Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенные ацидофильные актиномицеты

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Закалюкина, Юлия Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

I. Почвенная кислотность как средообразующий фактор для микроорганизмов

II. Ацидофильность — свойство почвенных бактерий и грибов

III. Ацидофильные актиномицеты

1 .Распространение и численность ацидофильных актиномицетов в почвах

2.Таксономическое разнообразие ацидофильных актиномицетов

3.Особенности ацидофильных актиномицетов по сравнению с нейтрофильными

3.1 .Изучение рН-требований ацидофильных актиномицетов

3.2.Морфологические признаки ацидофильных актиномицетов

3.3.Физиологические признаки ацидофильных актиномицетов

3.4.Генетические отличия ацидофильных актиномицетов

3.5.Антибиотическая активность ацидофильных актиномицетов

IV. Термофилия и ацидофилия у прокариот

V. Место ацидофильных актиномицетов в системе современных научных знаний

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 1. Численность и таксономический состав актиномицетных комплексов в исследованных почвах, выявленные на подкисленных и нейтральных средах

Глава 2. Видовое разнообразие комплексов стрептомицетов на подкисленных и нейтральных средах

Глава 3. Таксономическое разнообразие комплексов микромоноспор, выявляемых на подкисленных и нейтральных средах

Глава 4. Установление диапазона значений рН для роста выделенных культур стрептомицетов

Глава 5. Особенности морфологической дифференциации почвенных ацидофильных актиномицетов

Глава 6. Антибиотическая активность культур ацидофильных и нейтрофильных актиномицетов

Введение Диссертация по биологии, на тему "Почвенные ацидофильные актиномицеты"

Почвенная кислотность является важным физико-химическим показателем свойств почв и зависит от многих факторов. Она может влиять на почвенные микроорганизмы двояко: или непосредственно на внутреннюю среду клетки, или косвенно, путем изменений во внешней среде. Разграничить эти две формы влияния удается редко. Долгое время полагали {Стейниер и др., 1979), что из основных групп почвенных микробов устойчивостью по отношению к кислотности обладают грибы, в то время как большинство бактерий и актиномицетов относительно неустойчивы (Alexander, 1964).

В 70-е годы прошлого века группе американских исследователей удалось выделить и изучить коллекцию культур актиномицетов, способных расти в кислой среде. После известных публикаций Вшъямса ( Williams et al., 1971; Flower, Williams, 1978; Williams, Flower, 1978) интерес к данной группе мицелиальных прокариот в печати не проявлялся.

В настоящее время возможность существования актиномицетов, способных расти в кислой среде, уже не вызывает сомнений, но об их свойствах и особенностях, по-прежнему, известно немного.

Вопрос о месте и роли актиномицетов в почве весьма актуален. Изучение почв на территории России (многие из которых по естественным или антропогенным причинам являются кислыми) должно предполагать рассмотрение характерных представителей микробоценоза данных местообитаний.

С другой стороны, изучение почвенных ацидофильных актиномицетов несомненно представлет важное значение для биотехнологии. Поиск продуцентов новых антибиотиков и ферментов с особыми рН-оптимумами действия, применение популяций актиномицетов для биоконтроля и биоремедиации, борьба с фитопатогенными грибами — практические задачи, для решения которых знания об ацидофильных актиномицетах могут быть весьма ценными.

Целью работы явилось исследование экологических особенностей ацидофильных актиномицетов и их места в комплексах мицелиальных прокариот почв разных типов.

Задачи исследования

1. Разработка селективных методов выделения и учета ацидофильных актиномицетов из почв различных типов; подбор подходящего метода для сравнительной оценки роста ацидофильных актиномицетов.

2. Проведение сравнительного анализа актиномицетных комплексов, выявляемых на нейтральных и подкисленных средах из почв и растительных ярусов биогеоценозов.

3. Оценка радиальной скорости роста ацидофильных и нейтрофильных актиномицетов при различных значениях рН среды.

4. Изучение жизненного цикла ацидофильных и нейтрофильных мицелиальных прокариот на нейтральных и подкисленных средах.

5. Выявление специфических антагонистических свойств у ацидофильных актиномицетов.

Научная новизна

• Впервые установлено распространение ацидофильных актиномицетов в широком ряду почв и определена таксономическая структура их комплексов. Отмечена приуроченность ацидофильных актиномицетов к кислым почвам, среди ацидофилов доминируют представители родов &1гер1отусе$ и Мшготопозрога.

• Впервые рассмотрены особенности морфологической дифференциации у ацидофильных актиномицетов. Показано, что у таких актиномицетов наблюдается особая экологическая тактика при пониженных значениях кислотности среды:

- высокая скорость освоения субстрата наряду с удлиненной вегетативной стадией,

- последующее изменение значений рН среды культурой до нейтральных

- и уже затем образование воздушного мицелия и спор.

Практическая значимость

Установление экологической ниши ацидофильных актиномицетов важно для расширения наших представлений о биоразнообразии микробного комплекса почв.

Знания об особенностях распространения и жизнедеятельности ацидофильных актиномицетов могут представлять существенный интерес для биотехнологии и сельскохозяйственной микробиологии, для борьбы с фитопатогенными микроорганизмами в почвах.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проектам №00-04-49162 00-15-97886.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на восьми симпозиумах и конференциях, в том числе пяти международных.

Публикации. Материалы проведенных исследований изложены в 14 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 106 страницах текста, содержит 18 иллюстраций, 13 таблиц. Список литературы включает 110 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Закалюкина, Юлия Владимировна

выводы

1. Подобраны методические приемы поиска и выделения ацидофильных актиномицетов из почв и растительных субстратов, состоящие в использовании подкисленной питательной среды с добавлением антибиотиков.

2. Впервые дана характеристика пространственно-таксономической структуры комплексов ацидофильных актиномицетов широкого ряда почв. Среди ацидофильных актиномицетов преобладают представители родов 81герготусг5 и Мгсготопоярога.

3. Определен рН-диапазон роста актиномицетов, по кривым зависимости радиальной скорости роста от рН среды. Термин ацидофильные почвенные актиномицеты предлагается распространить на актиномицеты, оптимум роста которых наблюдается при кислых значениях рН среды (5,05,5), а верхняя граница роста может лежать в пределах от рН 7,0 и выше.

4. Впервые описаны особенности морфологической дифференциации колоний ацидофильных и нейтрофильных стрептомицетов при нейтральных и пониженных значениях рН питательной среды. Отмечена способность ацидофильных актиномицетов быстрее расти на подкисленных средах и повышать значение рН до уровня, благоприятного для образования воздушного мицелия и спор.

5. Установлено наличие у ацидофильных стрептомицетов антагонизма к фитопатогенным грибам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, почвенные ацидофильные актиномицеты обладают особой экологической тактикой в условиях пониженных значений рН:

• осуществляют быстрый рост на подкисленной среде;

• изменяют значения рН питательной среды до уровня, благоприятного для образования воздушного мицелия и спор;

• проявляют большую антигрибную активность, чем на нейтральной среде.

Особенностью актиномицетов вообще является существование в двух состояниях — вегетативном (мицелий) и покоящемся (споры). В нашей работе изучалась адаптированность вегетативной стадии ацидофильных актиномицетов в отношении низких значений фактора кислотности. Относительно высокая скорость роста мицелия на средах с пониженной кислотностью свидетельствует об истинной адаптации к кислым условиям, а не только о\ "выживании" за счет сохранения в почвах покоящихся спор. V

Впервые показаны особенности клеточной дифференциации у ацидофильных актиномицетов по сравнению с нейтрофильными.

Наличие этих свойств обеспечивает ацидофильным актиномицетам возможность расти в кислых условиях среды, где отсутствует конкуренция со стороны нейтрофильных актиномицетов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Закалюкина, Юлия Владимировна, Москва

1. Бабьева И.П., Чернов И.Ю. Биология дрожжей. М. Изд-во МГУ. 1992. 95 с.

2. Бибикова М.В., Иваницкая Л.П. Род Micromonospora: систематическое положение, методы направленного поиска антибиотиков.// Антибиотики. 1986. "№9. С. 702-714.

3. Биология отдельных групп актиномицетов/ под ред. H.A. Красильникова. М. Наука. 1965. 370 с.

4. Буга С. Ф., Ушкевич Л.А., Боярчук В.Е., Лобань C.B., Радына A.A. Видовой состав грибов рода Fusarium, встречающихся в агрофитоценозах озимых зерновых культур.// Весщ акадэмн навук Беларусь Серыя бтялапчных навук. 1996. №2. С.76-79.

5. Великанов Л.Л., Сидорова И.И. Экологические проблемы защиты растений от болезней.// Итоги науки и техники. 1988. Т.6. С. 143-155.

6. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов. М. Наука. 1983. 245с.

7. Гусев М.В., МинееваЛ.А. Микробиология. Учебник. Изд-во МГУ. 1992. 470 с.

8. Добровольская ТТ., Полянская Л.М., Головченко A.B., Смагина М.В., Звягинцев Д.Г. Микробный пул в торфяных почвах.// Почвоведение. 1991. №7. С.69-77.

9. Егоров П. С. Основы учения об антибиотиках. Учебник. М. Изд-во МГУ. 1994.512 с.

10. Жизнь микробов в экстремальных условиях/ под ред. Д. Кашнера. М. Мир. 1981.520с.

11. Зенова Г.М., Эфрон А.Н., Лихачева A.A. Калакуцкий Л.В. Особенности водорослевого компонента альго-бактериальных ценозов на выходах карбонатных пород.// Вестник МГУ. Сер.17 почвоведение. 1988. №1. С.44-49.

12. Калакуцкий Л.В., Агре Н.С. Развитие актиномицетов, М. Наука. 1977. 450с.21 .Калакуцкий Л.В., Зенова Г.М. Экология актиномицетов.// Успехи микробиологии. 1984. Т. 19. С.203-223.

13. Классификация и диагностика почв СССР. М. Колосс. 1977. 396с.

14. Классификация почв России. М. Почв, ин-т им. Докучаева. 2000. 235с.

15. Красильников Н.А. Лучистые грибки. М. Наука. 1970. 780с.

16. Кожееин П.А. Микробные популяции в природе. М. Изд-во МГУ. 1989. 173с.

17. Мамченко Т.Ф. Актиномицеты засоленых почв.// Дипл. работа. М. ф-т почвоведения МГУ. 1979. 69с.

18. Маслова Е.М. Актиномицеты рода Streptosporangium в почвах разных типов.// Автореф. дисс.канд.биол.наук. М. МГУ. 1999. 54с.31 .Методы почвенной биологии и биохимии/ под ред. Д.Г. Звягинцева. М. Изд-во МГУ. 1991.270с.

19. Методы общей бактериологии/ под ред. Ф. Герхарда и др. в 3-х т. М. Мир. 1983. 535 с.

20. ЪЪ.Минеев ВТ. Агрохимия. М. Изд-во МГУ. 1990. 600 с.

21. Иестеренко О.А., Квасников Е.И., Ногина Т.М. Нокардиоформные и нокардиоподобные бактерии. Киев. Наукова думка. 1985. 334 с.

22. Ъ5,Одум Ю. Экология. М. Мир. 1986. Т.1. 326с.

23. Зб.Определитель бактерий Берджи/ под ред. Дж.Хоула и др. в 2-ух т. М. Мир. 1997. 800 с.

24. АН СССР. 1963.276 с. 41 .Работнова И. Л. Роль физико-химических условий (рН и гН2) вжизнедеятельности микроорганизмов. М. Изд-во АН СССР. 1957. 273 с. 42.Стебаев И.В., Пивоварова Ж.Ф., Смоляков B.C., Неделькина С.В.

25. Биогеосистемы лесов и вод России. Новосибирск. Наука. 1993. 344с. АЪ.Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрем Дж. Мир микробов в 3-х томах. М. Мир. 1979.

26. Теппер Е.И. Микроорганизмы рода Nocardia и разложение гумуса. М. Наука. 1976. 199с.

27. Терехов А. С. Экологические ниши почвенных актиномицетов.// Автореф. дисс.канд.биол.наук. М. МГУ. 2003. 24с.

28. Широких И.Г., Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г. Актиномицеты в ризосфере ячменя на сильнокислой дерново-подзолистой почве.// Микробиология. 2002. Т.71. №4. С.533-537.41 .Abd-Allah E.F. Streptomyces plicatus as a model biocontrol agent.// Folia

29. Bergey s Manual Determinative Bacteriology/ Ed. J.A.Holt, N.R.Kreig et al.

30. Byzov B.A., Chernjiakovskaya T.F., Zenova G.M., Dobrovolskaya T.G. Bacterial communities associated with soil diplopods. Jena. Gustav Fisher Verlag. Pedobiologia. 1996. V.40. P.67-79.

31. Coelho R.R., Olivera R.C., Drozdowicz A. Effect of pH on growth and respiration of microorganizm isolated from acid soil.// An. microbiology (Rio-de-Janeiro). 1979.V.24. P. 55-69.

32. Cross T. Aquatic actinomycetes.// Journal of Applied Bacteriology. 1981. V.50. P.397-423.

33. Elson M.K., Kelly J.F., Nair M.G. Influence of antifungal compounds from a soil-borne actinomycete on Fusarium spp. in asparagus.// Journal of chemical ecology. 1994. V.20. P.2835-2846.

34. Ensign J.C., Normand P., Burden J.P., Yallop C.A. Physiology of some actinomycete genera.// Research in microbiology. 1993. Oct. 144(8). P. 657-660.

35. Flower T.H., Williams S.T. The influence of pH on the growth rate and viability of neutrophilic and acidophilic streptomyces.//Microbiology. №18. 1977. P.48-54.

36. Gledhill W.E., Casida L.E. Predominant catalase-negative soil bacteria II. Occurence and characterization of Actinomyces humiferus. sp.n.IJ Appl. Microbiology. 1969. V. 18(1). P.l 14-121.

37. Goodfellow M., Williams S.T. Ecology of actinomycetes.// Annual reviews of microbiology. 1983. V. 37. P.189-216.

38. Goodfellow M, Lacey J., Todd C. Numerical classification of thermophilic Streptomyces.il Journal of General Microbiology. 1987. V.133. P. 3135-3149.

39. Goodfellow M, Kim S.B. Phylogenetic analysis of acidophilic and netrotolerant actinomycetes isolated from soila and coal wastes.// 11 International Symposium on the Biology of Actinomycetes. Heraklion. Greece. 1999.

40. Goodfellow M., Mordarski M., Williams S. 77/Actinomycetes in biotechnology. SanDiego. 1988. 340-341.

41. Gregory P.H. The microbiology of athmosphere. John Willy & Sons. N.Y. Torronto. 1973. 187p.

42. Hagedorn C. Influence of soil acidity in Streptomyces populations inhabiting forest soil.// Appl. Environ. Microbiology. 1976. V.32. P.368-375.

43. Hwang B.K., Lim S. W., Kim B.S., Lee J. Y., Moon S.S. Isolation and in vivo and in vitro antifungal activity of phenylacetic acid and sodium phenylacetate from

44. Streptomyces humidusJ! Applied Environmental Microbiology. 2001. Aug. V.67. P.3739-3745.

45. Jshizawa S., Araragi M. Actinomycete flora of Japanese soils. Vertical change of actinomycete flora. A. On the basic of morphological, cultural and biochemical characters.// Soil Science Plant. Nutr. 1971. V. 17. № 2. P. 68-74.

46. Kalakoutskii L.V., Zenova G.M., Soina V.S., Likhacheva A.A. Associations of actinomycetes with algae.// Actinomycetes. 1990. V.l. P.2. P.27-42.

47. Khan M.R., Williams S.T. Studies on the ecology of actinomycetes in soil. VIII. Distribution and characterictics of acidophilic actinomycetes.// Soil Biology And Biochemistry. 1975. V.7. P.345-349.

48. Kim S.B., Falkoner C., Williams E., Goodfellow M. Streptomyces thermocarboxydus sp. nov., two moderately thermophilic carboxydotrophic species from soil.// International journal of systematic bacteriology. 1998. Jan. V.48. P.59-68.

49. Lacey J. Airborne actinomycete sporesas respiratory allergens/ Actinomycetes/ Eds. K.P.Schaal, G.Puaverer. Zbl. Bakt. Microb. Hys. T. Abt. Suppl. II. 1981. S. 243-250.

50. Lee J.Y., Hwang B.K. Diversity of antifungal actinomycetes in various vegetative soils of Korea.// Canadian Journal of Microbiology. 2002. May. V.48. P. 407-417.81 .Lockwood J.L. Streptomyces spp. as a cause of natural fungitoxicity in soils//

51. Phytopathology. 1959. V. 49. P. 327-331. 82Lonsdale J. Aspects of biology of acidophilic actinomycetes/ Ph.D. Thesis.

52. Mikami Y., Miyashita K., Arai T. Diaminopimelic acid profiles of alkalophilic and alkaline-resistant actinomycetes.// Journal of General Microbioogy. 1982. V. 128. P. 1709-1712.

53. Mikami Y., Miyashita K., Arai T. Alkalophilic actinomycetes.// Actinomycetes. 1986. V.19.P. 176-191.

54. Moreira A.R., Philips J.A., Humphrey A.E. Production of cellulases by Thermomonospora species.// Biotech.Bioeng. 1981. V. 23. P.1339-1347.

55. Mutsue M., Majima E., Ichishima E. Specificity of thermophilic Streptomyces alkaline proteinase.// Agr.Biol.Chem. 1982. V. 46. P.2485-2490.

56. Nioh I., Osada M, Yamamura T., Muramatsu K. Acidophilic and acid-tolerant actinomycetes in a acid tea field soil.// Journal of General and Applied Microbiology. 1995. V.41. Iss.2. P.175-180.

57. Schleper C., Puhler G., Kuhlmorgen B., Ziling W. Life at extremely low pH.// Nature. 1995. June. V.29. 375. P. 741-742.

58. Seong C.N., Goodfellow M., Park S.K., Seung B.K., Hah Y.C. Construction of probability identification matrix and selective medium for acidophilic actinomycetes using numerical classification data.// Journal of Microbiology. 1995. June. 33(2). P.95-102.

59. Shinjro K., Takashi K. Preparation of pH 3,0 agar plate enumeration of acid-tolerant and Al-resistant microorganism in acid soils.// Soil Biol, and Plant Nutrition. 1996. V.42. №1. P.165-173.

60. Shorn H., Kano M, Baba /., Takaya N., Matsuo M. Denitrification by actinomycetes and purification of dissimilatory nitrite reductase and azurin from

61. Wats man S.A. The actinomycetes. Classification, identificatoin and description of genera and species. Vol.2. The Williams & Wilkins Co. Baltimore. 1961. 363p.

62. Waldon C.R., Eveleigh D.E. Saccharification of cellulosics by Microbispora bispora.ll Applied Microbiological Biotechnology. 1986. V.24. P.487-492.

63. Ward A.C., Nam C., Goodfellow M., Seong C.N, Hah Y.C. Numerical classification of acidophilic actinomycetes isolated from acid soil in Korea.// Korean Journal of Microbiology. 1993. Oct. V.31(5). P.355-363.

64. Williams S.T., Davies F.L., Mayfield C.I., Khan M.R. Studies on the ecology of actinomyces in soils.II. The pH-equirenments of streptomyces from two acid soils.// Soil Biology and Biochemistry 1971. V.3. P. 187-199.

65. Williams S.T., Goodfellow M., Alderson G., Wellington E.M., Sneath P.H., Sackin M.J. Numerial classification of Streptomyces and related genera.// Journal of General Microbiology. 1983. June. V.129. P. 1743-1813.

66. Yallop C.A, Edwards C., Williams S.T. Isolation and growth physiology of novel thermoactinomycetes.// Journal of Applied Microbiology. 1997. Dec. 83(6). P. 685692.

67. Yuan W.M., Crawford D.L. Characterization of Streptomyces lydicus WYEC108 as a potential biocontrol agent against fungal root and seed rots.// Applied Environmental Microbiology. 1995. Aug. Y.61. P.3119-3128.