Protection of Melanized Cryptococcus neoformans from Lethal Dose Gamma Irradiation Involves Changes in Melanin's Chemical Structure and Paramagnetism

Certain fungi thrive in highly radioactive environments including the defunct Chernobyl nuclear reactor. Cryptococcus neoformans (C. neoformans), which uses L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) to produce melanin, was used here to investigate how gamma radiation under aqueous aerobic conditions affects the properties of melanin, with the aim of gaining insight into its radioprotective role. Exposure of melanized fungal cell in aqueous suspensions to doses of γ-radiation capable of killing 50 to 80% of the cells did not lead to a detectable loss of melanin integrity according to EPR spectra of melanin radicals. Moreover, upon UV-visible (Xe-lamp) illumination of melanized cells, the increase in radical population was unchanged after γ-irradiation. Gamma-irradiation of frozen cell suspensions and storage of samples for several days at 77 K however, produced melanin modification noted by a reduced radical population and reduced photoresponse. More direct evidence for structural modification of melanin came from the detection of soluble products with absorbance maxima near 260 nm in supernatants collected after γ-irradiation of cells and cell-free melanin. These products, which include thiobarbituric acid (TBA)-reactive aldehydes, were also generated by Fenton reagent treatment of cells and cell-free melanin. In an assay of melanin integrity based on the metal (Bi+3) binding capacity of cells, no detectable loss in binding was detected after γ-irradiation. Our results show that melanin in C. neoformans cells is susceptible to some damage by hydroxyl radical formed in lethal radioactive aqueous environments and serves a protective role in melanized fungi that involves sacrificial breakdown

НАУКОВА ШКОЛА МІКРОЗРОШЕННЯ: ДОСЯГНЕННЯ ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ

Microirrigation is by far the most progressive irrigation method, with efficiencies reaching 92-98 %. According to the International Commission on Irrigation and Drainage, the world's agricultural land, which is irrigated through micro-irrigation systems, is constantly growing and now stands at over 20 million hectares. By the "Irrigation and drainage strategy in Ukraine until 2030" micro-irrigation methods are defined as one of the strategic directions of the state policy of the branch. Research on the direction of "micro-irrigation of crops" in Ukraine began from the late 60's of the last century. The historical aspect of the development of research in this area is thoroughly covered in previous scientific papers. Therefore, the purpose of this study is a comprehensive analysis of the basic fundamental and applied results of research of the scientific school on micro irrigation IWPaLR NAAS in the early XXI century and substantiation of perspective directions of their development. Using theoretical methods of scientific research (analysis and synthesis, comparison, classification and generalization), the authors systematized the most significant scientific results in terms of normative, methodological, technical and technological components. The list of normative and methodological documents prepared by IWPaLR NAAS in the direction of microirrigation is given. The results of developments in the technological component are detailed according to the research objects: water regime and processes of water consumption of crops, fertigation, pestigation, the influence of local moistening, fertilizers and water of different quality on the soil-plant-technical means of irrigation system, the formation of soil moisture zones, methods of appointment timing of vegetation irrigation and irrigation management systems. The key scientific results of the irrigation facilities’ testing laboratory are highlighted. The list of developed and implemented by the IWPaLR NAAS technical means of microirrigation systems is given. The strategic directions of further scientific research are substantiated, which should meet the global trend for environmentally friendly irrigation, as well as resource and energy conservation. The need of Ukraine in the systems of microirrigation of agricultural crops for the period up to 2030, the role of current and future developments of the scientific school of micro irrigation IWPaLR NAAS on their implementation are determined.Мікрозрошення є на сьогодні найбільш прогресивним способом зрошення, ефективність якого досягає 92-98 %. Згідно даних Міжнародної комісії з іригації і дренажу світові площі сільськогосподарських угідь, які зрошують за допомогою систем мікрозрошення, постійно зростають та становлять на сьогодні понад 20 млн га. «Стратегією зрошення та дренажу в Україні на період до 2030 року» способи мікрозрошення визначено як один із стратегічних напрямів державної політики галузі.Дослідження за напрямом «мікрозрошення сільськогосподарських культур» в Україні розпочато з кінця 60-х років минулого століття. Історичний аспект розвитку досліджень за цим напрямом ґрунтовно висвітлено у попередніх наукових роботах. Тому мета цього дослідження – всебічний аналіз основних фундаментальних і прикладних результатів досліджень наукової школи з мікрозрошення ІВПіМ НААН на початку ХХІ ст. та обґрунтування перспективних напрямів їх розвитку.Із застосуванням теоретичних методів наукового дослідження (аналіз і синтез, порівняння, класифікація та узагальнення) авторами систематизовано найбільш значимі наукові результати за нормативною, методичною, технічною та технологічною складовими. Наведено перелік підготовлених ІВПіМ НААН нормативних та методичних документів за напрямом мікрозрошення. Результати розробок за технологічною складовою деталізовано за об’єктами дослідження: водний режим і процеси водоспоживання сільськогосподарських культур, фертигація, пестигація, вплив локального зволоження, удобрення та води різної якості на систему «ґрунт-рослина-технічні засоби мікрозрошення», формування зон зволоження ґрунтів, методи призначення строків вегетаційних поливів та системи керування поливами. Висвітлено ключові наукові результати діяльності лабораторії випробування засобів зрошення. Наведено перелік розроблених і впроваджених ІВПіМ НААН технічних засобів систем мікрозрошення. Обґрунтовано стратегічні напрями подальших наукових досліджень, які мають відповідати загальносвітовому тренду щодо екологічно безпечного зрошення, а також ресурсо- та енергозбереження. Визначено потребу України в системах мікрозрошення сільськогосподарських культур на період до 2030 року, роль нинішніх і майбутніх напрацювань наукової школи мікрозрошення ІВПіМ НААН з їх впровадження

ПРОБЛЕМИ ТА ОСНОВНІ НАПРЯМИ РОЗВИТКУ ЗРОШЕННЯ ТА ДРЕНАЖУ В УКРАЇНІ В УМОВАХ ЗМІН КЛІМАТУ

Climate change has caused rapid soil dehydration in Ukraine; therefore sustainable agriculture will only be possible applying throughout irrigation or water regulation. Meanwhile, the use of the irrigation and drainage systems potential remains extremely unsatisfactory. In 2019, 532,000 ha were actually irrigated, and water regulation was performed on less than 300,000 ha. The purpose of the research. To analyze the existing state and substantiate the areas of the irrigation and drainage sector development to ensure the sustainable agriculture in the face of a changing climate. Materials and methods of the research. In the work, a set of methods was used: analytical, expert evaluations, surveys, comparisons and analogues, experimental. Observation data from the state meteorological stations network were used to evaluate hydrothermal conditions and the data from the network of hydrological posts of Ukrhydrometcentre were used to evaluate the river condition. To assess the technical condition of the engineering infrastructure, methodological approaches were used in accordance with the requirements of the international and European standards and the normative documents currently in force in Ukraine. To identify the possible ways and mechanisms to restore the irrigation and drainage systems potential, the reasons of the existing state were analyzed and it was determined that the uncompleted land and economic reforms, imperfections in the existing legislation and state support mechanisms, especially in the sector management, caused the long-year underfunding of irrigation and drainage facilities operation and restoration and resulted in the crisis situation in the sector. Conclusions. Based on the study of the world experience and the carried out research, it was established that the restoration and development of irrigation and drainage in Ukraine are possible only along with the implementation of a legal and institutional reform to introduce decentralization, improvement of the existing legislation, modernization of irrigation and drainage systems through the development and implementation of investment projects for restoration and development of irrigation and drainage systems, creation of attractive investment environments, development and introduction of a financing mechanism to cover management, operation and maintenance costs based on a new tariff formation system, introduction of the scientific support and staffing system for the land reclamation sector. The basis for the deployment of irrigation and drainage restoration should be the "Irrigation and Drainage Strategy in Ukraine until 2030", and the appropriate plan of measures, formed on the basis of fundamentally new institutional, scientific, technical and technological, economic, organizational, social and environmental approaches, should become a tool for achieving the goals of the "Strategy ...". Successful implementation of the goals of irrigation and drainage restoration in Ukraine will create the conditions to sustainable and profitable agricultural production in the face of climate change, to restore irrigation on the area of about 1,0 to 1,2 mln. ha and drainage on the area of 1,0 mln. ha and to additionally get up to 10 mln. tons of grain, 8-10 mln. tons of fruit, berries and vegetables annually.В роботі наведено результати аналізу сучасного стану, встановлені основні проблеми та напрями розвитку зрошення та дренажу в Україні в умовах змін клімату. Виконаний комплексний аналіз даних метеоспостережень засвідчив, що темпи зростання середньорічної температури повітря в Україні за останні 10 років перевищують 0,6оС, за практично незмінної кількості опадів, і якщо ці темпи збережуться, то у 2050 р. площа ріллі з дефіцитом кліматичного водного балансу 150 мм і більше зросте порівняно з 2016 р. на 3,7 млн.га і досягне 21,78 млн.га, а у 2100 р. – 26 млн. га ріллі. Кліматичні зміни зумовили розвиток процесу прогресуючого зневоднення грунтів, внаслідок чого стале землеробство на всій території України буде можливим лише за умови зрошення або водорегулювання. Водночас існуючий стан використання потенціалу зрошувальних та дренажних систем є вкрай незадовільним. У 2019 р. фактично поливалось 532 тис.га, а двобічне водорегулювання здійснювалось на площі менше 300 тис.га. Для пошуку шляхів та механізмів відновлення потенціалу зрошувальних та дренажних систем виконано аналіз причин існуючого стану та встановлено, що кризова ситуація в галузі сформувалась унаслідок багаторічного недофінансування робіт з експлуатації та відновлення, через незавершеність реформування земельних та економічних відносин, недосконалість існуючого законодавства та механізмів державної підтримки, особливо моделі управління галуззю. За результатами досліджень розроблено наукові засади відновлення зрошення і дренажу в умовах змін клімату, що передбачають проведення правових та інституційних реформ на засадах децентралізованого управління із залученням водокористувачів, удосконалення існуючого законодавства, модернізацію зрошувальних та дренажних систем, створення сприятливих умов для залучення інвестицій, впровадження механізму фінансування витрат на управління, обслуговування та експлуатацію на основі нової системи утворення тарифів, впровадження системи наукового та кадрового забезпечення меліоративної галузі