranic. Concluzii 1. Au fost sintetizaţi mai mulţi copolimeri binari şi ternari din N-vinilcarbazol cu alchene superioare (oct-

1-enă, hexadec-1-enă) şi cu acetat de vinil. 2. S-a stabilit valoarea constantelor de copolimerizare pentru perechea de monomeri VC:OC-1 (r1 = 0,47

şi r2 = 0,09), al căror produs are valori subunitare, ceea ce demonstrează posibilitatea copolimerizării acestor monomeri.

3. S-a stabilit că straturile subţiri din copolimerii sintetizaţi cu adaos de 10-12 mas% CHI3 se supun uşor reticulării la iradiere UV şi pot fi utilizate ca materiale fotorezistive pentru înregistrarea informaţiei. Prezenţa fotocromilor nitrospiropiranici accelerează de 1,5-2,0 ori procesul de fotostructurare.

4. S-a demonstrat posibilitatea înregistrării imaginilor holografice calitative în lumină coerentă a laserului He-Cd (λ = 0,42 µm) şi în lumină verde a laserului Ar (λ = 0,52 µm) pentru medii fotorezistive ce conţin fotocrom spiropiranic.

Referinţe:

1. Колнинов О.В., Колесникова В.В., Милинчук В.К. и др. // Журнал научной и прикладной фото- и кинемато-графии. - 1986. - Т.31. - 5. - С.345.

2. Колнинов О.В., Колесникова В.В., Милинчук В.К. и др. // Журнал научной и прикладной фотографии. - 1994. - Т.39. - 1. - С.23.

3. Grazulevicius J.V., Strohriegl P., Pielichowski K. Carbazole-containing polymers: synthesis, properties and applica-tions // Progress in Polymer Science. - 2003. - Vol.28. -P.1297-1353.

4. Bivol V., Robu S., Prisacari A.S. et al. // Proceedings SPIE. - 2001. - P.49. 5. Бивол В.В., Робу С.В., Присакарь А.М. и др. // Химия высоких энергий. - 2006. - Т.40. - 3. - С.216-219. 6. Колнинов О.В., Колесникова В.В., Милинчук В.К. // Высокомолекулярное соединения А. - 1990. - Т.32. - 3. -

С.473.

Notă: Cercetările au fost realizate în cadrul Proiectului 07.408.04.06.PF din Programul de Stat „Cercetări fundamentale şi elaborări de materiale şi dispozitive pentru aplicaţii fotonice şi optoelectronice”.




156

EFECTUL STIMULATOR AL TRIS-β-AMINOETILAŢILOR DE COBALT(III)

ASUPRA PRODUCTIVITĂŢII CIANOBACTERIEI SPIRULINA PLATENSIS

Aliona COTOVAIA, Aurelian GULEA, Sergiu ŞOVA, Daniela CIUMAC*** Valentina BULMAGA*, Ştefan ŢURCANU**, Valeriu RUDIC***

Catedra Chimie Anorganică şi Fizică *LCŞ „Ficobiotehnologie” **Universitatea Agrară de Stat din Moldova ***Institutul de Microbiologie şi Biotehnologie al AŞM As a result of cobalt (III) β-aminoethylate protonation reactions with sulfuric and nitric acids, several new coordination

compounds of composition [Co(Hetm)3](NO3)3 (1) and [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2) have been synthesized. The reaction between β-aminoethanol and cobalt(III) nitrate, acetate and sulfate in neutral or slightly basic alcoholic media leads to the formation of cobalt (III) coordination compounds, which internal sphere includes both molecules of neutral β-ami-noethanol (Hetm) and ions of its deprotonated form (etm). The general formula of the complexes can be given as [Co(Hetm)3][Co(etm)3]X3⋅nH2O, where X = NO3

- (3), CH3COO- (4), 1/2SO42- (5); n = 0, 7, or 3 correspondingly. The

biologic activity study of the synthesized complexes revealed that the algae biomass obtained in the nutritive media, containing coordination compounds, depends on the internal coordination sphere of the cobalt compound.

Introducere Deficienţa bioelementelor (Zn, Fe, I, Cr, Se) este una dintre cele mai răspândite cauze care duc la apariţia

unor maladii grave (osteoporoză, anemie fierodeficitară, maladii imunodeficitare, diabet zaharat, cancer) şi este evidentă necesitatea asigurării populaţiei cu microelementele necesare pentru asigurarea homeostaziei. Pentru rezolvarea acestei probleme nu este suficientă doar asigurarea raţiei zilnice de microelemente pentru adulţi şi copii. Este necesar ca ea să survină în organism într-o formă optimă de aceste elemente pentru a fi asimilată. S-a constatat că elementele legate organic nu manifestă toxicitate şi efecte secundare (alergii), spre deosebire de sărurile lor anorganice. Din acest punct de vedere, prezintă interes perspectiva utilizării materialului biologic în calitate de biotransformator şi sursă de acumulare a mineralelor necesare homeostaziei organismului uman.

Multiplele cercetări efectuate în ultimul deceniu au demonstrat posibilitatea utilizării unor compuşi coordi-nativi ai Zn(II), Co(II), Co(III), Fe(II), Fe(III), Mn(II) la cultivarea cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02, cu elaborarea ulterioară a procedeelor de obţinere a preparatelor sanogene. Astfel, a fost efectuată o serie întreagă de cercetări, care au demonstrat posibilitatea sporirii productivităţii spirulinei în cazul suplinirii me-diului nutrtiv cu unii compuşi ai Fe, Zn, Co, Cu, Sn, Se, I [1-6].

Cobaltul este un element important pentru asigurarea activităţii vitaminei B12 implicate în procesul de hema-topoieză. Vitamina B12, care face parte din familia corinoizilor, conţine 4 analogi principali (ciancobalamina, hidroxicobalamina, acuacobalamina şi metilcobalamina), care posedă o bioactivitate semnificativă. Analogii vitaminei B12 sunt sintetizaţi de diferite grupe de alge şi cianobacterii [7].

Anemia pernicioasă este o cauză comună a anemiei megaloblastice în lumea întreagă şi, în special, în ţările africane şi europene, inclusiv în Republica Moldova. În prezent, cercetările sunt orientate spre găsirea unor noi suplimente de B12, precum şi spre dozarea componentului activ privind bioaccesibilitatea acestei vitamine, în special la vegetarieni [8]. În calitate de surse de B12 sunt utilizate diferite specii de alge şi cianobacterii, inclusiv spirulina [9]. S-a stabilit că la spirulină conţinutul de pseudovitamină B12 predomină faţă de cianoco-balamină [7], iar conţinutul de corinoid inactiv scade în cazul insuficienţei ionilor de Co2+ [10].

Dat fiind rolul important al cobaltului în sinteza corinoizilor şi deoarece în literatura de specialitate lipsesc date privind acţiunea ionilor de Co3+ asupra acumulării vitaminei B12 în biomasa de spirulină, prezintă interes determinarea acţiunii unor compuşi coordinativi ai Co(III) asupra creşterii spirulinei şi sintezei vitaminei B12.

Astfel, scopul lucrării este de a studia acţiunea unor compuşi coordinativi ai cobaltului(III) cu monoeta-nolamina în calitate de ligand asupra procesului de acumulare a biomasei de spirulină – sursă de vitamină B12 şi alte substanţe bioactive.


157

Material şi metode Obiectul cercetărilor expuse a fost tulpina cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-03(CYANOPHYTA), depo-

zitată în Colecţia Naţională de Microorganisme Nepatogene de pe lângă Institutul de Microbiologie şi Biotehnologie. Pentru cultivare s-a utilizat mediul nutritiv mineral modificat Gromov 16. Cultivarea s-a efectuat în baloane

Erlenmeyer a câte 250 ml cu 100 ml suspensie de spirulină, timp de 144 ore, respectându-se parametrii optimi ai cultivării pentru asigurarea biosintezei constituenţilor intracelulari ai spirulinei, stabiliţi în cercetările anterioare [11].

În calitate de reglatori ai creşterii şi productivităţii cianobacteriei Spirulina platensis au fost utilizaţi compuşi coordinativi ai cobaltului: [Co(Hetm)3](NO3)3 (1), [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2), [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 (3), [Co(Hetm)3][Co(etm)3] (CH3COO)3⋅7H2O (4) şi [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5) în concentraţii de 1, 5, 10; 15, 20 mg/l.

Productivitatea spirulinei a fost determinată conform metodei descrise în [12]. Analiza statistică şi regresională a valorilor obţinute în trei serii de determinări ale productivităţii şi conţi-

nutului de principii bioactive a fost realizată prin metodele propuse de Maximov [13]. Pentru sinteza compuşilor coordinativi au fost folosiţi reagenţi comerciali de calificarea „ppa” şi „p”, care

au fost utilizaţi fără purificare preventivă. Tris-β-aminoetilatul de cobalt(III) a fost sintetizat după metoda descrisă în [14]. Sinteza [Co(Hetm)3](NO3)3 (1). La 2 g (0,0068 mol) de Co(etm)3]⋅3H2O dizolvate în 15 ml metanol se

adaugă cu picătura soluţie metanolică de acid azotic (0,87 ml soluţie de 54% de HNO3 (0,01 mol) diluate preventiv cu metanol). Soluţia îşi schimbă culoarea din violet în roşu. Peste câteva zile din soluţie se separă cristale roşii, care se filtrează prin filtru de sticlă, se spală cu etanol, eter şi se usucă la aer.

Sinteza [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2). La 2 g (0,0068 mol) de Co(etm)3]⋅3H2O dizolvate în 15 ml metanol se adaugă cu picătura soluţie metanolică de acid sulfuric (0,6 ml soluţie de H2SO4 de 91% diluate preventiv cu metanol). Substanţa microcristalină sedimentată se filtrează prin filtru de sticlă, se spală cu etanol, eter şi se usucă la aer.

Sinteza [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 (3). La 5,82 g (0,02 mol) de Co(NO3)2⋅6H2O se adaugă 5 ml de apă distilată, apoi 30 ml de etanol şi la agitare continuă se adaugă 6 ml (0,1 mol) de monoetanolamină. Din soluţia obţinută peste două zile se depun cristale de culoare roşie, care se filtrează prin filtru de sticlă, se spală cu etanol şi eter şi se usucă la aer.

Sinteza [Co(Hetm)3][Co(etm)3](CH3COO)3⋅7H2O (4). La 4,98 g (0,02 mol) de Co(CH3COO)2⋅4H2O se adaugă 5 ml de apă distilată, apoi 30 ml de etanol şi la agitare continuă se adaugă 6 ml (0,1 mol) de monoeta-nolamină. Substanţa microcristalină sedimentată se filtrează prin filtru de sticlă, se spală cu etanol şi eter şi se usucă la aer.

Sinteza [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5). La 5,62 g (0,02 mol) de CoSO4⋅7H2O se adaugă 5 ml de apă distilată, apoi 30 ml de etanol şi la agitare continuă se adaugă 6 ml (0,1 mol) de monoetanolamină. La soluţia obţinută se adaugă soluţie de hidroxid de potasiu (1,12 g (0,02 mol) KOH în minim de apă). Cristalele obţinute se filtrează prin filtru de sticlă, se spală cu etanol şi eter şi se usucă la aer.

Concluziile despre compoziţia şi structura compuşilor obţinuţi au fost făcute în baza rezultatelor analizei elementelor, analizei termice, spectroscopiei IR şi analizei de difracţie cu raze X.

Cobaltul, după descompunerea componentelor organice din compoziţia complecşilor, a fost dozat în aceeaşi probă prin titrarea cu trilon-B la pH = 9, folosind ca indicator murexidul.

Determinarea cantitativă a carbonului şi hidrogenului a fost efectuată conform metodei lui Korshun, iar a azotului – după metoda propusă de Dumas.

Analiza termică a fost efectuată la derivatograful tip Paulik-Paulik-Erdei în intervalul de temperaturi 20-800ºC în atmosferă de aer, viteza de încălzire 5º/min., etalon – Al2O3.

Spectrele IR au fost înregistrate la spectrofotometrul Perkin-Elmer FTIR 1650 (pastile cu KBr) în intervalul 400-4000 cm-1.

Analiza cu raze X a monocristalelor a fost efectuată în laboratorul „Metode fizice de cercetare a corpului solid T.I. Malinovschi” al Institutului de Fizică Aplicată al AŞM.

Rezultate şi discuţii Studiind interacţiunea monoetanolaminei (Hetm) cu sărurile de cobalt(II) în soluţii apoase bazice, Brintzinger

şi Hesse au obţinut cristale roşii-violete aciforme cu compoziţia [Co(etm)3]⋅3H2O [15]. Autorii [14] obţin cristale



158

aciforme de culoare albastră-violetă cu aceeaşi compoziţie şi în baza analizei spectrelor de absorbţie în dome-niul vizibil şi IR presupun că aceste modificaţii reprezintă doi izomeri geometrici tris-β-aminoetilatul de cobalt(III). Analiza cu raze X ale cristalelor roşii-violete [16] a demonstrat că acestea reprezintă izomerul cu configuraţie facială. Configuraţia meridională a formei albastre-violete a fost confirmată prin analiza cu raze X în [17].

Atomii de oxigen ai ligandului din tris-β-aminoetilatul de cobalt(III), fiind deprotonaţi, pot servi în calitate de donori în reacţiile cu acizii. În scopul studierii procesului de protonare, precum şi a produşilor formaţi, au fost petrecute reacţiile tris-β-aminoetilatului de cobalt(III) cu acizii azotic şi sulfuric.

Deoarece mediul bazic favorizează coordinarea monoetanolaminei în formă deprotonată, a prezentat interes sinteza şi studiul produşilor de interacţiune a monoetanolaminei cu sărurile de cobalt(II) în mediu neutru sau slab bazic.

Analizând rezultatele obţinute s-a stabilit că în rezultatul reacţiilor de protonare a tris-β-aminoetilatului de cobalt(III) se obţin compuşi coordinativi cu compoziţia [Co(Hetm)3](NO3)3 (1), [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2), în care ligandul este complet protonat, iar interacţiunea monoetanolaminei cu nitratul şi acetatul de cobalt(II) în medii neutre duce la formarea compuşilor [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 (3) şi [Co(Hetm)3][Co(etm)3] (CH3COO)3⋅7H2O (4), în care ligandul coordinează la atomul de cobalt atât în formă monodeprotonată, cât şi în formă protonată. Sulfatul de cobalt(II) formează compusul respectiv [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5) numai în medii slab bazice (la 1 mol de sare de cobalt revine 1 mol de KOH). Rezultatele analizei unor ele-mente pentru compuşii sintetizaţi sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 1 Rezultatele analizei unor elemente din componenţa compuşilor 1-4

Nr. crt.

Conţinutul, %

Compusul Co C H N exp. calc. exp. calc. exp. calc. exp. calc.

1 [Co(Hetm)3](NO3)3 13,60 13,78 16,56 16,82 4,77 4,91 19,71 19,63 2 [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O 13,75 13,98 16,94 17,06 5,82 5,92 9,79 9,95 3 [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 17,47 17,69 21,33 21,59 5,68 5,85 18,79 18,89 4 [Co(Hetm)3][Co(etm)3](CH3COO)3⋅7H2O 15,25 15,05 27,34 27,55 7,72 7,91 10,48 10,71 5 [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O 18,16 18,09 21,91 22,08 6,24 6,44 12,69 12,88

Analiza termică (Tab.2) a arătat că toţi compuşii obţinuţi se descompun în câteva etape, care cuprind la

început etapa de deshidratare (70-140ºC), apoi are loc destrucţia lor termooxidativă (190-440ºC). Se observă că temperatura de descompunere a complexului este în funcţie de natura anionului, precum şi de compoziţia sferei interne : Tdesc(5) > Tdesc(2) > Tdesc(4).

Tabelul 2 Rezultatele analizei termice

Nr. crt. Compusul Net. Tînc. Tsf.

Scăderea masei Procesul

2 [Co(Hetm)3]2(SO4)3 ⋅ 4H2O 1 70 135 9 deshidratare 2 280 420 45 termoliză 1 75 140 16 deshidratare

4 [Co(Hetm)3][Co(etm)3] (CH3COO)3⋅7H2O 2 180 230 20 termoliză 3 270 400 22 termoliză 1 75 140 4 deshidratare

5 [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O 2 190 250 27 termoliză 3 310 440 28 termoliză


159

Din literatura de specialitate [18] se cunoaşte că pentru obţinerea informaţiei despre structura probabilă a compuşilor coordinativi este folosită pe larg spectroscopia IR, aşa cum modul de vibraţie a legăturilor într-un compus este influenţat de orientarea legăturilor în jurul atomului central, precum şi de configuraţia spaţială a ionului complex. Astfel, se cunoaşte că în spectrele de absorbţie ale izomerilor cis pentru complecşii dietilen-diaminici ai cobaltului(III) [19] se observă o scindare a benzilor de absorbţie ale oscilaţiilor de deformare pentru grupa amină în domeniile de 1600 şi 870-900 cm-1, pe când în spectrele izomerilor lor trans aceste scindări lipsesc. Deoarece în spectrele IR ale compuşilor cercetaţi benzile de absorbţie ale grupelor amine în aceste domenii sunt scindate, se poate presupune că atomii de cobalt se află într-o înconjurare facială a ligan-zilor. Numerele de undă ale unor benzi principale în spectrele IR pentru compuşii studiaţi sunt prezentate în Tabelul 3.

Tabelul 3 Unele frecvenţe caracteristice din spectrele IR

Nr. crt. ν(OH, H2O) νs(NH2) δ(NH2) ν(C-N) ν(C-O) ν(Co-O) ν(Co-N)

Hetm 3370 3170 1610 1170 1035

1 3330 3020 1600, 1590 870, 860

1140 1050 470 580

2 3300 3015 1600, 1595 870, 855

1140 1050 470 580

3 3380 3000 1605, 1590 889, 864

1175 1051 454 586

4 3380 3000 1605, 1595 888, 862

1170 1051 450 586

5 3360 3000 1605, 1590 880, 860

1175 1050 460 585

Analiza roentgenostructurală a permis determinarea exactă a compoziţiei şi structurii cristaline pentru

compuşii sintetizaţi. S-a stabilit că toţi compuşii au o configuraţie facială. În compuşii 1 şi 2 (Fig.1,2) sfera internă conţine trei molecule de monoetanolamină coordinată bidentat la atomul de cobalt, pe când în compuşii 3-5 (Fig.3-5) β-aminoetanolul coordinează la atomul de cobalt atât în formă protonată, cât şi în formă anio-nică monodeprotonată, iar atomii de hidrogen servesc în calitate de punte între cei doi complecşi octaedrici [Co(Hetm)3]3+ şi [Co(etm)3].

Fig.1. Structura cristalină a compusului [Co(Hetm)3](NO3)3 (1).



160

Fig.2. Structura cristalină a compusului [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2) (atomul de sulf S1 ocupă o poziţie specifică în cristal, care coincide cu centrul de simetrie, având respectiv factorul de ocupare a

poziţiei de 0,5 şi, ca rezultat, raportul Co:S = 2:3).

Fig.3. Structura cristalină a compusului [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 (3).

Fig.4. Structura cristalină a compusului [Co(Hetm)3][Co(etm)3](CH3COO)3⋅7H2O (4).


161

Fig.5. Structura cristalină a compusului [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5).

Rezultatele testării compuşilor coordinativi sintetizaţi asupra productivităţii spirulinei sunt prezentate în

Tabelul 4. Cercetările efectuate anterior au fost axate pe studiul acţiunii sărurilor anorganice de cobalt asupra productivităţii spirulinei [20] şi reglării conţinutului de iod în biomasă [21]. Studiile mai recente au demonstrat că adăugarea concomitentă a iodurii de potasiu şi a azotatului de cobalt(II) în mediul de cultivare a spirulinei a permis obţinerea unei biomase cu un conţinut majorat de iod. Acest fapt se datorează micşorării toxicităţii iodurii în urma complexării cu ionii de cobalt [22]. În lucrarea de faţă s-a pus scopul de a studia influenţa sărurilor complexe de cobalt(III) asupra productivităţii cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02.

Tabelul 4 Productivitatea cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02

la cultivare în prezenţa unor compuşi coordinativi ai cobaltului(III)

Productivitatea, g/l (% M) C,

mg/l [Co(Hetm)3] (NO3)3 (1)

[Co(Hetm)3]2

(SO4)3⋅4H2O (2) [Co(Hetm)3]

[Co(etm)3](NO3)3 (3)

[Co(Hetm)3] [Co(etm)3]

(CH3COO)3⋅7H2O (4)

[Co(Hetm)3] [Co(etm)3]2

(SO4)3⋅3H2O (5)

1 1,35±0,06 (96,43)

1,60±0,18 (114,29)

1,60±0,33* (114,29)

1,70±0,25 (121,43)

1,80±0,06* (128,57)

5 1,50±0,03* (107,14)

1,62±0,09 (115,71)

1,62±0,18 (115,71)

1,80±0,06 (128,57)

1,86±0,16 (132,86)

10 1,45±0,05 (103,57)

1,70±0,33 (121,43)

1,70±0,08 (121,43)

1,75±0,15* (125,00)

1,80±0,13 (128,57)

15 1,25±0,01 (89,29)

1,50±0,06* (107,14)

1,50±0,06 (107,14)

1,60±0,03 (114,29)

1,50±0,019 (107,14)

20 0,98±0,03 (70,00)

1,47±0,012* (105,00)

1,47±0,28 (105,00)

1,50±0,28 (107,14)

1,00±0,04* (71,43)

0 1,4±0,28 (100)

*p<0,05



162

S-a stabilit că biomasa algală obţinută la cultivare în mediile nutritive cu adaos de compuşi complecşi este influenţată diferit şi depinde de compoziţia sferei interne a complexului de cobalt, în special de numărul ato-milor de cobalt, legaţi cu forma protonată sau neprotonată a etanolaminei. Astfel, compusul coordinativ (1), care conţine un singur atom de cobalt legat cu trei resturi de aminoetilat, influenţează nesemnificativ asupra productivităţii în concentraţii de 1-10 mg/l. Odată cu creşterea concentraţiei productivitatea scade. Ceilalţi patru compuşi testaţi au o influenţă pozitivă asupra creşterii şi productivităţii spirulinei pentru toate concen-traţiile utilizate, cu excepţia compusului coordinativ (5), care la concentraţia de 20 mg/l duce la micşorarea pro-ductivităţii cu 28,57% faţă de proba martor. Pe de altă parte, acest compus, ce are în componenţa sa patru atomi de cobalt, în limitele de concentraţii 1-10 mg/l (ceea ce corespunde cu 0,307·10-5-3,07·10-5 mmol/l Co3+) contribuie la o majorare semnificativă a productivităţii cu 28,57- 32,86%, cu un spor maxim de 1,33 ori faţă de proba de referinţă la concentraţia de 5 mg/l (1,53·10-5 mmol/l). Complecşii (2) şi (3), care diferă după starea ligandului (protonată (2) sau molecule protonate şi anioni de aminoetilat (3)) au o influenţă similară asupra productivităţii. Cu toate că complecşii [Co(Hetm)3][Co(etm)3](CH3COO)3⋅7H2O (4) şi [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5) au o compoziţie identică a sferei interne şi concentraţii apropiate ale cobaltului, efectul mai esenţial al com-pusului coordinativ (5) ar putea fi legat de un grad de disociere mai înalt al ionului complex şi influenţei ulte-rioare a ionilor de Co3+ asupra proceselor biosintetice, care se derulează în celulele cianobacteriene. Gradul de disociere mai scăzut al ionului complex în compusul 4 poate fi datorat influenţei restului acid acetat din sfera externă, care poate imobiliza ionii de hidrogen ce leagă complecşii [Co(Hetm)3]3+ şi [Co(etm)3].

Rezultatele obţinute corelează cu datele din literatură privind influenţa cobaltului asupra productivităţii unor alge şi cianobacterii. La concentraţii relativ joase de Co2+ a fost observată o creştere a evoluţiei O2 pentru algele Monoraphidium minutum şi Nityshia perminuta, însă odată cu creşterea concentraţiei aceşti ioni aveau efect inhibitor asupra asimilării oxigenului. În anumite concentraţii Co2+ influenţează asupra transportului de electroni şi asupra activităţii PS II. De asemenea, şi la cianobacteria Synechocystis PCC 6803 s-a stabilit că 10 mmol CoCl2 stimulează viteza transportului de electroni în PS II [23].

S-a observat că enzima Mg2+ dependentă – glutaminsintetaza este activată de către cobalt la spirulină, procesul fiind independent de ATP [24]. Algele unicelulare Monoraphidium minutum şi Nityshia perminuta (diatomee) au fost cultivate în prezenţa unor concentraţii diverse de Co2+ [25]. S-a atestat un efect pozitiv al acestor ioni asupra creşterii Monoraphidium minutum şi un spor al productivităţii cu 8-13% în limitele de concentraţii de 0,1-0,5 ppm Co2+ şi cu 5-9% în cazul Nityshia perminuta la concentraţii de 0,5-1,5 ppm. În aceste limite de concentraţii se încadrează şi compusul (5), care a contribuit la un spor maxim al productivi-tăţii spirulinei la concentraţiile de 0,18-1,8 ppm (0,307-3,07 10-5mmol/l).

Astfel, putem concluziona că compuşii cercetaţi au un efect pozitiv asupra creşterii şi productivităţii ciano-bacteriei Spirulina platensis CNM CB-02 în limite joase de concentraţii ale Co(III).

Concluzii

1. În rezultatul reacţiei de protonare a tris-β-aminoetilatului de cobalt(III) cu acizii azotic şi sulfuric au fost obţinuţi compuşii [Co(Hetm)3](NO3)3 (1) şi [Co(Hetm)3]2(SO4)3⋅4H2O (2), în care ligandul se află în formă complet protonată.

2. S-a stabilit că interacţiunea monoetanolaminei cu sărurile de cobalt(II) în medii alcoolice neutre şi slab bazice duce la formarea compuşilor coordinativi, care conţin în calitate de ligand atât molecule de β-aminoetanol, cât şi anioni de β-aminoetilat: [Co(Hetm)3][Co(etm)3](NO3)3 (3), [Co(Hetm)3][Co(etm)3](CH3COO)3⋅7H2O (4) şi [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5).

3. Compoziţia şi structura compuşilor cercetaţi au fost stabilite în baza rezultatelor analizei elementelor, analizei termogravimetrice, spectroscopiei IR şi concretizate prin analiza cu raze X ale monocristalelor.

4. Testarea compuşilor coordinativi sintetizaţi asupra productivităţii cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02 a arătat că biomasa algală obţinută depinde de compoziţia sferei interne a complexului de cobalt, în special, de cantitatea de cobalt (mmol/l).

5. Compusul [Co(Hetm)3][Co(etm)3]2(SO4)3⋅3H2O (5), care are în compoziţia sferei interne patru atomi de cobalt, în limitele de concentraţii 1-10 mg/l (ceea ce corespunde cu 0,307·10-5-3,07·10-5 mmol/l Co3+) con-tribuie la o majorare semnificativă a productivităţii cu 28,57- 32,86%, cu un spor maxim de 1,33 ori faţă de proba de referinţă, la concentraţia de 5 mg/l (1,53·10-5 mmol/l).


163

Referinţe:

1. Cogne G., Lehmann B., Dussap C-G., Gros J-B. Uptake of macrominerals and trace elements by the cyanobacterium Spirulina platensis (Arthrospira platensis PCC8005) under photoautotrophic conditions: culture medium optimization // Biotechol Bioeng. - 2003. - Vol.81. - No5. - P.588-593.

2. Cotovaia A. Crystal and biological investigation of cobalt (III) of tris-β-aminoethylate modifications // A XXVIII-a Conferinţă naţională de chimie. Călimăneşti-Căciulata, Vâlcea România. 6-8 octombrie 2004, p.231.

3. Gulea A., Cotovaia A., Shova S., Novitchi Gh., Rudic V. Cobalt(III) complexes with monoethanolamine. // Abstracts of the 1-st International Conf. of the Moldavian Chemical Society „Achievements and perspectives of modern Chemistry”. - Chişinău, 2003, p.92.

4. Kahn Z., Bhadouria P., Bisen P.S. Nutritional and therapeutic potential of Spirulina platensis // Curr. Pharm. Biotechnol. - 2005. - Vol.6. - No5. - P.373.

5. Rudic V., Bulimaga V., Zosim L., Chiriac T., Turtă C., Lăzărescu A. Nanobiotechnology of iron rich spirulina cultivation as a source of antianemic products // Abstracts of 4-th International conference on „Microelectronics and Computer Science”. - Chişinău, 2005, p.288-291.

6. Рудик В.Ф., Грамма С.Б., Гуля А.П. Влияние координационных соединений металлов на продуктивность и биохимический состав Dunaliela Salina meog. // Альгология. 1995. - Т.5. - 1. - C.93.

7. Watanabe F., Katsura H., Takenaka S., Fujita T., Abe K, Tamura Y., Nakatsuka T., Nakano Y. Pseudovitamin B(12) is the predominant cobamide of an algal health food, spirulina tablets // J. Agric. Food Chem. - 1999. - Vol.47. - No.11. - P.4736-4741.

8. Stabler S., Allen R. Vitamin B12 deficiency as a worldwide problem // Annu Rev. Nutr. - 2004. - Vol.24. - P.299-326. 9. Kittaka-Katsura H., Fujita T., Watanabe F., Nakano Y. Purification and characterization of a corrinoid compound

from Chlorella tablets as an algal health food // J. Agric. Food Chem. - 2002. - Vol.50. - No.17. - P.4994-4997. 10. Watanabe F., Miyamoto E., Nakano Y. Inactive corrinoid-compound significantly decreases in Spirulina platensis

grown in a cobalt-deficient medium // J. Agric. Food Chem. - 2001. - Vol.49. - No.11. - P.5685-5688. 11. Rudic V. Aspecte noi ale biotehnologiei moderne. - Chişinău: Ştiinţa, 1993. - 140 p. 12. Rudic V., Gudumac V., Popovici M. Ficobiotehnologie – realizări noi în biomedicină. - Chişinău: Cuant, 1995, p.206. 13. Максимов В. Многофакторный эксперимент в биологии. - Москва: Изд-во МГУ, 1980. - 280 с. 14. Удовенко В.В., Степаненко О.Н. О геометрических изомерах трис-[β-аминоэтилата]-кобальта (III) // Журнал

неорганичнской химии. - 1969. - T.14. - 1. - C.1581. 15. Brintzger Н., Hesse B. Preparation of tris-(monoetanolamine) cobalt(III) // Z. anorg. und allgem. Chem. - 1941. -

B.248. - No1. - P.35. 16. Гуля А.П., Кокунов Ю.В., Шова С.Г. и др. Полиэдрическая изомерия фас-(β-аминоэтилата)-кобальта(III)

тригидрата // Доклады АН СССР. - 1989. - T.3. - 3. - C.627. 17. Котовая А.С., Шова С.Г., Симонов Ю.А., Рошу Т., Гуля А.П. Строение и свойства новых кристаллических

форм трис-(аминоэтанолато-O,N)кобальта(III) // Координационная химия. - 2006. - T.32. - 11. - C.874. 18. Накамото К. Инфракрасные спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. -

Москва: Мир, 1991, c.540. 19. Baldwin M.E. The Infrarea Spectra of Cobalt(III) Ethylendiamine Complexes. Part I. Vibrational of the

Ethylendiamine Chelate Ring // J. Chem. Soc. - 1960. - No5. - P.4369. 20. Sharma R., Panigrahi S., Azeez P. Effect of cobalt on the primary productivity of Spirulina platensis // Bulletin of

Environmental Contamination and Toxicology. - 1987. - Vol.39. - No.4. - p.716–720. 21. Kotinskiĭ A., Chernukhina L., Donchenko G., Palivoda O., Kostenko I., Stepanenko S., Palivoda K. Effect of iodine

and cobalt salts on content of biologically active substances in spirulina biomass // Ukr Biokhim Zh. - 2004. - Vol.76. - No.2. - P.112-116.

22. Bulimaga V., Zosim L., Ciumac D., Bejan T., Chiriac T., Djur S. Biomasa de spirulină îmbogăţită cu iod- sursă alternativă de iod // Studia Universitatis (USM, Chişinău). Seria „Ştiinţe ale naturii”. - 2007. - Nr.1. - P.55-60.

23. Tiwari S., Mohanty P. Cobalt chloride induced stimulation of photosystem II electron transport in Synechocystis PCC 6803 cells // Photosynth. Res. - 1993. - No.38. - P.463-469.

24. Dang H., Solovieva N., Evstegneeva Z., Kretovisc V. Purification, physiochemical properties and kinetics of Spirulina platensis glutamine synthetase // Appl. Biochem. and Microb. - 1988. - Vol.23. - No.6. - P.621-626.

25. Sheekh M.M., Naggar A.H., Osman M.E.H., Mazaly E.El. Effect of cobalt on growth, pigments and the photosynthetic electron transport in Monoraphidium minutum and Nitzchia perminuta // Braz. J. Plant Physiol. - 2003. - Vol.15. - No.3. - P.123-125.

Notă: Lucrarea a fost realizată cu suportul financiar din cadrul Proiectului 07.407.04.04.PA „Noi biotehnologii ecologice în creşterea, reproducerea şi dezvoltarea tineretului animalier” din cadrul Programului de Stat „Elaborarea şi implementarea sistemului de agricultură ecologică”.




164

FLUORFOSFAŢI ÎN MEDICINA DENTARĂ. II.

MONOFLUORFOSFATUL DISODIC

Teodor DEHELEAN

Institutul de Chimie din Timişoara al Academiei Române This work presents the original contribution obtained as a result of our research concerning the synthesis and

characterization of some fluoridation agents in dentistry and their action upon dental tissues. Introducere Lucrarea prezintă rezultatele cercetărilor referitoare la sinteza, caracterizarea şi aplicaţiile unor compuşi

anticarie, folosiţi ca aditivi în formularea pastelor de dinţi. Sunt prezentate (în lucrările publicate anterior), aspecte referitoare la folosirea unor compuşi fluoruraţi în reţete de înlocuitori de sânge, agenţi de contrast şi diagnoză, medicamente, emulgatori etc. [1,2]. Au fost publicate, de asemenea, structurile unor materiale dentare care conţin fluor şi acţiunea lor asupra ţesuturilor dentare [3,4,7,8]. Scopul acestei lucrări este de a face cunoscute rezultatele cercetărilor noastre privind obţinerea în condiţii optime a unor compuşi fluoruraţi eficienţi în protecţia dentară. Fluorura de sodiu se foloseşte pentru tratamentul osteoporozei. Amine fluoru-rate se folosesc de asemenea în formulări de paste de dinţi. Cercetările dentare au demonstrat de mai mulţi ani că o cantitate minimă de fluor întăreşte dinţii, ajută la prevenirea cariilor, în special la copii, când dinţii sunt în formare [5]. Adăugarea fluorului, ca NaF, în pastele de dinţi este o metodă eficace de prevenire a cariilor. Dar NaF este toxică.

Teste autorizate au demonstrat că monofluorfosfatul disodic, Na2PO3F, este un aditiv excelent pentru for-mularea pastei de dinţi, având şi rol de agent de lustruire şi ducând la prevenirea cariilor. S-a arătat, de ase-menea, că atunci când în apa de băut se adaugă Na2PO3F, într-o cantitate de cca 40 ppm, se observă o redu-cere evidentă a cariei dentare. Ionul PO3F2- nu se hidrolizează apreciabil în corp, de aceea este mult mai puţin toxic decât NaF. Fluorul nu trebuie să fie prezent neapărat ca F- pentru a fi inhibitor al cariilor dentare [5,6].

Partea experimentală În cadrul lucrărilor experimentale s-a pus la punct, în fază de laborator, un proces tehnologic pentru obţi-

nerea monofluorfosfatului disodic prin pirosinteză conform reacţiei (1). S-a pornit de la NaF şi NaPO3 ca materii prime.

NaF + NaPO3 → Na2PO3F (1)

S-au determinat condiţiile de reacţie pentru sinteza produsului şi influenţa diferiţilor parametri asupra ran-damentului. Raportul optim de reacţie este cel stoechiometric. Reacţia a avut loc în vase de reacţie din platină. Randamente maxime s-au obţinut la timpi de reacţie de peste 2 ore. Perioada de presintetizare a materiilor prime uscate a fost de 1-3 ore. Produsul de reacţie este o pulbere albă cu punct de topire cca 625ºC, este solu-bil în apă, având pH-ul soluţiei 1% în apă distilată aproximativ 7,3. Timpul optim de reacţie este de 3 ore. Produsul de reacţie a avut 6,5-9% NaF nereacţionată. Prezenţa NaF nereacţionată în produsul finit nu impune probleme deosebite de purificare, dacă produsul este destinat tratării apei sau ca aditiv în pastele de dinţi, deoarece ceea ce s-a urmărit a fost obţinerea unui produs mai puţin toxic. S-a reuşit obţinerea unui produs pentru care este caracteristică reducerea de circa 5 ori a conţinutului în NaF cu acelaşi efect ca produs anticarie, sau ca aditiv în apa potabilă. Cel mai mic conţinut în NaF a fost obţinut la sinteze din reactanţi uscaţi 2 ore la 150-200ºC, care au fost supuşi reacţiei de pirosinteză timp de 3 ore la 500-700ºC. Răcirea produsului s-a făcut în cuptor până a doua zi.

În Figura 1 este prezentată derivatograma monofluorfosfatului disodic obţinut. Derivatograma s-a realizat cu un aparat TGA/SDTA 851-LF 1100 Mettler, Balanţa MT5, max. 5g, sensibilitate 1 µg, T 20-1100ºC, viteza de încălzire de 10ºC/min. sub pernă de azot în atmosferă dinamică cu un debit de 50 ml/min., în creuzet de platină.



165

S-au urmărit: - variaţia temperaturii sistemului la încălzire cu viteză constantă (ATD); - variaţia masei sistemului în timpul tratamentului termic (TG); - efecte termice prin termogravimetrie diferenţială (DTG). În intervalul de temperatură urmărit, între 20 şi 900ºC, sistemul prezintă o modificare de fază, un proces

de topire complet la cca 625ºC, după care apare un domeniu de stabilitate termică corespunzător compusului Na2PO3F definit din punct de vedere chimic. Derivatograma din Figura l redă efectul global al proceselor ce decurg paralel.

Fig.1. Derivatograma monofluorfosfatului disodic (Na2PO3F). Stabilitatea termică a produsului de reacţie a fost studiată prin interpretarea curbelor TG, ATD şi DTG

pentru o probă supusă reacţiei timp de 3 ore la 600ºC. Pe curbele ATD apar efecte slab endoterme la 70-100ºC şi mai intense la 200-300ºC datorate transformărilor consecutive. Un alt efect endoterm semnificativ apare la 720ºC şi se poate atribui, probabil, formării legăturii P-F evidenţiată în spectrul IR la 900 cm-1.

Înregistrarea TG indică un proces de pierdere rapidă de masă între 200 şi 300ºC şi mai lentă între 300 şi 625ºC, care atinge valoarea totală de 10,48%, datorită eliminării din sistem a produselor volatile formate, până la definitivarea fazei lichide omogene.

Efectul termic global este endoterm.

Rezultate şi discuţii Rezultatele analizei termice pun în evidenţă limitele stabilităţii produsului de reacţie şi inutilitatea folo-

sirii în sinteză a unei temperaturi mai mari de 800ºC. Pentru sinteza Na2PO3F temperatura optimă este de 600-800ºC. La această temperatură viteza de reacţie

are valoare ridicată şi se obţine un randament maxim în monofluorfosfat. Produsul brut se poate purifica prin dizolvare în apă distilată şi îndepărtarea fosfatului de sodiu prin pre-

cipitare cu Ag2PO3F. Spectrele de absorbţie în infraroşu (spectrele IR) oferă date calitative importante în ce priveşte, mai ales,

starea sau modificările grupelor funcţionale. Exprimat în numere de undă, domeniul cercetat a fost între 400 şi 4000 cm-1.

’



166

Intensitatea benzilor s-a apreciat calitativ şi s-a notat astfel: foarte intense (fi), intense (i), medii (m), slabe (s), bandă largă (l).

Din analiza spectrului IR rezultă benzi caracteristice, care au fost atribuite astfel: OH (s) la 3400 cm-1 şi 1600 cm-1, PO3 (i) la 1100-1200 cm-1, respectiv (m) la 1000-1050 cm-1 şi PF (m) la 900cm-1.

Spectrele IR s-au realizat cu aparatul SPECORD 75 IR în pastilă de KBr. Apariţia unei benzi caracteristice legăturii P-F la 900 cm-1 confirmă desfăşurarea sintezei conform reacţiei (1).

Randamentele în produs brut în condiţiile de lucru au fost de 80-90%. S-a folosit în sinteze NaF p.a. Merck, GM 41,99 cu min. 99% NaF, max. 0,02% apă; max. 0,5% HF, max.

0,5% NaOH, max. 0,2% pierderi la 150ºC şi metafosfat de sodiu, Na PO3 p.a. Carlo Erba cu 67,5% P2O5.

Concluzii Scopul acestei lucrări a fost de a cerceta condiţiile de reacţie pentru obţinerea pe cale uscată, prin pirosin-

teză, a monofluorfosfatului disodic, Na2PO3F, mai puţin toxic decât NaF, destinat formulării pastelor de dinţi şi tratării apei potabile.

S-a pus la punct un proces tehnologic de laborator, stabilind condiţiile de lucru pentru evitarea coroziunii, realizarea unor randamente acceptabile, pentru obţinerea în condiţii optime a monofluorfosfatului disodic, pornind de la NaF şi NaPO3 ca materii prime. Raportul optim de reacţie este cel stoechiometric.

Reacţia a avut loc în vase de reacţie din platină. Randamente maxime s-au obţinut la timpi de reacţie de peste 2 ore, la temperaturi de 600-800ºC, când se realizează fuziunea completă a reactanţilor.

Referinţe:

1. Caslavsky V.B., Gron P., U.S. Patent 4,353,892 (1982). 2. Toy D.F.A. Inorganic Phosphorus Chemistry, Stauffer Chemical Company, Westport, Connecticut, 1973, p.534-536. 3. Toy D.F.A. Phosphorus Chemistry in Everyday Living, American Chemical Society, Wasington D.C. 1976, p.36-62. 4. Caporiccio G. // Swisschem, 1987. - No5. - P.39. 5. Dehelean T. Înlocuitori de sânge. Compuşi fluoruraţi în medicină. - Timişoara: Sudura, 1999, p.139-159. 6. Dehelean T. Fluorotenside. - Timişoara: Brumar, 2000, p.196. 7. Roşu M., Matei R., Dehelean T., Popescu V., Cărăban A. //Analele Universităţii din Oradea, Fasc. Chimie, X, 2003,

p.89. 8. Chiculuţă R., Roşu M., Matei L., Dehelean T. // The second International Congress Oral Health and Dental Manage-

ment in The Black Sea Area, Constanţa, 5-8 iunie 2003, p.45.




167

BUTANOL POLIETOXILAT.II.

Teodor DEHELEAN, Zoltan SZABADAI*

Institutul de Chimie din Timişoara al Academiei Române *Universitatea de Medicină şi Farmacie „Victor Babeş”, Timişoara (România) In the present paper the results of original contribution, concerning the synthesis of ethoxylated butanol and charac-

terization of the resulting product, are presented. Butanol and ethylene oxide were used in 1:5 molar ratio. Potassium hydroxide is used as catalyst, the starting material being butanol originated from different sources. The behavior of reaction product in aqueous solution has been investigated.

Introducere În lucrare sunt prezentate rezultatele cercetărilor referitoare la sinteza, caracterizarea şi proprietăţile apli-

cative ale butanolului polietoxilat. Cercetările recente legate de sinteza şi proprietăţile substanţelor tensio-active neionice s-au diversificat în ultimul timp din cauza biodegradabilităţii asigurate de structura lanţului hidrofob [1-8]. Un lanţ hidrofob liniar asigură un grad de biodegradabilitate mai mare de 90%. Dacă lanţul hidrofob este mai scurt de zece atomi de carbon şi conţinutul de oxid de etilenă mai mic de 10 moli, gradul de biodegradabilitate creşte. Ponderea cea mai mare (peste 80%) din producţia de alcooli graşi polietoxilaţi este realizată pe bază de alcooli liniari [1-3].

Reacţia de polietoxilare constă din adiţia oxidului de etilenă la compuşi cu hidrogen activ şi are loc în cataliză bazică, acidă sau în prezenţă de catalizatori selectivi. Mecanismul reacţiei totale este o substituţie nucleofilă SN1 şi constă dintr-o succesiune de reacţii intermediare (1), (2), (3) de iniţiere şi de creştere a lanţului polioxietilenic, în urma cărora rezultă un amestec de polimeri cu diferite greutăţi moleculare, de-scrise de curbe de distribuţie a gradului de polietoxilare, mai înguste sau mai largi, în funcţie de natura cata-lizatorului. În literatură sunt menţionaţi catalizatori alcalini clasici: NaOH, KOH, alcoxizi de sodiu şi potasiu, oxizi de calciu, magneziu, aluminiu sau amestec de oxizi metalici modificaţi prin tratament cu acizi carboxi-lici sau cu acid fosforic. Literatura arată că fosfatul de lantan, LaPO4 şi alţi oxizi activaţi cu acid fosforic sunt catalizatori activi în reacţia de polietoxilare [3].

O

CH2CH2 Cat. KOH

120-160 oCROH + RO(CH2CH2O)H

O

CH2CH2 Cat. KOH

120-160 oC(n-1)RO(CH2CH2O)H + RO(CH2CH2O)nH

În cazul alcoolilor polietoxilaţi există o diferenţă mare între proprietăţile produselor obţinute în cataliză

alcalină, cu distribuţie largă, şi cele obţinute cu catalizatori selectivi, având distribuţie îngustă. Astfel, în cataliză alcalină reacţia de echilibru:

R-OCH2CH2O + ROH RO + R-OCH2CH2OH- -

este deplasată spre stânga, specia R-OCH2CH2O- reacţionează cu oxidul de etilenă, obţinându-se un număr mare de etoximeri, dar rămâne şi o cantitate de alcool nereacţionată care afectează calitatea produselor obţi-nute pe baza acestei substanţe tensioactive [4-6].

Butanolul este o materie primă importantă în industria substanţelor tensioactive şi a fost folosit iniţial ca solvent în concentrate emulsionabile fitofarmaceutice. Se poate obţine prin oxosinteză folosind ca materie primă propilena, sau prin fermentaţie din cereale. Sunt cunoscuţi ca tensioactivi şi cercetaţi derivaţi polietoxi-laţi ai alcoolilor cu cel puţin 12 atomi de carbon în moleculă cu 5-50 moli oxid de etilenă [4,5].

Scopul acestei lucrări este de a determina proprietăţile fizico-chimice şi aplicative ale butanolului poliet-oxilat cu 5 moli oxid de etilenă, obţinut în cataliză alcalină, folosind KOH drept catalizator.

(1)

(2)

(3)



168

Material şi metode S-a folosit în sinteze: 1. Alcool butilic normal, CH3CH2CH2CH2OH, lichid limpede incolor, reactiv p.a., M.74,12 g/mol, inter-

val de distilare (95%) 116-118ºC, reziduu la evaporare, %max. 0,005, aciditate ca acid butilic max. 0,01%, densitate relativă 0,809-0,811, respectiv.

2. n-butanol, lichid limpede, incolor, M 74,12 g/mol, densitate 0,8098 g/cm3 (20ºC), solubilitate în apă 9,1 mL/100 mL H2O la 25ºC, Tt = -89,5oC, Tf = 117,73ºC (390,9K), vâscozitatea 3 cP (la 25ºC), obţinut prin fermentaţie, utilizabil ca solvent şi ca biocombustibil.

3. Oxid de etilenă, gaz lichefiat, având Tt = -111,3ºC, Tf = 10,7ºC, densitate 0,8909 g/cm3 şi KOH reactiv p.a. drept catalizator.

Pentru obţinerea produsului, în reactorul de polietoxilare, uscat, purjat cu azot, sub agitare, se introduce cantitatea de butanol corespunzătoare şi 0,2% catalizator. Se purjează din nou cu azot pentru îndepărtarea urmelor de oxigen şi se încălzeşte materia primă la cca 110ºC la o presiune a pernei de azot de 1,5-2 bar. Se începe adaosul de oxid de etilenă (OE) în porţiuni mici, urmărindu-se ca presiunea sa nu crească peste 3 bar. La un moment presiunea începe să scadă sub 1,5 bar, când se continuă adaosul de OE în porţiuni mici astfel ca presiunea să nu depăşească 3 bar, menţinând temperatura de 110-160ºC. Reacţia este exotermă. Se conti-nuă astfel până se consumă toată cantitatea de OE corespunzătoare raportului butanol/oxid de etilenă pentru butanol polietoxilat cu 5 moli oxid de etilenă, BO5. După adiţia întregii cantităţi de OE produsul reacţiei se răceşte, se spală cu azot, apoi se depozitează în ambalaje închise.

Produsul obţinut, butanolul polietoxilat (BO5), corespunde la cca 5 moli oxid de etilenă, respectiv cca 80%OE. Produsele obţinute au fost simbolizate astfel: BO5 Prl obţinut din butanol de sinteză, respectiv BO5Pr2 obţinut din butanol de fermentaţie. Produsul BO5Pr2 s-a separat, la temperatura ambiantă, în două faze: una solidă inferioară simbolizată BO5Pr2aFS şi una lichidă superioară simbolizată BO5Pr2bFL. La încălzire peste 40ºC ambele produse sunt omogene şi limpezi. Cele două faze au fost analizate separat. Prezentăm în această lucrare rezultatele experimentale pentru BO5Pr1, respectiv BO5Pr2aFS şi BO5Pr2bFL.

Am determinat solubilitatea produsului obţinut în solvenţi polari şi nepolari la 20ºC şi comportarea soluţiei 1% în apă bidistilată, la încălzire.

Prin cromatografie HPLC şi spectrometrie IR s-a urmărit caracterizarea produsului finit în funcţie de con-diţiile de lucru şi provenienţa butanolului.

Cromatogramele au fost realizate cu un ansamblu modular HPLC, produs al firmei JASCO, echipat cu un şir de detectoare funcţionale în domeniul ultraviolet şi vizibil. Pentru separările componentelor s-a utilizat o coloană cu faza staţionară nepolară (Nucleosil C18), la temperatura ambiantă. Faza mobilă a fost metanol de puritate cromatografică. La detectarea componentelor s-a folosit regimul special al sistemului cromatografic urmărind eluatul, în fiecare moment al procesului de eluţie, la lungimea de undă la care absorbţia optică este maximă.

Spectrele de absorbţie în domeniul infraroşu mijlociu au fost înregistrate cu ajutorul unui spectrometru FTIR, produs al firmei JASCO (seria 680), capabil să acopere domeniul spectral 4000 ... 400 cm-1. Probele lichide au fost investigate în formă de film lichid (geamuri de CaF2), iar cele solide în comprimat de bromură de potasiu. Bromura de potasiu utilizată a fost de puritate spectroscopică (UVASOL).

Spectrele de absorbţie în infraroşu (spectrele IR) oferă date calitative importante în ce priveşte, mai ales, starea sau modificările grupelor funcţionale. Intensitatea benzilor s-a apreciat calitativ şi s-a notat astfel: foarte intense (fi), intense (i), medii (m), slabe (s), bandă largă (l).

În afară de picurile caracteristice produsului reacţiei de bază apar picuri suplimentare, ce pot fi atribuite unor impurităţi, care pot influenţa proprietăţile aplicative ale produselor realizate cu această substanţă activă. Aspectul era de aşteptat având în vedere sursele diferite de provenienţă ale butanolului obţinut prin sinteză sau prin fermentaţie. Producătorii de butanol polietoxilat trebuie să se aştepte la caracteristici diferite ale pro-duselor realizate, deşi normele tehnice ale materiei prime nu pun în evidenţă diferenţe de calitate semnificative.

Butanolul polietoxilat BO5 obţinut din reactiv p.a. este solubil în apă bidistilată, având soluţia 1% limpede. Este solubil în metanol, benzen, toluen şi ciclohexanol. Solubilitatea în apă bidistilată descreşte cu creşterea temperaturii, astfel că produsul are un punct de tulburare caracteristic şi altor alcooli polietoxilaţi.

Tensiunile superficiale ale soluţiilor apoase s-au determinat prin metoda inelului de platină agreată de ISO (International Standard Organization), cu aparatul KRÜSS. Pentru determinarea concentraţiei critice



169

micelare (CCM) s-au preparat soluţii apoase de concentraţie 1% în apă bidistilată, care s-au diluat progresiv măsurându-se de fiecare dată tensiunea superficială. Toate determinările s-au făcut la temperatura de 20ºC, după o agitare de 10 minute, imediat după prepararea soluţiilor.

Din datele obţinute, folosind un program de calcul performant, programul TESCRIS, s-a reprezentat gra-fic variaţia tensiunii superficiale în funcţie de concentraţia în substanţă activă (care arată ca în Fig.2) şi s-au determinat concentraţiile critice micelare şi tensiunile superficiale corespunzătoare [7].

Puterea de udare s-a determinat conform STAS 6097-68.

Rezultate şi discuţii Produsele obţinute, analizate prin tehnica HPLC, şi timpii de retenţie sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 1

Datele cromatografice ale produselor de reacţie la sinteza BO5

Produs de reacţie Timp de retenţie (minute) al componentelor separate BO5Pr1 din reactiv p.a. 2,37 (i) BO5Pr2aFS 2,53 (s); 2,97 (i); 3,72 (fs) BO5Pr2bFL 1,79 (s); 2,36 (i); 2,93 (fs); 3,74 (s) i – semnal intens s – semnal slab fs – semnal foarte slab Datele HPLC evidenţiază faptul că produsul de reacţie rezultat din butanol de puritate p.a. este unitar din

punct de vedere cromatografic, în timp ce produsul rezultat din butanol de fermentaţie este un amestec. Spectrul FTIR al produsului de reacţie (BO5Pr1), obţinut din butanol p.a., este reprodus în Figura 1.

B05-CaF2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000

numar de unda (1/cm)

T (%

)

Fig.1. Spectrul FTIR al produsului BO5Pr1.

Câteva benzi se pot asocia cu caracteristicile structurale preconizate ale produsului de reacţie. Astfel,

banda largă cuprinsă între 3200 şi 3600 cm-1 se poate atribui grupei hidroxil implicată intens în legături de hidrogen intermoleculare. Grupajul de benzi dintre 2800-3000 cm-1 este caracteristic grupelor metilenice. Banda deosebit de intensă cuprinsă între 1000 şi 1200 cm-1, absentă în spectrul IR al butanolului, indică pre-zenţa grupei etoxi în structura moleculei produsului finit.



170

Spectrele FTIR ale produselor BO5Pr2aFS şi BOPr2bFL sunt practic identice cu cel al produsului BO5Pr1, fapt care susţine ipoteza ca diferenţele cromatografice ale produselor menţionate constau în organizarea supramoleculară diferită a etoximerilor în faza lichidă şi mai puţin în diferenţa de structură la nivelul mole-culelor individuale.

Rezultatele determinărilor şi principalele proprietăţi superficial active şi aplicative sunt prezentate în Tabelele 2-4.

În Tabelul 2 sunt prezentate variaţiile tensiunilor superficiale ale soluţiilor apoase ale produselor cerce-tate, în funcţie de concentraţie la 20ºC, în Tabelul 3 sunt prezentate caracteristicile soluţiilor apoase, iar în Tabelul 4 principalele proprietăţi superficiale. În toate determinările experimentale s-a folosit apă bidistilată.

În Figura 2 este prezentată variaţia tensiunii superficiale în funcţie de concentraţie pentru produsele cer-cetate.

Tabelul 2

Variaţia tensiunii superficiale în funcţie de concentraţia în apă bidistilată la 20ºC

Tensiunea superficială, în mN/m, în funcţie de concentraţia în substanţă activă, în % Produsul 1,000 0,500 0,250 0,125 0,062 0,032 0,016 0,008 BO5 Pr1 31,00 32,20 33,20 39,50 44,50 50,50 53,50 54,50 BO5Pr2a FS 42,50 42,50 45,30 50,50 53,00 56,40 61,00 65,50 BO5Pr2bFL 43,50 45,50 47,00 53,20 61,50 65,50 67,25 69,00

Tabelul 3

Caracteristicile soluţiilor apoase ale produselor la 20ºC

Produsul Concentraţia (%)

Solubilitatea, în apa bidistilată

Observaţii (Aspectul soluţiei la concentraţia totală)

BO5 Pr1 1 solubil limpede la 20ºC BO5Pr2a FL 1 parţial solubil opalescent la 20ºC BO5Pr2bFS 1 parţial solubil tulbure la 20ºC

Tabelul 4

Principalele proprietăţi superficial active ale produselor cercetate, în apă bidistilată la 20ºC

Produsul Concentraţia critică micelară CCM, %

Tensiunea superfi-cială la CCM, mN/m

Timpul de udare al soluţiei 0,5%, în secunde

Aspectul soluţiei 1%, în apă (solubilitatea)

BO5 Pr1 0,0183 34,335 73 limpede BO5 Pr 2bFL 0,0332 42,50 315 opalescent BO5Pr2aFS 0,0537 47,285 900 tulbure

Fig.2. Variaţia tensiunii superficiale în funcţie de concentraţia în apă bidistilată a butanolului polietoxilat. S1 = BO5 Pr1; S2 = BO5Pr2bFL; S3 = BO5Pr2aFS.

0

20

40

60

80

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Concentraţia (%)

(mN/m) S1 (BO5 Pr1)

S2 (BO5 Pr2bFL)

S3 (BO5 Pr2aFS)

Tensiunea superficială



171

Concluzii Identitatea alurii şi poziţia benzilor de absorbţie FTIR ale produselor realizate din butanol obţinut prin

fermentaţie, BO5Pr2aFS şi BO5Pr2bFL, cu cele ale produsului BO5Pr1, reactiv p.a., sugerează ipoteza că diferenţele constatate în cromatograme se pot pune pe seama organizării supramoleculare diferite a etoximeri-lor în faza lichidă şi mai puţin pe seama diferenţei de structură manifestată la nivelul moleculelor individuale.

Datele HPLC evidenţiază faptul că produsul de reacţie rezultat din butanol de puritate p.a. este unitar din punct de vedere cromatografic, în timp ce produsul rezultat din butanol de fermentaţie este un amestec.

În afară de picurile caracteristice produsului reacţiei de bază, apar picuri suplimentare ce pot fi atribuite unor specii moleculare diferite, care pot influenţa proprietăţile aplicative ale produselor realizate. Aspectul era de aşteptat, avându-se în vedere sursele diferite de provenienţă ale butanolului obţinut prin sinteză sau prin fermentaţie. Producătorii industriali de butanol polietoxilat trebuie să se aştepte la caracteristici diferite ale produselor realizate prin polietoxilare, deşi normele tehnice ale materiei prime nu pun în evidenţă dife-renţe de calitate semnificative.

Produsul obţinut din reactiv se dizolvă uşor în apă. Duritatea apei nu influenţează proprietăţile aplicative ale produsului. Acesta reduce tensiunea superficială a soluţiilor apoase asigurând un efect superior prin dis-persie uniformă. Nu este toxic şi este biodegradabil, fără pericol de poluare a apelor. Nu are tendinţă pronun-ţată de spumare şi nu creează dificultăţi în utilizarea ca substanţă tensioactivă.

Referinţe:

1. Brevet Marea Britanie 271169 (1926) 2. Bilke-Krause C.K. // GMBH, Wissenschaft Laborgerate, 22453-Application Lab., 1, 2003. 3. Stoica R., Piscureanu A., Szekely G. Chimia, tehnologia şi ecologia substanţelor tensioactive. - Bucureşti: Editura

Academiei Române, 2005, p.400-453, 678. 4. Van Os N.M. Nonionic Surfactants. Organic Chemistry. New York: Marcel Dekker Inc., 1998, p.4-37. 5. Schick M.J. Nonionic Surfactants. - New York: Marcel Dekker, 1967, p.8-44. 6. Documents and Settings\teodor\My Documents\Butanol - Wikipedia, the free encyclopedia.htm 7. Dehelean T., Vâlceanu N., Miloş T., Roşu M., Cărăban A. // Rev. Chim. (Bucureşti). - 2002. - Vol.53. - No9. -

P.627-630. 8. Dehelean T., Bolcu C. // Studia Universitatis (USM Chişinău). Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - 2007. - Nr.1. -

P.222-228.




186

NANOSTRUCTURILE PE BAZĂ DE CICLODEXTRINE

ÎN TEHNOLOGIA MEDICAMENTELOR

Veaceslav BOLDESCU Catedra Chimie Industrială şi Ecologică One of the main problems of the contemporary pharmaceutical technology is release of drugs into the environment.

Consequently, resistance of target cells towards these medicines develops. In order to reduce the amount of pharmaceu-ticals released into the environment and to enhance their pharmacokinetics, the use of nanostructures on the bases of cyclodextrins has been proposed. Cyclodextrins are cyclic torus-shaped molecules with a hydrophilic outer surface and a hydrophobic central cavity that can accommodate a variety of drug entities. Different technologies have been designed for drug-cyclodextrin encapsulation: physical mixture, kneading, co-precipitation, co-evaporation, lyophilization. The efficiency of these technologies in the inclusion complexes preparation is discussed in this paper.

Introducere Actualmente, una dintre problemele principale ale tehnologiei medicamentelor chimioterapice este legată

de pătrunderea acestora în mediul înconjurător şi ca una dintre consecinţele principale ale acestui proces este creşterea rezistenţei celulelor-ţintă faţă de aceste preparate [1,2].

Dintre posibilităţile de minimizare a pătrunderii substanţelor medicamentoase în mediul înconjurător este de menţionat mărirea biodisponibilităţii acestora şi, respectiv, micşorarea dozei terapeutice, în acelaşi timp, în concentraţii optime, fiind benefice pentru organismul uman.

Multe substanţe biologic active, folosite ca principii active în fabricarea preparatelor farmaceutice, dese-ori sunt caracterizate prin valori scăzute ale umectabilităţii, solubilităţii şi vitezei de dizolvare. Aceste carac-teristici afectează, în primul rând, biodisponibilitatea medicamentului în cazul în care acesta nu este admi-nistrat sistematic. De exemplu, medicamentele, administrate pe cale orală sau rectală, sunt absorbite de către mucoasa gastrointestinală destul de lent şi cu viteze diferite; prin urmare, concentraţia lor în sânge variază, ceea ce joacă un rol foarte important în instalarea efectului terapeutic. Ca rezultat al concentraţiei oscilante a principiului activ în sânge, se observă, pe de o parte, efectul terapeutic redus, şi, pe de altă parte, manifestarea unor efecte adverse, cum este iritarea mucoasei în cazul principiilor active acide, fiind consecinţa contactului prelungit al substanţei greu solubile cu aceasta. Solubilitatea este, de asemenea, o condiţie necesară în cazul preparării formelor farmaceutice lichide pentru injecţii sau colire.

Abilitatea substanţei chimice de a interacţiona cu apa depinde în mare măsură de natura ei chimică şi de caracteristicile fizico-chimice ale acesteia, cum sunt structura cristalină sau amorfă şi mărimea particulelor substanţei.

Cel mai des utilizate metode de obţinere a medicamentelor, cu solubilitate înaltă, în industria farmaceu-tică sunt: obţinerea sărurilor principiilor active şi micronizarea particulelor substanţelor medicamentoase. Însă, acestea nu duc în toate cazurile la creşterea solubilităţii, deşi, în unele cazuri, creşte viteza de dizolvare.

Un rol semnificativ în dezvoltarea tehnologiei preparatelor farmaceutice cu biodisponibilitate înaltă apar-ţine tehnologiilor de obţinere a compuşilor complecşi de incluziune (clatrati) ai substanţelor medicamentoase cu ciclodextrinele.

Printre avantajele utilizării ciclodextrinelor pot fi menţionate următoarele: sunt produse seminaturale, obţinute din materie primă regenerabilă (amidon) prin conversie enzima-

tică, tehnologie relativ simplă şi prietenoasă mediului înconjurător; sunt fabricate în cantităţi mari (mii de tone pe an); sunt accesibile din punct de vedere economic pentru folosire în cantităţi industriale în diferite scopuri; prin formarea compuşilor complecşi pot fi modificate esenţial proprietăţile importante ale moleculelor-

gazdă; toxicitatea lor este redusă şi poate fi eliminată prin obţinerea derivaţilor şi selectarea pentru diferite

scopuri a ciclodextrinelor (CD) corespunzătoare; sunt cu succes aplicate la nivelul industriilor alimentare, cosmetice, farmaceutice şi ca locţiitori ai

plasmei sanguine.



187

Proprietăţile moleculare ale ciclodextrinelor Ciclodextrinele reprezintă o grupă de oligozaharide ciclice de provenienţă naturală care se formează prin

ciclizarea enzimatică a amidonului cu ajutorul unei grupe de amilaze, numite glicoziltransferază. Ciclodextri-nele sunt compuse din şase, şapte sau opt fragmente de α-D-glucopiranoză care sunt unite între ele prin inter-mediul unor legături de tip maltozic (1,4-α). În dependenţă de numărul acestor fragmente, se cunosc 3 tipuri de CD: α-CD, β-CD şi γ-CD (a se vedea Tabelul).

Tabel Parametrii moleculari ai ciclodextirnelor [3]

Parametrul α-CD β-CD γ-CD Numărul fragmentelor de glucoză 6 7 8 Masa moleculară (g/mol) 973 1135 1297 Diametrul cavităţii (nm) 0,47-0,53 0,60-0,66 0,75-0,83 Diametrul periferiei externe (nm) 1,46±0,04 1,54±0,04 1,75±0,04 Înălţimea torului (nm) 0,79±0,01 0,79±0,01 0,79±0,01 Volumul aproximativ al cavităţii (ml/mol) 104 157 256 Solubilitatea în apă (g/100 ml, 25ºC) 14,5 1,85 23,2 [α]D, 25ºC 150±0,5 162,5±0,5 177,4±0,5

Ciclodextrinele sunt stabile în soluţii bazice, iar prin hidroliza acidă degradează cu formarea de produse

inofensive din punctul de vedere al toxicologiei. De asemenea, la CD se observă o rezistenţă bună la iradiere cu raze UV sau IR şi stabilitatea termică până la 270°C.

Ca rezultat al conformaţiei 4C1 a fragmentelor glucopiranozice, toate grupele hidroxil secundare sunt situate pe o parte a torului ciclodextrinic şi, respectiv, pe altă parte – toate grupele hidroxil primare. Astfel, în interiorul acestei structuri se formează o cavitate cu diametrul de 0,5-0,9 nm, în care prin abundenţa grupări-lor hidroxilice cu electronii liberi de la atomii de oxigen în lungul moleculei se creează o densitate electroni-că excesivă, ceea ce îi predă caracteristicile bazelor de tip Lewis. De asemenea, datorită lipsei rotaţiei libere la legăturile dintre fragmente glucopiranozice, moleculele cilcodextrinelor nu posedă structură spaţială ideal cilindrică, ci conică.

Fig.1. Structurile ciclodextrinelor naturale.



188

Grupa C-2-OH a unui fragment piranozic poate forma legătura de hidrogen cu grupa C-3-OH a fragmen-tului învecinat. Astfel, în molecula CD se formează centura secundară formată de aceste legături şi, datorită acestui fapt, β-CD posedă cea mai rigidă structură din CD utilizate cel mai frecvent. Alte motive, din care β-CD este cea mai utilizată cilodextrină, sunt: dimensiuni ale cavităţii adecvate pentru formarea compuşilor complecşi cu o mare varietate de medicamente (comparativ cu aceleaşi ale α-CD), accesibilitatea (conform preţurilor angro în anul 2005, un kg de β-CD costa $5, un kg de α-CD – $45, iar un kg de γ-CD – $80).

Compuşii complecşi ai ciclodextrinelor în tehnologia medicamentelor În soluţie apoasă cavitatea hidrofobă a CD este ocupată cu moleculele apei, care se află în stare energetică

nefavorabilă datorită interacţiunilor de tip nepolar-polar şi, de aceea, pot fi uşor substituite cu orice moleculă-oaspete cu polaritate mai mică. Ca rezultat, CD poate forma compuşi complecşi de incluziune cu diferite substanţe chimice, comportarea acestor substanţe devenind considerabil modificată. Fiind inclusă în cavitatea CD, molecula substanţei medicamentoase poate fi substituită ulterior cu orice altă molecula-oaspete potrivită (cum pot fi lipidele alimentare sau sărurile biliare din tractul gastrointestinal), sau, în cazul în care complexul se află în apropiere de membrana biologică lipofilă (ca membrană mucoasă a tractului digestiv), molecula-oaspete poate fi transferată pe matricea faţă de care posedă o afinitate mai avansată.

Fig.2. Reprezentarea schematică a procesului de formare a compusului complex de incluziune între stăpân (CD) şi oaspete (toluenul).

Prin aceasta, CD şi-au găsit domenii importante de aplicare nu doar în sinteza organică fină, dar şi în in-

dustria farmaceutică. Procesul de formare a compusului complex de incluziune cu substanţa medicamentoasă de obicei contribuie la:

creşterea ratei de dizolvare şi limitei de solubilitate (de obicei, de 10-1000 de ori). Ca urmare, creşte biodisponibilitatea; creşte vârful concentraţiei plasmatice a medicamentului (Cmax) şi aria de sub curba varia-ţiei în timp a concentraţiei plasmatice (AUC0-24); scade timpul de atingere a vârfului concentraţiei plasmatice a medicamentului (Tmax). Ca exemplu, la compararea parametrilor farmacocinetici ai spirolactonei microni-zate (SPmic) şi spirolactonei incluse în β-CD (SP-β-CD), după administrarea orală la oameni sub formă de capsule, au fost observate următoarele corelaţii: AUC0-24 a fost egală cu 1,88 şi 3,90 mg×l/h, respectiv pentru SPmic şi SP-β-CD, iar biodisponibiltatea medie relativă a SP-β-CD, comparativ cu cea a SPmic, a constituit 233%. Parametrii farmacocinetici mai buni au fost observaţi şi la compusul complex dipiridamol-β-CD, comparativ cu dipipiridamol la administrarea orală de către pacienţi sub formă de capsule. Rezultate pozitive au mai fost detectate la administrarea orală a compuşilor complecşi ai hidroxipropil-β-ciclodextrinei cu azoli antifungici la şoareci şi la administrarea oculară la iepuri şi la oameni a antiinflamatorului steroidal dexame-tazon în compus complex cu γ-ciclodextrină şi metilciclodextrină.

Solubilitatea crescută face posibilă obţinerea formelor farmaceutice parenterale sau oculare ale medicamen-telor greu solubile sau insolubile. Aşadar, a fost elaborată forma parenterală a blocantului H+/K+-ATPazei, utilizat la tratamentul antiulceros, omeprazol. Solubilizarea omeprazolului s-a arătat a fi eficientă în soluţia



189

amoniacală de hidroxipropil-β-ciclodextrină 40%. Pentru prepararea formelor parenterale ale tranchilizanţi-lor, diazepamului şi lorazepamului, conform altor studii efectuate de Holvoet şi colab. [4], au fost folosite HP-β-CD şi SBE-β-CD;

creşetrea stabilităţii substanţelor medicamentoase incluse în complex faţă de diferiţi factori externi. De exemplu, Maffeo şi colab. [5] au reuşit să stabilizeze penicilinele semisintetice faţă de lactamaze prin formarea compuşilor complecşi cu γ-ciclodextrine în experimente in vitro. Faptul stabilizării poate fi explicat atât prin protejarea moleculei penicilinei de către molecula CD, cât şi de posibilitatea formării compusului complex de incluziune al fermentului şi a CD. β-CD a fost folosită în mai multe studii pentru stabilizarea vita-minei B12 faţă de fotodistrugere şi a vitaminei D3 faţă de fotodegradare şi degradare termică. Prostaglandi-nele PGE1 şi D2 pot fi stabilizate prin formarea compuşilor complecşi cu α-CD şi β-CD, respectiv. Uekama şi colab. [6] au obţinut rezultate bune privind stabilizarea analogului PGE1 în soluţii cu pH neutru sau alcalin prin formarea compusului complex cu eterul sulfobutilic al β-CD. În acest caz, efectul stabilizator este expli-cat prin repulsie electrostatică dintre sarcina negativă a radicalilor sulfobutil şi anionii hidroxil încărcaţi la fel negativ, care catalizează procesele de degradare.

Backensfeld şi colab. [7] au depistat că efectul stabilizator asupra indometacinei în cazul hidrolizei se schimbă în funcţie de natura CD în care este inclusă molecula medicamentului. Astfel, se observă efectul stabilizant mai pronunţat la β-CD cu grupele hidroxil substituite cu radicalii lipofili, în comparaţie cu β-CD cu substituenţi hidrofili. În afară de aceasta, s-a mai observat că creşterea numărului grupelor hidroxil sub-stituite duce la accentuarea efectului stabilizant. Pentru stabilizarea coloranţilor lipofili naturali, β-carotinei şi curcuminei, Szente şi colab. [8] propun obţinerea compuşilor complecşi cu β-CD metilată. Un alt colorant şi antioxidant puternic din tomate, licopina, poate fi stabilizat şi solubilizat prin formarea clatratului cu γ-CD. În loc de substanţe tensioactive pentru stabilizarea emulsiilor pot fi utilizate, de asemenea, ciclodextrinele.

reducerea sau prevenirea proprietăţilor iritante faţă de tunica mucoasă a stomacului şi a conjuncti-vei. Astfel, iritarea gastrică mult mai redusă a fost observată la compusul complex al medicamentului anti-inflamator, naproxen, cu β-CD, studiat pe şobolani. Un alt antiinflamator, piroxicam, la fel are proprietăţi mai puţin iritante în experimente cu şobolani, fiind inclus în compus complex cu HP-β-CD. Pentru reducerea efectului iritant al diclofenacului a fost propusă obţinerea clatratului cu γ-CD (patentul US 006071964) [9];

prevenirea interacţiunilor dintre substanţe medicamentoase şi substanţe auxiliare în forme farmaceu-tice. Există principii active ce stabilesc între ele efecte de sinergism, fie de antagonism. Fiind „încapsulate” în cavităţile ciclodextrinelor, aceasta diminueaza interacţia lor pronunţat antagonistă sau, în cazul sinergismu-lui, la fel duce la diminuarea creşterii fie a dozei (concentraţiei) de principiu activ, prin cumulare, şi/sau a excitabilităţii membranelor biologice.

prevenirea dezvoltării microorganismelor patogene în preparate. De exemplu, SBE-β-CD este pro-pusă pentru utilizare ca un conservant, care reduce activitatea apei în preparate, prevenind astfel dezvoltarea microorganismelor patogene (patentul US2005164986) [10];

solidificarea şi obţinerea pulberilor sau produselor microcristaline din substanţe medicamentose lichide sau uleioase. Astfel de preparate sunt formele solide ale acidului γ-linoleic şi ale uleiului de peşte;

mascarea gustului şi mirosului lor neplăcut. Se ştie că ciclodextrinele au fost propuse pentru masca-rea gustului neplăcut al unui preparat antiaritmic, dizopiramid. Pentru obţinerea comprimatelor de mestecat de famotidină, folosite pentru diminuarea acidităţii crescute a sucului gastric, în calitate de agent de mascare a gustului neplăcut a fost propusă β-CD. Eterii sulfoalchili ai β-ciclodextrinei contribuie la mascarea gustului neplăcut ale antidepresantului sertralină, prin formarea compuşilor complecşi de incluziune cu ultimul.

Pentru mascarea gustului şi mirosului neplăcut al preparatelor bactericide intestinale de natură fenolică, acestea sunt la fel preparate cu adăugarea β-CD.

Unul dintre neajunsurile principale ale ciclodextrinelor naturale este solubilitatea lor scăzută în apă. De exemplu, în 100 ml apă la temperatura camerei se dizolvă doar 1,85 g β-CD. Solubilitatea mică poate fi explicată prin existenţa legăturilor intermoleculare puternice în reţeua cristalină a ciclodextrinelor.

Substituirea grupelor hidroxil chiar cu fragmente hidrofobe (de exemplu, grupele metoxi) duce la creşte-rea solubilităţii β-ciclodextrinelor în apă. Din cauza că aceste procedee deseori duc la obţinerea unui număr mare de izomeri, ciclodextrinele substituite reprezintă unele amestecuri amorfe. Astfel, amestecuri de izomeri ale 2-hidroxipropil-β-ciclodextrinei sunt obţinute prin tratarea soluţiei alcaline de β-ciclodextrină cu oxid de propilenă. Ca rezultat, solubilitatea 2-hidroxipropil-β-ciclodextrinei obţinute este mai mare de 60 g/100 ml.



190

Pe de altă parte, numărul grupelor hidroxil substituite şi localizarea grupărilor hidroxil libere va avea impact semnificativ asupra proprietăţilor complexo-formatoare ale ciclodextrinelor.

prolongarea efectului terapeutic. Sunt principii active care, în funcţie de structura lor chimică, pre-zenţa sau absenţa unor grupe funcţionale cu diferite configuraţii şi conformaţii, au un clearence (procesul de absorbtie – eliminare prin metabolizare) mare. Aceasta duce la instalarea şi epuizarea destul de repede a efec-tului terapeutic, ceea ce, în unele cazuri, nu este de dorit. Astfel, utilizarea formei „încapsulate” a principiului activ cu CD oferă posibilitatea de a se prelungi dizolvarea medicamentului; prin urmare, are loc o distribuţie mai omogenă în tot organismul şi prelungirea efectului terapeutic al medicamentului.

Metode de obţinere a compuşilor complecşi de incluziune cu ciclodextrinele Cele mai aplicate metode în obţinerea compuşilor complecşi de incluziune ai ciclodextrinelor (CCIC) cu

substanţele biologic active sunt: amestecarea, frământarea, coprecipitarea, coevaporarea şi liofilizarea. Amestecarea este cea mai simplă metoda de preparare a unui compus complex de incluziune. Cei doi

componenţi se cern în prealabil pentru a se obţine pulberi fine cu dimensiuni egale ale particulelor. Apoi, componenţii se amestecă în raportul stoechiometric corespunzător până la formarea masei omogene.

La nivelul producerii pe scară industrială, pentru obţinerea CCIC prin amestecare pot fi utilizate utilaje speciale implicate în procesele de preparare a materiei prime în industria farmaceutică. Astfel, pentru cernere pot fi utilizate ciururi vibratoare cu câmp electromagnetic, cu dezechilibru sau inerţiale. Pentru realizarea procesului de amestecare pot fi folosite malaxoare cu acţiune centrifugă cu con rotitor. Aplicarea acestora permite atingerea unei omogenizari calitative într-un timp scurt, cu un randament bun şi cheltuieli minime de energie.

Pentru a obţine un randament mai mare, amestecul poate fi supus măcinării vibratoare. Gradul de măci-nare care poate fi atins cu mori vibratoare de tip inerţial este foarte mare: diametrul particulelor obţinute prin pulverizare uscată atinge 85-5 µm. Durata optimă a procesului de măcinare este cuprinsă între 30 min. şi 1 oră, în funcţie de frecvenţa de microvibraţie a morii şi de densitatea componenţilor.

În general, în cazul formării unui compus complex de incluziune, deşi se porneşte de la doi componenţi cristalini, produsul rezultat este o substanţă amorfă. Gradul de amorficitate poate fi considerat drept factor de evaluare a randamentului procesului de incluziune.

Ca o extindere a metodei precedente poate fi considerată metoda de obţinere a CCIC prin frământare. Amestecul celor doi componenţi se supune măcinării umede prin adăugarea, pe parcursul decurgerii procesu-lui, a unui volum minim de soluţie de etanol (raportul etanol-apă = 1:1) în moara vibratoare. Pasta omogenă obţinută în rezultatul acestei etape se usucă la temperatura camerei şi, dacă este nevoie, se supune unei mă-cinări uscate. În general, prin intermediul acestei metode se obţine un randament de încapsulare mai bun în comparaţie cu metoda măcinării.

O altă metodă de obţinere a CCIC reprezintă coprecipitarea. Coprecipitarea presupune prepararea preala-bilă a două soluţii care au aceeaşi concentraţie molară de substanţă activă şi ciclodextrină. Avantajul metodei constă în faptul că pentru obţinerea celor două soluţii se pot utiliza solvenţi diferiţi. Astfel, în cazul ciclo-dextrinei solventul este apă, iar în cazul substanţei medicamentoase singura condiţie pe care trebuie să o satisfacă solventul este solubilitatea acestuia în apă.

După ce două soluţii sunt preparate, soluţia de ciclodextrină se încălzeşte până la ~55°C şi se amestecă cu acelaşi volum al soluţiei de substanţă medicamentoasă. Amestecul obţinut se supune agitării continue timp de 24 de ore la temperatura camerei până la atingerea echilibrului în sistem. Din cauza entalpiei negative a procesului de formare a compuşilor complecşi de incluziune cu ciclodextrine, solubilitatea mai mare a sub-stanţelor medicamentoase în soluţii cu ciclodextrine se observă anume la temperaturi scăzute.

După precipitarea compusului complex format, soluţia se decantează, iar precipitatul obţinut se spală, se usucă şi se supune măcinării la uscat.

O modificare a metodei de coprecipitare reprezintă coevaporarea. În acest caz, ca şi în cazul coprecipi-tării, până la obţinerea amestecului lichid la temperatura camerei. După aceasta soluţia se filtrează şi ames-tecul de solvenţi se îndepărtează lent într-un evaporator rotativ la temperatura de ~55-60°C, reziduul se usucă la temperatura camerei şi se supune măcinării uscate.

Una dintre cele mai eficiente şi avansate metode de obţinere a CCIC este liofilizarea. În esenţă, metoda de liofilizare implică parcurgerea următoarelor etape: dizolvarea componenţilor, amestecarea lor, agitarea până la atingerea echilibrului în sistem, filtrarea, congelarea amestecului obţinut şi liofilizarea. Solventul (sau



191

amestecul de solvenţi) se sublimă sub vid timp de 24 de ore, după care produsul obţinut se supune cernerii pentru obţinerea unei pulberi omogene.

Deşi toate tehnicile descrise pot fi aplicate şi la nivelul producerii industriale, acestea deseori includ apli-carea proceselor de lungă durată, cu utilizarea cantităţilor mari de solvenţi. În afară de acestea, procesele descrise nu pot fi efectuate continuu. Un alt obstacol în obţinerea CCIC la scară industrială constă în aceea că ciclodextrinele sunt supuse degradării termice, sau caramelizării, ceea ce poate accelera în unele cazuri deg-radarea „substanţei-oaspete” incluse în ele. De aceea, pentru sporirea vitezei procesului de formare a CCIC este periculoasă aplicarea temperaturilor înalte.

Evident că există necesitatea de a aplica metode convenabile de obţinere a CCIC la nivelul industrial, care vor fi eficiente din punctul de vedere al duratei de timp şi consumului materialelor auxiliare.

Una dintre metodele eficiente ar putea fi tratarea cu microunde a amestecului de substanţă medicamen-toasă şi ciclodextrină. Este cunoscut faptul că substanţa ce se află în câmpul electric în prezenţa microunde-lor se încălzeşte datorită polarizării moleculelor individuale din componenţa ei. Principiul pe care se bazează încălzirea amestecului constă în absorbţia energiei de către dipolii permanenţi şi induşi aflaţi în el. În rezulta-tul absorbţiei energiei, moleculele încep să vibreze şi fricţiunile lor produc căldura.

Nu toate molecule au structuri favorabile pentru absorbţia acestui tip de energie. În general, substanţele polare cu constantele dielectrice mari absorb mai multă energie decât substanţele nepolare. Cu toate acestea, intensitatea vibraţiei rezultante de asemenea depinde parţial de structura moleculelor (forma, mărimea, legă-turile intramoleculare), viscozitatea materialului şi temperatură.

Atwater indică în [11] că printre ciclodextrinele naturale α-CD practic nu absorb microundele, iar β-CD şi γ-CD sunt susceptibile la frecvenţa mai mare de 4 GHz, particular în limitele 5-12 GHz cu maximum la aproape 7,5 MHz.

Aplicarea microundelor va contribui la utilizarea mai efectivă a energiei, ceea ce va face tehnologia de obţinere a CCIC mai favorabilă din punctul de vedere al protecţiei mediului înconjurător şi reducerii chel-tuielilor la întreprinderile de producţie.

Concluzii 1. Compuşi complecşi de incluziune ai substanţelor medicamentoase cu ciclodextrinele posedă proprietăţi

avantajoase comparativ cu substanţele farmaceutice iniţiale. 2. Îmbunătăţirea farmacocineticii preparatelor farmaceutice are un impact pozitiv nu numai asupra orga-

nismului pacientului, dar şi, într-un mod indirect, asupra mediului înconjurător. 3. Tehnologiile de obţinere a compuşilor complecşi de incluziune cu ciclodextrinele pot fi aplicate şi la

nivel industrial, însă după unele modificări în procesele tehnologice. 4. Cele mai avantajoase metode de obţinere a compuşilor complecşi de incluziune includ tratarea soluţiei

reactante cu microunde şi liofilizarea consecutivă a amestecului obţinut, însă în fiecare caz concret trebuie să fie analizate şi alte metode de obţinere a acestora.

Referinţe:

1. Boldescu V., Gladchi V. Pătrunderea şi transformările chimice ale substanţelor antibacteriene în mediul înconju-rător // Mediul Ambiant. - 2005. - Nr.1 (18). - P.10-14.

2. Daughton C.G. Cradle-to-Cradle Stewardship of Drugs for Minimizing Their Environmental Disposition While Promoting Human Health: I. Rationale for and Avenues toward a Green Pharmacy // Environmental Health Perspectives. - 2003. - Vol.111. - No5. - P.757-774.

3. Szejtli J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry // Chemical Review - 1998. - Vol.98. - P.1743-1753.

4. Holvoet C., Heyden Y.V., Plaizier-Vercammen J. Inclusion complexation of lorazepam with different cyclodextrins suitable for parenteral use // Drug Development and Industrial Pharmacy - 2005. - Vol.31. - No6. - P.567-575.

5. Maffeo D., Leondiadis L., Mavridis I.M., Yannakopoulou K. Positive effect of natural and negatively charged cyclodextrins on the stabilization of penicillins towards beta-lactamase degradation due to inclusion and external guest-host association. An NMR and MS study // Org Biomol. Chem. - 2006. - Vol.4. - No7. - P.1297-1304.

6. Uekama K., Hieda Y., Hirayama F., Arima H., Sudoh M., Yagi A., Terashima H. Stabilizing and solubilizing effects of sulfobutyl ether beta-cyclodextrin on prostaglandin E1 analogue // Pharm. Res. - 2001. - Vol.18. - No11. - P.1578-1585.



192

7. Backensfeld T., Müller B.W., Wiese M., Seydel J.K. Effect of cyclodextrin derivatives on indomethacin stability in aqueous solution // Pharm. Res. - 1990. - Vol.7. - No5. - P.484-490.

8. Szente L., Mikuni K., Hashimoto H. and Szejtli J. Stabilization and Solubilization of Lipophilic Natural Colorants with Cyclodextrins // Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry - 1998. - Vol.32. - No1. - P.81-89.

9. Fischer W., Sendl-Lang A. Diclofenac/gamma-cyclodextrin inclusion compounds / Patent number US006071964. United States Patent. 06.06.2000.

10. Mosher G.L., Pipkin J.D., Zimmerer R.O., Fulk C.M.,Thompson D.O. Use of sulfoalkyl ether cyclodextrin as a preservative / Patent number US2005164986. European patent office. 28.07.2005;

11. Atwater J.E. Complex permittivity of cyclomaltooligosaccharides (cyclodextrins) over microwave frequencies to 26 GHz // Carbohydrate Research – 2000. - No327. - P.219-221.



193

TEHNOLOGII MODERNE DE REDUCERE A EMISIILOR DE

OXIZI DE AZOT ŞI SULF DIN GAZELE DE ARDERE

Alexandru CRACIUN, Gheorghe DUCA, Tudor SAJIN*

CCŞ „Chimia aplicată şi ecologică” *Institutul de Fizică Aplicată al AŞM Modern technologies for diminishing of the content of NOx and SOx in combusted gases based on the application of

selective, low temperature, njnctalytic reducer, as well as with application of electric corona discharges combined with alternative electric field that influence the stream of burned gases, along with injection of ammonia are presented in the paper. A new catalyst combined with a nitrogen trap is presented in the work as well.

Oxizii de sulf (SO2, SO3) rezultă de pe urma arderii sulfului conţinut în combustibil, cauzând fenomenul

coroziunii de temperatură joasă a elementelor cazanelor de abur. În carburanţii lichizi sulful se conţine în cantităţi de la 0,05 până la 0,15% (în gazul lampant şi carburanţii

pentru cazane) şi până la 3,5% (în păcură). În gazele de ardere SO2 are fracţia de masă de 98-99%, restul (1-2%) revenindu-i SO3.

Creşterea emisiilor de oxizi ai sulfului (SOx) şi ai azotului (NOx) conduce la acidularea precipitaţiilor, la generarea de aerosoli şi de ozon în atmosferă.

În Tabelul 1 sunt prezentate date despre gradul de poluare cu substanţe nocive a localităţilor din Republica Moldova. Aceste date sunt furnizate de către Serviciul Hidrometeorologic de Stat din Moldova.

Tabelul 1 Gradul de poluare cu substanţe nocive în localităţile din Republica Moldova

Concentraţii anuale medii, mg/m3 Anul 2005 Poluantul

Chişinău Bălţi Tiraspol Bender Suspensii solide 0,08 0,3 0,07 0,04 Dioxid de sulf, SO2 0,01 0,03 0,0003 0,002 Monoxid de carbon, CO 2,2 1,2 1,8 1,7 Dioxid de azot, NO2 0,04 0,03 0,02 0,012 Fenol, C6H5OH 0,002 - 0,006 - Formaldehidă, CH2O 0,004 0,07 0,003 0,007

În Tabelul 2 sunt prezentate date privind concentraţia limită admisibilă (CLA) şi indicele de toxicitate, care

este raportul de diluare cu aer a unui şir de substanţe toxice prezente în gazele de ardere [1]. Tabelul 2

Concentraţia limită admisibilă (CLA)

Poluantul CLA, mg/m3 Indicele de toxicitate, K CO 1,000000 1,0 NOx 0,085000 11,8 CHx 1,500000 0,67 C 0,500000 20,00 Pb 0,000700 1,43⋅103 O3 0,1000 - Hidrocarburi aromatice policiclice (HAP) 0,000001 1⋅106



194

Din acest Tabel rezultă că atingerea CLA prin diluare cu aer practic este imposibilă pentru majoritatea sub-stanţelor toxice. De aceea, este necesară elaborarea şi utilizarea unor metode de ardere completă a combustibilului.

Valorile concentraţiilor sunt mult mai inferioare decât valorile pentru concentraţiile limită admisibilă (CLA). Doar concentraţia oxidului СО depăşeşte de 1,2-2,2 ori valoarea CLA, însă emisiile de NOx şi SOx cresc anual odată cu mărirea numărului de automobile şi a capacităţilor energetice ale generatoarelor de energie (Staţia termoelectrică din Cuciurgan).

Soluţionarea problemei privind diminuarea emisiilor de SOx şi NOx impune optimizarea tehnologiilor vechi şi elaborarea unor tehnologii noi de diminuare a acestor emisii în atmosferă. La arderea gazului rolul principal în formarea oxizilor de azot revine mecanismului termic: în zona temperaturilor maxime de circa 2100K (1827oС) decurg următoarele reacţii:

N2 + O = NO + N (1) N + O2 = NO + O (2)

Există şi o altă explicaţie a procesului de formare a oxizilor de azot la arderea diferitelor tipuri de carburanţi. Datorită temperaturii înalte a flăcării, azotul din aer devine activ, se combină cu excesul de oxigen şi for-

mează oxizii: NO, NO2, N2O. Monoxidul de azot constituie aproximativ 95% din suma tuturor oxizilor de azot [2] şi rezultă de pe urma reacţiei:

N2 + O2 = 2 NO – 180,2 kJ/mol (3)

În [3] se evidenţiază faptul că la temperaturi mai joase de 1730oC formarea NO poate avea loc în prezenţa altor elemente active conform schemei:

H • + O2 = OH• + O• (4) N2 + OH• + O• = 2NO + H• (5) N2 + OH• + O2 = 2NO + H• (6)

sau, conform [4], OH• + N = NO + H•. (7)

Dacă metanul este impurificat cu adaosuri ce conţin azot [5], atunci monoxidul de azot se formează conform schemei:

NH + O2 = NO + OH• (8) NO + H2O = NO2 + OH• (9) NO2 + O• = NO + O2 (10)

Deci, micşorarea cantităţii de oxizi formaţi poate fi obţinută prin micşorarea temperaturii procesului, iar

aceasta nu poate fi realizată întotdeauna, deoarece se micşorează randamentul agregatului de căldură. Prin elaborarea motorului Diesel cu ardere curată constructorii văd soluţionarea problemei ce ţine de diminuarea emisiilor de NOx. Se propune de a menţine temperatura locală la valoarea mai joasă decât pragul critic de for-mare a acestor oxizi, care este egală cu 1827ºС, ceea ce ar preveni formarea NOx în cilindrul motorului.

După anul 2010, aplicarea standardului EURO-6 în majoritatea statelor UE va conduce la soluţionarea aproape completă a problemei de neutralizare a emisiilor nocive eliminate de motoarele cu ardere internă (MAI) cu utilizarea catalizatorilor moderni.

Aceşti catalizatori prezintă o activitate înaltă pentru amestecurile stoichiometrice, care sunt caracteristice gazelor de eşapament de la motoarele cu aprindere prin scânteie, dar utilizarea lor este redusă în cazul gazelor de eşapament de la motoarele Diesel, deoarece în aceste gaze se conţine un exces de oxigen. Astfel, se contu-rează încă o direcţie de cercetare – elaborarea unor catalizatori care ar fi mai puţin sensibili faţă de variaţia compoziţiei gazului supus epurării. De aceea, de perspectivă este elaborarea sistemelor catalitice, care au în compoziţia lor în calitate de componenţi activi metalele de tranziţie ce posedă diferite grade de oxidare şi, în afară de aceasta, „acumulează” oxigenul, cum este, de exemplu, CeO2, care poate ceda/căpăta O2 funcţie de compoziţia amestecului de gaze. Aceasta lărgeşte mult domeniul de utilizare.

Problemele apar în legătură cu necesitatea de a spori eficacitatea epurării gazelor de eşapament provenite de la motoarele Diesel, deoarece catalizatorii trebuie să conţină suplimentar un component, care va servi drept volum („rezervor”) pentru NOx. În mediul oxidant oxidul de azot (II) NO se oxidează pe catalizator până la NO2, care ulterior este absorbit de oxidul de bariu (BaO), iar Ba(NO3)2 rezultat este redus în mediul reducător


195

până la azot elementar (N2) şi oxid de bariu (BaO): BaO + 3NO t-ra, cat → Ba(NO3)2 + NO, apoi în mediul re-ducător procesul trece în conformitate cu schema:

Ba(NO3)2+CnHm(CO)→BaO+N2+CO2+H2O.

Până în prezent, problema epurării gazelor de eşapament provenite de la motoarele Diesel de oxizii NOx nu este soluţionată, deoarece, pe de o parte, procesul de ardere în motoare decurge cu exces de O2 faţă de cel stoichiometric, iar, pe de altă parte, şi în gazele de eşapament se conţine exces de O2 şi, astfel, în condiţiile date oxizii de azot nu se vor reduce, ci se vor oxida.

În prezent, pentru epurarea gazelor de ardere, care se formează în instalaţiile generatoare de căldură, de către oxizii de NOx este utilizată reducerea catalitică selectivă (RCS) sau reducerea necatalitică selectivă (RNCS).

Ambele tehnologii se bazează pe reducerea NOx, cu amoniac sau carbamidă (uree), până la azot molecular:

4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O (11) 2CO(NH2)2 + 4NO + O2 = 4N2 + 2CO2 + 4H2O (12)

Gradul de epurare constituie 80-90%, ceea ce asigură respectarea normativelor contemporane (CLA) pentru emisiile de NOx.

Potrivit diferitelor estimări, costul sistemului RNCS poate fi de 5-10 ori mai redus decât a sistemului RCS. Deosebirea principală dintre RCS şi RNCS este domeniul de temperatură a procesului de reducere a NOx:

pentru RCS – 200-400ºС, iаr pentru RNCS – 850-1050ºС. Totodată, eficacitatea ambelor tehnologii depinde de menţinerea temperaturii în zona de introducere a reducătorului.

Trebuie luat în consideraţie şi faptul că instalaţiile generatoare de căldură funcţionează cu sarcină variabilă, ceea ce duce la schimbarea temperaturii pe toată lungimea traseului de deplasare a gazelor, inclusiv în locul de introducere a reducătorului, precum şi micşorează eficacitatea procesului de epurare a gazelor arse. În afară de aceasta, într-un şir de generatoare de căldură introducerea reducătorului în zona cu temperaturi înalte este dificil sau chiar imposibil de realizat. Totodată, introducerea reducătorului este posibilă doar în zona unde temperatura gazelor este de circa 350-500ºС. Din aceste agregate fac parte un şir de instalaţii de cazane de abur, cuptoare de încălzire tehnologice, motoare cu gaz şi turbinele cu gaz.

Este stabilit [2] că, la utilizarea tehnologiei RNCS reducătorul – carbura poate fi introdusă şi la temperaturi de 300-500ºС, dar concomitent cu ea trebuie introduse şi adaosurile ce conţin oxigen. Funcţie de condiţiile de obţinere a amestecului reducător, gradul de epurare a gazelor de oxizii NOx poate atinge valori de la 50 până la 90%. Adică, reducerea necatalitică la temperatură joasă a oxizilor de azot poate fi realizată.

Procesul de diminuare simultană a emisiilor de NOx şi SOx este prezentat mai jos. Schema conceptuală pe care se bazează tehnologiile de reducere simultană a NOx şi SO2 din gazele de

ardere este următoarea: gazele de ardere obţin energia necesară ionizării şi formării de radicali O, OH, HO2, care să oxideze moleculele de NOx şi SO2, fiind apoi transformaţi în acizi azotic, respectiv, sulfuric prin reacţii de hidroliză şi neutralizare la introducerea amoniacului în gaze, obţinându-se sulfat şi nitrat de amoniu sub formă de particule fine ce sunt reţinute într-un electrofiltru. Aceste tehnologii diferă între ele prin modul în care gazele de ardere obţin energia necesară ionizării.

Tehnologiile vechi în care gazele de ardere erau tratate cu fascicule de electroni acceleraţi au fost înlocuite cu cele bazate pe tratarea gazelor de ardere în câmp de descărcări corona pulsatorii. În acest caz, energia pentru ionizarea gazelor este obţinută aplicând o tensiune pulsatorie pozitivă unei structuri de electrozi constituite din mai mulţi electrozi filiformi, dispuşi în centrul unui canal de gaze format din două plăci metalice paralele, conectate la pământ. Dacă intensitatea câmpului electric este suficient de ridicată pentru ca între electronii acceleraţi de câmp şi moleculele gazelor de ardere să existe posibilitatea de ionizare prin şoc, prezenţa electro-nilor liberi în această regiune este suficientă să conducă la descărcarea corona şi la formarea de alţi electroni, ioni negativi şi pozitivi, radicali activaţi (atomi şi molecule excitate), indispensabili procesului. În aceste con-diţii, descărcarea corona are loc prin gazele de ardere, plecând de la electrozii filiformi şi ajungând la plăcile legate la pământ, într-un timp de 20…40 ns. Pentru ca descărcarea corona să fie completă, trebuie ca durata totală a impulsului de curent să fie de cca 1 µs.

Reacţiile chimice principale, ce conduc la transformarea oxizilor de sulf şi de azot în acizii respectivi, pot fi grupate în următoarea schemă [6]:



196

formarea primară de radicali ),,( 2••• HOOHO şi de alte specii activate prin ciocnirea moleculelor cu electroni ce au o energie între 5 şi 20 eV:

•+•→+ −OHHOHeVe 2* )1,5(

−+→+ OOOeVe 2* )7( *

222* ;;;;)7,15( NNNeNNeVe ++→+> (13)

∗++→+> 222* ;;;;)1,12( OOOeOOeVe

−→+< 22* )5( OOeVe

formarea secundară de noi radicali ),,( 2••• HOOHO prin efectul de neutralizare şi transferare de sarcină, produs în urma ciocnirilor dintre molecule, ioni şi electroni:

•+→+ −+ OOOO 322

OHOOHO 2222++ →+

23222 OOHOHHOOHO +→•+ ++ (14)

•+→⋅+ ++ OHOHOHOHnOHOH n)( 2323

•+⋅+→+ −+22223 )1()( HOOHnOOHOH n

transformarea a XNO şi XSO în acizii respectivi:

2 2

2

2 3

NO HO NO OHNO O NONO OH HNO

+ •→ + •+ •→+ •→

2 3

2 3 2 5

2 5 2 3

2 3

3 2 4

2 3

3 2 2 4

2

NO O NONO NO N ON O H O HNOSO OH HSOHSO OH H SOSO O SOSO H O H SO

+ •→+ →+ →+ •→+ •→

+ •→+ →

(15)

neutralizarea acizilor formaţi cu ajutorul compuşilor bazici (prin injecţie de amoniac ( 3NH ):

424342

3433

)(2 SONHNHSOHNONHNHHNO

→⋅+→+

(16)

Firma ENEL (Italia) a realizat o instalaţie DeNOx-DeSOx pe care a făcut încercări experimentale cu trei reactori (Fig.1) [7,8]. Doi dintre aceştia (TR 1000/1 şi TR 1000/2) erau cu plăci, iar unul (TR 1000/3) – tubular. Caracteristicile constructive ale celor trei reactori sunt prezentate în Tabelul 3.

Încercările au fost efectuate în următoarele condiţii: temperatura de intrare a gazelor de ardere cuprinsă între 80 şi 100ºC; debitul de gaze de 500…600 m3/h; compoziţia medie a gazelor: N2 = 73%; O2 = 8%; H2O = 6%; NOx = 500…550 ppm; SO2 = 350…400 ppm; cantitatea de amoniac injectată în gazele de ardere a fost cores-punzătoare raportului molar NH3/ (NOx+SO2) = 0,7…0,8.

Pentru alimentarea electrozilor cu curenţi s-a folosit un generator de tensiune în regim de impulsuri cu valoarea maximă de cca 80 kV, ceea ce corespunde unei valori medii a densităţii de curent, la electrodul legat la pământ, de cca 30 A/m2. Durata impulsului a fost variată – între 1 şi 2 µs cu o pantă de creştere de 20 ns. Frecvenţa de repetare a impulsurilor constituia până la 300 impulsuri/s.


197

Fig.1. Schema instalaţiei de realizare a procesului DeNOx şi DeSOx în câmpul electric.

S-a stabilit că geometria reactorului joacă un rol important în procesul transferării de energie înspre gaze. La reactorul TR 1000/2 pragul de saturaţie a procesului de reducere a NOx este mai ridicat decât la TR 1000/1, datorită volumului mai mare. Aceeaşi eficienţă de reducere NOx poate fi obţinută cu un volum al reactorului mai redus, însă complet activ din punctul de vedere al procesului (cazul reactorului TR 1000/3).

Oxizii de sulf pot fi reduşi într-o măsură mai mare decât oxizii de azot datorită unei reacţii termochimice cu amoniacul chiar în absenţa energizării.

Energizarea influenţează procesul ducând la creşterea vitezei de reacţie şi a cantităţii de particule de sulfat de amoniu. Randamentul reducerii oxizilor de sulf este de cca 75% – la temperatura gazelor de ardere de 100ºC şi de 90% – la temperatura de 70ºC. În absenţa amoniacului, eficienţa de reducere variază între 12 şi 20%, funcţie de energia transferată gazelor. Eficienţa reducerii oxizilor de azot este de 50%, cu consumuri energetice de 12…15 Wh/Nm3. Aceasta este influenţată de concentraţia iniţială de NOx, în gazele de ardere, fiind mai ridi-cată la concentraţii iniţiale mici.

Randamentul reducerii emisiilor de NOx şi SO2 poate fi ridicat prin aplicarea asupra gazelor de ardere ionizate şi a unui câmp electric alternativ [9] cu intensitatea efectivă de 5-30 kV/cm şi frecvenţa determinată de condiţia [Hz]:

lEkf ⋅

= max)25,1...10,1( , (17)

în care kmax este valoarea maximă a mobilităţilor ionilor care participă la formarea radicalilor activaţi, con-form reacţiilor (8), (14), [m2/(V⋅s)]; E – intensitatea efectivă a câmpului electric alternativ, [V/m]; l – distanţa dintre electrozii care creează câmpul alternativ, [m].

Tabelul 3 Caracteristicile constructive ale reactorului

Tipul reactorului TR1000/1 TR1000/2 TR1000/3 Geometria reactorului cu plăci cu plăci tubular Număr de canale 3 2 16 Viteză gaze, m/s 0,36 0,27 0,43 Tipul de rezidenţă, S 3,9 5,6 3,5 Lungimea canalului, m 1,4 1,5 1,5 Lăţimea canalului, mm 200 200 200 Volumul total, m3 0,84 1,2 0,75 Suprafaţa totală a plăcilor, m2 8,4 12 15,1 Numărul de electrozi emitători 14 20 16 Distanţa electrozi filiformi, mm 200 150 200 Lungimea electrozi filiformi, m 1,5 2 1,5 Diametru electrozi filiformi, mm 3 3 3



198

În câmp alternativ particulele ionizate sunt antrenate în mişcare oscilatorie care măreşte probabilitatea ciocnirilor dintre ionii pozitivi şi negativi şi dintre acesţia şi moleculele neutre, intensificând reacţiile de redu-cere a emisiilor de NOx şi SO2.

Testările efectuate prin realizarea noului procedeu [8] au confirmat posibilitatea ameliorării randamentului de reducere a oxizilor de azot până la 90% şi a oxizilor de sulf până la 95…98% (Tab.4,5).

Tabelul 4 Influenţa intensităţii efective ( )E a câmpului electric alternativ asupra eficienţei procedeului de reducere a emisiilor de oxizi de azot şi sulf din gazele de ardere

cmkVE /, 0 4 5 10 20 30 35

kHzf , 0 0,79 1,0 2,0 4,0 6,0 7,0

Reducere %,xNO 50

52

59

81

86

90

Reducere %,xSO 75

76

80

90

93

95

Străpungerea gazelor de ardere

Tabelul 5

Influenţa frecvenţei (f) a câmpului electric alternativ asupra eficienţei procedeului de reducere a emisiilor de oxizi de azot şi sulf din gazele de ardere

cmkVE /, 2,0 3,0 3,6 4,0 6,0 8,0

kHzf , 20 20 20 20 20 20

Reducere %,xNO 23 35 48 86 64 57

Reducere %,xSO 31 56 70 93 86 81

Din Tabelele 4 şi 5 observăm că pentru valori ale intensităţii câmpului electric alternativ în intervalul

5…30 kV/cm eficienţa procesului de reducere a emisiilor de oxizi de azot şi sulf din gazele de ardere este mai mare decât cea asigurată de tehnologia DeNOx-DeSOx (Tab.4, coloana E =0, f=0), iar variaţia frecvenţei câmpului la valori mai mici, respectiv, mai mari faţă de valoarea de referinţă f=4 kHz determinată cu relaţia (17) conduce la diminuarea eficienţei procedeului de reducere a acestor emisii. Pentru f < 4 kHz această diminuare a eficienţei se explică prin faptul că o parte din ioni sunt neutralizaţi pe pereţii tubului legat la pământ şi nu participă la reacţiile (14) şi (15). În cazul când f > 4 kHz, mişcarea oscilatorie a ionilor sub acţiunea câmpului electric alternativ are loc într-un spaţiu mai restrâns, ceea ce micşorează probabilitatea ciocnirilor ionilor între ei şi între aceştia şi moleculele neutre, implicit, şi eficienţa procedeului de reducere a oxizilor de azot şi sulf.

Tehnologiile de reducere a emisiilor de oxizi de azot şi sulf în câmpuri electrice au avantajele consumului redus de amoniac, pierderilor mici de presiune prin instalaţie şi obţinerii unor produse (NH4NO3 şi (NH4)2SO4) care pot fi eventual utilizate ca îngrăşăminte [6].

O tehnologie mai inofensivă poate fi tehnologia unde pentru neutralizarea oxizilor de azot şi sulf este uti-lizată soluţia de carbamidă (tiouree), care este injectată în gazele arse în zona unde temperatura lor nu este mai mică decât 150-180ºС, adică care depăşeşte temperatura de topire a carbamidei. La topirea carbamidei rezultă amoniac şi biuret sub formă de particule solide conform reacţiei:

2CO (NH2)2 = NH3 + H2N – CO – NH – CO – NH2. Apoi, amoniacul interacţionează cu acizii azotic şi sulfuric conform reacţiei (16). Această tehnologie este utilizată în ţările CE pentru neurtalizarea oxizilor NOx и SOx în gazele de eşapament

provenite de la motoarele Diesel ale unităţilor de transport.


199

Concluzii 1. Reducerea catalitică de temperatură joasă (t = 300-500ºС) pentru epurarea gazelor de oxizii NOx poate fi

realizată şi atinge grade de epurare de la 50 până la 90%, cu condiţia ca carbura să fie introdusă simultan cu adaosuri ce conţin oxigen.

2. În motoarele Diesel „curate” elaborate cu scopul de diminuare a emisiilor de oxizi de azot poate fi realizată temperatura maximală a ciclului sub 2100K, prag peste care începe formarea oxizilor de azot, fără a preju-dicia eficacitatea funcţionării lui.

3. Dotarea motoarelor Diesel cu catalizatori „capcane” pentru azot. 4. Tehnologiile de reducere a emisiilor de oxizi de sulf şi de azot cu aplicarea câmpurilor electrice asigură

un grad de epurare de până la 90-95%, сonsum redus de amoniac, mai puţine pierderi de presiune în instalaţie şi obţinerea unor produse care pot fi utilizate în calitate de îngrăşăminte.

Referinţe:

1. Попова Н.М. Катализаторы очистки выхлопных газов автотранспорта. - Алма-Ата: Наука,1987. - 224 с. 2. Кулиш О.Н., Кужеватов С.А., Орлова М.Н., Ребров А.И. Низкотемпературная некаталитическая очистка

дымовых газов от оксидов азота. - Сборник докладов Пятого международного конгресса по управлению отходами и природоохранным технологиям «ВэйстТэк – 2007». - Москва, 2007, c.318.

3. Сигал И.Я. Защита воздушного басcейна при сжигании топлива. - Ленинград: Недра, 1967. - 294 c. 4. Лавров Н.В., Фёдоров Н.А. Некоторые особенности высотемпературного горения газа // Газовая промыш-

ленность. - 1973. - 3. - C.35-38. 5. Lavoie G.A., Heywood H.B, Keck I.C. Experimental and theoretical study of nitric oxide formation, Inter.

Combustion Engines // Combustion science and technology. - 1970. - Vol.1. - No4. - P.313-326. 6. Merryman E., Levy A. Nitrogen oxid formation in flames: the roles of NO2 and fuel nitrogen, 15th Internat. Sympos.

in Combustion. - Tokyo-Pittsburgh, 1974, p.1073-1083. 7. Civitano L., Dinelli G., Sani E. Rimozione di inquinanti gassosi dai gas di combustione mediante campi elettrici //

La Termotecnica. - 1990. - No11. - P.31-37. 8. Ricerche ENEL su tecnologie electtrostatiche per il controllo delle emissioni inquinanti – risultate e perspective. -

Padova, 1991. 9. Sajin T.M., Crăciun A.T., Duca Gh., Botez C. N., Craciun S., Dmitriev S. Procedeu de reducere a emisiilor de oxizi

de azot şi sulf din gazele de ardere / Brevet de invenţie nr.1939 // BOPI. - 2002. - Nr.5. - P.23.




200

ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ГИДРОЛИЗ БИОХИМИЧЕСКИ

ТРУДНОДЕГРАДИРУЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГРЕДИЕНТОВ

ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Виктор КОВАЛЁВ, Виталий ЖАЛБЭ, Георгий ДУКА, Ольга КОВАЛЁВА

Научно-исследовательский центр прикладной и экологической химии Sunt prezentate rezultatele lucrărilor efectuate privind intensificarea proceselor anaerobe de epurare a apelor reziduale

multicomponente provenite de la industriile fermentative, mărirea eficacităţii prelucrării biochimice a borhotului obţinut în urma distilării vinului, сu posibilitatea obţinerii paralele a sedimentelor pentru folosirea lor în calitate de adaos în amestecurile furajere vitamino-proteice pentru animale. Acest obiectiv este posibil de realizat datorită proceselor prealabile de tratare fotocatalitică a borhotului în sistemul [Co(III)/Co(II)/H2O2/UV]. La acţiunea UV se asigură hidroliza fotocatalitică a compuşilor polifenolici greu degradabili din deşeurile industriei vinicole, ceea ce, în condiţii anaerobe mareşte eficacitatea epurării apelor reziduale, la etapa metano-genezei. Aceasta, la rândul său, asigură mărirea cantităţii de biogaz generat şi formarea nămolului activ cu un conţinut ridicat de substanţă biologic activă – cianocobalamină sau vitamina В12.

The results are presented of the work on intensification of anaerobic treatment of multi-component waste waters

from fermentation processes, on efficiency increasing of winery grain biochemical treatment, with the obtaining of solid precipitates to be used as protein-vitamin additive for cattle feeding. These scopes are reached due to the preliminary photo-catalytical treatment of grain with the system [Co(III)/Co(II)/H2O2/UV]. Under the UV-irradiation, the photocatalytical hydrolysis of refractory polyphenol compounds occurs in treated winery wastes. On further stage, under anaerobic conditions, efficiency of wastewater treatment is thus increased. On the metanogenesis stage, this ensures an enhanced yield of biogas and active sludge formation with high contents of cyanocobalamine (vitamin В12) which is a biologically active substance.

Введение Состав сточных вод бродильных производств характеризуется величинами БПК в пределах 10-18 г

О2/л, причем 80% из них обусловлены растворимыми органическими веществами, а значения ХПК таких вод составляет 14-22 г О2/л. Они содержат те же компоненты, но в различных соотношениях, что и сусло и вино: сахар, спирт, глицерин, органические кислоты, фенольные вещества и др. Все они обладают высокой потребностью в кислороде [1,2]. Кроме того, в них содержатся метанол, сивушные масла, гликоли, 2,5- бутиндиол, из летучих кислот – уксусная и муравьиная, из нелетучих – помимо винной, также молочная, янтарная, лимонная. Из азотных веществ основным является пролин и про-теины. Фенолы представлены комплексом веществ типа танина. Из других веществ следует отметить танины, антоцианы, другие дубильные высокомолекулярные и полифенольные химические соединения, которые относятся к категории труднодеградируемых веществ. Из-за их повышенных концентраций в сточных водах соотношение БПК/ХПК становится менее чем 0,5, что препятствует протеканию биохи-мических процессов водоочистки и снижает эффективность процессов метанового брожения [3, 4].

Следует отметить интересную особенность процессов метаногенеза, способствующих возможности биосинтеза метаногенными бактериями при анаэробном сбраживании высококонцентрированных сточ-ных вод в составе осадков активного ила витамина В12, являющегося комплексным белковым соединением кобальта сложной молекулярной структуры [5]. После упаривания и сушки культуральной жидкости в получаемом концентрате содержится всего несколько миллиграммов витамина на 1 кг продукта, что является недостаточным при использовании его для кормления животных. Однако количество полу-чаемой таким образом кормовой добавки лимитируется случайным содержанием соединений кобальта в обрабатываемых высококонцентрированных сточных водах, подвергаемых метановому брожению.

Технология такой биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод, как правило, включает две стадии обработки – анаэробную и аэробную, поскольку одна аэробная стадия технически не обеспечивает необходимой степени очистки, является энергоемкой в связи с необходимостью про-изводства и расхода воздуха на аэрацию. Так как анаэробная стадия относится к низкоэнергоемким технологиям, то важным становится повышение эффективности этого процесса для максимального снижения на этой стадии показателей химического (ХПК) и особенно биохимического потребления кислорода (БПК).


201

Учитывая высокие исходные значения ХПК и БПК винодельческой барды, становится необходимым подвергать предварительной гидролитической деструкции такие вещества в сточных водах до низко-молекулярных фракций, которые могут быть переработаны микроорганизмами. Однако обычно при-меняемый для этих целей автоклавный химический метод гидролиза в щелочной или кислотной среде [6, 7] является дорогостоящим, энергоëмким и длительным во времени. Имеются также сведения о возможности радиационной предобработки, производимой путем γ-облучения, что повышает степень конверсии органического вещества в биогаз. Однако такие способы трудоемки и небезопасны, а также связаны с раздельными и длительными во времени операциями.

С целью повышения эффективности процессов анаэробной обработки сточных вод бродильных про-изводств, направленных одновременно на увеличение выхода биогаза и практического использования активного ила с белково-витаминным содержанием для его утилизации, нами изучались условия и воз-можности первичного фотокаталитического гидролизного расщепления труднодеградируемых орга-нических ингредиентов в винодельческой барде.

Экспериментальная часть Изучение фотокаталитических процессов производили на специально разработанной установке [8],

схематично представленной на рис. 1.

Установка включает корпус, в котором размещены U-образные проточные цилиндры (1) из квар-

цевого стекла с системой их очистки щетками (3), соединенными с кривошипно-шатунным механиз-мом (4). Возвратно-поступательное движение щеток внутри кварцевых цилиндров обеспечивает непре-рывную очистку их внутренней поверхности от оседающих на ней взвесей и одновременно интенси-фицирует массообмен.

Между этими цилиндрами закреплены лампы ультрафиолетового излучения (2). Установка снаб-жена магнитным устройством (5) для обогащения кислородом воздуха, дополнительно вводимого в процессе УФ-обработки барды. Процесс обогащения воздуха основан на том, что кислород, обладая аномально высокими парамагнитными свойствами и магнитной восприимчивостью по сравнению с другими компонентами воздуха, селективно втягивается в зону действия магнитного поля у внутренних стенок цилиндра [9] и далее в обогащенном виде барботирует в обрабатываемой водной среде.

В качестве кольцевых магнитов использованы как постоянные магниты с повышенной коэрцитивной силой, так и электромагниты. Аномальные парамагнитные свойства молекул кислорода объясняются неспаренностью электронов, находящихся в триплетном состоянии электронной структуры молеку-лярного спектра кислорода. В связи с этим молекулярный кислород обладает положительной магнитной восприимчивостью, проявляющейся, в частности, в отклонении молекулярного пучка в магнитном поле. При этом низкообогащенная кислородом часть воздуха, регулируемая с помощью задвижки, из центральной части цилиндра с повышенным содержание азота в нем отводится наружу.

Рис.1. Установка для интенси-фицированной фотокаталитической деструкции биохимически трудно-разлагаемых органических ингреди-ентов в сточных водах (заявка МД 2007-0190).



202

Общий вид лабораторной установки приведен на рис. 2. Наличие множества последовательно соединенных U-образ-ных проточных цилиндров позволяет повысить скорость протока обрабатываемой среды, интенсифицировать процесс в целом и повысить его эффективность, а также и производи-тельность установки. Такая установка может эксплуатиро-ваться в самостоятельном исполнении, а также может легко встраиваться в систему биохимической обработки сточных вод. При этом количество U-образных проточных цилиндров определяется степенью загрязненности обрабатываемой водной среды и химической стойкостью органических веществ в ней, интенсивностью ультрафиолетового облучения, а также зада-чами требуемой степени деструкции органических веществ.

Комплексной фотокаталитической и биохимической обра-ботке подвергали барду, образующуюся в результате пере-гонки виноматериалов на коньячный спирт на винзаводе «Бардар», исходные значения ХПК и БПК5 составляли, соот-ветственно, 25450 мгО2/л и 18150 мгО2/л. Фотокаталитичес-кую гидролизную обработку производили путем дозирова-ния в неё раствора пероксида водорода Н2О2 и нитрата кобальта(П), содержащего, в г/л в расчете на 1 г ХПК:

пероксид водорода (33 %-ный), мл/л 0,001-0,005

нитрат кобальта (в пересчете на металл) 0,0001-0,0002.

Процесс обработки производили при ультрафиолетовом облучении с длиной волны 180-270 нм, интенсивностью 10-20 кДж/см2⋅мин. Затем обработанную барду подвергали биохимической обработке в анаэробных условиях при температуре 32±2 оС на лабораторной установке, позволявшей фиксировать количественный выход биогаза. После этого образующийся осадок, содержащий активный ил, под-вергали сгущению и последующему смешению с жидкими кормовыми дрожжами в соотношении 1:0,35. Отжатый осадок измельчали и сушили. Определение значений ХПК и БПК производили согласно методик [10]. Содержание витамина В12, а также содержание полифенольных соединений в образую-щейся смеси анализировали фотоколориметрическим методом путем их предварительной экстракции из высушенного конечного продукта в подкисленной нагретой воде.

Результаты исследований и их обсуждение При комплексном воздействии на обрабатываемую водную среду водного раствора окислителя, в

качестве которого используется как реагент Фентона [11], так и воздух, обогащенный кислородом, формируется ряд активных радикалов, среди которых наиболее активными и долгоживущими являются ·ОН и система ·НО2/·О2, которые в сложных фотокаталитических реакциях обусловливают последующие процессы разрыва связей и трансформацию высокомолекулярных органических веществ до различных промежуточных соединений [12], которые усваиваются микроорганизмами при их последующей био-химической обработке [13, 14].

Результаты экспериментов, проведенных в условиях предварительной фотокаталитической обра-ботки барды с последующей ее анаэробной доочисткой и без фотокаталитической стадии, приведены в таблице 1. Как свидетельствуют полученные данные, такое физико-химическое воздействие способ-ствует улучшению условий анаэробного сбраживания, приводящих к улучшению биохимической очистки воды, и биохимическому синтезу метана и цианкобаламина (витамина В12) в условиях метаногеза.

После первичной фотокаталитической стадии процесса, значения ХПК хотя и снизились, но незна-чительно, чего следовало ожидать. В этих условиях может происходить лишь разрыв молекулярных связей и частичная деструкция органических веществ до их более простых соединений, которые легче подвержены микробиологическому сбраживанию, чем исходные. Об этом свидетельствует соответ-ствующее изменение значений БПК5, которое снизилось почти на 11 %. Одновременно снизилось почти в 2 раза и содержание полифенольных соединений в обработанной барде.

Рис.2. Общий вид пилотной фотоката-литической установки проточного типа для изучения процессов гидролиза биохими-чески труднодеградируемых веществ.


203

Таблица 1 Количественные характеристики сточных вод после их фотокаталитической

и биохимической обработки Условия экспериментов

Характеристика процессов Последовательная

фотокаталитическая и анаэробная обработка

Аэробная обработка

1

ХПК, мгО2/л: -исходное значение -после фотокаталитической гидролизной обработки -после биохимической стадии очистки

25450

25220 624

25450

-

875

2

БПК5, мгО2/л: -исходное значение -после фотокаталитической гидролизной обработки -после биохимической стадии очистки

18150

16150 474

18150

-

590

3 Удельное количество выделившегося биогаза, м3/ 1 кг ХПК

0,53

0,5

4 Содержание витамина, сухого продукта белково-витаминной добавки, в мгВ12/кг

764,8

3,7

5 Содержание экстрагируемых полифенольных соединений в сухом продукте, в мг/кг

58

125

Как известно, соотношение значений БПК5/ХПК является одним из факторов, характеризующих эффективность биохимического процесса водоочистки: чем оно ниже, тем эффективнее протекают эти процессы. Согласно полученным экспериментальным данным (таблица 1), если до фотокаталитической обработки барды это соотношение составляло 0,713, то после этой операции оно снизилось до 0,64. Соответственно, возрос и удельный выход биогаза с 0,5 до 0,53 м3/кг ХПК и одновременно повысилась общая эффективность анаэробного процесса сбраживания барды: показатель ХПК снизился на 29%, а БПК5 – на 20%. Полученные в результате анаэробного сбраживания барды конечные значения ХПК и БПК, составляющие 624 мгО2/л и 474 мгО2/л, соответствуют возможностям доочистки сточных вод на аэробных очистных сооружениях.

Содержание витамина В12 в составе получаемой белково-витаминной добавки в исследуемых усло-виях повысилось более чем на два порядка. Это может являться следствием обогащения обрабаты-ваемой жидкой барды в процессе ее фотокатализа соединениями кобальта, служащими подкормкой бактерий, вырабатывающих в процессах метаногенеза витамин В12. А это, в свою очередь, способствует улучшению качества белково-витаминной кормовой добавки для животных, приготовляемой на базе осадков активного ила в результате анаэробной обработки винодельческой барды.

Развитие фотокаталитического процесса обусловливается введением в обрабатываемую среду перекиси водорода как очень активного окислителя и одновременно воздуха, обогащенного кислородом. Благодаря наличию в этих условиях соединений кобальта, формируется гомогенная окислительная среда, в результате чего протекают фотокаталитические процессы с образованием активных радикалов, по аналогии с реакциями Фентона, что усиливает окислительное воздействие и деструкцию органи-ческих веществ в обрабатываемой воде. В окислительно-восстановительной среде пероксида водорода ионы кобальта (П) частично окисляются до трехвалентного состояния, образуя металлокомплексы в системе [Co(III)/Co(II)/H2O2/UV] с высокими редокс-каталитическими свойствами.

Под воздействием УФ-излучения образуется ряд активных радикалов ОН•-, ОН•2 и O2

•- вследствие протекания реакций диспропорционирования молекул пероксида водорода по реакциям:

Со2+ + H2O2 → Со3+ + OH- + ОН•, ОН• + H2O2 → ОН•

2 + H2O; ОН•

2+ ОН• → O2•- + H2O.

Образование активных радикалов, являющихся сильнейшими окислителями в водных растворах, протекает также и вследствие фотолиза молекул воды под действием мощного ультрафиолетового



204

излучения при длинах волн в диапазоне 180-300 нм по реакции Н2О + UV-излучение → ОН• + еaq. При этом гидратированный электрон (еaq) вступает во взаимодействие с пероксидом водорода, формируя активные радикалы:

еaq + H2O2 → OH- + ОН•. Итак, образование активных радикалов в присутствии пероксида водорода может протекать по

четырем механизмам: благодаря фотохимическим процессам гомогенного и гетерогенного катализа, протекающего в присутствии поливалентных ионов кобальта или их частиц в виде микроколлоидов, которые генерируются в растворе за счет биохимических взаимодействий, что усиливает общее катали-тическое действие за счет проявляющегося синергетического эффекта;

вследствие фотолиза молекул воды под воздействием жесткого ульрафиолетового излучения; под воздействием освободившихся гидратированных электронов; в результате внутрисферного взаимодействия активных радикалов между собой. Радикалы ОН• и ОН•

2 обладают высокими значениями свободной отрицательной энергии, вследствие

чего термодинамически проявляют высокие реакционные окислительные свойства по отношению к органическим веществам, окисляя органические молекулы по механизму отщепления атома водорода с образованием молекулы воды по реакции общего вида: RH + ОН• → R• + H2O. Радикал O2

•- обладает хорошей реакционной способностью как окислитель и как восстановитель, поэтому он легко восстанав-ливает органические соединения, обладающие акцепторными свойствами [11].

Таким образом, труднодеградируемые полифенольные органические соединения, которые в исход-ном состоянии не поддаются обычным методам биохимической очистки, под действием образующихся активных радикалов подвергаются гидролитическому разложению. Процесс окислительно-восстано-вительного разложения протекает по различным механизмам, зависящим как от молекулярной структуры таких соединений и особенностей функциональных групп их молекул, так и от условий проведения процессов обработки. Результатами такой обработки являются промежуточные, легкодеградируемые органические соединения малотоксичных форм, которые в дальнейшем подвергаются полной биохимии ческой деструкции в обрабатываемой водной среде.

Образующийся в результате анаэробного сбраживания обработанной таким образом винодельческой барды осадок активного ила содержит сырой протеин (34,2-37,2 % массы сухого вещества), аминокислоты, жироподобные вещества (10-14,7%) и другие ценные компоненты, среди которых наибольшей био-логической активностью обладает витамин В12, представляющий собой комплексное белковое соеди-нение с кобальтом – цианкобаламин общего химического состава С63Н90О14N14PCo, имеющий следую-щую структурную формулу:

Координационно связанная с атомом кобальта в этом соединении группа CN частично может замещаться и на другие атомы или группы атомов (например, OH-, SCN-, OCN, NO2

- и т.д.), объединенные общим названием кобаламины, многие из которых также обладают био-логической активностью. Процесс синтеза этих соеди-нений осуществляется в основном метанобразующими бактериями в процессе их жизнедеятельности.

Вводимое в процесс анаэробной обработки вино-дельческой барды соединение кобальта играет двоякую роль:

- на стадии фотокаталитического гидролиза кобальт служит катализатором гомогенного процесса деструк-ции органических соединений и, в частности, полифе-нольных соединений, которые относятся к биохими-чески труднодеградируемым соединениям в составе обрабатываемой барды, способствуя увеличению выхода биогаза и одновременно снижению их остаточ-ного содержания в составе образующихся осадков;

Структурная формула витамина В12.


205

- на стадии метаногенеза вводимое количество кобальта является дополнительной подкормкой бактерий, вырабатывающих витамин В12, увеличивая его общее количество как биологически активного вещества в составе активного ила в таких осадках.

Количество образующегося при этом витамина В12 по сравнению со стандартной технологией сбражи-вания сточных вод увеличивается в несколько раз и составляет более 700 мк/кг сухого вещества в осадках.

Кормовые дрожжи, которые могут быть использо-ваны для получения белково-витаминной кормовой добавки для животных, обычно остаются в качестве неутилизируемых отходов после фильтрации барды. Согласно известной технологии, их промывают холодной или теплой водой (40-45 оС), совмещая этот процесс с фильтрацией дрожжевой барды на пресс-фильтре, пока рН воды будет не ниже 4,5-5,0. Оста-точное содержание влаги в продукте после отжима – порядка 40-50 %, протеина (в пересчете на сухое ве-щество) – до 25 %, минеральных веществ – до 4 %.

В связи с этим необходимо отметить, что в ре-зультате комплексных научно-технических и опыт-ных работ, выполненных на основе ряда иннова-ционных решений [15-21], нами сконструирована и испытана пилотная биогазовая установка объемом 36 м3 на винзаводе «Бардар» с газгольдером, обес-печивающая активное выделение биогаза с содер-жанием в нем до 70 % метана и образованием осадка активного ила, общий вид которой приведен на рис.3. Это дает возможность практического проведения этих работ [22,23].

Заключение Таким образом, первичная фотокаталитическая обработка сточных вод бродильных производств

с использованием окислительной системы с высокими редокс-каталитическими свойствами способ-ствует комплексному решению проблем биохимического обезвреживания сбросов винодельческой барды с получением конкретных продуктов для их утилизации. При этом достигаются следующие положительные эффекты:

1. Фотокаталитическая обработка барды обеспечивает снижение значений ХПК и особенно БПК за счет гидролизной деструкции органических веществ в обрабатываемой среде, включая биохими-чески труднодеградируемые полифенольныех соединения, что благоприятно влияет на степень анаэ-робного сбраживания, повышая общую эффективность этого процесса.

2. Одновременно с увеличением степени анаэробной очистки сбрасываемых концентрированных сточных вод возрастает эффективность процесса получения биогаза с возможностью его утилизации путем когенерации тепловой и электрической энергии.

3. Применение нового вида редокс-системы [Co(III)/Co(II)/H2O2/UV], благодаря использованию в этих целях металлокомплексных соединений кобальта, на первичной стадии способствует развитию процессов фотокаталитической деструкции органических веществ, а на последующей стадии анаэ-робной обработки служит подкормкой для микроорганизмов, которые в условиях метаногенеза сти-мулируют биохимический синтез витамина В12 в составе активного ила, выпадающего в осадок, с возможностью его утилизации в качестве белково-витаминной добавки для корма животных.

Рис.3. Общий вид пилотного анаэробного биогазового реактора



206


1. Гумбатова Т.Ф., Гасонов М.В., Гумбатов Р.Т., Осокина Т.А. Характеристика сточных вод заводов первичного виноделия // Виноделие и виноградарство СССР. - 1984. - 3. - С.24-27.

2. Дука Г.Г., Гаина Б.С., Ковалева О.В., Ковалев В.В., Гонца М.В. Экологически чистое винодельческое произ-водство. - Кишинев: Штиинца, 2004. - 420 с.

3. Гладченко В.И., Скляр В.И.Б Калюжный С.В., Щербаков С.С. Обзор современного состояния анаэробной очистки сточных вод бродильных производств // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2002. - 1. - С.22-23; 2. - С.14-17; 3. - С.32-33.

4. Витковская В.А. и др. Биохимическая очистка сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих мелассу. Экспресс-информация ЦНИИТЭИ Пищепром: Спиртовая промышленность. Вып.7. - М., 1974, с.8-9.

5. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1982, с.196-197. 6. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. - М.: Стройиздат, 1980. - 200 с. 7. Калюжный С.В., Пузанков А.Г., Варфоломеев С.Д. Биогаз: Проблемы и решения. В серии: “Биотехнология”,

т.21. - Москва, ВИНИТИ, 1988. 8. Пат. МД 20070190. Установка для фотокаталитической деструкции труднодеградируемых органических

соединений. / Ковалев В.В., Ковалева О.В., Дука Г.Г., Суман И.Н., Унгуряну Д.В. 9. Brevet nt.2524 MD. Procedeu şi instalaţia pentru epurarea biochimică a apelor reziduale / O.Covaliova, D.Ungureanu,

V.Covaliov şi al. // Publ.BOPI, 8, 2004. 10. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа сточных вод. - М.: Химия, 1978. 11. Сычев В.Я.., Дука Г.Г. Фундаментальные и прикладные аспекты гомогенного катализа металлокомплексами. -

Кишинэу: Изд. Молд ГУ, 2002, т.1. - 442 с.; т.2. - 50 с. 12. Калюжный С.В., Ковалев Г.В и др. Влияние на процесс метаногенеза предварительной обработки исходного

сырья // Биотехнология. - 1988. - Т.4. - 4. - С.230-232. 13. Garcia-Calderon D., Buffiere P., Moletta R., Elmalen S. Anaerobic digestion of wine istillery wastewater in downflow

fluidized bed // Wat. Res. - 1998. - Vol.32. - No.12. - P.3593-3600. 14. Гладченко М.А., Скляр В.И., Щербаков С.С., Калюжный С.В. Биологическая обработка сточных вод вино-

дельческой промышленности // Виноград и вино России. - 1999. - 6. - С.24-27. 15. Пат. МД 2818. Биореактор / Ковалев В.В., Унгуряну Д.В., Ковалева О.В. // Опубл. BOPI. - 2005. - 7. 16. Пат. МД 2794. Анаэробный биореактор / Ковалев В.В., Ковалева О.В., Унгуряну Д.В. // Опубл. BOPI. -

2005. - 6. 17. Пат. МД 3050. Рrocedeu de tratare a apelor reziduale cu metoda biochimică / V.Covaliov, O.Covaliova, I.Suman,

D.Ungureanu, Gh.Duca // Publ. BOPI. - 2006. - 5. 18. Пат. МД 3062. Анаэробный метантенк для обезвреживания труднодеградируемых органических соединений /

Ковалев В.В., Ковалева О.В., Унгуряну Д.В., Суман И., Оника В. // Опубл. BOPI. - 2006. - 5. 19. Пат. МД 3272. Анаэробный биореактор / Ковалев В.В., Унгуряну Д.В., Ковалева О.В., Суман И., Мереуца

Г.К., Плугару И.Ф., Дука Г.Т. // Опубл. BOPI. - 2007. - 3. 20. Пат. МД 3210. Способ биохимической очистки сточных вод / Ковалев В.В., Унгуряну Д.В., Ковалева О.В. //

Опубл. BOPI. - 2006. - 12. 21. Пат. МД .3293. Способ обработки осадков от анаэробных процессов очистки сточных вод / Ковалев В.В.,

Ковалева О.В., Унгуряну Д.В., Суман И.Н. // Опубл. BOPI. - 2007. - 4. 22. Ungureanu D., Covaliov V. Procese tehnologice de obţinere a biogazului în sistemele de epurare anaerobă a apelor

reziduale // Intelectus. - 2007. - Nr.1. - P.69-73. 23. Ковалев В.В., Ковалева О.В., Дука Г.Г., Гаина Б.С. Основы процессов обезвреживания экологически вредных

отходов виноделия. - Кишинэу: Типогр. АНМ, 2007. - 344 с. Данная разработка выполнена при государственной финансовой поддержке в составе Проекта MRDA BPP-620



207

ROLUL PESTICIDELOR DDT ŞI DDE ÎN PROCESELE DE AUTOPURIFICARE A

SISTEMELOR ACVATICE

Viorica GLADCHI, Nelly GOREACEVA*, Lidia ROMANCIUC*, Elena BUGA

Catedra Chimie Industrială şi Ecologică *LCŞ „Chimie ecologică a sistemelor acvatice” Research scope: Investigation of the DDT, DDE influence on the processes of water systems chemical self-

purification. Based on the conducted research, the effective constants of pesticide interaction with the OH-radicals, inhibition

ability of water medium were calculated. Besides, the stationary concentrations of OH-radicals were determined. The obtained results have high scientific and applied level of significance. The kinetic regularities, which were

studied based on the model systems, could be applied to the natural water objects and used as important indicators to estimate the effectiveness of radical purification processes.

Introducere Problema capacităţii de autopurificare a apelor naturale a devenit extrem de actuală în legătură cu poluarea

persistentă a resurselor acvatice. Prin capacitatea de autopurificare a apelor naturale se înţelege totalitatea proceselor hidrodinamice, fizice, biologice şi chimice ce contribuie la restabilirea proprietăţilor iniţiale ale acestora. Din această totalitate de procese cele de natură chimică sunt studiate cel mai puţin, fapt ce se explică prin dificultăţile de tip metodic în ceea ce priveşte modalităţile de destrucţie a poluanţilor pe cale chimică, prin complexitatea compoziţiei chimice a apelor naturale şi diversitatea mare de procese ce duc la formarea ciclurilor biogeochimice ale elementelor biogene [1-3].

Pentru a estima mecanismele proceselor chimice din mediul acvatic, calea cea mai eficientă constă în mode-larea lor, adică în studierea separată în condiţii de laborator, cu utilizarea unui număr anumit de parametri, care pot fi determinaţi experimental. Studiul mecanismelor de transformare a diverselor substanţe în cadrul acestor sisteme-model permite a explica procesele ce au loc în ecosistemele naturale şi a propune metode de diminuare a poluării acestora. Transformările ce au loc în mediul acvatic cu majoritatea substanţelor chimice sunt însoţite de formarea radicalilor liberi care participă activ la procesele de autoepurare chimică a apelor naturale [4-6]. Printre poluanţii apelor naturale se enumără un număr mare de substanţe, inclusiv pesticidele. De aceea, devine important de a studia influenţa unor pesticide asupra proceselor de autoepurare chimică a sistemelor acvatice cu participarea radicalilor liberi.

Material şi metode Cercetările experimentale au inclus studiul influenţei pesticidelor DDT şi DDE asupra proceselor de auto-

purificare a mediului acvatic. Pentru estimarea proceselor chimice cu participarea radicalilor OH s-a folosit metoda indirectă de determinare a concentraţiei staţionare a acestora. S-a folosit metoda indirectă de deter-minare a radicalilor OH [7], care se bazează pe determinarea raportului dintre doi parametri cinetici – între viteza de iniţiere (WiOH) şi constanta efectivă a vitezei de dispariţie a radicalilor liberi OH (kef, OH) în urma interacţiunii acestora cu componentele mediului acvatic [Si]:

[ ] [ ]∑=

ii

i

SkW

OH .

Metoda se bazează pe utilizarea colorantului paranitrozodimetilanilinei (PNDMA) în calitate de „capcană” de radicali OH. După viteza de decolorare a acestuia în absenţa şi în prezenţa pesticidelor studiate, în condiţii forţate de iniţiere a radicalilor .OH, poate fi apreciat conţinutul „capcanelor” de .OH în mediul acvatic. Viteza de iniţiere, a cărei cunoaştere este necesară pentru estimarea concentraţiei radicalilor OH, s-a determinat în baza cercetărilor cinetice de decolorare a PNDMA la întuneric. Pentru determinarea constantei efective a vitezei de „deces” a radicalilor OH, (kef, OH), s-a folosit acelaşi colorant. Generarea forţată a radicalilor OH se realizează cu ajutorul fotolizei peroxidului de hidrogen în urma iradierii probelor cu razele ultraviolete de



208

la sursă artificială (lampa DRŞ 100). Determinând viteza de decolorare la fotoliza H2O2 în apă distilată şi în proba de analizat, poate fi calculată constanta efectivă a vitezei de dispariţie a radicalilor OH. Această constantă caracterizează capacitatea de inhibiţie a apelor naturale în corelaţie cu procesele radicalice de autoepurare:

∑ki [Si] = nVa

Vtot.

· kA [PNDMA]0 [ nWadWa..

- 1],

unde : Vtot – volumul total al soluţiei; Va.n. – volumul apei naturale în proba analizată; kA = 1,25 · 1010 M-

1s-1 – constanta vitezei de reacţie a radicalilor OH cu PNDMA; Wa.d (Wa.n.) – viteza iniţială de decolorare a PNDMA în apa distilată (apa naturală).

Deoarece pentru majoritatea substanţelor organice şi pentru mulţi compuşi anorganici constanta vitezei de reacţie cu radicalii OH se află în diapazonul 108 - 1010M-1s-1, presupunând ki = 109 M-1s-1 după parametrul capacităţii de inhibiţie ∑ki [Si], poate fi apreciat conţinutul efectiv în apă al „capcanelor” radicalilor OH:

∑ [Si] = 109 (∑ki [Si] )

Măsurările parametrului capacitatea de inhibiţie pentru diferite ape naturale, atât poluate, cât şi nepoluate, poate indica diapazonul acestui parametru. La ∑ki [Si] < 3·104 s-1 apa poate fi considerată nepoluată; la ∑ki [Si] > 106s-1 apa poate fi considerată foarte poluată; pentru majoritatea apelor naturale ∑ki [Si] = 105s-1. Mărimea şi sensul fizic al parametrului capacităţii de inhibiţie poate fi tratat ca constantă efectivă de întrerupere a lanţului radicalic al procesului de oxidare din apele naturale.

Rezultate şi discuţii Pentru a studia procesele de autopurificare radicalică, în sistemele-model ce conţineau H2O2 şi PNDMA

au fost aduăgate diferite cantităţi de pesticide. Studiul cineticii proceselor fotolitice a demonstrat că prezenţa în sistem a DDT-ului conduce la variaţia parametrilor cinetici. Pornind de la curbele cinetice de decolorare a PNDMA, au fost calculate vitezele reacţiilor fotochimice de distrucţie a PNDMA şi de iniţiere a radicalilor OH, capacitatea de inhibiţie a sistemului, precum şi concentraţia staţionară a radicalilor OH. Introducerea în sistemul, în care forţat sunt generaţi radicalii liberi OH, a diverselor cantităţi de DDT duce la scăderea vitezei reacţiei fotochimice de distrucţie radicalică a „capcanei” (2,33- 0,2)·10-9 M/s, la micşorarea vitezei de iniţiere a radicalilor OH (0,41- 0,08)·10-11 M şi la creşterea capacităţii de inhibiţie a sistemului analizat. Creşterea capa-cităţii de inhibiţie demonstrează că mediul studiat face parte din categoria apelor poluate. Pe măsura măririi concentraţiei pesticidului concentraţia staţionară de radicali OH scade esenţial, ceea ce demonstrează tendinţa acestuia de a concura cu colorantul PNDMA în captarea radicalilor liberi (Tab.1).

Tabelul 1 Parametrii cinetici ai reacţiei de decolorare a PNDMA la diverse concentraţii de DDT.

[PNDMA]0 = 2·10-5 M; [H2O2] sol = 1·10-3 M , pH = 7, t = 20oC

[DDT] x 105

M Wf x 109

M·s-1

Wi x 1011

M·s-1 ∑ki [Si] x 10-6

s-1 [OH.] x 1017

M 0,5 1,2 0,41 2,637 15 1 0,5 0,218 5,158 4

1,5 0,5 0,13 3,437 3,7 2 0,2 0,08 7,518 1

2,5 0,2 0,08 6,021 1,3 La transformarea DDT, când el îşi pierde un atom de clor, se formează un alt compus nu mai puţin toxic,

DDE, care este indispensabil de DDT. De aceea, a fost studiată şi influenţa pesticidului DDE asupra procesului de autoepurare a sistemelor acvatice. Pentru a cunoaşte procesele radicalice ce au loc sub influenţa pesticidului DDE, în sistemul-model au fost aduăgate diferite cantităţi de DDE. Pornind de la curbele cinetice de decolorare a PNDMA, au fost calculaţi toţi parametrii cinetici de bază. S-a observat că odată cu creşterea concentraţiei de DDE, viteza de oxidare a PNDMA scade, ceea ce demonstrează că DDE, la fel ca şi DDT, nu generează radicali OH liberi care ar accelera oxidarea PNDMA. În acest sistem se micşorează viteza de iniţiere a radicalilor OH şi concentraţia staţionară a acestora, ceea ce demonstrează tendinţa DDE de a concura cu PNDMA în captarea radicalilor liberi, la fel ca şi DDT-ul (Tab.2).


209

Tabelul 2 Parametrii cinetici ai reacţiei de decolorare a PNDMA la diverse concentraţii de DDE.

[PNDMA]0 = 2·10-5 M; [H2O2]sol = 1·10-3 M, pH = 7, t = 20oC

[DDE] x 105 M

Wf x 109

M·s-1 Wi x 1012

M·s-1

∑ki [Si] x 10-6 s-1

[OH.] x 1019 M

0,5 1,4 0,85 1,9 4,4 1 1 0,85 1,9 4,4

1,5 1 0,4 1,2 3,3 2 1 0,4 0,9 4,4

Ţinând cont de faptul că în multiple procese de autopurificare chimică a mediului acvatic un rol important

joacă formele solubile şi microcoloidale ale Fe(III) şi pentru a elucida influenţa concomitentă a ionilor de fier şi a pesticidelor analizate asupra proceselor studiate, în sistemele-model au fost adăugate cantităţi bine determinate de Fe(III) şi diverse concentraţii de pesticide. Parametrii cinetici ai procesului de oxidare catalitică a colo-rantului PNDMA în prezenţa DDT şi a ionilor de Fe3+ sunt prezentaţi în Tabelul 3.

Tabelul 3 Parametrii cinetici ai reacţiei de decolorare a PNDMA în prezenţa ionilor de Fe(III)

şi a diferitelor adaosuri de DDT. [PNDMA] = 2·10-5 M, [H2O2]sol = 1·10-3 M, pH = 7, t = 20oC, [Fe3+] = const = 10-4 M

[DDT] x 105 M

Wf x 109 M·s-1

Wi x 1012 M·s-1

∑ki [Si] x 10-5 s-1

[OH.] x 1017 M

0,5 2,9 1,78 5,9 0,37 1 3,9 2,23 4,78 0,46

1,5 3,9 2,2 1,76 1,25 2 4,41 2,2 1,28 1,4

2,5 4,9 2,3 1,28 1,7 S-a observat că viteza de decolorare a colorantului PNDMA creşte (2,9 - 4,9)·10-9 M/s odată cu mărirea

concentraţiei DDT în prezenţa ionilor de fier De aici rezultă că ionii de fier(III) duc la generarea radicalilor OH sau că ionii de Fe(III) formează cu pesticidul DDT compus complex instabil care, la rândul său, sub influenţa razelor UV formează produse capabile de a genera radicali liberi:

DDT ⎯→⎯ νh R2 – C. + H.

R2 – C. + Fe3+ FeR3 P + .OH. Viteza de iniţiere se schimbă foarte lent, tendinţa fiind spre creştere, spre deosebire de cazul când în sistem

au lipsit ionii de fier. Ştiind că DDE este un metabolit al lui DDT, la fel este util de a studia influenţa acestuia asupra procesului

de autopurificare chimică prin intermediul radicalilor liberi OH. În sistemele-model au fost adăugate concentraţii constante de ioni de Fe(III) şi variate concentraţii de pesticid. Rezultatele studiului au fost introduse în Tabelul 4.

Tabelul 4 Parametrii cinetici ai reacţiei de decolorare a PNDMA la diverse concentraţii de DDE.

[PNDMA]0 = 2·10-5 M; [H2O2]sol = 10-3 M , pH = 7, [Fe3+] = const = 10-4 M, t = 20oC

[DDE] x 105 M

Wf x 109.

M·s-1 Wi x 1012

M·s-1

∑ki [Si] x 10-6 s-1

[OH.] x 1018 M

0,5 3,9 2,9 0,8 3,5 1 2,9 2,6 1,65 1,6

1,5 2,9 2,6 1,32 1,9 2 1,96 2,9 2,3 0,71

2,5 1,47 3,22 3,1 0,24



210

Este evident că viteza de decolorare a colorantului PNDMA descreşte odată cu mărirea concentraţiei de DDT în prezenţa ionilor de fier; de aici rezultă că pesticidul totuşi captează radicalii .OH în concurenţă cu colorantul PNDMA. Viteza de iniţiere se schimbă neesenţial, tendinţa fiind totuşi de a creşte, spre deosebire de cazul când în sistem au lipsit ionii de fier. Capacitatea de inhibiţie a mediului creşte şi concentraţia radi-calilor OH scade, ceea ce demonstrează contribuţia pesticidului la poluarea chimică a sistemului analizat. În acest caz poluantul interacţionează cu .OH şi formează radicali puţin activi, care se transformă în compuşi inactivi, care joacă rolul de „capcane” ale radicalilor liberi şi duc la distrugerea lanţurilor radicalice.

Analiza comparativă a influenţei pesticidelor DDT şi DDE asupra autopurificării radicalice denotă urmă-toarele. În cazul prezenţei în sistem a pesticidelor DDT şi DDE, valoarea capacităţii de inhibiţie ∑ki [Si] este de ordinul 106s-1, ceea ce este caracteristic pentru ape foarte poluate din punct de vedere chimic. Pe măsura efectuării experienţelor toate rezultatele au demonstrat că ambele pesticide reduc din eficacitatea proceselor de autopurificare chimică a sistemelor acvatice, dar DDE este mai periculos decât DDT (Fig.1).

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

[pesticid], M

Ki[S

i] x

10 e

xp -6

, 1/s

Fig.1. Capacitatea de inhibiţie a mediului acvatic la diverse concentraţii ale pesticidelor DDT şi DDE. [PNDMA]0 =

2·10-5 M, [H2O2] sol= 1·10-3 M, pH = 7, t = 20oC.

Valorile capacităţii de inhibiţie (Fig.2) confirmă starea poluată a apelor în prezenţa pesticidelor DDT şi DDE. Prezenţa ionilor de fier în sistemul format din DDT nu exclude formarea radicalilor liberi OH suplimentari. Însă, în prezenţa pesticidul DDE se formează complecşi stabili ai metalului, care urmează a fi studiaţi, şi are loc excluderea lor din procesele de formare a radicalilor liberi.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

[pesticid], M

Ki[S

i] x

10 e

xp -6

,1/s

Fig.2. Capacitatea de inhibiţie a mediului acvatic funcţie de concentraţia pesticidelor DDT şi DDE în prezenţa ionilor de Fe(III). [PNDMA]0 = 2·10-5 M, [H2O2] sol = 1·10-3 M, pH = 7, t = 20oC

Ki[Si] pentru DDT Ki[Si] pentru DDE

1- DDT+ Fe 2- DDE+Fe


211

Schema procesului în prezenţa DDT poate fi redată în felul următor:

DH2 DH- + H+ DH- + Fe3+ [FeDH]2+ [FeDH]2+ + H2O2 H+ + .OH + Fe D P,

unde DH2 – poluantul, P – produsul. Aşadar, studiul procesului de autopurificare chimică a mediului acvatic după aşa parametri cinetici ca capa-

citatea de inhibiţie a sistemului, concentraţia staţionară a radicalilor OH în prezenţa pesticidelor DDT şi DDE a demonstrat că acestea afectează procesele de autopurificare şi nu se includ în grupul substanţelor care mani-festă efecte pozitive în astfel de procese. Efectele pesticidelor DDT şi DDE sunt similare, diferă însă nivelul de impact asupra proceselor de inhibare a reacţiilor radicalice. În prezenţa ionilor de Fe(III) are loc formarea compuşilor complecşi care manifestă proprietăţi mai reduse de inhibare a proceselor de autoepurare chimică prin intermediul radicalilor liberi OH, în comparaţie cu pesticidele necomplexate. Tendinţa rămâne aceeaşi, indicii cinetici se păstrează în limitele apelor poluate, valorile capacităţii de inhibiţie a amestecului pesticid - ionii Fe(III) fiind totuşi mai mici. Este important a menţiona că în prezenţa pesticidului DDT se înregistrează apariţia unei cantităţi suplimentare de radicali OH, ceea ce nu se observă în prezenţa DDE, care captează mult mai energic radicalii liberi OH, manifestând astfel un grad de toxicitate mai avansat. Totalitatea parametrilor cinetici analizaţi în sistemele studiate denotă impactul negativ mai pronunţat al pesticidului DDE. Pentru explicarea detaliată a legităţilor obţinute este necesar un studiu suplimentar ce ţine de chimismul şi mecanis-mele de transformare a pesticidelor în sisteme modelate, studiu care urmează a fi realizat.

Referinţe:

1. Сычев А.Я., Травин С.О., Дука Г.Г., Скурлатов Ю.И. Каталитические реакции и охрана окружающей среды. - Кишинев: Штиинца, 1983. - 271с.

2. Duca Gh., Gladchi V., Romanciuc L. Procese de poluare şi autoepurare a apelor naturale. - Chişinău, 2002. - 145 p. 3. Duca Gh., Scurlatov Iu., Mitizi A., Macoveanu M. Chimie ecologică. - Bucureşti, 1999. - 305 p. 4. Сычёв А.Я., Исак В.Г. Гомогенный катализ соединениями железа. - Кишинев, Штиинца, 1988. - 216 с. 5. Duca Gh., Zănoagă C., Duca M., Gladchi V. Procese redox în mediul ambiant. - Chişinău, 2001. - 341 p. 6. Duca Gh., Gladchi V., Goreaceva N., Romanciuc L. Autoepurarea radicalică a sistemelor acvatice în prezenţa unor

substanţe tiolice // Anale Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău: CEP USM, 2002, p.396-401.

7. Эрнестова Л.С. Методология и методика изучения состояния водных экосистем на основе кинетического подхода: Автореферат диссертации на соискание учёной степени д. х. н. - Обнинск, 1995. - 57 с.

Notă: Lucrarea a fost realizată în cadrul Proiectului 06.36CRF din Programul de cercetări ştiinţifice bilaterale (Republica Moldova – Federaţia Rusă).




212

STUDIU COMPARATIV AL PROPRIETĂŢILOR BIOSTIMULATOARE ALE UNOR

DIMETILGLIOXIMAŢI AI Co(III) CU ANIONI POLIFLUORURAŢI

Eduard COROPCEANU, Alexandra DESEATNIC*, Andrei RIJA, Olga BOLOGA, Janna TIURIN*, Svetlana LABLIUC*, Steliana CLAPCO*, Viorica CONDRUC*, Maria STRATAN*, Ion BULHAC

Institutul de Chimie al AŞM *Institutul de Microbiologie şi Biotehnologie al AŞM The oriented synthesis of dimethylglioximates with general formula [Co(DH)2(Thio)2]X⋅nH2O, where DH2 –

dimethylglyoxime; Thio – thiocarbamide, X - [BF4]-, [PF6]-, 1/2[SiF6]2-, 1/2[ZrF6]2- was carried out. The structure and properties of named complexes were studied by modern methods (IR, UV-Vis, NMR 1H and 19F, X-ray diffraction study). The biological tests made on fungal strains of genre Aspergillus – producers of amylases showed the biostimulator effect of the same studied complexes on the enzimogenesis process relative to origin of strains. The enzymatic activity increased up to 41.6%. The biostimulating properties of dioximats with similar composition of complex cation depend on the nature of the anion.

Introducere Interesul faţă de complecşii elementelor 3d cu α-dioxime este condiţionat de varietatea structurii lor stereo-

chimice şi electronice [1], prezentând obiecte de perspectivă pentru elucidarea legităţilor generale între com-poziţie, structură şi proprietăţi. Structura variată a dioximaţilor Co(III) se datorează condiţiilor de sinteză diferite, naturii liganzilor axiali şi anionilor din sfera externă.

Introducerea moleculelor organice în calitate de liganzi în complecşii metalelor poate modifica esenţial activitatea lor, conferindu-le proprietăţi biologic active [2]. S-a stabilit că compuşii coordinativi care conţin cobalt pot servi în calitate de stimulatori ai biosintezei fermenţilor hidrolitici de către micromicete [3]. Dioximaţii Co(III) ce conţin fluor, fiind introduşi în mediul de cultivare a speciei Spirulina platensis, s-au manifestat ca stimulatori ai biosintezei vitaminei B12 de către algă [4]. Aceste studii au creat premise pentru iniţierea sinte-zelor cu scopul creării analogilor sintetici ai sistemelor naturale, modelarea funcţiilor biologice şi reproducerea proceselor care decurg în ele.

Investigaţiile realizate în ultimii ani au arătat că dioximaţii cobaltului(III) ce conţin anionul de fluor se deosebesc esenţial de complecşii tradiţionali ai acestei serii atât după caracterul compuşilor obţinuţi, cât şi după particularităţile proprietăţilor chimice şi structurale. Pentru aceşti complecşi este caracteristic faptul că anionul de fluor, spre deosebire de alte resturi acide, se localizează numai în sfera exterioară a complexului şi creează condiţii netradiţionale de împachetare a compuşilor în reţeaua cristalină [5-11].

Multiplele implicări practice ale enzimelor hidrolitice (pectinazelor, amilazelor, celulazelor, proteazelor, lipazelor) în diferite sfere economice şi sociale determină necesitatea elaborării unor procedee efective de sporire a capacităţii biosintetice a microorganismelor-producătoare. Dintre toţi factorii mediului exterior care conduc la modificarea proceselor biologice în celula microorganismului remarcabil este mediul nutritiv. Com-poziţia mediului nutritiv reglează considerabil dezvoltarea şi activitatea de biosinteză a fungilor. Sub acest aspect prezintă interes utilizarea compuşilor coordinativi în calitate de biostimulatori ai procesului de sinteză a enzimelor.

Rezultate şi discuţii A fost realizată sinteza orientată a noilor compuşi coordinativi ai cobaltului(III) cu dimetilglioxima, în

care atomul de metal coordinează în plan ecuatorial doi monoanioni de dimetilglioximă, în poziţiile axiale – molecule de tiocarbamidă, iar în sfera externă sunt prezenţi polifluoroanionii [BF4]-, [SiF6]2-, [ZrF6]2-, [PF6]-: [Co(DH)2(Thio)2][BF4]⋅3H2O (I), [Co(DH)2(Thio)2]2[SiF6]⋅3H2O (II), [Co(DH)2(Thio)2]2[ZrF6]⋅H2O (III), [Co(DH)2(Thio)2]2 F[PF6]⋅H2O (IV).


213

CC

N N OHHO

H3C CH3 CoN

OH

C

CN

O R

R

C

C

R

R

N

N

O

O

H

X

...

.. .

z

L

L

Sinteza compuşilor I-III a fost realizată conform schemei: CoXm·nH2O + 2 + 2 Thio

Complexul IV a fost obţinut la interacţiunea soluţii-

lor compusului [Co(DH)2(Thio)2]F⋅3H2O cu hexafluo-rofosfatul de potasiu. Compuşii sintetizaţi au configu-raţie trans-. În spectrele UV-Vis ale soluţiilor proaspete ale complecşilor se observă două benzi de absorbţie în regiunile ~235 şi ~335 nm, prima corespunzând gru-pării Co(DH)2, care formează planul ecuatorial al cationului, iar a doua – celor două molecule de tiocar-bamidă, amplasate în poziţia 1,6 [12].

Prezenţa anionului [SiF6]2- în sfera externă (Fig.1) este dovedită de semnalul în spectrul RMN 19F la -129,8 ppm (δ[SiF6]2-) [13].

La sinteza din mediu aqua-etanolic a fost obţinut compusul [Co(DH)2(Thio)2]2[SiF6]⋅2H2O⋅C2H5OH, a cărui structură cristalină a fost determinată cu metoda difracţiei razelor X [14]. Parametrii de bază ai cationilor [Co(DH)2(Thio)2]+ sunt apropiaţi de cei determinaţi în alţi compuşi ce conţin tiocarbamidă pe coordinata axilă. În cationul A ambele molecule de tiocarbamidă sunt practic perpendiculare pe planul fragmentului ecuatorial, fiind fixate prin legături intramoleculare N-H···O (Fig.2).

În cationul B o moleculă de tiocarbamidă este si-tuată perpendicular planului ecuatorial, fiind unită cu el prin intermediul legăturii N-H···O (asemănător cu cationul A), iar a doua moleculă este practic paralelă planului metalociclurilor (deosebit de cationul A). Probabil, această orientare este condiţionată de inter-acţiunea π-π între fragmentul ecuatorial şi ligandul axial π-delocalizat. Legăturile de hidrogen N-H···F au rol determinant în formarea structurii carcasei. Anionul [SiF6]2- este unit cu cinci cationi complecşi: trei de tipul A şi doi de tipul B, în sistemul de legături de hidrogen fiind antrenaţi în calitate de acceptori toţi atomii de fluor. În afară de legăturile de acest tip, în structură au fost depistate legături N-H···O între cationii independenţi şi N-H···S între cationii de ace-laşi tip (B). Moleculele de apă şi alcool etilic înde-plinesc funcţia de punte în lanţul cation-apă-fluor şi cation-etanol-fluor.

CH3OH/H2O O2

Fig.1. Spectrul RMN 19F al [Co(DH)2(Thio)2]2[SiF6]⋅3H2O.

Fig.2. Structura cationului complex A în II



214

În III cristalul este constituit din cationi cristalografic independenţi, anioni centrosimetrici [ZrF6]2- şi molecule de apă de cristalizare (Fig.3) [15]. Una dintre moleculele de tiocarbamidă este amplasată practic paralel faţă de planul ecua-torial, fapt cauzat de interacţiunea π-π, realizată între această moleculă şi metalociclu.

În scopul elucidării mecanismu-lui de acţiune a metalocomplecşilor asupra proceselor biologice, prezintă interes stabilirea rolului componen-telor structurale ale sferei interne şi externe ale compuşilor coordinativi în studiu. Dioximaţii analizaţi conţin acelaşi cation complex – [Co(DH)2(Thio)2]+, dar se deosebesc după natura anionului din sfera de coordinare externă. În cercetările biologice efectuate în cadrul prezen-tului studiul s-a urmărit influenţa anionului din sfera externă asupra activităţii enzimatice a unor tulpini de micromicete cu importanţă biotehnologică [14,15].

Ca obiecte de studiu au servit tulpinile de fungi miceliali Aspergillus niger CNMN FD 06 şi CNMN FD 02A – producători de amilaze ordinare şi acid stabile. În calitate de inocul a servit suspensia apoasă de spori a culturii de 14 zile, crescută pe suprafeţe oblice de malţ agarizat, la temperatura de 28-30°C în cantitate de 10% cu concentraţia de 106 spori/ml. Pentru intensificarea capacităţii biosintetice a tulpinii de fungi s-au utilizat dioximaţi noi ai cobaltului(III) care conţin în sfera de coordinare internă molecule organice (dimetil-glioximă şi tiocarbamidă), iar în sfera externă – anionii fluoruraţi: [BF4]-, [SiF6]2-, [ZrF6]2 , F- şi [PF6]-. Metalo-complecşii studiaţi s-au testat în concentraţii de 1, 5, 10, 15 şi 20 mg/L.

Cultivarea s-a efectuat în condiţii de agitare continuă (200 rot·min.-1), în baloane Erlenmayer cu capaci-tatea de 1,0 L cu 0,2 L mediu nutritiv, la temperatura de 28-30oC, timp de 5 zile, pe mediu nutritiv cu urmă-torul raport cantitativ al ingredientelor (g·L-1): amidon – 3,0; făină de fasole – 9,0; tărâţe de grâu – 18,0; KH2PO4 – 2,0, KCl – 0,5, MgSO4 – 0,5, apă potabilă până la 1 L, pH-ul iniţial al mediului – 5,0, în variantele experiment fiind suplimentat cu compuşii testaţi în concentraţiile determinate.

Activitatea amilolitică în lichidele culturale obţinute a fost determinată cu ajutorul metodei colorimetrice cu iod, utilizând ca substrat soluţia de 1% de amidon solubil, în condiţii standard de hidroliză la pH-4,7 pentru amilazele ordinare şi la pH-2,5 pentru amilazele acid stabile. Ca unitate de activitate amilolitică (u) s-a con-siderat cantitatea de enzimă, care în condiţii determinate de temperatură, pH şi durată de acţiune scindează un gram de amidon până la dextrine cu diferită masă moleculară [16].

Rezultatele obţinute sunt prezentate în Tabel. După cum urmează din Tabel, introducerea în mediul de cultivare al micromicetei Aspergillus niger CNMN FD 06 a dioximaţilor Co(III) cu tiocarbamidă şi cu anionii [BF4]-, [SiF6]2-, F- şi [PF6]-, în funcţie de concentraţia aplicată, stimulează activitatea atât a amilazelor ordi-nare, cât şi a celor acid stabile, creşterea constituind 113,7-141,6% pentru amilazele ordinare şi 110,4-131,8% pentru cele acid stabile faţă de martor. Metalocomplexul, care conţine anionul cu zirconiu – [ZrF6]2-, dimi-nuează activitatea ambelor tipuri de amilaze ale tulpinii Aspergillus niger CNMN FD 06A – cu 44,8-8,6% şi se manifestă ca inhibitor puternic al biosintezei ambelor tipuri de amilaze la tulpina Aspergillus niger 33-19 CNMN FD 02A, reducerea activităţii constituind 80,9-50,36% pentru cele ordinare şi 46,7- 44,2% pentru cele acid stabile.

Fig.3. Structura moleculară a complexului III.


215

Tabel Modificarea activităţii amilazelor ordinare (рН 4,7) şi acid stabile (pH 2,5) ale micromicetei

Aspergillus niger CNMN FD 06A sub influenţa complecşilor cobaltului(III) cu anioni fluoruraţi

Activitatea amilolitică*, u./ml Nr. crt. Compusul coordinativ Concentraţia,

mg/L рН 4,7 % faţă de control рН 2,5 % faţă de

control

1 153,16 137,2 95,29 106,2 5 158,09 141,6 72,29 81,0

1

[Co(DH)2(Thio)2][BF4]⋅3H2O

10 145,90 130,7 118,08 131,8 1 131,70 118,3 97,71 108,9 5 133,50 119,6 97.00 108,1

2

[Co(DH)2(Thio)2]2[SiF6]⋅3H2O

10 143,20 128,3 103,72 115,6 Control - 111,61 100 89,73 100

5 127,82 98,9 106,16 116,2 10 135,25 105,4 100,86 110,4

[Co(DH)2(Thio)2]2 F[PF6]⋅H2O 20 145,86 113,7 97,00 106,2

Control - 128,29 100 91,36 100 1 97,48 98,8 83,05 94,0 5 70,61 71,6 80,95 91,6

3

[Co(DH)2(Thio)2]2[ZrF6]⋅H2O

10 53,45 54,2 76,31 86,3 Control - 98,61 100 88,37 100

Aspergillus niger 33-19 CNMN FD 02A 5 45,83 27,0 116,24 55,8

10 32,49 19,1 90,08 43,3

3 [Co(DH)2(Thio)2]2[ZrF6]⋅H2O

15 49,64 29,2 93,48 44,9 Control - 169,82 100 208,15 100

* exactitate = ± 5% [19] Rezultatele cercetărilor marchează influenţa sferei externe a dioximaţilor cobaltului(III) cu compoziţie

identică a cationului complex, dar cu diverşi anioni în sfera externă asupra proceselor de sinteză enzimatică la fungii miceliali Aspergillus niger CNMN FD 06A şi Aspergillus niger 33-19 CNMN FD 02A – producători de amilaze ordinare şi acid stabile. Valoarea activităţii biologice a complecşilor studiaţi în dependenţă de natura anionului din sfera externă poate fi redată cu ajutorul seriilor: [ZrF6]2-<[PF6]-<[SiF6]2-<[BF4]- pentru amilazele ordinare şi [ZrF6]2-<[SiF6]2-<[PF6]-<[BF4]- pentru amilazele acid stabile.

Referinţe:

1. Ботошанский М.М., Дворкин А.А., Симонов Ю.А. – B cб: Кристаллические структуры неорганических соеди-нений. - Kишинев: Штиинца, 1974, c.26-61.

2. Азизов М.А. О комплексных соединениях микроэлементов с биоактивными веществами. – Ташкент, 1963. - 245 с.

3. Крисс Е.Е., Волченскова И.И., Григорьева А.С. и др. Координационные соединения в медицине. - Киев: Наукова думка, 1986. - 216 с.

4. Гуля A.П., Рудик В.Ф., Гэрбэлэу Н.В., Шаларь В.М., Кокунов Ю.В., Болога О.А., Грэдинару Д.И., Денчикова Л.А. // А.С. 1616111 (СССР), 1989.

5. Gerbeleu N., Coropchanu E., Deseatnic A., Simonov Yu., Bologa O., Tiurin J., Labliuc S., Kravtsov V. // Analele Ştiinţifice ale Universităţii „AL.I. Cuza” Iaşi. - 1999. - Vol.7. - Nr.2. - P.281-284.

6. Coropceanu E., Deseatnic A., Gerbeleu N., Tiurin J., Labliuc S., Bologa O. // Analele Ştiinţifice ale USM. Seria „Ştiinţe chimico-biologice”. - Chişinău: USM, 2000, p.256-258.



216

7. Десятник А.А., Гэрбэлэу Н.В., Коропчану Э.Б., Тюрина Ж.П., Лаблюк С.В., Болога О.А., Клапко С.И. // Координационная химия. - 2002. - Т.28. - 2. - C.144-145.

8. Десятник A., Сырбу Т., Коропчану Э., Тюрин Ж., Гэрбэлэу Н., Болога О., Лаблюк С. // Buletinul AŞM. Seria „Ştiinţe biologice şi chimice”. - 2003. - Nr.2. - P.112-117.

9. Gărbălău N., Simonov Yu., Deseatnic A., Bologa O., Kravţov V., Coropceanu E., Tiurin J., Labliuc S. Brevet de invenţie MD 1203, 1999.

10. Deseatnic A., Tiurin J., Gărbălău N., Coropceanu E., Labliuc S., Bologa O. Brevet de invenţie MD 1748, 2002. 11. Gărbălău N., Simonov Yu., Bouroş P., Deseatnic A., Coropceanu E., Bologa O., Condruc V., Clapco S. Brevet de

invenţie MD 2833, 2005. 12. Аблов А.В., Бовыкин Б.А. // Журнал неорганической xимии. - 1965. - Т.10. - 1. - С.53-60. 13. Буслаев Ю.А., Петросянц С.П. // Координационная химия. - 1979. - Т.5. - 2. - С.163-170. 14. Боурош П.Н., Коропчану Э.Б., Симонов Ю.А., Гданец М., Болога О.А., Гэрбэлэу Н.В. // Координационная

Xимия. - 2002. - Т.28. - 9. - C.689-697. 15. Малиновский С.Т., Коропчану Э.Б., Болога О.А., Рижа А.П., Гданец М. // Журнал структ. химии. - 2007. -

T.48. - 3. - C.532-538. 16. Манорик П.А. Разнолигандные био-координационные соединения металлов в химии, биологии, медицине. -

Киев: Наукова думка, 1991. - 272 с. 17. Рубан Е.Л. Микробные липиды и липазы. - Москва: Наука, 1977. - 216 с. 18. Лабораторный практикум по технологии ферментных препаратов. - Москва: Легкая и пищевая

промышленность, 1982, с.75-76. 19. Доспехов Б. Планирование полевого опыта и статистическая обработка данных. – Москва: Колос, 1985,

с.192-196.



Fizic= ISSN 1857-1735

217

OBŢINEREA STRATURILOR AlN PE Si PRIN METODA HVPE

ŞI CERCETAREA PROPRIETĂŢILOR LOR

Simion RAEVSCHI, Valerii Davydov*, Yurii ZHILYAEV*, Leonid GORCEAC, Vasile BOTNARIUC LCŞ „Fizica Semiconductorilor” *Ioffe Physico-Technical Institute, St.Peterburg, Russia AlN layers on Si(111) were fabricated by Hydride Vapor Phase Eptaxy (HVPE). The obtained layers were studied

by using Raman spectroscopy and by scanning electron microscope (SEM). The layers surface is structured. The Raman spectra of the layers, obtained at the temperatures of 800-1100oC, are presented. It was established that the layers are mechanically deformed in substrate plane and have a high value of the threshold voltage (are dielectrics).

Nitritul de galiu are o aplicare larga în electronică, optoelectronică şi în alte domenii. În majoritatea ca-

zurilor structurile de funcţionare ale dispozitivelor corespunzătoare sunt alcătuite din straturi subţiri depuse pe substraturi eterogene din safir sau carbură de siliciu, materiale costisitoare şi puţin accesibile. În calitate de substraturi sunt încercate şi alte materiale, însă condiţiile rigide la obţinerea structurilor (temperaturi ridi-cate, medii chimice agresive şi al. ) micşorează drastic numărul de substanţe potrivite. În ultimii ani o atenţie deosebită la aplicare, ca material pentru substraturi, se acordă siliciului. Acest material are temperatură înaltă de topire, este termodinamic stabil până la temperaturi ridicate, posedă planuri cristalografice cu simetrie trigonală, este relativ ieftin şi accesibil, iar integrarea tehnologiilor nitriţilor cu tehnologiile siliciului ar avea şi un impact economic substanţial. Obţinerea straturilor epitaxiale ale nitritului de galiu, nemijlocit pe siliciu, se confruntă cu mai multe obstacole, printre care: formarea picăturilor de eutectică Ga:Si şi deteriorarea su-prafeţei plachetelor ca rezultat al interacţiunii dintre Si şi GaN cu formarea compusului amorf SixNy; dife-renţa mare a siliciului şi nitritului de galiu după constantele reţelelor cristaline şi după coeficienţii de dilatare termică. Acestea sunt principalele piedici la confecţionarea dispozitivelor pe baza nitriţilor elementelor din grupa 111 pe siliciu. Parţial, ele pot fi depăşite cu ajutorul straturilor intermediare, buferale, la interfaţa strat / substrat. Un material potrivit pentru aplicare la obţinerea straturilor buferale este nitritul de aluminiu. Aspecte privind epitaxia nitritului de galiu pe siliciu prin mai multe metode MBE (molecular-beam epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE au fost abordate în [1]. Prezenta lucrare vizează cercetările unor proprietăţi fizice ale staturilor AlN obţinute pe Si(111) prin metoda HVPE.

Straturile AlN au fost obţinute prin metoda reacţiilor chimice de transport într-un reactor de cuarţ aranjat orizontal. Ca gaz de transport a fost utilizat hidrogenul purificat cu un filtru de paladiu. În calitate de precur-sori reactanţi au fost folosiţi amoniacul, clorura de hidrogen şi aluminiul (puritate 6N). Substraturile cu dia-metrul de doi ţoli erau supuse tratării chimice standarde pentru siliciu nemijlocit înainte de a fi introduse în reactor. Câmpul termic în reactor se stabilea cu un încălzitor electric. Temperatura sursei de aluminiu era de 850oC. Temperatura zonei de obţine a straturilor varia în intervalul 700-1200oC. În timpul depozitării sub-straturile erau rotite de un flux gazos cu o viteză de 50-100 rotaţii pe minut. Consumul total de hidrogen era de 4,8 slpm, iar de amoniac – de 2,4 slpm. Consumul de clorură de hidrogen era de 5 slpm.

Straturile AlN depuse pe Si sunt netede, strălucitoare, ca suprafaţa oglinzii. Pe unele straturi mai subţiri sunt fâşii concentrice de interferenţă cu lăţimile de ~ 10 mm de culoare roşie-vişinie (λr ∼ 760 nm) şi verde (λv ∼ 527 nm). Grosimile lor (d) pe suprafaţă nu sunt constante, au formă de clin. Ele pot fi apreciate din expresia d = λk/2n , unde λ, k = 1, n = 2,15 sunt, corespunzător, lungimea de undă la maximul de intensitate, ordinul fâşiei de interferenţă şi indicele de refracţie a stratului. În centrul plachetei dr = 760/2∑2,15 = 177 nm, iar la periferie dv = 527/2∑2,15 = 122 nm (grosimea medie d = 150 nm). Varierea grosimii stratului AlN pe suprafaţă se confirmă şi de cercetările tensiunii de străpungere a structurilor. În centru ea este de 400 V, iar la periferie de 300 V (valoarea medie pe întreaga suprafaţă – 350 V). Câmpul electric mediu la străpungere este de ordinul 350V/150 nm ≈ 23 MV/cm, valoare caracteristică dielectricilor. Tensiunea de străpungere prin avalanşă a siliciului cu rezistenţa specifică de 4,5 om∑cm, cu concentraţia impurităţilor de ∼ 1015cm-3, este de ∼100 V [2]. De aceea, căderea de tensiune pe stratul AlN nu depăşeşte 250 V, corespunzător câmpul de stră-pungere este mai mic de 17 MV/cm. De menţionat că pentru AlN(6,2 eV) masiv la 300K câmpul electric de străpungere este 1,2-1,8 MV/cm, iar pentru SiO2 de ∼ 1 MV/cm.



218

Suprafeţele straturilor AlN/Si(111) au fost cercetate cu ajutorul microscopului electronic cu scanare, SEM (scanning electron microscopy). Morfologia suprafeţei unui strat, obţinut la 900oC cu o durată de 5 minute, este prezentată în Figura 1. Suprafaţa este structurată, ce se poate mai bine evidenţia cu imaginea inversată. Stra-turile obţinute în condiţii identice, dar la temperaturile de 800, 1000, 1100 şi 1200oC, au stricturi asemănătoare.

Fig.1. Imaginea suprafeţei stratului AlN depus pe Si(111)

obţinută cu microscopul electronic cu scanare (SEM). În Figura 2 prezentăm şi imaginea SEM a secţiunii transversale a structurii AlN/Si. În imagine siliciul

este în partea de jos. Stratul AlN cu grosimea de ∼ 1 micron este format din blocuri structurate. Marginea de sus a stratului este reliefată în acord cu relieful suprafeţei din Figura 1.

Proprietăţile straturilor AlN/Si(111) au fost cercetate şi cu spectroscopia Raman. Posibilităţile analitice ale acestei metode pentru caracterizarea structurilor cu 111-nitriţi se bazează, îndeosebi, pe măsurările semi-lăţimilor liniilor fononice de împrăştiere, pe determinarea poziţiilor lor în spectrul energetic. Aceşti parametri ne oferă informaţii despre calitatea structurilor, despre valorile tensiunilor retrograde din ele. Spectrul Raman al AlN cu structură hexagonală conţine 6 branşe optice fononice. Fiecare branşă poate fi înregistrată în anu-mită configuraţie geometrică, care este determinată de orientarea direcţiei vectorilor de undă şi polarizare a razei de incidenţă şi a axei cristalografice C6 a stratului. De obicei, pentru caracterizarea straturilor mai des se cercetează branşa fononică E2(high), a cărei semilăţime este foarte sensibilă la prezenţa defectelor structu-rale, iar poziţia ei în spectrul energetic depinde de caracterul tensiunii de deformare (întindere sau compresie) a mostrei.

Fig.2. Imaginea SEM a secţiunii transversale a structurii AlN/Si(111).



219

În Figura 3 sunt prezentate spectrele Raman determinate în regiunea branşei fononice E2(high) pentru straturile AlN depuse pe Si(111) în intervalul de temperaturi 800-1100ºC cu o durată de 20 minute. Spectrul etalon (Q339) aparţine unui strat de AlN obţinut prin metoda MOCVD pe safir.

Semilăţimile liniilor fononice E2(high), FWHM (full width at half-maximum, ∆ω), poziţia lor pe scara energetică pentru straturile cercetate sunt prezentate în tabelul ce urmează.

Tabel # ω,cm-1 ∆ω, FWHM, cm-1 δxx, GPa

800 652,6 25,5 1,3 900 652,5 22,3 1,33

1000 652,8 10,3 1,24 1100 652,5 11 1,33 Q339 657 3,5 0

În Figura 4 prezentăm dependenţele unor parametri ai straturilor AlN depuse pe siliciu în condiţii tehnolo-

gice identice, dar la o durată de timp mai scurtă, de 10 minute. 800 850 900 950 1000

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

800

1000

1200

1400

1600

1800

800 850 900 950 1000650

652

654

d, nm

Ram

an s

hift

(cm

-1)

TEMPERATURE ( 0C)

FW

HM, c

m-1

Fig.4. Dependenţa devierii Raman, semilăţimii liniilor fononice (FWHM) şi grosimii (d) de temperatura

de depunere a straturilor AlN pe Si(III) timp de 10 minute.

Fig.3. Spectrele Raman obţinute la 300K pentru straturile AlN/Si(111) depuse la 800, 900, 1000, 1100ºC. Spectrul Q339 aparţine unui strat nedeformat de AlN (d = 5 mkm) obţinut prin metoda MOCVD, prezentat ca etalon. Raza de incidenţă este îndreptată paralel cu axa cristalografică c a stratului. Configuraţia de cercetare este arătată în figură.



220

Din datele prezentate în Tabel şi din Figura 4 se poate constata că poziţia maximului liniei în scara ener-getică depinde şi de durata obţinerii straturilor. La straturile obţinute în intervalul de 20 minute poziţia maxi-mului nu se deplasează în dependenţă de temperatură. La durata de 10 minute, cu ridicarea temperaturii de depozitare maximul se deplasează la valori mai apropiate de cea a stratului nedeformat. Pentru ambele durate de timp semilăţimea liniilor fononice variază cu temperatura, trecând printr-un minim în intervalul 900-1000oC. Se poate presupune, că acest fenomen se datorează restructurării suprafeţei siliciului.

Se ştie că valoarea semilăţimii liniilor fononice e invers proporţională cu timpul de existenţă a lor, care, la rândul său, direct depinde de concentraţia defectelor structurii. Pentru mostrele de calitate înaltă valoarea FWHM a fononilor cu simetria E2 se află în intervalul 3-3,5 cm-1. Din Tabel şi Figura 4 observăm că această valoare pentru cele mai bune straturi AlN/Si este de 10 cm-1. Prin aceasta se demonstrează prezenţa defecte-lor de structură în straturile obţinute. Din Figura 3 se constată că poziţia vârfului liniei E2 pentru straturile buferale obţinute este deplasată în regiunea cu frecvenţe mai mici faţă de poziţia stratului de reper, nedefor-mat fapt ce demonstrează prezenţa tensiunilor de întindere a straturilor AlN în planul substratului. Valorile diferite ale acestor deplasări denotă că deformaţiile retrograde în straturi depind de temperatura şi durata de obţinere. Prezenţa deformaţiilor de întindere în straturile buferale de AlN depuse pe Si(111) are loc din cauza diferenţei dintre parametrii reţelelor cristaline ai Si(111) şi AlN (a = 3,12 A pentru AlN şi 3,82 A pentru planul (111) al Si). Coeficientul de dilatare termică a AlN este mai mare decât al Si (α = 4,15∑10-6 K-1 pentru AlN şi α = 2,6∑10-6 K-1 pentru Si), ceea ce de asemenea contribuie la formarea deformaţiilor retrograde de întindere în planul stratului AlN.

Au fost apreciate valorile deformaţiei retrograde în planul stratului δxx în cadrul modelului biaxial de de-formaţie, considerându-se că deviaţia frecvenţei Raman pentru branşa fononică E2(high) este proporţională cu valoarea deformaţiei, ∆ωγ = Kγ δ xx, [3]. Valoarea coeficientului de deformare liniară Kγ pentru AlN a fost luată din [4]. Valorile apreciate ale δ xx pentru straturile buferale de AlN pe Si(111) sunt prezentate în Tabel.

Prezenţa în spectrele Raman ale straturilor buferale de AlN a unei fâşii la frecvenţa de ∼ 610 cm-1 se poate datora nerespectării regulilor de selecţie la interacţiunea foton-fonon provocată de caracterul policristalin al straturilor.

Referinţe:

1. Raevschi S., Zhilyaev Yu., Gorceac L., Gaugaş P., Botnariuc V. Epitaxia nitritului de galiu pe siliciu prin metoda HVPE. Analele Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria „Ştiinţe fizico-matematice”. - Chişinău: CEP USM, 2006, p.19-24.

2. Зи С. Физика полупроводников. - Мoсква: Мир, 1984. 3. Davydov V.Yu., Averkiev N.S., Goncharuk I.N., Nelson D.K., Nikitina I.P., Polkovnikov A.S., Smirnov A.N.,

Jacobson M.A. and Semchinova O.K. Raman and photoluminescence studies of biaxial strain in GaN epitaxial layers grown on 6H-SiS // J. Appl. Phys. - 1997. - No82(10). - P.5097-5102.

4. Kuball M., Hayes J.M., Prins A.D., van Uden N.W.A., Dunstan D.J., Shi Y. and Edgar J.H. Raman scattering studies on single - crystaline bulk AlN under high pressures // Appl. Phys. Lett. - 2001. - No78. - P.724-726.

Notă: Lucrarea a fost realizată în cadrul Proiectului instituţional 06.408.039F finanţat de către CSŞDT al AŞM în colaborare cu Institutul fizico-tehnic Ioffe, Sankt Petersburg, Rusia.


Seria “tiin\e ale naturii” Fizic= ISSN 1857-1735

221

ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ

РЕГИСТРАЦИИ ГОЛОГРАММ МИКРООБЪЕКТОВ

Аркадий КИРИЦА, Олег КОРШАК, Владимир ПРИЛЕПОВ, Дорин СПОЯЛЭ, Юрий ЖИДКОВ, Надежда НАСЕДКИНА

НИЛ фототермопластической записи

În lucrare sunt cercetate posibilităţile utilizării purtătorului fototermoplastic cu stratul fotosensibil din semiconductor halcogenic sticlos în baza sistemului As-Se-S-Sn şi termoplastic în bază de poliepoxipropilcarbazol pentru înregistrarea hologramelor vaporilor condensaţi ai lichidului. Sunt studiate procesele de înregistrare a hologramelor de fază-relief ale microobiectelor transparente în formă de micropicături condensate ale vaporilor de apă.

In the present work there were studied the possibilities of application of the photothermoplastic media, including the

light sensitive chalcogenide semiconductor layer (As-Se-S-Sn system) and thermoplastic (polyepoxypropilcarbazole) for recording of the holograms of condensed liquid vapors. There were studied the processes of the recording of relief-phase hologram of the transparent micro-objects in the form of microdrops of the condensed water’s vapors.

1. Введение Наиболее значимым практическим применением фототермопластических носителей (ФТПН) является

регистрация голограмм и интерферограмм. ФТПН обладают высокой фоточувствительностью (порядка 107 см2/Дж), разрешающей способностью (>1000 мм-1) и высокой скоростью регистрации (~3 c), что позволяет успешно использовать ФТПН для регистрации голограмм и интерферограмм в реальном масштабе времени.[1]. При выборе оптимальной методики записи, ФТПН достаточно успешно приме-няются в голографической микроскопии при регистрации микрообъектов.

Основной целью изложенного эксперимента является разработка методики и изучение процессов регистрации голограмм сконденсированных из атмосферы паров жидкостей с применением процесса фототермопластической записи. Актуальность подобных исследований заключается в создании новых методов экспресс-анализа загрязнения состава атмосферы. В литературе описано достаточно много различ-ных методик с применением голографических методов экспресс-анализа на наличие в составе атмо-сферы паров жидкостей и аэрозолей, требующих достаточно высокой скорости регистрации голограмм.

2. Эксперимент Основной целью изложенного эксперимента является разработка методики и изучение процессов

регистрации голограмм сконденсированных из атмосферы паров воды. Данная задача сопряжена с определенными трудностями прежде всего из-за достаточно малых размеров капель (10-30 мкм) и невысоких значений коэффициента преломления. Согласно литературным данным, при регистрации голограмм микрообъектов с последующим голографическим увеличением наиболее оптимальными методами являются внеосевые Фурье голограммы и сфокусированные голограммы с предварительным оптическим увеличением [3,4]. Для проведения эксперимента была сконструирована установка, позво-ляющая регистрировать голограммы на ФТПН в излучении He-Ne лазера (λ=0,63 мкм), принципиальная схема которой приведена на рис.1.

Предметный пучок лазерного излучения (1) проходит через прозрачную стеклянную пластину (3) толщиной 10 мм, прикрепленную к охлаждающему устройству (4) , позволяющему понижать темпе-ратуру стеклянной пластины до -5oС. Теплопроводящий участок охлаждающего элемента (4) при-креплен к передней поверхности стеклянной пластины, расположенной в фокальной плоскости объек-тива (5). Большая толщина пластины и низкая теплопроводность стекла позволяют исключить процесс конденсации паров на противоположной стороне подложки. Объектив (5) фокусирует на поверхности СН (6) резкое изображение сконденсированных капель, и при наложении опорного пучка (2) происходит формирование интерференционной картины. Предложенная схема записи позволяет регистрировать сфокусированные голограммы с предварительным оптическим увеличением. Несложные изменения в конструкции позволяют регистрировать также и внеосевые Фурье голограммы.



222

a) b) Рис.1. Принципиальные схемы установок для регистрации голограмм микрообъектов на ФТПН:

а) сфокусированных голограмм: 1 - предметный пучок, 2 - опорный пучок, 3 - прозрачная пластина, 4 - устройство для понижения температуры, 5 - объектив, 6-устройство ФТП записи.; b) Фурье голограмм.

Исследования проводились на полученном ФТПН со светочувствительным слоем халькогенидного

стеклообразного полупроводника на основе системы As-Se-S-Sn и термопластиком на основе поли-эпоксипропилкарбазола, который обладает разрешающей способностью до 1000 мм-1 при максимальных значениях дифракционной эффективности η=12%.

После проведенных исследований было установлено, что метод регистрации сфокусированных голограмм более предпочтителен по сравнению с регистрацией внеосевых Фурье голограмм. Прежде всего это связано с особенностями регистрации микрообъектов в виде капель жидкости. При средних размерах капель в 10-30 мкм происходит значительное расхождение предметного пучка ввиду того, что каждую из капель можно рассматривать как микролинзу. В такой ситуации световые пучки от каждой из капель интерферируют не только с опорной волной, но и между собой, формируя на поверхности ФТПН переменный спектр пространственных частот широкого диапазона (рис.1 b). Качественное восстановление такой голограммы сопряжено со значительными трудностями в первую очередь ввиду низкой дифракционной эффективности, обусловленной резонансным характером записи ФТПН.

При применении метода сфокусированных голограмм ситуация значительно улучшается. В данном случае угол расхождения предметного пучка будет определяться параметрами используемого объектива, что позволит рассчитать из условия Брэгга спектр пространственных частот, формируемых при записи голограммы. К тому же, согласно литературным данным, восстановление сфокусированных голограмм сопровождается значительно меньшими искажениями по сравнению с внеосевыми Фурье голограммами.

Была получена зависимость дифракционной эффективности от пространственной частоты записи для голограмм, зарегистрированных по обеим вышеописанным методикам (рис.2).

Кривая 1 соответствует интерференционным решеткам, зарегистрированным при схождении плоскопараллельных опорного и предметного пучков, откуда можно определить резонансную частоту записи для используемого ФТПН, γ = 700 мм-1, на которой наблюдается максимальное значение дифракционной эффективности η=12%. Из зависимости для внеосевых Фурье голограмм (кривая 3) и сфокусированных голо-грамм (кривая 2) видно, что максимальное зна-чение дифракционной эффективности у сфоку-сированных голограмм (η=9%) существенно выше, чем у Фурье голограмм. К тому же пред-варительное оптическое увеличение при реги-страции сфокусированных голограмм сущест-венно повышает эффект голографического увеличения при восстановлении изображения исходного объекта.

Рис.2. Зависимость дифракционной эффективности от пространственной частоты: 1 - интерференционные решетки, 2 - сфокусированные голограммы, 3 – голо-граммы Фурье.


223

Последовательность проведения эксперимента заключалась в постепенном понижении температуры подложки до начала формирования конденсата на поверхности стеклянной пластины. Исследования проводились в лабораторных условиях при температуре в помещении +20ºС и относительной влажности воздуха в пределах 70-75%. В момент появления на охлажденной поверхности подложки сконденсиро-ванных паров воды начинался процесс регистрации голограмм с интервалом в 15 секунд между кадрами. Восстановление сфокусированных голограмм можно проводить отдельно от установки для записи, что позволяет продолжать процесс регистрации до тех пор, пока увеличение размера капель не при-водит к их слиянию.

3. Экспериментальные результаты и их интерпретация Регистрация голографических изображений начиналась с момента появления первых признаков

конденсации паров воды на переохлажденной поверхности стеклянной подложки. На рис. 3а представ-лена фотография восстановленного изображения начальной фазы процесса конденсации. На выделенном участке голограммы размером 0,25 мм2 наблюдаются единичные капли правильной сферической формы размером 8-10 мкм, вокруг которых зафиксированы более мелкие детали, являющиеся начальными центрами конденсации с пока еще не сформировавшимися четкими границами. На следующей голо-грамме, зарегистрированной через 10 с, наблюдается завершение фазы образования центров конденсации, и на восстановленном изображении отчетливо видны сконденсированные капли, размер которых уве-личился вдвое и составил 15-20 мкм (рис.3b). Как видно на восстановленном изображении, на данной фазе процесса конденсации наряду с увеличением размеров капель наблюдается отступление от сфе-рической формы.

На следующей голограмме, зарегистрированной через такой же временной промежуток, зафиксиро-ваны сконденсированные капли размером 20-25 мкм, что позволяет отметить снижение скорости кон-денсации паров (рис.3c).Все капли на выделенной поверхности имеют четкие границы, и при освещении голограммы восстанавливается четкое объемное изображение каждой капли.

Рис.3. Восстановленные изображения голограмм сконденсированных паров воды: a) начальный момент конденсации, b) через 10с, c) через 20с, d) через 90 с.

a) b)

c) d)



224

На рис.3d представлено восстановленное изображение голограммы участка поверхности подложки, на котором зарегистрирована начальная фаза процесса слияния сконденсированных капель.

Сохранение трехмерных характеристик при регистрации голограммы позволило получить объемные характеристики объекта при восстановлении изображения. На рис.4 представлены фотографии после-довательного сканирования микрокапель по глубине изображения выделенного участка голограммы диаметром 100 мкм. При восстановлении голограммы отчетливо видна геометрическая форма осно-вания каждой капли, сконденсированной на поверхности стеклянной подложки (рис.4а). Дальнейшее сканирование по глубине изображения позволило проследить изменение формы капель от основания до вершины (рис.3b-3d).

Рис.4. Восстановленные голограммы при поперечном сканировании изображения микрокапель. На полученных снимках отчетливо видно, что сформировавшиеся капли отличаются друг от друга

как размерами, так и геометрической формой. Таким образом, методика фототермопластической записи может успешно применяться при реги-

страции голограмм прозрачных микрообъектов. При регистрации таких голограмм предметный пучок лазерного излучения проходит через объект, что позволяет регистрировать наряду с наружной геомет-рической формой и внутреннюю структуру объекта. Применение методики регистрации сфокуси-рованных голограмм позволяет использовать эффект голографического увеличения при восстановлении объемных изображений объектов в виде сконденсированных капель жидкости.

Литература

1. Panasiuk L.M., Kiritsa A.B., Chapurin I.V. Use of Photothermoplastic Media to Record Rainbow Holograms // Optics and Spectroscopy. - 1995. - V.78. - No.4. - P.617-618.

2. Колфилд Г. Оптическая голография. - Москва: Мир, 1982. 3. Франсон М. Голография. - Москва: Мир, 1972.


a) b)

c) d)



225

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ИЗОТИПНЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ N-SI/ФУЛЛЕРИТ С60

Дорин СПОЯЛЭ

НИЛ сверхпроводимости и магнетизма În lucrare sunt prezentate rezultatele cercetărilor proprietăţilor electrice şi fotoelectrice ale heterostructurilor izoti-

pice n-Si/fullerite C60. Analiza caracteristicilor curent-tensiune (CCT) ridicate experimental la întuneric este efectuată cu considerarea în circuitul echivalent al heterojoncţiunii a rezistenţelor serie şi şunt. S-a demonstrat că în regiunea ten-siunilor aplicate mici U<0,5 V CCT sunt determinate de procesele de generare-recombinare a purtătorilor de sarcină în regiunea sarcinii spaţiale, iar în cazul U>0,5 V – de procesele de tunelare sau tunelare-recombinare prin mai multe trepte.

In this paper the results of the research on electric and photoelectric properties of n-Si/fullerite С60 isotype hetero-

junctions are presented. The analysis of dark current-voltage characteristics is performed being taken into account in the equivalent circuit of heterostructures of series and shunt resistances. It is shown that in the range of lower applied voltage U<0,5 V current-voltage characteristics are determined by generation-recombination processes in the range of space charge, on further increase of applied forward voltage U>0,5 V prevails tunneling or multi-step tunneling-recom-bination mechanisms of charge transfer.

1. Введение Создание и исследование новых типов гетероструктур относится к числу актуальных направлений

развития современной опто- и микроэлектроники. В последние годы в этот процесс все более широко вовлекаются фуллерит С60 и его производные, причем второй составляющей гетеропереходов являются как классические полупроводники неорганической природы (Si, GaAs, InP и др.), так и органические вещества, обладающие полупроводниковыми свойствами. Поскольку кремний в настоящее время играет чрезвычайно важную роль как в фундаментальных исследованиях, так и в электронной про-мышленности, то проблема выращивания кристаллических пленок фуллеритов на кремнии и исследо-вание электрических и оптических свойств как тонких пленок фуллерита С60, так и образующихся гетероструктур, представляется одной из основных с точки зрения применения фуллеритов в электро-нике и является весьма актуальной.

Исследования процессов роста тонких пленок фуллерита С60 на поверхности Si(100)-2×1 методом сканирующей туннельной микроскопии [1] показали, что при комнатной температуре рост пленки фуллерита происходит по механизму, близкому к механизму Странского-Крастанова. Достаточно сильное взаимодействие молекул С60, образующих первый монослой, с поверхностью кремния осуще-ствляется за счет оборванных связей и в итоге происходит значительный перенос заряда от подложки из атомов кремния к адсорбированным молекулам С60.

Сильное взаимодействие С60 с подложкой неблагоприятно с точки зрения образования эпитакси-альных слоев. При росте пленок фуллеритов на обработанных водородом поверхностях кремния наблюдается слабое взаимодействие с подложкой, и физическая адсорбция приводит к росту кристал-лических пленок (111), в то время как на кремнии, покрытом естественным окислом, происходит хи-мическая адсорбция, которая подавляет упорядочение первых монослоев, и в тех же условиях форми-руются аморфные пленки [2].

В данной работе, которая является частью исследований, проводимых с целью изучения перспектив использования фуллерита С60 для изготовления эффективных солнечных элементов, представлены результаты исследований электрических и фотоэлектрических свойств изотипных гетероструктур n-Si/фуллерит С60, которые могут быть полезны при оптимизации основных фотоэлектрических характеристик.

2. Изготовление структур и методика эксперимента Для получения исследуемых структур использовали предварительно подготовленные пластинки

кремния типа КЭФ-4,5 с ориентацией (100) размерами 10×20 mm2. На матовой стороне пластины мето-дом вакуумного термического напыления на установке ВУП-4 получали пленки Al или Au толщиной



226

1-2 µm, которые служили первым электродом при электрических измерениях. На полированной сторо-не пластины, покрытой слоем естественного окисла, методом вакуумной сублимации наносили пленки фуллерита С60 толщиной 0,2-0,5 µm. На поверхности фуллерита С60 методом вакуумного термического напыления получали полупрозрачные слои Al и Ag в форме дисков площадью 1,77⋅10-2 cm2, которые служили вторым электродом при электрических измерениях. Полученные структуры схематически изображены на рис.1.

Измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) проводили по стандартной методике вольтметр-амперметра с использованием приборов В7-23 и В7-27/А1. Образцы освещали галогенной лампой мощностью 75 W со стороны фуллерита С60. Осве-щенность измеряли люксметром Ю-117. Толщину пленок измеряли при помощи микроинтерферо-метра МИИ-4.

3. Экспериментальные результаты и их обсуждение Как показали измерения темновых вольт-амперных характеристик (ВАХ), полученные структуры

обладают ярко выраженными выпрямляющими свойствами (рис.2). Коэффициент выпрямления К, определяемый как отношение прямого тока к обратному при фиксированных напряжениях смещения, для структуры n-Si (КЭФ-4,5)/фуллерит С60/Al (структура I) K=2,25·104 при U=±2V и K=3,98·104 при U = ±3V. Необходимо отметить, что для структур Au/n-Si (ρ=30 Ω⋅cm)/фуллерит С60/Ti, в которых кремниевые пластины были обрабо-таны в растворе HF:H2O c целью удаления слоя естественного окисла, авторами [3] получены коэффициенты выпрямления K=3·103 при U=±2V, что почти на порядок меньше, чем для структур, исследуемых в данной работе. Т.о. можно пред-положить, что тонкий слой SiO2 играет положи-тельную роль в формировании выпрямляющих свойств гетероструктур n-Si/фуллерит С60. Однако для структур n-Si(КЭФ-4,5)/фуллерит С60/Ag (структура II) коэффициент выпрямления оказался в 5,3 раза меньше и составил величину К(±3V)=7,49·103. Важно отметить, что пропуск-ное направление исследованных гетероструктур соответствует положительной полярности внеш-него смещения на фуллерите С60. Ни в прямой, ни в обратной ветвях ВАХ в исследованном диапазоне приложенных напряжений ±3 V не наблюдается насыщения тока, характерного для изотипных гетеропереходов, что указывает на низ-кую плотность поверхностных состояний на границе раздела кремний/фуллерит С60, несмотря на очень большое рассогласование параметров решетки этих материалов. При прямом смещении более 4-5 V наблюдался “мягкий” пробой, приводящий к резкому необратимому росту как прямого, так и обратного токов.

фуллерит С60 Si (КЭФ-4,5)

Al

Ag

(б)

(а)

фуллерит C60

Si (КЭФ-4,5)

Al Ag

Рис.1. Структура исследованных образцов: (а) – вид сбоку, (б) – вид сверху.

-2 0 2-3 -1 1 3U, V

1x10-8

1x10-7

1x10-6

1x10-5

1x10-4

1x10-3

1x10-2

1x10-1

J, A

/cm

2

I

II

Рис.2. Темновые ВАХ изотипных гетеропереходов n-Si(КЭФ-4,5)/фуллерит С60/Al (I) и n-Si(КЭФ-4,5)/

фуллерит С60/Ag (II).



227

3.1. Прямые ветви вольт-амперных характеристик

В области малых прямых смещений U≤0,4 V мы анализировали экспериментальные ВАХ, используя выражение:

( ) ,1exp0

sh

SS

RIRU

nkTIRUqII −

+⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

= (1)

где Rs – включенное последовательно с гетеропереходом балластное сопротивление структуры, состоящее из сопротивления металлических контактов, кремниевой подложки и слоя фуллерита С60; Rsh – шунтирующее гетеропереход сопротивление, n – коэффициент неидеальности потенциального барьера (диодный коэффициент). Влияние Rs на ВАХ наиболее значительно при сильных токах (и высоких напряжениях смещения), тогда как влияние Rsh – при низких напряжениях, когда ток, протекающий через переход, мал по сравнению с шунтирующим током, происхождение которого связано, по видимому, с поверхностной проводимостью вследствие генерационно-рекомбинацион-ного процесса либо с туннелированием носителей заряда по периметру или в области перехода при участии содержащихся здесь дефектов [4].

Из сказанного выше следует, что при малых напряжениях внешнего смещения первым слагаемым в выражении (1) можно пренебречь по сравнению со вторым, и тогда

shshs R

URR

UI ≈+

= , (2)

поскольку обычно Rsh>>Rs. Действительно, анализ прямых ветвей экспериментальных ВАХ показал, что в интервале напряжений U<0,1 V ВАХ обеих структур линейна. Для исследованных гетерострук-тур при Т=290 К шунтирующие сопротивления оказались равны 16,29·106 Ом и 17,46·106 Ом для структур I и II соответственно. При дальнейшем анализе ВАХ из измеренных токов были вычтены токи через шунтирующие сопротивления, что привело к незначительному изменению наклона пря-мых ветвей ВАХ только в интервале приложенных смещений до ≈ 0,35 V.

В диапазоне прямых смещений 0,13-0,40 V зависимость тока от приложенного напряжения с боль-шой точностью описывается соотношением (1) (уже без второго слагаемого), которое можно пре-образовать к виду

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++= 1ln

0grs I

Ie

nkTIRU . (3)

На рис.3 представлены прямые ветви экспериментальных ВАХ изотипных гетероструктур I и II в диапазоне 0,2-0,49 V при комнатной температуре и аппроксимирующие кривые, выраженные уравне-нием (3). Подгоночные параметры n, I0 и Rs приведены в таблице. Отметим, что диодные коэффициен-ты для структур I и II равны 2,03 и 2,18 соответственно, что указывает на преобладание генерационно-рекомбинационного механизма переноса заряда.

Дальнейшее повышение напряжения приводит к понижению темпа роста прямого тока, а попытка описать ВАХ в диапазоне прямых смещений U>0,49 V, используя выражение (3), приводит к завы-шенным значениям диодных коэффициентов. Так, для структуры I получено n = 5,13, а для струк-туры II n = 4,43, что согласно [5-7] характерно для туннельного или многоступенчатых туннельно-рекомбинационных механизмов прохождения тока. В диапазоне прямых смещений U>0,49 V (рис.4) анализ экспериментальные ВАХ производился при помощи соотношения [6, 7]:

)'exp()exp('0 TVII t βα ⋅′= . (4).

С учетом большого последовательного сопротивления, выражение (4) необходимо представить в виде:

)exp())(exp(0 TIRVII St βα ⋅−= (5, а)

или TIRIIV St α

βα

−+= )ln(1

0

, (5, б)



228

где α и β - константы, не зависящие от напряжения и температуры [6]. На рис.4 видно довольно хорошее совпадение экспериментальных точек с теоретической кривой (5, б), что свидетельствует о справедливости применяемого подхода. Необходимо отметить, что последовательное сопротивление, определяемое в исследованном диапазоне напряжений, намного меньше, чем определяемое по формуле (3) в диапазоне 0,2-0,49 V (см. таблицу). Это, по-видимому, связано с наличием скрытых барьеров, природа которых пока до конца не ясна.

Рис.3. Прямые ветви ВАХ гетероструктур I (♦) и II () в диапазоне 0,2-0,5 V при

комнатной температуре.

Рис.4. Прямые ветви ВАХ гетероструктур I (♦) и II () в диапазоне 0,49-1,4 V

при комнатной температуре Сплошными линиями показаны аппроксимирующие кривые, описываемые уравнениями 3 (рис.3) и 5,б (рис.4).

Наконец, для обеих структур при напряжениях прямого смещения U>2,3-2,4 V прямая ветвь ста-

ционарных ВАХ следует линейному закону

0

00 R

UUI −= , (5)

где напряжения отсечки U0 равны 1,30 V и 1,86 V, а остаточные сопротивления R0 равны 939,83 Ω и 988,82 Ω для структур I и II соответственно.

Подгоночные параметры, определяемые из уравнений 3–5, приведены в таблице.

Таблица

Диапазон напряжений; уравнения, описывающие экспериментальные ВАХ в данном диапазоне (в скобках), и параметры, определяемые из соответствующего уравнения

Диапазон напряжений, V Исследуемые структуры 0-0,1 (1) 0,2-0,49 (3) 0,49-1,45 (4) 2,3-3,0 (5)

n-Si/С60/Al Rsh=16,29·106 Ω Igr0=1,29·10-9A n=2,03 Rs=15513 Ω

α=7,89 V-1 β=6,46⋅10-3 K-1 It0=1,77·10-8A Rs=1236 Ω

U0=1,30 V R0=940 Ω

n-Si/С60/Ag Rsh=17,46·106Ω Igr0=6,20·10-9A n=2,18 Rs=25431 Ω

α=9,47 V-1 β=3,24⋅10-3 K-1 It0=1,02·10-8A Rs=6508 Ω

U0=1,86 V R0=989 Ω

1.0x10-4 2.0x10-4 3.0x10-4 4.0x10-4

I, A

0.8

1.2

1.6

0.6

1

1.4

U, V

1.0x10-6 2.0x10-6 3.0x10-6 4.0x10-6

I, A

0.20

0.30

0.40

0.50

0.25

0.35

0.45

U, V



229

3.2. Обратные ветви вольт-амперных характеристик Обратные ветви темновых ВАХ в двойном

логарифмическом масштабе представлены на рис.5. В первую очередь обратим внимание, что обратный ток при приложенном напряжении 3 V для II структуры превышает ток при том же сме-щении структуры I в 4,5 раза, хотя внешний вид обеих зависимостей на первый взгляд очень по-хож. Для обеих структур обратный ток возрастает с напряжением линейно, а при больших U зависи-мость становится сублинейной: I = 2,18·10-8U0,69 для структуры I и I = 9,0833·10-8U0,756 для струк-туры II в широком диапазоне изменения напря-жения 1,1-3,0 V, что характерно для токов, обу-словленных генерационно-рекомбинационными процессами в области пространственного заряда.

3.3. ВАХ гетеропереходов n-Si/фуллерит С60 при освещении Освещение структур со стороны тонкой плен-

ки фуллерита С60 вызывает рост обратного тока при напряжениях смещения U = -3 V и освещен-ности 5000 Lx в 187 раз для структуры I и в 230

раз для структуры II, вызывая лишь незначительные изменения прямых ветвей ВАХ (рис. 6 и 7). На-личие эффекта пересечения прямых ветвей темновой и световой ВАХ указывает на существование глубоких энергетических уровней, вероятно расположенных на границе раздела фуллерит С60/SiO2.

При освещении исследуемых структур четко проявляется фотовольтаический эффект (рис. 6 и 7), причем положительная полярность фотонапряжения соответствует слою фуллерита С60 и согласуется с направлением выпрямления. Из рис. 6 и 7 легко определить основные фотоэлектрические параметры исследуемых структур. При сравнительно низкой освещенности 5000 Lx получено: напряжения хо-лостого хода Uoc 119 и 180 mV, плотности тока короткого замыкания Jsc 6,74 и 24,23 µA/cm2 и фактор заполнения FF 0,198 и 0,181 для структур I и II соответственно. Таким образом, применение серебря-ных фронтальных контактов является более предпочтительным.

Рис.6. ВАХ изотипного гетероперехода

n-Si/фуллерит С60/Al, полученные в темноте (♦) и при освещенности 5000 Lx (◊).

Рис.7. ВАХ изотипного гетероперехода n-Si/фуллерит С60/Ag, полученные в темноте ()

и при освещенности 5000 Lx (∆).

-2 0 2 4-3 -1 1 3U, V

1.0x10-8

1.0x10-7

1.0x10-6

1.0x10-5

1.0x10-4

1.0x10-3

1.0x10-2

1.0x10-1

1.0x100

J, A

/cm

2

1.0x10-6 3.0x10-6 5.0x10-6 7.0x10-6

J, A/cm2

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.02

0.06

0.1

0.14

0.18

U, V

-2 0 2 4-3 -1 1 3U, V

1.0x10-8

1.0x10-7

1.0x10-6

1.0x10-5

1.0x10-4

1.0x10-3

1.0x10-2

1.0x10-1

J, A

/cm

2

5.0x10-6 1.5x10-5 2.5x10-5

J, A/cm2

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.02

0.06

0.1

0.14

0.18

U, V

0.01 0.1 1 10U, V

1.0x10-9

1.0x10-8

1.0x10-7

1.0x10-6

I, A

II

I

Рис.5. Обратные ветви ВАХ гетероструктур I (♦) и II () в двойном логарифмическом масштабе.



230

Сравнительно низкие значения фотоэлектрических параметров и вогнутость ВАХ в вентильном режиме (см. вставки к рис. 6 и 7) связаны, очевидно, с большим последовательным сопротивлением структур, обусловленным в первую очередь большим удельным сопротивлением пленки фуллерита С60 (ρ~1010-1014 Ω⋅cm). Кроме того, необходимо учитывать, что бóльшая часть падающего света отра-жается от сплошного металлического фронтального контакта, применяемого в данных исследованиях, поскольку даже тонкие пленки (d~20 nm) Al или Ag обладают коэффициентом отражения R~0,8 [7]. Использование, вместо сплошного, сетчатого контакта или контактной гребенки позволит максимально выявить фотовольтаические параметры исследуемых структур.

Зависимость напряжения холостого хода Uoc и плотности тока короткого замыкания Jsc от осве-щенности при tкомн = 17ºC для гетероструктур n-Si/фуллерит С60/Al представлена на рис.8. Отметим, что во всем диапазоне освещенности 102-7⋅104 Lх плотность тока короткого замыкания следует зави-симости Jsc = 1,74·10-7E0,45, а напряжение холостого хода Uoc = 0,022·ln(E) – 0,015.

На вставке рис.8. представлена зависимость напряжения холостого хода Uoc от плотности тока короткого замыкания Jsc при tкомн = 17ºC для гетероструктур n-Si(КЭФ-4,5)/фуллерит С60/Al. Из соот-ношения )1ln(

0

+=JJ

qnkTV sc

oc были определены n = 1,94 и I0 = 4,15·10-9A, причем диодный коэффициент

практически совпадает, а ток насыщения приблизительно в 3 раза больше значений, определяемых из анализа темновых ВАХ при помощи уравнения (3) (см. таблицу).

4. Заключение В работе представлены результаты исследований электрических и фотоэлектрических свойств изо-

типных гетеропереходов n-Si/фуллерит С60. Анализ темновых ВАХ проведен с учетом в эквивалентной схеме гетероперехода последовательного и шунтирующего сопротивлений. Показано, что в области малых напряжений смещений ВАХ определяется генерационно-рекомбинационными процессами в области пространственного заряда, а при дальнейшем повышении напряжения преобладающим стано-вится туннельный или многоступенчатые туннельно-рекомбинационные механизмы прохождения тока.

0 20000 40000 60000 80000E, Lx

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

0.24

Ucd

, V

0.0x100

1.0x10-5

2.0x10-5

3.0x10-5

Jsc , A/cm

2

1.0x10-6 1.0x10-5 1.0x10-4

Jsc, A/cm2

0.08

0.12

0.16

0.2

0.24

0.06

0.1

0.14

0.18

0.22

Uoc

, V

Рис.8. Зависимость плотности тока короткого замыкания Jsc () и

напряжения холостого хода Uoc (∆) от освещенности для гетероструктур n-Si/фуллерит С60/Al (на вставке - зависимость напряжения холостого

хода Uoc от плотности тока короткого замыкания Jsc).



231

При освещении исследованных структур проявляется фотовольтаический эффект. Сравнительно низкие значения фотоэлектрических параметров и вогнутость ВАХ в вентильном режиме связаны с большим последовательным сопротивлением структур, обусловленным в первую очередь большим удельным сопротивлением пленки фуллерита С60. Замена фуллерита С60 на композитные структуры типа фуллерит С60:металл [8] или фуллерит С60:полупроводник с заметно меньшим удельным сопро-тивлением, оптимизация конструкции фронтального контакта, применение защитных покрытий, пре-пятствующих взаимодействию фуллерита С60 с кислородом и одновременно играющих роль просвет-ляющего покрытия, приведут, по нашему мнению, к существенному улучшению основных фотоэлект-рических параметров солнечных элементов на основе гетеропереходов n-Si/фуллерит С60.


1. Р.З.Бахтизин, Т.Хашицуме, Щ.-Д.Вонг, Т.Сакурай // УФН. - 1997. - Том 167. - .3. - С.289-307. 2. Т.Л.Макарова, И.Б.Захарова, Т.И.Зубкова, А.Я.Вуль // ФТТ. - 1999. - Том 41. - Вып.2. - С.354-359. 3. K.M. Chen, Y.Q.Jia, S.X.Jint, K.Wu, W.B.Zhao, C.Y.Li, Z.N.Gu and X.H.Zhou // J.Phys.:Condens. Matter. - 1995. -

7 - L201-L207. 4. А.Фаренбрух, Р.Бьюб. Солнечные элементы. Теория и эксперимент. - Москва: Энергоатомиздат, 1987. 5. С.Зи. Физика полупроводниковых приборов. - Москва: Мир, 1984. 6. А.Милнс, Д.Фойхт. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник. - Москва: Мир, 1975. 7. Б.Л.Шарма, Р.Н.Пурохит. Полупроводниковые гетеропереходы. - Москва: Сов. радио, 1979. 8. D.Spoiala. International Workshop “Fullerenes and Atomic Clusters” IWFAC-2007, St.-Petersburg, Russia, July 2-6,

2007, Books of Abstracts, P123, page 172.




232

ЭКСИТОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ Si/SiO2

Калина ИСАКОВА, Денис НИКА, Евгений ПОКАТИЛОВ

Лаборатория физики многослойных структур и молекулярного магнетизма În lucrare este dezvoltată teoria stărilor electronice, de gol şi excitonice pentru punctul cuantic din Si, plasat în mediul

dielectric. A fost cercetată dependenţa pătrunderii în mediul dielectric de înălţimea barierei potenţiale şi a fost demonstrat că nanostructurile de acest tip pot fi utilizate cu succes în optoelectronică şi biomedicină. De asemenea, a fost studiată dependenţa energiei de legătură a excitonului de înălţimea barierei potenţiale.

In this paper we report on the development of the theory of electron, hole and exciton states in silicon quantum dots

imbedded into the dielectric medium. The dependence of the charge carrier penetration into the external dielectric media on the height of the potential barrier has been investigated and it has been demonstrated the high potential of such nano-structures for their applicability in optoelectronics and biomedicine. The dependence of the exciton binding energy on the barrier height has been also investigated.

1. Введение Характерной чертой низкоразмерных структур является конфайнмент, обусловливающий кванто-

вание энергетического спектра носителей заряда и фононов [1-4]. Влияние конфайнмента увеличи-вается с уменьшением размеров наноструктуры [1-4]. С целью изучения новых физических явлений были исследованы, как теоретически, так и экспериментально, оптические и кинетические свойства наноразмерных гетероструктур [1-6]. Кремний является одним из основных материалов, используемых в современной микро- и наноэлектронике. Показано, что кремниевые нанокристаллы (квантовые точки) обладают большим потенциалом для их использования в оптоэлектронных и фотонных устройствах, а также в качестве источников энергии. Недавно экспериментально была установлена высокая эффек-тивность силиконовых нанокристаллов как фотосенсибилизаторов синглетного кислорода [9-10]. Этот тип молекулы кислорода проявляет высокую химическую активность [11], что позволяет применять его в биологии, экологии и медицине, в частности – для фотодинамической терапии рака. Эффект фото-сенсибилизации зависит от эффективности нерадиационного переноса энергии от экситона в Si кван-товой точке к акцепторам энергии, локализованным вблизи квантовой точки [9-10,12].

В данной работе представлено развитие теории электронных, дырочных и экситонных состояний в Si квантовых точках различной формы, находящихся в диэлектрической среде. Исследованы зависимости энергетических спектров электронов и дырок от высоты барьера между квантовой точкой и диэлект-рической средой, а также от геометрических параметров (формы и размеров) точки. Численные рас-четы выполнены в рамках приближения эффективной массы, с учетом конечности высоты потенциаль-ного барьера и различных эффективных масс в квантовой точке и диэлектрической матрице. Исследован эффект проникновения волновых функций носителей заряда в диэлектрическую среду для различных состояний электрона и дырки.

2. Теоретическая модель Электронные и дырочные спектры и волновые функции находили из уравнения Шредингера:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1,,,,,,,

1,,

1,,

12

2

zyxEzyxzzyxmzyzyxmyxzyxmx nnn

zyx

Ψ=Ψ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

∂∂

+∂∂

∂∂

+∂∂

∂∂

−h

где ( )zyxn ,,Ψ и nE – волновая функция и энергия n-ного состояния электрона (дырки) соответственно;

( )zyximi ,,= – эффективная масса электрона (дырки), h – постоянная Планка. Уравнение (1) было решено численно, при помощи метода конечных разностей. В рамках этого метода уравнение (1) может быть записано в следующем виде:


233

,2

22

22

22

112

1111

21111

211

2

nkkzkk

zjjy

jjy

iixiix

Ezz

Mz

Myy

M

yM

xxM

xM

Ψ=⎥⎦

⎤∆Ψ−Ψ

∆+

∆Ψ+Ψ−Ψ

+∆

Ψ−Ψ

∆+

⎢⎣

⎡+

∆

Ψ+Ψ−Ψ+

∆Ψ−Ψ

∆+

∆Ψ+Ψ−Ψ

−

−+−+−+

−+−+−+h

(2)

где z

zy

yx

x mM

mM

mM 1,1,1

=== , zyx ∆∆∆ ,, – шаги дискретизации вдоль координатных осей X, Y

и Z. Символ Ψ обозначает ( )kjin ,,Ψ , а 1+Ψi обозначает ( )kjin ,,1+Ψ . Остальные обозначения в

уравнении (2) аналогичны. В расчетах использованы следующие параметры: для диэлектрической среды ml=mt=m0 и

mhh=mlh=m0 (где m0 – масса свободного электрона), а в Si квантовой точке ml=0,98m0, mt=0,19m0, mhh=0,49m0 и mlh=0,16m0 [12].

Проникновение волновых функций в диэлектрическую среду (делокализационная функция) опи-сывается следующей формулой:

( )∫ Ψ−=

VolumeQD

hen

hen dVzyxg ,,1 ,, . (3)

В уравнении (3) интеграл берётся по объему квантовой точки. Энергия n-того экситона уровня представляет собой сумму энергии m-того электронного состояния,

l-того состояния дырки, энергии связи (кулоновская энергия электронно-дырочного взаимодействия) и энергии запрещенной зоны:

gapmlbind

lel

mh

nexc EEEEE +++= . (3)

Когда эффективные размеры квантовой точки меньше Боровского радиуса в объемном кристалле, энергия экситонного спектра в первую очередь определена конфайнментом, и кулоновское взаимо-действие играет второстепенную роль. В этом случае энергия связи экситона может быть подсчитана в первом порядке теории возмущений:

( )∫∫∫∫∫∫ ΨΨΨΨ=V V

hhhelelelhhhelelelcoullh

lh

mel

mel

mlbind dzdydxdzdydxzyxzyxEE ,,,,,** , (4)

где mlbindE – энергия связи экситона в кремниевой квантовой точке, coulE – электростатическая

кулоновская энергия взаимодействия, hhhelelel zyxzyx ,,,,, – координаты электрона и дырки, соответ-ственно. Интегрирование в (4) проводилось по всей расчетной области.

3. Результаты и обсуждения На рисунке 1 представлено проникновение волновой функции электрона и дырки во внешнюю среду,

в зависимости от высоты потенциального барьера, для различных квантованных уровней энергии носителей заряда. Расчеты были проведены для квантовой точки из Si с размерами 3нм x 3нм x 3нм, находящейся в модельном барьерном веществе. Высота потенциального барьера Vb варьировалась от 400 мэВ до 4000 мэВ. Как видно из графиков, максимальное значение проникновения для электронных волновых функция составляет 27%, а для тяжелой дырки – 18%. При низких значениях Vb энергии возбужденных состояний электрона и дырки становятся больше, чем Vb, поэтому соответствующие кривые на графиках прерываются. Для электрона имеет место вырождение 4 и 5 энергетических состояний. В случае тяжелой дырки имеет место 3-кратное вырождение энергетических уровней с 1-го возбужден-ного по 9-й возбужденный.



234

(a) (b) (с)

Рис.1. Проникновение волновой функции в диэлектрическую среду; (a) – электрон, (b) – тяжелая дырка, (с) – легкая дырка.

На рисунке 2 представлены основные состояния электрона и различных типов дырок для квантовых точек прямоугольной, пирамидальной и конической формы. Расчеты проводились для следующих геометрий: высота сохранялась одинаковой для всех форм, 4zL = нм, а площадь основания изменя-лась таким образом, чтобы объем квантовых точек различных форм оставался одинаковым (для прямо-угольных квантовых точек yx LL = ). Объем квантовых точек менялся от 4 нм 3 до 36 нм 3.

Рис.2. Энергетические уровни электрона (a) и дырок (b) для квантовых точек различной формы в зависимости от их объема.

(a) (b) Как видно из графиков на рисунке 2, большие энергии основного состояния, как для электрона,

так и для дырок, в случае малых объемов получаются для квантовых точек прямоугольной формы, а в случае больших объемов – для квантовых точек пирамидальной формы.

На рисунке 3 представлены зависимости проникновения волновой функции носителей заряда в ди-электрическую среду от объема квантовой точки для квантовых точек различной формы. Наибольшее про-никновение достигается при малых объемах для квантовых точек прямоугольной формы, а при больших объемах – для точек пирамидальной формы. Это объясняется формой волновой функции (см. рис.4): как видно, волновая функция в пирамидальной и конической точках концентрируется в области их основания, в то время как в прямоугольной точке она равномерно распределена; т.о. в конической и пирамидальной точках проникновение волновой функции в барьер происходит, в основном, через их основание, площадь которого растет быстрее, чем площадь основания прямоугольного параллелепипеда.

(a) (b) (с)

Рис.3. Проникновение волновых функций носителей заряда в диэлектрическую среду (электрона – (a), тяжелой дырки – (b), легкой дырки – (с)).


235

(a) (b) (с) Рис.4. Поверхность постоянной величины ( ) constzyxe =Ψ

2,, , содержащая 70% электронной волновой

функции в квантовой точке прямоугольной (a), пирамидальной (b) и конической (c) формы.

На рисунке 5(a) представлена энергия связи экситона как функция высоты потенциального барьера. Второе возбужденное состояние как тяжелого, так и легкого экситона является трижды вырожденным благодаря вырождению возбужденных состояний дырок в кубической квантовой точке. Рост высоты потенциального барьера усиливает локализацию электрона и дырки. Поэтому энергия связи экситона увеличивается (по абсолютному значению) с ростом потенциального барьера (см. рисунок. 5(a)).

На рисунке 5(b) показана зависимость полной энергии экситона от высоты потенциального барьера. Эффект роста энергии электрона и дырки с ростом потенциального барьера оказывается сильнее роста энергии связи экситона по абсолютному значению. Таким образом, полная энергия экситона растет с увеличением Vb.

(a) (b)

Рис.5. Энергия связи (a) и полная энергия (b) тяжелого (сплошные линии) и легкого (штриховые линии) экситона для кубической квантовой точки в зависимости от высоты

потенциального барьера на границе между квантовой точкой и диэлектрической средой.

На рисунке 6 изображены графики зависимости энергии связи и полной энергии экситона основ-ного состояния от объема квантовой точки для пирамидальных, конических и прямоугольных кванто-вых точек. Как видно из рисунка 6, форма квантовой точки влияет на основное состояние экситона: при малых объемах квантовых точек Eexc(прям. точка)>Eexc(пирамид. точка)>Eexc(коничес. точка), в то время как при больших объемах это неравенство меняется и Eexc(прям. точка) ≈ Eexc(конич. точка)< Eexc(пирамид. точка).

(a) (b)

Рис.6. Энергия связи (a) и полная энергия (b) тяжелого и легкого экситона для квантовых точек различной формы в зави-симости от объема квантовой точки.



236

4. Выводы Изучено влияние потенциального барьера, размера и формы кремниевых квантовых точек на элект-

ронные и дырочные состояния, а также на проникновение носителей заряда в барьерную среду, с учетом пространственной анизотропии эффективной электронной массы в Si. Показано, что проник-новение электронной и дырочной волновой функции значительно (до 30 %) при небольших потен-циальных барьерах; носители заряда сильнее проникают в диэлектрическую среду в прямоугольных квантовых точках при малых объемах и в пирамидальных квантовых точках при больших объемах. Полученные результаты позволяют предположить, что наиболее эффективным будем безызлучательный переход для квантовых точек размером 2-4 нм (что подтверждено экспериментально [13]). Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации процесса нерадиационного переноса энергии в наноустройствах, важного в биомедицине и оптоэлектронике.


1. P. Alivisatos. J. Phys. Chem., Vol. 100, p.13226 (1996). 2. Ch. P Poole, Ch. P. Owens. Introduction to Nanotechnology. John Wiley &Sons, Inc, Publ., 2003. 3. A.A. Balandin, E.P. Pokatilov and D.L. Nika. J. Nanoelectron. Optoelectron. Vol. 2, p.1 (2007). 4. A.A. Balandin and K.L. Wang. Phys. Rev. B. Vol. 58, p.1544 (1998). 5. D.L. Nika, E.P. Pokatilov, Q. Shao and A.A. Balandin. Phys. Rev. B. Vol. 76, p.1 (2007). 6. V.A. Fonoberov, E.P. Pokatilov, V.M. Fomin and J.T. Devreese. Phys. Rev. Lett. Vol. 92, p.127402 (2004). 7. P.K. Kashkarov, L.A. Golovan, A.B. Fedotov et. al. J. Opt. Soc. Am. B. Vol. 19, p.2273 (2002). 8. D. Kovalev, V.Yu. Timoshenko, E. Gross et. al. Phys. Rev. Lett. Vol. 87, p.068301 (2001). 9. V. Yu. Timoshenko, Th. Dittrich, V. Lysenko, M. G. Lisachenko, F. Koch. Phys. Rev. B. Vol. 64, p.085314 (2001). 10. V. Yu. Timoshenko, M. G. Lisachenko, B. V. Kamenev, O. A. Shalygina, P. K. Kashkarov, J. Heitmann, M.

Schmidt, M. Zacharias. Appl.Phys. Lett. Vol. 84, p.2512 (2004). 11. N.J. Turro. Modern Molecular Photochemistry. - Univ. Sci., Sausalito, CA (1991). 12. http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/. 13. V. Yu. Timoshenko, A.A. Kudreavtsev, L.A. Osmikina, A.S. Vorontsov, Yu. V. Ryabchikov, D. Kovalev, P.K.

Kashkarov. JETP Letters. Vol. 83, No. 9, pp.423-426.

The work was supported in part by Intas Award no. 05-104-7656 and the State Projects of Republic of Moldova no.08.819.05.05F and no.08.819.05.08F.



237

DINAMICA ULTRASCURTĂ A EXCITONILOR COERENŢI SUB ACŢIUNEA

CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC EXTERN

Costel ŞURA, Anatol ROTARU, Theodor GEREGHI, Iurie NICA

LCŞ „Sinergetica” Appearance of ultrashort dynamic chaos of excitons was investigated under the action of the external electromagnetic

field in condensed media. The system of differential equations that describes the system evolution and the numeric solutions of the system were obtained. Different regimes of oscillations were observed to occur depending on the system parameters. The parameter values were determined at which ultrashort dynamic chaos can be observed.

1. Introducere Studierea dinamicii neliniare a excitonilor şi fotonilor în medii condensate şi biologice prezintă un interes

sporit în legătură cu importanţa lor practică şi prezicerea unor fenomene principial noi în corpuri solide şi obiecte biologice.

După cum se cunoaşte, există două clase de sisteme dinamice: conservative şi disipative. O caracteristică distinctă a sistemelor disipative şi a dinamicii lor constă în faptul că regimul dinamic stabilit nu depinde de starea iniţială. Sistemul dinamic disipativ tinde către posibili atractori clasici în spaţiul de fază, cum sunt stă-rile de echilibru şi ciclurile-limită, care corespund regimului de oscilaţii periodice.

În sistemele disipative, în afară de mişcarea deterministă, este posibilă şi dinamica haotică, care actualmente se dezvoltă intens.

Instabilitatea haotică se explică prin faptul că o deviere oricât de mică în condiţiile iniţiale creşte rapid în timp din cauza instabilităţii şi sistemul se caracterizează printr-un regim neregulat, haotic. În spaţiul de fază al sistemului disipativ apar atractori stranii. Ei reprezintă mulţimi complicate cu o structură fractală din ce în ce mai fină. Cât priveşte sistemele hamiltoniene conservative, aici pot fi evidenţiate clasele de sisteme integra-bile şi neintegrabile. Ultimele, în anumite condiţii, manifestă o dinamică complicată şi haos determinist hamil-tonian. Teoria haosului dinamic în sisteme hamiltoniene a fost dezvoltată de Kolmogorov, Arnold, Sinai Ciricov, Mozer, Zaslavskii ş.a. [1,2].

La etapa actuală se studiază intens dinamica neliniară în sisteme optice neliniare şi în sisteme de cvasipar-ticule în medii condensate şi obiecte biologice, atât cu considerarea proceselor de relaxare, cât şi în sisteme hamiltoniene. În particular, în lucrările noastre [3-11] a fost dezvoltată teoria dinamicii neliniare şi a haosului dinamic în sisteme de excitoni, fotoni şi biexcitoni coerenţi, atât în caz disipativ, cât şi hamiltonian. Această lucrare este consacrată dinamicii stochastice a excitonilor coerenţi sub acţiunea radiaţiei monocromatice ex-terne cu considerarea efectelor cooperative neliniare.

2. Hamiltonianul problemei. Ecuaţiile de mişcare Vom studia dinamica neliniară a excitonilor sub acţiunea radiaţiei laser infraroşii în medii condensate în

cristale cubice de tipul Cu2O. În acest cristal există niveluri energetice excitonice care se caracterizează cu reprezentările +Γ5 şi −Γ4 [12]. Hamiltonianul sistemului are forma:

( ) ( ) ∑∑∑ ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +−+=

++++

kjiikjkjiikjkij

kjjkjkj

kiikiki aaaaEaakaakH

,,,,

€ µµεε , (1)

unde +mka şi mka sunt operatori de creare şi anihilare a excitonilor, iε , jε – energiile excitonilor din

stările +Γ5 şi −Γ4 , E – componenta electrică a câmpului electromagnetic în cristal, ijµ – element de matrice al vectorului momentului dipolar la tranziţia între stările i şi j ale funcţiei de undă în reprezentarea de coordonate.



238

În continuare vom determina componentele pseudovectorului

( ) ( ) ( )tttER mnkllmnk ψσψ ||, =r

, (2)

unde me,ψ sunt funcţiile de undă ale sistemului, nkσ – matricea operator şasedimensională [12].

Vom considera că intensitatea câmpului magnetic este paralelă cu planul >< 001 al cristalului cubic, iar pentru momentul 0=t toţi excitonii se află în starea energetică +Γ5 . Atunci ecuaţiile de mişcare ale compo-

nentelor vectorului ( )tmkRe au forma [13]:

( ) ( )( ) ( )

( ) ( )⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

+−=

+−=

−=

−−

−

−

xyz

zxy

zyx

REREdt

dR

RERkdt

dR

RERkdt

dR

14

1

14

1

14

1

21

14

1

21

Im2Re2

Re2

Im2

µµ

µω

µω

hh

h

h

(3)

unde ( ) ( ) ( )h

kkk 1221

εεω −= , ( )14Re µ şi ( )14Im µ sunt părţile reale şi imaginare ale vectorului 14µ ,

kx RR 111≡ , ky RR 112≡ , kz RR 113≡ .

În continuare vom considera că 0Im =emµ . Aceasta se poate obţine prin alegerea respectivă a frecvenţelor de undă.

Atunci, din (3) obţinem:

21

21 14

14

2 Re( )

2 Re( ) .

x y

y x z

z y

R R

R R ER

R ER

ω

ω µ

µ

=

= − +

= −

&

&h

&h

(4)

Vom considera că câmpul electromagnetic total constă din câmpul autocorelat aE şi câmpul extern

monocromatic în formă de undă plană liniar polarizată cu amplitudinea 0ε şi frecvenţa Ω :

( ) ( ) ( )zkttzEtzE a ′−Ω+= cos,, 0ε . (5)

Vom presupune că câmpul ( )tzEa , este de asemenea liniar polarizat şi depinde de o singură coordonată îndreptată în direcţia propagării impulsului.

Câmpul electromagnetic autocorelat aE satisface ecuaţia Maxwell:

2

2

22

22

2

24

t

P

ct

Ecx

E aa

∂

∂=

∂

∂−

∂

∂ πη, (6)

unde η este partea nerezonantă a indicelui de refracţie , c – viteza luminii în vacuum, P – polarizarea creată de sistemul de excitoni.

Vom examina câmpul autocorelat în forma: ( ) ( ) ( ) ( ) )sin(cos, 21 kzttkztttzEa −+−= ωεωε , (7)

unde ck=ω . Câmpul poate fi reprezentat în forma (7) presupunând, de exemplu, că cristalul este plasat într-un rezonator inelar unimodal cu frecvenţa proprie ω . În continuare vom presupune că 21ωω = .


239

Introducând notaţiile:

Yx

Yx

iRRR

iRRR

−=

+=−

+

(8)

din (4) obţinem: 21

21

,

( ),2

z

z

z

R i ER i R

R i ER i Ri ER R R

α ω

α ωα

+ +

− −

+ −

= −

= − +

= −

&

&

&

(9)

unde )Re(214µα

h= . Căutăm

±R în forma

( )ti

t eRR 21~ ωm±± = (10)

Din (9) obţinem :

ti

z

ti

z

eERiR

eERiR21

21

~

~

ω

ω

α

α−−

+

−=

=&

&

(11)

Substituind (5) şi (6) în (11) şi presupunând că se respectă condiţiile aproximaţiei undei rotative

,

~

00

2121

2121

2121

ωαε

ωαεαεωω

ωωω

<<

<<

<<Ω−

<<−

h

hh (12)

putem neglija termenii ce conţin [ ]165 2ω şi obţinem:

( ) ( ) ( )

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ +−=

′+Ω−+−+−+ zkitiikztiikztiz eei

eRiR 212121

02

12~ ωωωωω

εεεα& (13)

Introducem notaţiile: ( )21

.

i t kz

z z

M R eM R

ω± −± ±==

(14)

Substituind (13) în (14), obţinem:

1 21 2 21 0

1 21 2 21 0

cos( ) sin( ) sin( ( ) )2

sin( ) cos( ) sin( ( ) ) ,2

z

z

i MM t t t k k z

M t t t k k z

α ε ω ω ε ω ω ε


+ ′= − − − + ∆ − − −

′− − + − + ∆ − −

&

(15)

unde Ω−=∆ 21ω .

Introducem notaţia

yx iMMM ±=±

. (16) Separăm în (15) părţile reală şi imaginară:



240

1 21 2 21 0

1 21 2 21 0

sin( ) cos( ) sin( ( ) )2

cos( ) sin( ) cos( ( ) ) .2

zx

zy

MM t t t k k z

MM t t t k k z



′= − − + − + ∆ − −

′= − − − + ∆ − −

&

& (17)

Utilizând (8), (10) şi (14), obţinem: ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

⎥⎦⎤−−−

⎢⎣⎡ −+−=

′−−Ω−−−−−−

′−+Ω−−+−−+−−+

zkkitititi

zkkitititi

z

eMeiMeM

eMeiMeMiM

)(

021

)(

021

212121

212121

4ωωωωω

ωωωωω

εεε

εεεα&

(18)

Introducem (16) în (18):

1 21 1 21 2 21

2 21 0 0

sin( ) cos( ) cos( )2

sin( ) sin( ( )) cos( ( )) .

z x y x

y x y

M M t M t M t

M t M t k k z M t k k z

α ε ω ω ε ω ω ε ω ω

ε ω ω ε ε

= − − − + − − − −

′ ′− − − ∆ − − + ∆ − −

& (19)

Acum vom efectua transformări în ecuaţia Maxwell (6) . Presupunem că este satisfăcută aproximaţia am-plitudinilor lent-variabile (AALV) 2,1212,1 εωε && << .

Atunci:

)cos(2)sin(2 212

2

2

22

kztkztt

E

z

Ec aa −+−−=∂

∂+

∂

∂− ωεωωεω && . (20)

Conform [12], când >< 100Er

, polarizarea poate fi reprezentată în forma:

xRP αρh21

= , (21)

unde ρ este densitatea cvasiparticulelor. Atunci, în aproximaţia amplitudinilor lent-variabile (AALV) ±± << RR &&

21ω , obţinem:

[ ])sin()cos( 24 2121

2

212

2

kztMkztMt

Pyx −+−=

∂

∂ ωωαρωππ h (22)

Egalând (20) şi (22), în cazul 21ωω = separăm termenii pe lângă sin şi cos şi obţinem ecuaţiile Maxwell reduse

1

2 ,y

x

M

M

ε β

ε β

=

=

&

& (23)

unde 2114 )Re(2 ωµπρβ = .

În cazul 21ωω = , din (17) şi (19) obţinem:

[ ]

[ ]

[ ] [ ]))(cos(2

))(sin(2

))(cos(2

))(sin(2

0102

01

02

zkktM

zkktMM

zkktMM

zkktMM

yxz

zy

zx

′−−∆+−′−−∆+=

′−−∆+=

′−−∆+−=

εεα

εεα

εεα

εεα

&

&

&

(24)


241

0 20 40 60 80 100

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

a)

MZ

τ

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

0.0

0.5

1.0 b)

Ampl

itudi

nea

MZ

Frecventa Hz

0 20 40 60 80 100-7.02

-7.00

-6.98

-6.96 c)

lg D

τ 3. Simularea computaţională Calculul numeric al sistemului de ecuaţii (23) - (24) a fost efectuat în variabile adimensionale t 21ωτ = ,

21ω∆

=∆ , 21

14

ωµε

εh

ii = , 2,1=i ,

14

2µ

α h⋅= , 2

21

14

ωµ

ββh

⋅= , 222

,,.,

zyx

zyxzyx

MMM

MM

++= .

0 20 40 60 80 100

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0a)

Mz

τ

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30b)

Ampl

itudi

nea

Mz

Frecventa Hz

Fig.1. Evoluţia temporală (a), spectrul puterii (b)

ale Rz şi dependenţa temporală a distanţei dintre

traiectorii apropiate iniţial (c), când 5,0=α ,

1,0=β , 30 =ε , 0=∆ , 7

10−

=xR , 1=yR ,

0=zR , 01 =ε ,

a) b)

τ

Mz

Ig D

a) b)

Mz

Frecvenţa Hz

Am

plitu

dine

a M

z

Frecvenţa Hz τ

c)

τ

Am

plitu

dine

a M

z



242

0 20 40 60 80 100-8

-6

-4

-2

0

2c)

lg D

τ

Fig.2. Evoluţia temporală (a), spectrul puterii (b) ale lui zR şi dependenţa temporală a distanţei dintre traiectorii apropiate iniţial (c),

când 1=α , 1=β , 10 =ε , 1=∆ , 0=xR , 1=yR , 0=zR , 01 =ε , 02 =ε .

Pentru a găsi diferenţele dintre regimurile stochastic şi cvasiperiodic ale sistemului dinamic (23) - (24), în

afară de traiectoriile de fază au fost calculate spectrele Furier şi instabilitatea locală. Instabilitatea locală se determină ca logaritmul distanţei dintre două traiectorii apropiate în momentul iniţial

de timp: ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−+−= ∑∑==

2

2,121

2

,,21ln)(

iii

zyxiii RRU τετετττ .

Timpul de evoluţie al sistemului trebuie să fie mai mic ca timpurile de relaxare a cvasiparticulelor. De ase-menea, amplitudinea câmpului extern poate fi considerată definită doar un timp limitat, când energia câmpului extern este mai mare decât energia absorbită de mediu din câmpul extern.

0 20 40 60 80 100

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0a)

Mz

τ

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30b)

Ampl

itudi

nea

Mz

Frecventa Hz

0 20 40 60 80 100-8

-6

-4

-2

0

2

4c)

lg D

τ

Fig.3. Evoluţia temporală (a), spectrul puterii (b) ale lui zR şi dependenţa temporală a distanţei dintre traiectorii apropiate iniţial (c), când 1=α ,

1=β , 5,00 =ε , 1=∆ , 0=xR , 1=yR ,

0=zR , 01 =ε , 02 =ε .

c)

Ig D

τ

c)

b)

Ig D

Mz

Am

plitu

dine

a M

z

Frecvenţa Hz τ

τ

a)


243

Simularea computaţională a arătat că în sistemul (23) - (24) sunt posibile atât oscilaţii cvasiperiodice, cât şi haotice. În Figura 1 este arătat regimul cvasiperiodic de mişcare. Spectrul puterii oscilaţiilor este discret, iar distanţa dintre traiectoriile iniţial apropiate rămâne mică în timp. În Figurile 2 şi 3 este arătat regimul haotic de mişcare. Spectrul puterii oscilaţiilor este continuu, iar distanţa dintre traiectoriile apropiate iniţial creşte până la 1.

În afară de aceste regimuri distincte de evoluţie, în sistem a fost depistat un regim intermediar de evoluţie (Fig.4), pe care îl putem numi „haos slab”. Sistemul păstrează trăsăturile mişcării cvasiperiodice, dar distanţa dintre traiectoriile iniţial apropiate are un caracter oscilant, apropiindu-se periodic de valoarea 1, caracteristică pentru mişcarea haotică.

0 20 40 60 80 100

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

τ

a)

Mz

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25 b)

Ampl

itudi

nea

Mz

Frecventa, Hz

0 50 100

-6

-4

-2

0

τ

c)

lg D

Referinţe:

1. Заславский Г., Сагдеев Р. Введение в нелинейную физику. - Москва: Наука, 1995, c.385. 2. Заславский Г. Стохастичность динамических систем. - Москва: Наука, 1984, с.271. 3. Ротару А.Х., Залож В.А. Оптическая самоорганизация экситонов и биэкситонов в полупроводниках. - Кишинёв:

Штиинца, 1990, с.115. 4. Zaloj V.A., Rotaru An.H., Tronchu V.Z. Optical hysteresis, switchover and self-pulsation of excitons and biexcitons

in condensed media // JETP. - l993. Vol.76. - No.3. - P.487-496. 5. Ротару А.Х., Трончу В.З. Разрушение стохастических автоколебаний когерентных экситонов и фотонов в

полупроводниках // Физика твердого тела. - 1994. - Т.36. - Вып.1. - С.20-24. 6. Rotaru An.H., Tronchu V.Z. Nonlinear time-independent and time-dependent propagation of light in direct-gap semi-

conductors with paired excitons bound into biexcitons // JETP. - 1997. -Vol.85. - No.5. - P.971-978. 7. Rotaru A.Kh., Shura K.V. Ultrashort stochastization of coherent quasiparticles in condensed media // Fiz. Tv. Tela

(Physics of the Solid State). - 1991. - No33(7). - P.1973-1977. 8. Rotaru A.Kh., Shura K.V. Dynamic optical chaos of coherent excitons and biexcitons in semiconductors // JETP. -

1993. - Vol.77. - No.1. - P.60-67 [Zh. Eksp. Teor. Fiz. - 1993. - Vol.104. - P.2374-2387].

Fig.4. Evoluţia temporală (a), spectrul puterii (b) ale Rz şi dependenţa temporală a distanţei dintre traiectorii apropiate iniţial (c), când 1=α ,

1,0=β , 20 =ε , 01,0=∆ , 0=xR , 1=yR ,

0=zR , 01 =ε , 02 =ε .

Frezvenţa Hz

Am

plitu

dine

a M

z Mz

Ig D

τ

τ

a) b)

c)



244

9. Rotaru A.Kh., Shura K.V. Ultrashort dynamic chaos of biexcitons // JETP. - 1995. - Vol.80. - No.2. - P.240-247 [Zh. Eksp. Teor. Fiz. - 1995. - Vol.107. - No.2. - P.450-462].

10. Rotaru A.Kh., Shura K.V. Two-photon ultrashort nonlinear dynamics of coherent bosonic quasiparticles in condensed media // JETP. - 1998. - Vol.86. - No.6. - P.1132-1140 [Zh. Eksp. Teor. Fiz. - 1998. - Vol.113. - No.6. - P.2065-2080].

11. Tronciu V.Z., Shura K.V., Rotaru A.Kh. The appearance of structures of excitons, photons, and biexcitons, regular and chaotic in time, in direct-band semiconductors // Physics of the Solid State. - 2002. - Vol.44. - No.2. - P.235-240 [Fiz.Tv.Tela. - 2002. - Vol.44. - No.2. -P.226-231].

12. Шмиглюк М.И., Бардецкий П.И. Лазерная спектроскопия экситонов в полупроводниках. - Кишинёв: Штиинца, 1980, с.125.

13. Ibidem.

Notă: Lucrarea a fost îndeplinită în cadrul Proiectului de cercetări „Sisteme multidimensionale integrabile şi priorităţile lor geometrice” cu susţinerea Academiei de Ştiinţe a Moldovei şi a Fondului de Cercetări Fundamentale a Rusiei (Grant Nr. 11R 06.01. CRF).



245

ФОНОННАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОДНОРОДНЫХ СЛОЁВ:

СРАВНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ FCC-МОДЕЛИ И

КОНТИНУАЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

Надежда ЗИНЧЕНКО

Лаборатория физики многослойных структур и молекулярного магнетизма Este investigată conductibilitatea termică a reţelei în straturi cu dimensiuni nanometrice din Si şi Ge în cadrul mode-

lului dinamic-molecular FCC (face-centered cubic cell) şi al abordării continuale. A fost verificată aplicabilitatea abor-dării continuale pentru calculele conductibilităţii termice în nanostructuri şi a fost stabilit că abordarea continuală dă valori ale conductibilităţii termice de 2-4 ori mai înalte decât modelul FCC.

In the presented article we report on the investigation of phonon thermal conductivity in Si and Ge nanoslabs in the

framework of molecular dynamic face-centered cubic cell (FCC) model and continuum approach (c.a.). We verified the applicability of c.a. for calculations of the thermal conductivity in nanostructures and found that c.a. strongly overstates (by the factors of 2 - 4) the thermal conductivity value in comparison with more accurate FCC model.

1. Введение С уменьшением размеров современных приборов и с увеличением количества рассеиваемого ими

тепла, проблема отвода теплоты и управления тепловыми свойствами становится особенно важной для дальнейшего прогресса электронной промышленности. Хорошо известно, что теплопроводность однородных полупроводниковых наноструктур значительно меньше теплопроводности составляющих их объёмных материалов [1-4]. В технологически важных полупроводниках и диэлектриках тепло в основном переносится акустическими фононами, и уменьшение теплопроводности происходит благо-даря усилению рассеяния фононов на границе и, в очень маленьких структурах, благодаря перестройке спектра акустических фононов и уменьшению фононных групповых скоростей [2-4] (slab-effect). Уменьшение толщин нанослоев и площадей сечения нанонитей приближают фононные спектры этих объектов к их двумерным и одномерным пределам [4-6]. Таким образом, наноструктуры предлагают новый метод контроля фононного транспорта через соотношения дисперсии (фононная инженерия) [2,5,7-8].

Уменьшение теплопроводности, снижающее отвод тепла от современных микро- и наночипов, является нежелательным для низкоразмерных электронных приборов, однако, оно является благо-приятным для термоэлектрических устройств, где требуются материалы с высокой электропровод-ностью и низкой теплопроводностью [7-8]. Ранее было показано, как теоретически, так и эксперимен-тально, что уменьшение теплопроводности Si тонких пленок со свободными границами [2] и Si нано-нитей [3,6,9] может составлять два порядка величины от объемного значения.

Очень часто при теоретическом моделировании транспортных свойств наноструктур пользуются континуальным приближением, которое необоснованно для высокоэнергетических фононов с малой длиной волны. Однако, как показано в [10], поскольку высокоэнергетические фононы практически не участвуют в электрон-фононном взаимодействии, использование континуальных фононных мод при расчете подвижности электронов, лимитированной акустическими фононами, является достаточно обоснованным. Насколько нам известно, до сих пор в литературе не приводился точный количественный анализ применимости континуальных фононных мод для расчета теплопроводности наноструктур.

В данной работе мы исследуем решеточную теплопроводность однородных германиевых и крем-ниевых нанослоёв, полученную с использованием континуального приближения [4] и FCC (face-centered cubic cell) динамической модели [11-12] для акустических фононов. Расчеты теплопровод-ности проводились с учетом всех основных механизмов фононного рассеяния [1-3], таких как рассея-ние на точечных дефектах и примесях, рассеяние на границах и рассеяние в Umklapp процессах.



246

2. Теоретическая модель Фононная теплопроводность представляет собой функционал фононных энергий, фононных груп-

повых скоростей и полного фононного времени релаксации totτ . Основываясь на результатах, полу-ченных в [3,13], мы учитываем следующие механизмы фононного рассеяния в наноструктурах:

1. Umklapp процессы

2

22

0 max

( )1 2( , ) ( )

ss

Us s

qkTq s V v q

ωγτ ρ ω

= (1)

В формуле (1) q − волновое число, γ – параметр Грюнейзена, V0 – объём, приходящийся на 1 атом,

max( )sω – максимальная частота s-ой фононной ветви, ρ – плотность материала, sv – групповая ско-рость s-ой фононной ветви. Остальные обозначения являются общепринятыми.

2. Рассеяние на точечных дефектах:

20 ( )1 ,( ) 4 ( )

s ss

PDs s s

S qs v

ω ωτ ω

Γ= (2)

Параметр Γ [3] в формуле (2) характеризует интенсивность рассеяния на точечных дефектах, S0=S/G в смысле средней площади на один атом двумерной пленки, то есть S0 = V0/h, где h – высота элементарной ячейки вдоль оси Z.

3. Рассеяние на поверхностях:

( )1 1

1s

B

v q pd pτ

−=

+, (3)

где d – толщина гетероструктуры. p – параметр, характеризующий силу поверхностного рассеяния (меняется от 0 до 1; значение p=1 означает, что нет рассеяния на границах наноструктуры).

4. Рассеяние на дислокациях:

4 / 3 3

02

( ) ( ( ))1( ( ))

sD

DC s

V qN

v qω

ητ

= , (4)

где DN – плотность дислокационных линий, η – весовой множитель, учитывающий взаимную ориентацию направлений градиента температуры и дислокационных линий.

Полное время релаксации вычислялось с помощью формулы:

1/ 1/ 1/ 1/ 1/tot U pd B DCτ τ τ τ τ= + + + . (5)

Теплопроводность плоских наноструктур, полученная с учетом двумерной плотности фононных состояний, имеет вид [11]:

max2 2

22, 0

( )exp( )( )1 ( ( )) ( ) ( )

( )4 (exp( ) 1)

sq

s Bph s tot s

s sB

B

qq k Tq qdq

qk T d qk T

α

αα α

αα

ωωκ ω τ ω

ωπ∂

=∂ −

∑ ∫

h

hh

, (6)

где суммирование ведётся по всем акустическим ветвям s всех поляризаций α .

Энергии ( )s qαωh и групповые скорости ( )s q

q

αω∂∂

акустических фононов, используемые в расчёте

решёточной теплопроводности, были нами получены в рамках динамической FCC-модели, а также в континуальном приближении.


247

3. Результаты и их обсуждение Расчёт фононной теплопроводности проводился для плоских однородных наноструктур из кремния

и германия с толщинами 4,88 нм (19 атомных слоев). Для отыскания энергетических спектров акус-тических фононов в рамках динамической FCC-модели решалась система уравнений (1) из [14]. Для сравнения значений теплопроводности наряду с динамической моделью использовался также конти-нуальный подход для акустических фононов [4,15].

Рис.2. Зависимость энергии акустических фононов SA поляризация для пяти нижайших размерно-квантованных ветвей s=0,…,4 и самой высокой ветви s=18, рассчитанных в FCC

(непрерывные линии) и континуальной (линии из точек) моделях.

Как видно из рис. 1 и 2, континуальное приближение достаточно хорошо описывает нижайшие фононные ветви при небольших q (q<4 nm-1). С ростом q возрастает разница в энергиях нижайших мод, которая при максимальном значении волнового числа становится равной 20 мэВ для мод с s=0,…,4. Энергии более высоких фононных ветвей отличаются для всех значений волнового числа. Важно отметить, что при максимальной величине волнового числа кривые дисперсии в динамической модели становятся плоскими, в то время как в континуальном приближении вблизи maxq кривые имеют значительный наклон.

Еще одним важным отличием динамических моделей и континуального приближения является количество нормальных фононных мод: в FCC-модели это количество ограничено и равно числу степеней свободы рассматриваемой наноструктуры; в континуальном приближение количество мод неограничено и возникает необходимость «обрезать» спектр акустических фононов [4]. В настоящей работе мы естественным образом «обрезали» количество континуальных фононных дисперсионных ветвей из условия равенства количества фононных мод в обеих моделях, поэтому было взято smax = 18 и для континуального подхода.

Рис.1. Спектры акустических фононов SA поляризации в слое кремния, полученные в динамической (панель (а)) и континуальной (панель (б)) моделях.



248

Особенности дисперсий акустических фононов проявляются на зависимости фононных групповых скоростей от волнового числа, показанных на рис. 3 для FCC (рис. 3(а)) и континуальной (рис. 3(б)) моделей.

Рис. 3. Групповые скорости фононов в слое кремния в динамической (панель (а))и континуальной (панель (б)) моделях.

Групповые скорости всех мод, полученных в FCC модели, стремятся к нулю при приближении q к

qmax, в то время как скорости мод, рассчитанных в континуальной теории, стремятся к поперечной скорости звука bulk

tv в объемном Si. Поэтому усредненная групповая скорость в случае FCC-мод будет убывать до 0 с ростом частоты фонона, а средняя скорость континуальных мод с ростом частоты будет стремиться к ненулевому значению bulk

tv . Это различное поведение скоростей обусловливает огромную разницу в значениях решеточной теплопроводности, рассчитанной на основе континуаль-ных и FCC акустических фононов. При расчете теплопроводности были использованы следующие материальные параметры: 30,83 10−Γ = × [3], 0,55η = [3], γ = 0,56 [2] и p = 0,6.

На рис. 4 показана зависимость решеточной теплопроводности от температуры для кремниевых и германиевых слоев толщиной 4.88 нм. Непрерывные линии на графике соответствуют результатам молекулярно-динамической FCC-модели, а штриховые линии – континуальному приближению.

Рис.4. Зависимость фононной теплопроводности от температуры в кремниевых и германиевых слоях. Показаны результаты, полученные в рамках FCC-модели

(непрерывные линии) и континуального подхода (штриховые линии). Как видно из графика, континуальная модель сильно завышает значения решеточной теплопровод-

ности, по сравнению с FCC-моделью. Это завышение объясняется неправильным ходом кривых дис-персии акустических фононов в континуальном приближении при больших q, которое приводит к высо-ким значениям скорости фононных мод вблизи границы зоны Брюллиена. Важно отметить, что с ростом температуры различие в отношениях теплопроводностей /FCC Continuumκ κ увеличивается: от 1,2 (T=50 K)


249

до 3,3 (T=400 K) для кремниевого слоя и от 1.7(T=50 K) до 3.8(T=400 K) для слоя из Ge, так как увеличивается разница в средних скоростях акустических фононов, полученных в разных моделях.

4. Выводы В работе исследованы температурные зависимости фононной теплопроводности, рассчитанной в

молекулярно-динамической FCC и континуальной моделях. Проведено количественное сравнение результатов этих двух моделей и установлено, что континуальный подход сильно завышает значение фононной теплопроводности (в 2 – 4 раза для интервала температур 50 К – 400 К) из-за крутого хода кривых дисперсии высокоэнергетических акустических фононов. Таким образом, для правильного описания теплопроводности в наноструктурах принципиально важно использовать молекулярно-динамические модели акустических фононов.


1. A.A. Balandin and J. Zou // Thermal Transport in Semiconductor Nanostructures in Quantum Dots and Nanowires, edited by S Bandyopadhyay (American Scientific Publishers, Los Angeles, USA). - 2003. - p.303.

2. A.A. Balandin and K.L. Wang // Phys. Rev. B - 1998. - Vol. 58. - p.1544. 3. J. Zou and A.A. Balandin // J. Appl. Phys. - 2002. - Vol. 89. - p.2932. 4. A.A. Balandin, E.P. Pokatilov and D.L. Nika // J. Nanoelectron. Optoelectron. - 2007. - Vol 2. - p.140. 5. E.P. Pokatilov, D.L. Nika and A.A. Balandin // Phys. Rev. B - 2005. - Vol. 72. - p.113311 6. N. Mingo // Phys. Rev. B - 2003. - Vol. 68. - p. 113308. 7. A.A. Balandin // Phys. Low-Dim. Structures - 2002. - Vol. 5-6. - p.73. 8. A.A. Balandin // J. Nanoscience Nanotech. - 2005. - Vol. 5. - p.1015. 9. D. Li, Y. Wu, P. Kim, L. Shi, P. Yang and A. Majumdar // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 83. - p.2934. 10. E.P. Pokatilov, D.L. Nika and A.A. Balandin // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol. 95. - p.5626. 11. N.D. Zincenco, D.L. Nika, E.P. Pokatilov and A.A. Balandin // Journal of Physics: Conference Series - 2007. - Vol. 92.

- p.012086. 12. S. Tamura, Y. Tanaka // Phys. Rev. B - 1999. - Vol. 60. - p.2627. 13. P.G. Klemens // Journal of wide-gap materials - 2000. - Vol. 7. - p.332. 14. Д.Л. Ника, Е.П. Покатилов, А.А. Баландин // Analele Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova. Seria „Ştiinţe

fizico-matematice” - 2006. - p.82. 15. E.P. Pokatilov, D.L. Nika and A.A. Balandin // Superlatt. Microstruct. - 2003. - Vol. 33. - p.155.

Работа выполнена при финансовой поддержке Академии наук Молдовы (проекты 08.819.05.05F,

08.819.05.08F), а также совместного гранта АНМ 08.822.05.04F и MRDA-CRDF MYSSP-1407.


Redactor-şef Maria DUCA, profesor universitar, membru corespondent al AŞM Colegiul de redacţie Teodor FURDUI, profesor universitar, academician Ion TODERAŞ, profesor universitar, academician Aurelia CRIVOI, profesor universitar, doctor habilitat Victor ŞALARU, profesor universitar, doctor habilitat Mihail COŞCODAN, profesor universitar, doctor Vasile CIOBANU, profesor universitar, doctor Mihail REVENCO, profesor universitar, doctor habilitat Aurelian GULEA, profesor universitar, doctor habilitat Iacob GUŢU, profesor universitar, doctor habilitat Vasile GUŢANU, profesor universitar, doctor habilitat Valentin BOBEICA, profesor universitar, doctor habilitat Galina DRAGALINA, conferenţiar universitar, doctor Maria GONŢA, conferenţiar universitar, doctor Alexandru CECAL, profesor universitar, doctor (Universitatea „Al.I. Cuza” din Iaşi, România) Petru GAŞIN, profesor universitar, doctor habilitat Dumitru NEDEOGLO, profesor universitar, doctor habilitat Alexandru CLIUCANOV, profesor universitar, doctor habilitat Mihail CARAMAN, profesor universitar, doctor habilitat Dumitru LUCA, profesor universitar, doctor (Universitatea „Al.I. Cuza” din Iaşi, România) Ion ANTOHI, profesor universitar, doctor (Universitatea din Bucureşti, România) Coordonatori Leonid GORCEAC, conferenţiar universitar, doctor Raisa CREŢU Lilia CEBAN Redactori literari Ariadna STRUNGARU (limba română) Valentina MLADINA (limba rusă) Dumitru MELENCIUC, conferenţiar universitar, doctor (limba engleză) Veronica PĂCURARU, conferenţiar universitar, doctor (limba franceză) Asistenţă computerizată Ludmila REŞETNIC Viorel MORARU

250

CUPRINS Biologie Vegetală Maria DUCA, Aliona GLIJIN, Victoria POPESCU

IDENTIFICAREA GRADULUI DE REZISTENŢĂ LA LUPOAIE (RASA E) ÎN CADRUL UNOR GENOTIPURI DE FLOAREA-SOARELUI 5

Maria DUCA, Angela PORT, Ion TODERAŞ, Lucia CIOBANU SOME PHYLOGENETIC ASPECTS OF DECORATIVE FISHES BASED ON MITOCHONDRIAL 12S AND 16S rDNA GENES 11

Andrei MIDONI MECANISME SPOROFITICE ŞI GAMETOFITICE DE RESTAURARE A FERTILITĂŢII 16

Vitalie ROTARI, Krisna PRAK, Tatiana STEPURINA, Diana MORARI, Natalia LAPTEVA, Bunzo MIKAMI, Shigeru UTSUMI, Karl WILSON, Andrei SHUTOV

PHASEOLIN SUBJECTED TO LIMITED PROTEOLYSIS BY PAPAIN-LIKE PROTEINASE: PRIMARY STRUCTURE AND CRYSTALLIZATION 19

Елена ПЕЛЯХ, Мария ПИСОВА, Василе ЧОБАНУ, Вера МАГАЛУ ВНУТРИВИДОВОЙ ПОЛИХИМИЗМ Mentha spicata L. 23

Valentina BULIMAGA, Valeriu RUDIC, Daniela CIUMAC, Liliana ZOSIM, Tatiana CHIRIAC, Alexei POPA EVALUAREA MODIFICĂRILOR PROPRIETĂŢILOR ADN-ULUI LA SPIRULINA CULTIVATĂ ÎN PREZENŢA UNOR COMPUŞI COORDINTAIVI AI Cr(III) 27

Cezara BIVOL PARAMETRI MORFOLOGICI ŞI BIOCHIMICI AI MICROALGEI VERZI DUNALIELLA SALINA LA CULTIVARE PE MEDII MINERALE ŞI ORGANO-MINERALE 32

Надежда ЕФРЕМОВА ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ MN(II), ZN(II) ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ЦИАНОБАКТЕРИИ Spirulina platensis, ОБОГАЩЕННОЙ ФЕРМЕНТОМ СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗОЙ (SOD) 36

Андрей БАБИЦКИЙ ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ НА ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ШИРИНОЙ ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И ИХ МАССОЙ 40

Марина КАПИТАЛЬЧУК НАКОПЛЕНИЕ СЕЛЕНА РАСТЕНИЯМИ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ МОЛДОВЫ 43

Ecologie, Botanică şi Silvicultură Vasile ŞALARU, Victor ŞALARU

UTILIZAREA APELOR REZIDUALE DE LA COMPLEXELE ZOOTEHNICE ÎN SCOPUL OBŢINERII BIOMASEI FURAJERE 47

Nelea CHICU CONTRIBUŢII LA STABILIREA STRUCTURII TAXONOMICE A ALGELOR EDAFICE ÎN UNELE AGROFITOCENOZE DIN ZONA CENTRALĂ A REPUBLICII MOLDOVA 56

Petru CUZA, Lilia TÎCU INFLUENŢA PREGĂTIRII SOLULUI ASUPRA CREŞTERII PUIEŢILOR DE GORUN (QUERCUS PETRAEA LIEBL.) PLANTAŢI SUB MASIVUL UNUI CĂRPINIŞ 59

Людмила КУХАРСКАЯ РУДЕРАЛЬНАЯ ФЛОРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ г. КИШИНЕВА 64

251

Тудор БЫРСА, Светлана ГАРАЕВА, Галина ПОСТОЛАТИ, Галина РЕДКОЗУБОВА НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОМОЦИСТЕИНА НА АМИНОКИСЛОТНОМ АНАЛИЗАТОРЕ 69

Ştiinţe ale Solului, Geologie şi Geografie Mihail COŞCODAN, Lazăr CHIRICĂ, Nina VOLONTIR, Ion MIRONOV, Sergiu IORDAN

MODERNIZAREA METODOLOGIEI DE FORMARE CONTINUĂ A SPECIALIŞTILOR ÎN GEOGRAFIE DIN ÎNVĂŢĂMÂNTUL UNIVERSITAR ŞI POSTUNIVERSITAR PRIN APLICAREA REZULTATELOR CERCETĂRILOR ŞTIINŢIFICE 73

Valerian CIOBOTARU, Aurelia POPUIAC UTILIZAREA DATELOR SPECTROGRAFICE ÎN PROSPECŢIUNILE GEOCHIMICE 75

Ortanţa GOJINEŢCHI, Vladimir ROTARU, Alexandru BUDAC, Petru CORDUNEANU MODIFICĂRI INDUSE DE STRESUL HIDRIC, NUTRIŢIA MINERALĂ CU FOSFOR ŞI FIER ÎN CONŢINUTUL DE GLUCIDE ŞI AMINOACIZI LIBERI ÎN PLANTELE DE SOIA 81

Gheorghe JIGĂU CALITATEA FIZICĂ A SOLULUI ŞI MANAGEMENTUL COMPONENŢILOR DE MEDIU 86

Tatiana NAGACEVSCHI SOLUL CA FACTOR EDAFIC ŞI ROLUL LUI ÎN POMICULTURĂ 92

Vitalie SOCHIRCĂ, Sergiu BACIU, Marcel REVENCO DINAMICA POPULAŢIEI SATELOR MICI DIN REGIUNEA CENTRALĂ A REPUBLICII MOLDOVA 95

Biologie Umană şi Animală Cornelia CHIMIŞLIU

COLEOPTERANS FROM THE CIUPERCENI RESERVE AREA (DOLJ COUNTY) CONSERVED IN THE ENTOMOLOGICAL COLLECTIONS OF THE SECTION OF NATURAL SCIENCES OF THE MUSEUM OF OLTENIA CRAIOVA 100

Natalia GAIDEI PERSPECTIVA UTILIZĂRII PREPARATULUI DIN JUGANS REGIA ÎN PREVENIREA DEREGLĂRILOR IODODEFICITARE 108

Людмила КУЛИКОВА АКАРОФАУНА В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ МЕСТООБИТАНИЙНА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА 111

Ana LEORDA UNELE PROPRIETĂŢI UTILE ALE MICROORGANISMELOR OBLIGATIVE TRACTULUI GASTROINTESTINAL NECESARE PENTRU INCLUDEREA ÎN COMPONENŢA PREPARATELOR PROBIOTICE 119

Vitalie MINCIUNĂ MODIFICĂRILE PARAMETRILOR DE BAZĂ AI TREMORULUI FIZIOLOGIC LA PROBA ORTOSTATICĂ 122

Ecaterina PALADI, Eugen DUDNIC, Liuba BUDEANU, Natalia GAIDEI MODIFICĂRILE SISTEMULUI COAGULANT LA ACŢIUNEA HIPOKINEZIEI PE FUNDALUL HIPOTERMIEI 126

Ştefan RUSU, Dumitru ERHAN, Petru PAVALIUC, Oleg CHIHAI, Tudor ANGHEL INFLUENŢA FACTORILOR STRESOGENI, ÎN FUNCŢIE DE REACTIVITATE ŞI VÂRSTĂ, ASUPRA UNOR INDICI AI STATUSULUI MORFOFUNCŢIONAL LA BOVINE 129

Федор СТРУТИНСКИЙ СОМАТОТИП КАК ФАКТОР ПРЕИМУЩЕСТВА САНОГЕННОГО ПИТАНИЯ 133

252

Ион МЕРЕУЦА, Галина ПОСТОЛАТИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ В СПЕРМАТОЗОИДАХ И СЕМЕННОЙ ЖИДКОСТИ НА АМИНОКИСЛОТНОМ АНАЛИЗАТОРЕ 141

Chimie Mihail REVENCO, Mariana MARTIN, Anatolie GAVRILUŢA, Wael Ahmad Abu DAYYIH

SENZOR POTENŢIOMETRIC SALICILAT-SENZITIV PE BAZĂ DE PIVALAŢI TRINUCLEARI AI CROMULUI(III) 146

Ştefan ROBU, Dmitri MITCOV, Petru BULMAGA, Galina DRAGALINA, Nicanor BARBĂ SINTEZA ŞI CERCETAREA UNOR COPOLIMERI DIN N-VINILCARBAZOL CU ALCHENE SUPERIOARE 150

Aliona COTOVAIA, Aurelian GULEA, Sergiu ŞOVA, Daniela CIUMAC, Valentina BULMAGA, Ştefan ŢURCANU, Valeriu RUDIC

EFECTUL STIMULATOR AL TRIS-β-AMINOETILAŢILOR DE COBALT(III) ASUPRA PRODUCTIVITĂŢII CIANOBACTERIEI SPIRULINA PLATENSIS 156

Teodor DEHELEAN FLUOROFOSFAŢI ÎN MEDICINA DENTARĂ. II. MONOFLUORFOSFATUL DISODIC 164

Teodor DEHELEAN, Zoltan SZABADAI BUTANOL POLIETOXILAT.II. 167

Maria GONŢA NITROZAREA AMINELOR CICLICE (ÎN BAZA MORFOLINEI) CU NITRIŢI. INHIBIŢIA PROCESULUI DE FORMARE A N-NITROZOMORFOLINEI 172

Veaceslav BOLDESCU NANOSTRUCTURILE PE BAZĂ DE CICLODEXTRINE ÎN TEHNOLOGIA MEDICAMENTELOR 186

Alexandru CRACIUN, Gheorghe DUCA, Tudor SAJIN TEHNOLOGII MODERNE DE REDUCERE A EMISIILOR DE OXIZI DE AZOT ŞI SULF DIN GAZELE DE ARDERE 193

Виктор КОВАЛЁВ, Виталий ЖАЛБЭ, Георгий ДУКА, Ольга КОВАЛЁВА ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ГИДРОЛИЗ БИОХИМИЧЕСКИ ТРУДНОДЕГРАДИРУЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГРЕДИЕНТОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ 200

Viorica GLADCHI, Nelly GOREACEVA, Lidia ROMANCIUC, Elena BUGA ROLUL PESTICIDELOR DDT ŞI DDE ÎN PROCESELE DE AUTOPURIFICARE A SISTEMELOR ACVATICE 207

Eduard COROPCEANU, Alexandra DESEATNIC, Andrei RIJA, Olga BOLOGA, Janna TIURIN, Svetlana LABLIUC, Steliana CLAPCO, Viorica CONDRUC, Maria STRATAN, Ion BULHAC

STUDIU COMPARATIV AL PROPRIETĂŢILOR BIOSTIMULATOARE ALE UNOR DIMETILGLIOXIMAŢI AI Co(III) CU ANIONI POLIFLUORURAŢI 212

Fizică Simion RAEVSCHI, Valerii Davydov, Yurii ZHILYAEV, Leonid GORCEAC, Vasile BOTNARIUC

OBŢINEREA STRATURILOR AlN PE Si PRIN METODA HVPE ŞI CERCETAREA PROPRIETĂŢILOR LOR 217

Аркадий КИРИЦА, Олег КОРШАК, Владимир ПРИЛЕПОВ, Дорин СПОЯЛЭ, Юрий ЖИДКОВ, Надежда НАСЕДКИНА

ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГОЛОГРАММ МИКРООБЪЕКТОВ 221

253

Дорин СПОЯЛЭ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОТИПНЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ N-SI/ФУЛЛЕРИТ С60 225

Калина ИСАКОВА, Денис НИКА, Евгений ПОКАТИЛОВ ЭКСИТОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ Si/SiO2 232

Costel ŞURA, Anatol ROTARU, Theodor GEREGHI, Iurie NICA

DINAMICA ULTRASCURTĂ A EXCITONILOR COERENŢI SUB ACŢIUNEA CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC EXTERN 237

Надежда ЗИНЧЕНКО ФОНОННАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОДНОРОДНЫХ СЛОЁВ: СРАВНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ FCC-МОДЕЛИ И КОНТИНУАЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ 245