Инновации

На факультете почвоведения в той или иной форме  реализуются 4 направления инновационной деятельности:

1) проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР);

2) разработка инновационных образовательных продуктов и услуг;

3) оформление прав и использование РИД (патентование, приобретение лицензий, использование ноу-хау);

4) сертификация и стандартизация инновационных продуктов и изделий, необходимых для их изготовления.

 

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

В большей степени работы этого направления на факультете почвоведения завершаются на научно-исследовательской стадии и поэтому скорее могут быть обозначены как НИР (научно-исследовательские работы), а не НИОКР. Многие научные исследования, имеющие потенциал внедрения, не доводятся до этапов технического решения этого внедрения, т.е. не доводятся собственно до технологий внедрения.

Все инновационно ориентированные НИОКР, проводимые на факультете почвоведения, относятся к 4-м основным направлениям:

1) инновационные методы  мониторинга, оценки, нормирования качества почв и сопредельных сред;

2) инновационные технологии защиты растений, озеленения и экологической реставрации территорий;

3) инновационные технологии рекультивации и ремедиации загрязненных и деградированных почв и земель;

4) инновационные технологии рационального землепользования.

Краткое описание технологии. Опасность загрязнения окружающей среды факторами, влияющими на генетический аппарат, постоянно возрастает. В настоящее время одним из широко используемых токсикогенетических методов является так называемый Allium-test, основанный на анализе хромосомных аберраций в меристематической ткани лука репчатого Allium cepa. Преимущества растительной тест-системы Allium cepa состоят в том, что данный метод не требует знания кариотипа и идентификации типов повреждений хромосом, является простым, экономичным и достаточно чувствительным для определения «мутаген» или «не мутаген» фактор.

Метод позволяет регистрировать хромосомные мутации типа делеций и транслокаций, следствием которых является наличие мостов и фрагментов в ана- и телофазе. Метод позволяет выявлять изменение поведения хромосом на веретене деления. Allium-test идеально подходит для проведения микроядерного теста.

Allium-test рекомендован для тестирования образцов различных наноматериалов. Исследование мутагенных свойств наночастиц диоксида титана на корневых меристемах Allium cepa (рис. 1) и лимфоцитах человека показало, что оба теста проявляют сходную чувствительность к данному веществу. При изучении генотоксического потенциала соединений никеля было показано, что Allium-test также высокочувствителен к ним, как лимфоциты и фибробласты человека.

Allium-test получил рекомендацию экспертов ВОЗ как стандарт для цитогенетического мониторинга окружающей среды. Allium cepa хорошо изучен генетически, его использование дает возможность фиксировать влияние изучаемого фактора по мутагенному, митотоксическому и общетоксическому действию. Число объектов тестирования постоянно увеличивается, при этом Allium cepa в настоящее время продолжает оставаться одним из наиболее используемых биотестеров. Allium-test рекомендован для исследования генотоксичности химических, физических и биологических факторов. Allium cepa в качестве тест объекта широко применяется для оценки генетического потенциала химических соединений, природных и сточных вод. Использование же данного метода для тестирования нерастворимых веществ и твердых субстратов, в том числе почв представляет значительную методическую проблему.

Рис. 1. Демонстрация проведения Allium-test

На кафедре радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ классическая схема теста модифицирована для тестирования непосредственно почв.

Система визуализации для объективной регистрации результатов биотестов (рис. 2) представляет собой оборудование, позволяющее фиксировать и передавать микроизображения в блок компьютера, который обрабатывает его по определенной программе. В работе используется система на основе отечественного светооптического микроскопа Микмед-6 с тринокулярной насадкой (ОАО «ЛОМО», Россия), оптико-механического адаптера («НПК «Зенит», Россия) и цифрового фотоаппарата Canon EOS 1100 («Canon Inc.», Япония). Применение данной системы формализует процедуру учета и позволяет приблизиться к решению проблемы стандартизации методов оценки генотоксичности почв.

Рис. 2. Система визуализации для регистрации результатов Allium-test

Одним из примеров конкретного применения данной методики может служить разработанная к настоящему моменту модификация, которая адаптирована для оценки уровня генотоксичности нефтезагрязненных почв. Методика апробирована для почв, содержащих группу стойких органических загрязнителей (СОЗ), полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и техногенных и естественных радионуклидов. Кроме того, показана чувствительность модифицированного теста для почв с фоновыми уровнями загрязнения мутагенами химической и радиационной природы. Анализ фазных индексов и спектра хромосомных аберраций позволяет охарактеризовать особенности генотоксического действия для сложного по составу комплекса загрязнителей. При тестировании почв фиксируются основные типы структурных мутаций, описанные для ана-телофазного метода анализа (рис. 3).

Поскольку почва депонирует множество поллютантов, то оценка ее генотоксичности чрезвычайно важна с точки зрения риска транслокационных процессов.

Рис. 3. Некоторые виды хромосомных аберраций и нарушений процесса митоза, выявляемые при тестировании почв (авторские микрофотоснимки)

 

Степень готовности. Проект находится на стадии научно-исследовательской работы. Для реализации разработки необходимо финансирование

Разработчики. Столбова В.В., к.б.н., ст. преп. кафедры радиоэкологии и экотоксикологии ф-та почвоведения МГУ, (495)939-25-08, Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Сроки реализации. 1 - 2 года

Ожидаемые результаты. Авторское свидетельство.

Предложения по сотрудничеству. Возможными потребителями технологии являются экологические и почвенно-агрохимические фирмы и компании.

Краткое описание. Современное развитие химии органического вещества почв дает возможность для поиска индивидуальных маркеров (индикаторов), различных биохимических процессов, протекающих в биосфере не только в настоящем, но и в прошлом. Одним из самых устойчивых компонентов растительного опада в почвах являются лигниновые фенолы. В отличие от гуминовых кислот, формулы и химическое строение которых активно изучаются в течение последнего столетия и до сих пор остаются неизвестными, лигнин достоверно обнаружен в живых тканях растений, их опаде, в почве и выделенных из дневных и погребенных почв гуминовых кислот. Анализ существующих методов определения лигнина показал, что апробированный нами на большом объеме образцов метод мягкого щелочного окисления органического вещества оксидом меди (в азотной среде) оказался наиболее точным для определения фенолов лигнинового происхождения в растительных тканях, дневных и погребенных почвах, гранулометрических фракциях почв, конкреционных новообразованиях и в препаратах гуминовых кислот. Окисление и хроматографическое разделение биополимеров лигнина на простые фенолы позволяет получить информацию о типах растительных тканей. По величинам лигниновых параметров VSC (общее количество продуктов окисления лигнина), С/V (циннамилы/ванилины), S/V (сирингилы/ванилины), К/F (кумарилы/ферулы), кислоты/альдегиды можно выделять разные типы растительных тканей (хвойные и лиственные, древесные и недревесные, травянистые разнотравные и злаковые). При этом выявлено, что наибольшее содержание лигниновых фенолов свойственно не надземным, а подземным тканям растений.

Пропорции лигниновых фенолов в дневных и погребенных почвах благодаря их химической и физиологической специфичности, наряду с их высокой устойчивостью к разложению, предлагается использовать как молекулярные следы наземного органического вещества при реконструкции условий палеосреды. Получаемые результаты коррелируют с данными изотопного состава углерода, 13С-ЯМР-спектроскопии, магнитной восприимчивости и т.д.

Степень готовностиПроект находится на заключительной стадии научно-исследовательской работы. Подана заявка на патент.

Разработчики: Ковалева Н.О. – д.б.н., зав. Лабораторией экологического почвоведения факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.); Ковалев И.В. – д.с.-х..н., в.н.с. факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.).

Сроки реализации. 1 год

Ожидаемые результаты. Внедрение высокотехнологичного метода определения лигниновых фенолов позволит снять дискуссионные вопросы при реконструкции палеосреды.

Предложения по сотрудничеству для инвесторов (заказчиков). Проект направлен на развитие и внедрение технологии молекулярных биомаркеров в практической археологии и палеонтологии и биостратиграфии. Разработка может быть использована компаниями, занимающимися вопросами исторического и природного наследия.

Краткое описание. Экологические риски избыточного поступления соединений серы и тяжелых металлов в наземные экосистемы оцениваются на основе концепции критических нагрузок, разработанной в Европе и развитой авторами для применения на территории России. Современные риски избыточного поступления тяжелых металлов в экосистемы оцениваются путем сравнения реальных содержаний металлов в почвах с критическими, ожидаемые риски – путем сравнения реальных и ожидаемых нагрузок металлов с критическими. Критические содержания и концентрации металлов в почвах и растворах рассчитываются с помощью выведенных на основании токсикологических экспериментов зависимостей от основных свойств почв (pH и содержания органического вещества). В основе анализа лежат экспериментальные данные по составу и свойствам почв, растительности, атмосферных выпадений, водного стока, картографическая информация.

Степень готовности. Готовые технологии.

Разработчики. Коллектив авторов − сотрудников факультета почвоведения МГУ и физического факультета МГУ. Контактные данные: проф. Г.Н. Копцик, тел. +7 495 939 3573, факс +7 495 939 1716, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., koptsikg@ mail.ru, информация в Интернете http://eco.soil.msu.ru.

Срок реализации. 1-3 года в зависимости от конкретных задач.

Ожидаемые результаты. Оценка устойчивости наземных экосистем по отношению к кислотообразующим соединениям серы и тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Ni, Zn и др.) и экологических рисков их избыточного поступления (рис. 4). Карты критических нагрузок соединений серы и тяжелых металлов и зон избыточного поступления поллютантов в наземные экосистемы. Сведения о соответствии фактического и прогнозируемого состояния окружающей среды установленным нормативам качества окружающей среды. Рекомендации по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Заключение о необходимости ремедиации земель, нарушенных в результате техногенного загрязнения.

Предложения по сотрудничеству. Возможные заказчики: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральное агентство лесного хозяйства, региональные Министерства природных ресурсов, управления научно-технического развития и экологической безопасности промышленных предприятий.

 

Рис. 4. Зоны риска избыточного поступления серы в экосистемы Кольского полуострова.

Краткое описание. Комплексные системы экстенсивных и интенсивных наблюдений (рис. 5), оценки и прогноза изменений состояния экосистем под воздействием природных и техногенных факторов. Экстенсивный мониторинг включает периодическую оценку пространственной и временной изменчивости состояния природных экосистем (растительности и почв). Интенсивный мониторинг включает систематические регулярные наблюдения, оценку и прогноз состояния природных экосистем (почв, древостоя, напочвенного покрова, атмосферных выпадений, почвенных вод, метеоусловий и др.) на стационарных участках, оборудованных на уровне мировых стандартов.

Степень готовности. Готовые технологии.

Разработчики. Коллектив авторов под руководством проф. Г.Н. Копцик, имеющих многолетний опыт организации и проведения экологического мониторинга в России (государственный природный заказник «Звенигородская биостанция МГУ и карьер «Сима», НП «Русский Север», НП «Смоленское Поозерье» и др.) и за рубежом (Норвегия, Финляндия, Нидерланды, Великобритания, Германия и др.). Контактные данные: +7 495 939 3573, факс +7 495 939 1716, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., информация в Интернете http://eco.soil.msu.ru.

Срок реализации. 1-3 года в зависимости от конкретных задач.

Ожидаемые результаты (в зависимости от конкретных задач). Получение объективных данных о состоянии окружающей среды для обоснования экологически сбалансированного природопользования в целях устойчивого развития и улучшения состояния окружающей среды. Сведения о соответствии фактического и прогнозируемого состояния окружающей среды установленным нормативам качества окружающей среды. Заключение о необходимости рекультивации и ремедиации земель, нарушенных в результате техногенного воздействия. Оценка эффективности проводимых природоохранных мероприятий. Материалы комплексного экологического обследования территорий для последующего придания им правового статуса особо охраняемых природных территорий. Наблюдения, оценка и прогноз воздействия техногенных и естественных факторов на состояние лесных экосистем особо охраняемых природных территорий.

Предложения по сотрудничеству. Возможные заказчики: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральное агентство лесного хозяйства, региональные Министерства природных ресурсов, управления научно-технического развития и экологической безопасности промышленных предприятий.

Рис. 5. Осадкосборники и опадоуловители на участке интенсивного экологического мониторинга

 

Научная работа