Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Дрожжевые сообщества сфагновых мхов

ВАК РФ 03.02.03, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Дрожжевые сообщества сфагновых мхов"

На правах рукописи

Качалкин Алексей Владимирович

ДРОЖЖЕВЫЕ СООБЩЕСТВА СФАГНОВЫХ МХОВ

Специальности 03.02.03 - микробиология 03.02.08 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

з о СЕН 2010

Москва 2010

004609612

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель чл.-корр. РАН

И.Ю. Чернов

Официальные оппоненты доктор биологических наук

Г.И. Наумов

кандидат биологических наук Т.А. Семенова

Ведущее учреждение

Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН

Защита состоится 5 октября 2010 г. в 15 часов 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.002.13 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, строение 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 3 сентября 2010 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

профессор

Г.М. Зенова

Поверхность листьев живых растений всегда заселена различными микроорганизмами, значительную часть которых составляют дрожжевые грибы. Особенности экологии таких эпифитных дрожжей изучены далеко не достаточно, особенно с учетом необходимости этих знаний для разработки методов биоконтроля фитопатогенов, в которых дрожжи все чаще используются в последние годы, а также для более эффективного скрининга дрожжевых штаммов, представляющих ценность для биотехнологии. Один из невыясненных до настоящего времени вопросов - насколько специфично дрожжевое население разных видов растений? Хорошо известно, что в филлосфере растений наиболее обычны анаморфные базидиомицетовые дрожжи, среди которых особенно многочисленны филобазидиевые и тремелловые виды и краснопигментиро-ванные виды Rhodotorula. Многолетние исследования эпифитных дрожжевых грибов средней полосы России показали, что эти виды дрожжей, как правило, доминируют на разных видах растений, независимо от их таксономической принадлежности и экологических особенностей (Глушакова, 2006). Тем не менее, это касается только листьев сосудистых растений. Сведений о составе дрожжевого населения споровых растений, в частности сфагновых мхов, очень мало и они носят отрывочный характер (di Menna, 1958, 1966; Golubev et al., 1981; Чернов, 1985,2000; Голубев, 1986; Полякова и др., 2001; Полякова, 2002; Максимова, 2001; Tosí et al., 2002; Thormann et al., 2007). В то же время, физико-химические условия обитания эпифитных микроорганизмов на сфагновых мхах очень своеобразны и отличны от сосудистых растений.

Настоящая работа посвящена изучению закономерностей распространения и видового состава эпифитных дрожжевых грибов на сфагновых мхах и болотных сосудистых растениях. Исследования проводились в различных аспектах:

- географический - изучение дрожжевого сообщества сфагнума южно- и северотаежных сфагновых болот;

- биотопический - изменение дрожжевых сообществ сфагнума по градиенту биотопических факторов (лес-болото);

- субстратный (ботанический) - сравнение дрожжевых сообществ сфагновых мхов и болотных сосудистых растений;

- динамический - изучение годовой динамики дрожжевых сообществ сфагновых мхов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Настоящее исследование является вкладом в изучение биоразнообразия дрожжевых грибов на основе современных таксономических методов при проведении синэкологических исследований.

Впервые проведено детальное исследование динамики дрожжевых сообществ сфагновых мхов и некоторых болотных сосудистых растений средней полосы России и Западной Сибири с использованием современных методов видовой идентификации. Показано, что численность эпифитных дрожжей в фил-лосфере сфагновых мхов существенно изменяется в течение года, при этом характер динамики принципиально отличает сфагновые мхи от сосудистых растений болотного и других фитоценозов. Доминирующие виды на сфагновых мхах и сосудистых растениях одинаковы, в среднем около 50% приходится всегда на два вида: Rhodotorula macilaginosa и Cryptococcus magnus. Однако состав минорных видов принципиально различен. Для моховой дернины характерно присутствием разнообразных психрофильных и психротолерантных дрожжей и представителей порядка Microbotryales.

Со сфагновых мхов и болотных сосудистых растений выделено 16 новых видов и несколько новых разновидностей дрожжевых грибов. Впервые в средней полосе России выделены дрожжевые грибы, распространение которых прежде отмечалось только для Альп и арктического региона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Штаммы выделенных дрожжевых грибов были переданы в дрожжевую коллекцию кафедры биологии почв (КБП). Ряд новых видов дрожжей и несколько штаммов, представляющих интерес для биотехнологии, переданы во Всероссийскую коллекцию промышленных микроорганизмов (ВКПМ), в коллекцию дрожжевых грибов CBS (Centraalbureau voor Schimmelcultures, Голландия), в Агропромышленную коллекцию мицелиальных и дрожжевых грибов (MUCL) (Бельгия).

В ходе работы получены новые данные о распространении видов дрожжевых грибов, которые могут быть использованы для направленного поиска штаммов дрожжей, обладающих ценными биотехнологическими свойствами.

Полученные в ходе работы нуклеотидные последовательности для некоторых дрожжевых грибов были депонированы в генбанки NCBI и EMBL-EBI.

Данные годовой динамики по составу и численности дрожжевых грибов сфагновых мхов и болотных сосудистых растений введены в компьютерную базу данных по распространению дрожжей, что позволит их использовать в дальнейшем для сравнительных микробиологических исследований.

АПРОБАЦИЯ

Результаты работы были представлены на 4-ой и 5-ой Научной школе «Болота и биосфера» (Томск, 2005, 2006), на 12-ом Международном конгрессе по дрожжам 12th ICY (Киев, 2008), на 2-ом съезде микологов России (Москва, 2008), на 7-ой Международной конференции «Проблемы лесной фитопатологии и микологии» (Пермь, 2009), на заседаниях и научных семинарах кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.

По теме диссертации опубликовано 5 статей и 5 тезисов.

СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения результатов экспериментов и их обсуждения, выводов и списка, упоминаемых в тексте литературных источников. Работа изложена на 179 страницах текста, иллюстрирована 50 рисунками, включает 27 таблиц. Список литературы состоит из 231 наименования.

Автор выражает особенную признательность и благодарность своему учителю и наставнику И.Ю. Чернову и коллегам A.M. Юркову, A.M. Глуша-ковой за внимание и помощь в работе. Я очень благодарен всему коллективу кафедры биологии почв МГУ за ценные рекомендации и постоянную помощь. Анализ растений с болотного массива «Мухрино» (ХМАО) стал возможен благодаря специалисту Югорского государственного университета Н.В. Филипповой.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты

Изучение годовой динамики эпифитных дрожжевых сообществ сфагновых мхов и болотных сосудистых растений проводили на территории Куров-ского верхового болота (56.05 N; 37.80 Е) (Пушкинский р-н, Московская область). Образцы сфагновых мхов были представлены видами Sphagnum magel-lanicum Brid. и S. angustifolium (Russ.) C.Jens. Выбранные для сравнения со сфагновыми мхами болотные сосудистые растения представлены видами: Оху-coccus palustris Pers., Carex limosa L., Chamaedaphne calyculata L., Drosera ro-tundifolia L. Наземные части растений и части, расположенные в толще моховой дернины анализировали отдельно. При изучении сфагновых мхов также исследовали две части растения: верхнюю с хлорофиллом и нижнюю без хлорофилла со следами начинающегося разложения. Образцы отбирали ежемесячно с мая 2008 г. по май 2009 г.

Для оценки влияния биотопических факторов на дрожжевое сообщество в июне 2008 г. отобрано и проведено изучение образцов сфагновых мхов из Центрального лесного государственного природного биосферного заповедника (56.48 N, 32.92 Е) (Нелидовский р-н, Тверская область). Образцы отбирали через каждые 2 метра по линии, заложенной на участке с постепенной сменой одного вида сфагнума другим, связанной с переходом от ельника-черничника с доминированием в моховом покрове Sphagnum girgensohnii Russ. к заболоченному участку с доминированием S. angustifolium (Russ.).

Для оценки географического фактора в июне и сентябре 2008 года дополнительно были исследованы образцы сфагнума и болотных сосудистых растений с болотного массива «Мухрино» в 30 км от Ханты-Мансийска (60.89 N; 68.69 Е). Образцы были представлены следующими растениями: Sphagnum fus-сит (Schimp.) Klingger, S. jensenii H.Lindb., S. balticum (Russ.) C.Jens., S. magel-lanicum Brid., S. angustifolium (Russ.) C.Jens., Chamaedaphne calyculata L., Ledum palustre L., Rubus chamaemorus L., Betula nana L., Eriophorum vaginatum L., Andromeda polifolia L., Scheuchzeria palustris L., Oxycoccus palustris Pers., Menyan-thes trifoliata L.

Для сравнения сфагновых мхов и болотных сосудистых растений с лесными и луговыми растениями в работе были использованы материалы A.M. Глушаковой (Глушакова, 2006), отмеченные знаком «*».

Методы

Численность и таксономический состав дрожжей анализировали стандартным методом посева на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде (GPYA), подкисленный молочной кислотой (pH 4 - 4.5) для подавления роста бактерий. Для подавления роста мицелиальных грибов использовали низкотемпературное культивирование посевов при 10°С в течение 1 месяца (Бабьева, Голубев, 1979). Выросшие колонии дрожжей с помощью бинокулярной лупы разделяли на морфологические типы, которые подсчитывали отдельно. Каждый тип колоний выделяли в чистую культуру.

Идентификацию дрожжевых грибов проводили анализом нуклеотидных последовательностей региона ITS1-5.8S-ITS2 и D1/D2 домена 26S (LSU) рДНК. Нуклеотидные последовательности для построения филогенетических деревьев были использованы из материалов статей с описаниями, данных NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) и CBS (http://www.cbs.knaw.nl/).

Для некоторых штаммов ставили стандартные физиологические тесты, согласно определителю (Kurtzman, Fell, 1998), и набор дополнительных ассимиляционных тестов (Fonseca, 1992; Sampaio, 1999).

По полученным данным определяли общую численность дрожжей в ко-лониеобразующих единицах на грамм сухого вещества (КОЕ/г), долю и частоту встречаемости каждого вида.

Исследование динамики роста дрожжевых культур на вытяжке из сфагнума проводили на планшетном фотометре Tecan Sunrise с измерением через каждый час оптической плотности суспензии.

Детальная методика каждого этапа работы представлена в тексте диссертации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Общая численность

Средняя за год численность дрожжевых грибов на сфагновых мхах с Ку-ровского верхового болота, составляет около 104 КОЕ/г. Среднемесячные колебания численности дрожжевых грибов на сфагновых мхах находятся в пределах от 3,2 до 4,7 lg (КОЕ/г) (рис. 1). Минимальные значения численности приходятся на поздне-осенний и зимний периоды, а максимальные - на весну. Изменение численность дрожжевых грибов определяется именно месяцем (сезоном), и практически не зависит от слоя дернины.

Годовая динамика численности дрожжевых грибов на сфагновых мхах отличается от динамики на листьях болотных сосудистых растениях и их частей, расположенных в моховой дернине (рис. 1). Максимальные значения численности дрожжевых грибов на листьях СИ. calyculata наблюдались в зимний период под снежным покровом. Распределение численности дрожжевых грибов на поверхности корневищ мирта болотного было достаточно равномерным. Для погруженной части С. limosa в моховую дернину и корневищ максимальные значения наблюдались в июле и в период снежного покрова: в январе и феврале. Отсутствие достоверных изменений численности эпифитных дрожжей (колебание около среднего уровня) в течение года, как наблюдалось на листьях осоки, было отмечено ранее для некоторых летнезимнезеленых трав-ксерофитов и вечнозеленых деревьев (Глушакова, 2006). Максимальные значения численности дрожжевых грибов на клюкве наблюдались с июня по октябрь 2008 года и в мае 2009 года. В период снежного покрова численность дрожжей была минимальной, что, скорее всего, связано с тем, что клюква растет погруженной в сфагновую дернину, которая промерзает зимой.

2^1- 2,51-

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 56789 10 И 12 12345

Месяц

верхняя час гь / над дерниной нижняя часть / в дернине Рис. 1. Динамика численности дрожжевых грибов на растениях Куровского верхового болота.

Проведенные результаты изучения численности дрожжевых грибов болотных растений, отобранных в конце июня и в сентябре на болотном масси-

ве «Мухрино» (ХМАО) показали, что средняя численность дрожжей составила в среднем около 104 КОЕ/г. Отличия в численности для большинства видов болотных растений и их частей за два исследуемых периода были разнонаправленными и составляли около половины порядка от среднего значения по всем растениям.

При проведении подобных экологических исследований всегда может возникать вопрос о влиянии на полученные результаты такого фактора как пространственная неоднородность. Для оценки влияния подобных биотопических факторов на дрожжевое сообщество сфагновых мхов летом 2008 года было проведено изучение образцов сфагнума из ЦЛГПБЗ. Образцы мхов отбирались через каждые 2 метра по линии, заложенной на участке с постепенной сменой одного вида сфагнума другим, связанной с переходом от лесного к болотному фитоценозу. При таком переходе изменяется основная растительность, уровень увлажнения и освещенности.

5 10 15 20 25 30 35 40

Участки отбора

Рис. 2. Средняя численность дрожжей (^(КОЕ/г)) для каждого участка отбора сфагновых мхов в ЦЛГПБЗ (расстояние между участками 2 метра).

Полученные результаты показали, что при переходе от лесного к болотному фитоценозу происходит постепенное изменение численности дрожжей. Так на сфагновых мхах, отобранных в лесу, среднее значение численности составляет 3,6 ^(КОЕ/г), тогда как на заболоченном участке около 4 ^(КОЕ/г) (рис. 2).

Интересным было произвести общее сравнение годовых динамик численности дрожжевых грибов сфагновых мхов, болотных сосудистых растений с имеющимися данными годовых динамик для сосудистых растений из других биогеоценозов (рис. 3). Полученные нами результаты, используя данные А.М. Глушаковой

и

5,5 5,0 4,5

(Глушакова, 2006), показали, что для сосудистых растений из разных биогеоценозов, в том числе и болотных, в среднем характерна динамика с максимумом численности, приходящимся на осенний и зимний периоды. Динамика же дрожжевых грибов на сфагновых мхах противоположна: минимальные значения приходятся на осенний и зимний периоды, а максимальные - на весну. Вероятнее всего, зимний минимум связан с образованием на поверхности болота льда, включающем в себя всю толщу моховой дернины, чего не происходит с сосудистой растительностью,

3S Сосудистые растеши X Sphagnum spp.

Рис. 3. Динамика численности (Ig(KOE/r)) дрожжевых грибов в различных биогеоцезах.

Таксономический состав.

Всего со сфагновых мхов и болотных сосудистых растений было выделено более 1300 штаммов дрожжевых грибов. Их идентификацию проводили на основании секвенирования нуклеотидных последовательностей консервативных регионов рДНК. Все выделенные штаммы были отнесены к 73-м видам дрожжевых грибов, информация о распространении которых представлена в виде аннотированного списка («хх/хх» (обилие и частота встречаемости вида среди всех проанализированных образцов, %); «место выделения»: «1 - 12» (месяц выделения) - «растение» и «его часть» (t - верхняя, надземная, J, - нижняя, в дернине); «номер в генбанке», «номер в коллекции»):

БАЗИДИОМИЦЕТЫ

Подотдел Agaricomycotina Порядок Filobasidiales

Cryptococcus adeliensis Scorzetti, Petrescu, Yarrow et Fell - 0.741/0.461; Куров-ское: 2, 12 - Sph. spp. 1 - Ox. pal., Ch. cal. J,, C. lim. t.

Cr. diffluens (Zach) Lodder et Kreger - 0.650/0.461; Куровское: 5 - Ch. cal. f, C. lim. 4; Мухрино: 6 -R. cham. ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. spp.

Cr. filicatus Golubev et Sampaio - 0.960/1.579; Куровское: 5, 7, 12, 3, 4 -Sph. spp. î, 7 - Ch. cal. î, 11 - Ch. cal. j, 3 - C. lim. f.

Cr. gastricus Reiersol et di Menna - 0.148/0.066; Куровское: 11 -D. rot.

Cr. magnus - 1A1515.428; присутствовал во всех образцах растениях всех точек исследования во все периоды.

Cryptococcus sp.5 -0.767/0.822; Куровское: 1, 3 - Ox. pal., 1, 2 - С. lim. f, Sph. spp. î, 1 - С. lim. I; FN824499, CBS 11770.

Cryptococcus sp. 7 - 0.025/0.132; Куровское: 1 - С. lim. }.

Cryptococcus sp.10 -0.029/0.066; Мухрино: 6 - M. trif. j; FN824500, CBS 11771.

Cr. stepposus Golubev et Sampaio-0.018/0.132; Куровское: 5-Sph. spp.

Cr. wieringae Fonseca, Scorzetti et Fell - 2.780/2.467; присутствовал в образцах всех растений во все периоды на Куровском болоте и массиве Мухрино; FN555358.

Filobasidiiim unigiittulatum Kwon-Chung - 0.707/0.592; Куровское: 9 - Sph. spp. J., 11 - С. lim. I, 12 - Ox. pal., Sph. spp. t, Мухрино: 6, 9 - Ox. pal., 9 -M. trif. f. Порядок Tremellales

Cr. heimaeyensis Vishniac - 0.066/0.066; Куровское: 1 - С. lim. f.

Cr. heveanensis (Groenewege) Baptist et Kurtzman - 0.216/0.263; Куровское: 3 -Ch. cal. î.

Cr. pinns Golubev, Pfeiffer et Tomashevskaya - 0.155/0.132; Куровское: 1 -Sph. spp. î, 3 - C. lim. t; FN646537.

Cr. podzolicus (Bab'eva et Reshetova) Golubev - 1.163/ 0.658; Куровское: 3 -С. lim. J., Sph. spp. [.

Cryptococcus sp.2 - 0.617/0.625; Куровское: 1 - С. lim. j, 3 - С. lim. j, Ch. cal. t, 4 - Sph. spp. t, 5 - Sph. spp. I; FN824501, CBS 11772.

Cryptococcus sp.3 - 3.624/2.434; Куровское: 3, 7 - Ox. pal., 3, 6,1,9- Ch. cal. f, 7 - Ch. cal. I, 5, 6, 8, 9 - C. lim. 1 - C. lim. {, 7, 8, 12 - Sph. spp. î, 5, 9 -Sph. spp. I; FN824502, CBS 11775.

Cryptococcus sp. 6 - 0.289/0.428; Куровское: 1, 3 - С. lim. t, 1 - Sph. spp. f.

Cryptococcus sp.8 - 0.522/0.463; Куровское: 3 - Ox. pal., С. lim. FN868155, CBS 11785.

Cr. tephrensis Vishniac - 0.074/0.033; Куровское: 9 - Sph. spp.

Cr. victoriae Montes et al - 3.608/2.928; Куровское: 1,2-Ch. cal. t, 2, 3 - С. lim. f, 1 - С lim. J., 9 - Ox. pal, 1, 2, 4, 12 - Sph. spp. î, 4 - Sph. spp. ЦЛГПБЗ: 6 -Sph. spp. Т;Мухрино: 6, 9-Sph. spp. 6-A. pol. f; FN552551.

Holtermanniella takashimae Wuczkowski et al. - 0.125/0.165; Куровское: 5 -Sph. spp. Ch. cal. J..

Sterigmatosporidium polymorphum Kraepelin et Schulze - 1.290/0.954; Куровское: 1 - С. lim. 1,3- Sph. spp. t, 3, 5-Sph. spp. ¿,11- Ch. cal. J; FN554716.

Tremella encephala Persoon - 0.148/0.099; Куровское: 1 -Sph. spp. f; FN563135. Порядок Cystofilobasidiales

Cryptococcussp.il - 0.295/0.132; Мухрино: 9 - Sph. bait.

Cystofdobasidium capitatum (Fell et al.) Oberwinkler et Bandoni - 1.800/2.467; Куровское: 2, 5 - Ox. pal., 3, 12 - Sph. spp. f, 3, 4, 8 - Sph. spp. 1,6- Ch. cal. f, 10 - Ch. cal. 1,6, 10-C. lim. \,1-C. lim. ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. spp. f; Мухрино: 6 -E. vag. I, A. pol. L. pal. t, M. trif. ].

Cyst, infirmominiatum (Fell et al.) Hamamoto et al. - 0.811/0.954; Куровское: 5 - Ox. pal., Sph. spp. T|, Ch. саЦ.

Cyst, macerans (Frederiksen) Phaff et Fell - 0.007/0.033; Куровское: 3 - Ch. cal.

Guehomyces pullulans (Lindner) Fell et Scorzetti - 2.013/1.316; Куровское: 5 -Ox. pal., C. lim. f, Sph. spp. f ¿, 5, 8 - Ch. cal.

MrakiablollopisThomas-Hall-0.016/0.066; Мухрино: 6-E. vag. J,. Порядок Trichosporonales

Asterotremella musci (Takashima et al.) Prillinger et al. - 0.396/0.197; Куровское: 5-D. rot:, Мухрино: 9 - Sph. fits, t, Sph.jen. j; FN554983.

Trichosporon porosum (Stautz) Middelhoven, Scorzetti et Fell - 0.163/0.493; Куровское: 5-Sph. spp. t; FN433525.

Подотдел Pucciniomycotina

Порядок Erythrobasidiales

Rhodotorula laryngis Reiersol - 0.268/0.197; Куровское: 1 - Ox. pair, Мухрино: 6 -E. vag. t, M. trif.

Rh. lysiniphila Nagahama et al. - 1.496/1.184; Куровское: 5, 8 - Ch. cal. 1 -Ch. cal. i, 6 - C. lim. f, 5, 7 - C. lim. j, 5, 6, 7, 8, 10 - Sph. spp. f, 5, 10 -Sph. spp. i, 6 - D. rot., 7 - Ox. pal.-, ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. spp. Мухрино: 6 -Sph. mag. t, Ox. pal.\ FN434357.

Rh. pinicola Bai, Guo et Zhao - 0.969/0.461; Куровское: 6 - С. lim. 11 -Ch. cal. Tl, C. lim. J, 1,11 - Sph. spp. f; FN555206.

Rhodotorula sp.2 - 0.751/0.461; Куровское: 9, 10, 12 - Ch. cal. 1 - Ox. pal.; FN868153, CBS 11769.

Rhodotorulasp.4~0.479/0.592; Куровское: 1 -Ch. cal. 1, 3 -C. lim.

Rhodotorula sp. 7 - 0.037/0.033; Куровское: 11 - СЛ. cal. {.

Порядок Microbotryales

Leucosporidium scottii Fell, Statzell, Hunter et Phaff - 0.042/0.230; Куровское: 2 -Ch. cal t, C. lim. [.

Rhodotorula fujisanensis (Soneda) Johnson et Phaff - 0.005/0.033; Куровское: 2 -С. lim. Т.

Rh. psychrophenolica Margesin et al. - 4.449/2.368; Куровское: 7, 8 - Ch. cal. 4 - Sph. spp. t|, 7 - Sph. spp. J., 4 - Ox. pal., C. lim. Мухрино: 9 - Sph.jen. t, L.pal. t; FN555152.

Rh. rosulata Golubev et Scorzetti - 0.012/0.033; Мухрино: 9 - Sph. bait. FN401523.

Rhodoíorula sp.3 - 0.199/0.132; Куровское: 1, 11 - С. lim. 12 - Ox. pal.;

FN868156, CBS 11773 и CBS 11784. Rhodoíorula sp.6-0.033/0.493; Куровское: 3 -Sph. spp. j.

Порядок Sporidiobolales Rhodosporidíum babjevae Golubev - 0.438/0.329; Мухрино: 6-A. pol. f, L. pal.

Ox. pal., 9 - R. cham. Rh. kraíochvilovae Hamamoto et al. - 0.084/0.296; Куровское: 4- Sph. spp. j, 12 -

Ch. cal. t; Мухрино: 9 - Sph. bait, f; FN563134. Rhodoíorula colosíri (Castelli) Lodder- 0.079/0.132; Куровское: Ъ-Ох. pal., Sph. spp. j, Л-Sph. spp.}.

Rh. mucilaginosa (Jorgensen) Harrison - 39.659/22.566; присутствовал во всех образцах растениях всех точек исследования во все периоды; FN545140. Sporobolomyces roseus Kluyver et Van Niel - 5.699/4.013; присутствовал на многих образцах растениях всех точек исследования во все периоды. Подотдел Ustilaginomycotina Порядок Exobasidiales Exobasidium sp. - 0.026/0.066; Куровское: 3 - С. lim. АСКОМИЦЕТЫ

Подотдел Saccharomycotina Babjeviella inositovora (Golubev et Blagod.) Kurtzman et Suzuki - 0.074/0.033;

Мухрино: 9 - Sph. fus. f. Candida aurita Polyakova et Chernov - 3.164/1.513; Куровское: 4,5,9,12-C. lim.\,

5,9- Sph. spp. T, 6 - Sph. spp. 1,11 - Ch. cal. f, 9 - Ch. cal. FN433524. C. bracarensis Correia, Sampaio et Pais - 0.160/0.164; Куровское: 3 - Ch. cal. T, C. lim. [.

C. ci.fragi Suzuki, Nakase et Fukazawa - 0.093/0.099; Куровское: 5 - Sph. spp. J,. C. cretensis Middelhoven et Kurtzman - 0.504/0.395; Куровское: 3 - Ox. pal. C. friedrichii Uden et Windisch - 0.830/0.954; Куровское: 5 - Ox. pal., Sph. spp. f|; ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. spp. Мухрино: 6 - В. nana t, Ch. cal. R. cham. Ц, 9 -Sph. ball. I.

C. palmioleophila Nakase et Itoh - 0.095/0.066; Куровское: 2 - С. lim. C. railenensis Ramírez et González - 0.560/0.493; Куровское: 5 - Ch. cal. 6 -Ch. cal. I, 8 - Д roí.

С. sake (Saito et Oda) van Uden et Buckley - 2.494/1.809; Куровское: 3,5 - Sph. spp. T,

2 - Ch. cal t, 5 - Ch. cal. 1,2, 10 - С lim. Мухрино: 9 - Ch. cal. Candida sp. - 0.592/0.460; ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. girg. f, FN868154, CBS 11774, VKPM Y-3566.

Candidasp.2-0.156/0.099; ЦЛГПБЗ: 6-Sph. girg. VKPM Y-3487 и Y-3486. C. zeylanoides (Castellani) Langeron et Guerra-0.241/0.230; Куровское: 5 - С. lim. f;

ЦЛГПБЗ: 6 - Sph. ang. Мухрино: 6-E. vag. M. trif. f, R- cham. j. Debaryomyces hansenii (Zopf) Lodder et Kreger - 0.712/0.559; Куровское: 2, 7 -

Ox.pal., 12-Ch. cal. f; Мухрино: 6 - Ch. cal. f. Lachancea fermentati (Saito) Kurtzman - 0.040/0.066; Куровское: 2- С. lim. ],. Metschnikowiapulcherrima Pitt et Miller - 0.037/0.033; Куровское: 8 - Ox. pal.

Metschnikowia reukaiifii Pitt et Miller - 0.025/0.066; Куровское: 5 - Ch. cal. Meyerozyma guilliermondii - 0.094/0.066; Куровское: 3 - Ch. cal. t, 5 - Ch. cal. J.. Ogataea cf. methanolica Makiguchi - 0.037/0.033; Куровское: 5-D. rot. Saccharomyces cerevisiae Meyen ex Hansen - 0.219/0.165; Куровское: 2 - С. lim. J., 5 - Sph. spp.

Schwanniomyces polymorphic (Klocker) Kurtzman et Suzuki - 2.238/1.875; Куровское: 3,5-С. lim. î, 2, 3 - Ch. cal. t, 5 - Ch. cal. 1, D. rot., 3 - Sph. spp. tí, 2 -Sph. spp. i; FN545820. Williopsis satumus (Klocker) Zender- 0.783/0.559; Куровское: 2 - Ch. cal. t, C. lim. t.

Подотдел Pezizomycotina Порядок Dothideales Aureobosidium pullulans (de Bary) Arnaud - 16.8/30.7*; присутствовал во всех образцах растениях на всех точках исследования во все периоды; FN554717. Pezizomycotina sp. - 10.0/14.5#; присутствовал во всех образцах растениях на всех точках исследования во все периоды.

(* - учитывались отдельно относительно других видов)

В представленном списке 16 из 73 выделенных видов относятся к новым для науки и пока неописанным видам дрожжей, что составляет более 20 % общего видового разнообразия.

Выделенные виды дрожжевых грибов включают в себя, как типичные эпифитные и некоторые почвенно-подстилочные виды, так и психрофильные и психротолерантные виды характерные для разнообразных природных местообитаний с низкой температурой (арктический и антарктический регионы, высокогорные озера и ледники).

Одним из важных факторов, определяющих полноту выделения видов из природных объектов, является количество проанализированных образцов. Известно, что дрожжевое население часто бывает достаточно гетерогенным, сосредоточенным в определенных локусах. О том, насколько полно представляют выделенные виды дрожжевое население сфагновых мхов и болотных сосудистых растений, можно судить по форме кривой накопления видов при увеличении числа проанализированных образцов (рис. 4). По аппроксимации полученных кумулят логарифмическими зависимостями видно, что при дальнейшем многократном увеличении количества исследованных образцов, число новых обнаруженных видов могло бы увеличиться примерно на 15-20 штук, достаточно редких видов или видов из не встреченных нами ранее локусов, как для сфагновых мхов, так и для болотных сосудистых растений. При этом мы сравнили наши данные с кумулятой для сосудистых растений, полученную по дан-

ным А.М.Глушаковой (Глушакова, 2006). Результаты показали, что различные подходы к идентификации, применяемые ранее и сейчас, не дают значительных отличий в количестве обнаруженных видов. 100

. Sphagnum spp. S = 26,3749 IgN - 23,6427

*Ч Лесные и луговые травы* S = 24,2181 IgN - 28,8671 v

Болотные сосудистые растения S = 31,SS45 IgN - 34,2066

500

1500

6500

2500 3500 4500 5500 Количество образцов (N)

Рис. 4. Зависимость числа обнаруженных видов дрожжей от количества проанализированных образцов.

Сравнение таксономического состава дрожжевых грибов сфагновых мхов и сосудистых растений

Средние за год значения относительного обилия некоторых видов дрожжевых грибов для лесных и луговых трав, подстилки, различных частей болотных сосудистых растений и сфагновой дернины представлен в таблице (табл. 1), включающей только первые 25 видов дрожжевых грибов по среднему обилию из более чем 120 видов, выделяемых в нашей лаборатории в ходе работ по изучению эпифитных дрожжей. Тем не менее, доля этих 25-ти видов в дрожжевом сообществе каждого типа растительного субстрата составляет 85 - 95%.

Из данной таблицы хорошо видно, что около 50% по обилию в дрожжевом сообществе растительных субстратов занимают всего 2 вида дрожжевых грибов: Rhodotorula mucilaginosa и Cryptococcus magnus. И только 3 вида со средним обилием более 0,5% выделяются со всех типов растительных субстратов. Это виды Cystofilobasidium capitatum, Guechomyces pullitlans и Candida friedrichii. Таким образом, существуют виды дрожжей, которые характерны только для сфагновых мхов и не выделяются с других растений, а также виды, характерные для болотных растений и не выделяемые с лесных и луговых растений и из подстилки. Отличия в дрожжевом сообществе между сфагновыми мхами и сосудистыми

растениями проявляется в основном на уровне минорных компонентов, обилие каждого из которых редко превышает более 5 %.

Таблица 1. Относительное обилие (%) доминирующих видов дрожжевых

1* 2* 3 4 5 6

Rhodoíorula muctíaginosa +

Sporobolomyces roseus 32,18 44,69 43,32 38,55 45,92 60,98

(примерное соотношение 7 к 1)

Cryptococcus magnus 35,90 19,48 4,49 5,06 12,15 9,94

Debaryomyces hansenii 6,27 13,38 0,33 2,25 - -

Rh, psychrophenolica - - 1,55 2,81 9,21 5,21

Cryptococcus victoriae 0,83 - 0,27 5,06 5,87 4,08

Cryptococcus sp.3 - - 2,24 5,69 4,11 1,99

Candida aurita - - 8,25 0,27 1,26 0,97

Cystofilobasidium capitatum 1,04 2,24 1,89 1,99 1,36 2,04

Cryptococcus wierlngae 0,25 - 3,41 4,61 1,08 1,11

Candida oleophila 4,11 3,60 1,01 0,89 - -

Seh. polymorphus - - 2,70 4,02 - 1,97

Candida sake - - 4,13 3,16 1,26 -

Guechomyces pullulans 0,49 0,57 2,59 2,41 1,97 0,15

Rhodotorula glutinis 2,91 3,33 - 1,62 - -

Candida friedrichii 0,29 4,25 0,28 0,81 1,73 0,45

Cryptococcus podzolicus 1,14 2,44 3,21 - - 0,97

Cryptococcus albidus 6,76 0,09 - - - -

Rhodotorula lysiniphila - - 1,12 0,64 2,31 2,42

Cryptococcus laurentii 5,84 0,08 - - - -

St. polymorphum - - 3,52 - 0,33 0,59

Cyst, infirmominiatum - - 0,16 0,33 1,51 1,83

Cryptococcus filicatus - - 0,50 1,06 1,60 0,62

Rhodotorula pinícola 0,04 - 0,50 2,45 0,56 -

Kazachstania barnettii 1,09 1,82 - - - -

Rhodotorula sp.2 - - 0,06 2,70 - -

1* - Лесные и луговые растения; 2* - Подстилка; 3 - Болотные сосудистые в моховой дернине; 4 - Болотные сосудистые над моховой дерниной; 5 - Sphagnum spp. (зеленая часть); 6 -Sphagnum spp. (без хлорофилла).

Полученные нами данные годовой динамики показали, что относительное обилие доминирующих на сфагнуме и на других болотных растениях видов дрожжей существенно изменялось в течение года (рис. 5). Для вида Rh. mucilagi-nosa динамика на всех растениях носила однотипный характер: с летним максимумом численности и практически не зависела от части растения. Характер динамики для A. pullulans более специфичен, с приуроченностью к зеленым частям растений с максимумом в ноябре-декабре. Однако большинство выделенных видов дрожжей были встречены за период исследования только однократно или в течение короткого периода. Именно такие виды и составляют большую часть представленного аннотированного списка. Интересно, что многие виды имели

свои периоды выделения. По нашему мнению, это иллюстрирует правило экологической индивидуальности видов на примере дрожжевых грибов.

Rh. mucilaginosa A. pullulans

A Sphagnum spp. 100 Sphagnum spp.

7 ф

* ' 60

№ h

dun

56789 10 11 12 1 2345 56789 10 11 12 12345

месяц

Верхний слой / надземная часть -^Нижним слон / в яершше

Рис. 5. Сезонная динамика видов Rh. mucilaginosa и A. pullulans на Sphagnum spp. и Carex limosa.

50

40

£ 30

ч 20

10

0

Filobasidiales

Л

licciia -itrio осень зима

Treinel lates

Sk

У

Cystofilobasidiales

íl,

,1

\

necna лето осень -шма 30

Erythrobasidiales

Sporidioboiale|

Л

весна лето осень чнма SO

60 40 20

0

25

S? 20

I 15

Ч 10

5

0

Microbotryales

нее на лею осень 40

30

20

10

весна лею осень тма

ресна лето осень зима

0

Сезон

Sacchaiomycetes

-i

Л-\

весла лето осень зима

зс Лесные п луговые травы* л Болотные сосудистые растения ж $р1ш£т1т $рр.

Рис. 6. Сезонная динамика доли основных групп дрожжевых грибов.

Выполненная работа была основана на применении современных методов идентификации дрожжевых грибов. Однако полученные различия группировок дрожжей, формирующихся в разных биогеоценозах, не могут объясняться только разными подходами к идентификации. При сходном количестве выделяемых видов в разных фитоценозах (рис. 4), характер динамики численности (рис. 3) и сезонное соотношение крупных таксономических групп также принципиально различны (рис. 6). Нами было произведено сезонное сравнение долей филобазидиевых, тремелловых, цистофилобазидиевых, эритробазидиевых, споридиоболовых, микроботриевых и сахаромицетов. Полученные результаты показали принципиальные отличия сосудистых растений от сфагновых мхов.

Анализ данных методом главных компонент по обилию более чем 120 видов дрожжевых грибов, выделяемых с разных видов растений, на которые имеются данные годовой динамики, также показывает сильные отличия сфагновых мхов от лесных, луговых и болотных сосудистых растений (рис. 7). При этом наиболее сильные отличия характерны именно между сосудистыми растениями разных фитоценозов, принципиально различающихся, как жизненными формами, так и условиями произрастания.

Фактор 1

Рис. 7. Ординация различных видов растений по видовой структуре дрожжевого населения методом главных компонент.

Полученные результаты сравнения дрожжевого сообщества разных видов сфагновых мхов из двух фитоценозов ЦЛГПБЗ по среднему относительному обилию выделенных видов показали, что достоверные отличия проявляются в

значительном присутствии вида НИ. тиЫ^тоэа в образцах лесного сфагнума, по сравнению с болотным, и увеличение доли вида Сг. magnus на болотных сфагновых мхах. По обилию остальных видов дрожжевых грибов два вида сфагновых мхов очень схожи между собой. Данные сравнения видового состава дрожжевых группировок каждой точки отбора образцов по линии перехода от лесного к болотному биогеоценозу представлены в виде анализа главных компонент (рис. 8). Видно, что разделение точек отбора проявляется достаточно слабо. Дифференциация двух биогеоценозов происходит только по 14 точкам, а в оставшихся 26 точках дрожжевое сообщество практически одинаково. 1,0

0,5

<ч 0,0

I

° -0,5 -1,0 -1,5

-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Фактор 1

Рис. 8. Ординация моховых дернин, отобранным по градиенту изменения биотопических факторов в ЦЛГПБЗ, по видовой структуре дрожжевого населения методом главных компонент.

Проведённое исследование по учету влияния биотопических факторов на дрожжевое сообщество показывает, что сфагновые мхи, относящиеся к разным видам и произрастающие в таких контрастных местообитаниях, в большинстве своём схожи по составу дрожжевых грибов. Существующие небольшие различия в общей численности и некоторые таксономические различия, вероятнее всего, связаны с отличиями по уровню влажности в моховых дернинах,

Влияние трофических условий на развитие дрожжевых грибов

Одной из причин сильных отличий дрожжевого сообщества сфагновых мхов от сосудистых растений, безусловно, является пониженная температура в

^ ащизИ/оИит (болото)

моховой дернине, и, как следствие, присутствие значительного количества психрофильных и психротолерантных видов дрожжевых грибов. Другим фактором, влияющим на дрожжевое сообщество, являются специфические трофические условия, создающиеся в моховой дернине, такие как олиготрофные условия, присутствие органических кислот и веществ фенольной природы. Исходя из этого, было интересно проверить возможность роста на вытяжке из сфагнума выделяемых и не выделяемых со сфагновых мхов видов дрожжевых грибов. Полученные нами результаты показали, что существуют отличия в кинетике роста между часто выделяемыми видами со сфагновых мхов и видами, на сфагнуме не встречающимися (рис. 9). Для первых характерен рост на вытяжке из сфагнума с такой же скоростью, как и на питательной среде, в первые 20 часов культивирования (О. magmis, Ск victoriae,

Cryptococcus sp.3). Кроме того, в дрожжевых сообществах сфагновых мхов часто встречаются олиготрофные виды, способные к росту на вытяжке из сфагнума, неотличимому от роста на питательной среде (Rh. mucilaginosa) или способные к росту в течение 100 часов на простой воде, после пересева с питательной среды (A. pullulans). Таким образом, подобный эксперимент подтверждает, что виды, часто выделяемые со сфагновых мхов, не являются случайными или просто «лежат» в неактивном состоянии, а способны к росту в олиготрофных условиях моховой дернины.

ЧЧч Рост на среде

ч

Время (ч) Рост на

N

вытяжке

. Рост на воде

Рис. 9. Динамика роста некоторых видов дрожжевых грибов на вытяжке из сфагнума.

Виды, не встречающиеся на сфагновых мхах (Я. osmophila, М. pulcherrima, Т. delbrueckii), характерны для природных местообитаний с высоким содержанием Сахаров (цветы, плоды и пр.) характеризуются слабой скоростью роста по сравнению с питательной средой или отсутствием роста на вытяжке из сфагнума.

Выделение редких, новых видов и разновидностей.

Экологические исследования дрожжевых сообществ помогают решать не только проблемы экологии, но имеют большое значение для таксономии, т.к. связаны с выделением новых видов и разновидностей. По некоторым оценкам на сегодняшний день известно только около 1 % дрожжевых грибов (Scorzetti et al., 2002; Kurtzman, Fell, 2006). А информация об обнаружениях новых генетических разновидностей служит для понимания и разработки концепции геновида. Кроме того, к настоящему моменту накопилось значительное количество редких дрожжевых грибов, которые были выделены и исследованы только однократно (Kurtzman, Fell, 1998), поэтому сейчас необходимы работы, направленные на их повторные выделения. В ходе нашей работы было сделано несколько интересных таксономических находок, позволяющих оценить вариабельность некоторых из таких редких видов и уточнить их экологическую нишу.

Нами было произведено 9 выделений дрожжевых грибов Sterigmato-sporidium polymorphum, образующие на клетках несколько стеригмато-конидий. Все выделения были сделаны только в зимне-весенний период с частей растений, находящихся в воде. Дрожжи данного вида были описаны после однократного выделения в конце 70-х годов из влажной древесины в рудной шахте, и к настоящему моменту информация о новых выделениях данного вида отсутствовала (Kraepelin, Schulze, 1982; Kurtzman, Fell, 1998; Kirschner et al., 2001). Одним из основных отличий болотных сосудистых растений от сфагновых мхов стало более частое выделение микроботриевых дрожжевых грибов, главным образом, вида Rhodotorida psychrophenolica. Все известные ранее выделения данного вида дрожжевых грибов были сделаны только из французских, австрийских и итальянских Альп (Margesin et al., 2007; Turchetti et al., 2008; Branda et al., 2010). В ходе исследования дрожжевого сообщества сфагновых мхов и болотных сосудистых растений достаточно часто выделялись так называемые черные дрожжи. До последнего времени их систематика основывалась в

основном только на морфологических характеристиках и выделения разновидностей некоторых видов, в частности Aureobosidium pullulans, было затруднительно. Появившаяся недавно новая ревизия, основанная в основном на филогенетическом анализе, позволила отнести встреченные в ходе исследования виды A. pullulans к разновидности subglaciale. До настоящего момента все известные выделения данной разновидности были сделаны только со Шпицбергена (Zalar et al., 2008). Также обнаруженный нами на нескольких болотных растений вид аскомицета Candida bracarensis до настоящего момента был известен только по двум выделениям из клинических образцов в Португалии и Великобритании (Correia et al., 2006). Также целый ряд других видов был впервые выделен на территории России, помимо перечисленных выше.

Как уже было отмечено ранее, 16 из 73 обнаруженных в ходе проведения нашей работы видов дрожжевых грибов относятся к пока неописанным и новым для науки видам. Штаммы этих видов, над описаниями которых мы сейчас работаем, были переданы в коллекции дрожжевых грибов ВКПМ, CBS, MUCL.

Помимо редких и новых видов, нами было выделено и несколько новых генетических разновидностей, имеющие большое значение для таксономии дрожжевых грибов, для понимания и разработки концепции вида. До последнего времени ориентиром для установления критерия генетического вида был 1 % различий рибосомальных генах (Kurtzman, Robnett, 1998). Но всегда возникают вопросы, что делать, если эти отличия составляют 1,5 % или ещё чуть больше? Постепенно, с накоплением данных по последовательностям рибосомальных и других генов для большого количества штаммов становится понятным, что многие виды представляют собой генетически неоднородные комплексы. При этом для разных штаммов одного вида часто характерно постепенное изменение или замена одного нуклеотида другим. С помощью нового метода нуклео-тидных сетей стало возможно проследить эти постепенные плавные переходы. Появилась возможность ориентироваться при разделении видов не на четкий 1 % различий, а на постепенное изменение соответствующего участка в том или ином регионе (Lachance et al., 2010). Главное преимущество метода состоит в том, что он не связан обязательным ограничением - правилом дихотомии, т.о. можно визуализировать возможные гибридизационные события, которые лежат в основе естественной изменчивости и видообразование.

На рисунке 10 представлен только один пример из диссертационной работы филогенетического дерева и сети построенный для штаммов вида Crypto-

coccus podzolicus. На сети цифрами показаны номера нуклеотидов которые отличают один штамм от другого. Различие между крайними точками этой сети составляют как раз больше 1% отличий, однако, благодаря наличию информации о существовании нескольких переходных генетических разновидностей, все эти штаммы можно смело относить к виду Cr. podzolicus, несмотря на то, что отличия между отдельными членами этой сети достаточно велики.

C8S 5489 AY418 NL4 CBS_W85_Ciyplociicc«>ji<]<lriilirai

со ^S

l— FJ797570&ypiococcusc<poctIc5cus AY372 HW ^ч ^

FJ743620 Cryptococcus cf podzolicus ^ Af07IHS1.COTI«.cayodiell0i«T

SO

Af459694 Cryptococcus sp KCTC17073 ЛтЗКМ.Сгур1осога|»_»р^ШЦ0£_^м p1072 0yptoe<mecl.p«ltotaafiB73a2 Cn[pM„Kul GA!Hffll:1(i!

78

¿Л FJ873532 Cryptococcus sp GA9M01 65' 1 Ш0 Cryptococcus poctzobcus мдаЗббЗ Cryptocoxus 5РКЗИ04 AM039667 Cryptococcus sp. HBt 104 — AY372NL4

EF0SS19S Cryptococcus podiofcus CSS 9491 Cryptocoxus pottoncus EF4605S3 Cryptococcus podzolicus SM11S02 AF075431 Cryptococcus podzolicus T CBS 9351 CryHoccocus pofeoficio Г0СЭ774Э Cryptococcus podzolicus 145 Cryptococcus podroltcus CSS 6485 Cryptocoxus poiteolicuj - AY418 NL4

9351^Dyptoc«ccui jjodrolicui

AF4556S4 Cryptocoecuj_sp_KCTC_17078

1072_Cryptococ:ui_cf._pod2olicui

COS MS f

FJ?0?S7Q_Ciyploco ccus_cfj>atho!itu»

h-

Рис. 10. Филогенетическая дерево и сеть для штаммов, относящихся к виду Cryptococcus podzolicus по последовательностям D1/D2 домена 26S (LSU) рДНК (1072, 1090 - штаммы, —I выделенные в ходе работы).

Заключение

Проведенное исследование показало, что дрожжевые сообщества сфагновых мхов существенно отличаются от болотных, лесных и луговых сосудистых растений. Удалось выявить различия, как между разными видами болотных растений, так и в целом болотного фитоценоза от других типов растительных сообществ. Показано, что при сходном количестве выделяемых видов в разных фитоценозах, характер динамики численности и сезонное соотношение крупных таксономических групп принципиально различны. Уникальность болотного дрожжевого сообщества определяется особыми условиями: сильной эдифи-каторной ролью сфагновых мхов и, как следствие, формированием специфической среды, в том числе, и для роста специфической сосудистой болотной растительности, ксерофитные особенности которой отличают её от растений в других биогеоценозах.

В толще сфагновой дернины так же, как и на поверхности сосудистых растений, дрожжевые грибы существуют в основном как копиотрофы, т.е. за счет потребления легкодоступных соединений углерода. Набор этих легкодоступных соединений у сосудистых растений и у мхов различен и смещен на сфагнуме в сторону органических кислот, значительная часть которых представлена рядом ароматических соединений. В функциональном отношении дрожжи в сфагновой дернине можно рассматривать не только как копиотро-фов, но и в качестве первичных сапротрофов, принимающих активное участие на начальных этапах разложения органического вещества при процессе тор-фообразования. На дальнейших этапах сукцессии главная роль принадлежит уже мицелиальным грибам с активной гидролитической активностью, а дрожжевые грибы функционируют как микрофлора рассеяния за счет роста на вторичных продуктах метаболизма мицелиальных грибов.

Выполненная работа также может помочь дать ответы на сложные вопросы, касающиеся проблемы распределения микроорганизмов: зависят ли они от климатических условий или от типов растительности? Существуют ли ареалы распространения для определённых видов или «всё есть всюду, но среда отбирает», а встречаемость дрожжевых грибов сводится только к наличию тех или иных условий? Например, в результате нашего исследования прежние выделения Ш. рвус\хгор/гепоИса как «альпийского» вида, А. риИгйат уаг. $1^1асга1е как «арктического» вида, С. Ъгасагепх'ш как «клинического» вида дополняются выделениями этих видов дрожжевых грибов с растений из средней полосы России. Также была получена новая информация о распространении целого ряда других видов дрожжей. Таким образом, проблемы распределения и экологическая характеристика многих видов дрожжевых грибов связаны сейчас только с малой изученностью естественных местообитаний и недостаточностью выборок изучения при сравнениях схожих местообитаний.

Показано, что применение стандартной среды для культивирования позволяет проводить выделение большого набора видов дрожжевых грибов, в том числе и тех видов, выделение которых прежде проводилось только на селективных средах (воЬЬеу, Батраю, 2009; Со1иЬеу, БсоггеШ, 2009).

Любые экологические работы имеют большое значение и для таксономии, т.к. связаны с выделением новых видов, феногипических и генетических разно-

22

видностей. Со сфагновых мхов и болотных сосудистых растений при проведении работы было выделено 16 новых и пока неописанных видов и несколько неизвестных гаплотипов, которые помогают в разработке концепции геновида, как это было продемонстрировано выше на пример вида Сг. ройгоИст.

Проведенная работа ещё раз продемонстрировала правило, что микробные сообщества необходимо изучать в годовой (сезонной) динамике, чтобы верно оценивать все изменения его структуры.

ВЫВОДЫ

1. Дрожжи являются обязательным компонентом эпифитных микроорганизмов сфагновых мхов, их средняя численность в сфагновой дернине составляет более 104 КОЕ/г.

2. Численность эпифитных дрожжей в филлосфере сфагновых мхов существенно изменяется в течение года. Минимальные значения приходятся на поздне-осенний и зимний период, максимальные - на весну. На летнезимнезелёных сосудистых растениях характер динамики численности эпифитных дрожжей противоположен — с максимумом в зимний и минимум в летний и весенний периоды.

3. Видовой состав эпифитных дрожжей болотных растений включает в себя более 70 видов. Доминирующие виды на сфагновых мхах и сосудистых растениях одинаковы. В среднем около 50% приходится всегда на два вида: Шойо1оги\а тисИа^то$а и Сгур1ососсж та£пт. Однако состав минорных видов принципиально различен. Основные отличия в дрожжевом сообществе между сфагновыми мхами и сосудистыми растениями проявляется в значительном присутствии в моховой дернине разнообразных психрофильных видов дрожжей и представителей порядка МктоЬойуакБ. Отсутствие высокосахаристых субстратов (нектароносные цветки, плоды) обуславливает низкую долю ассоциированных с ними аскомицетовых дрожжей (Ме1$сктко\ч'ш, Нанветаэрога, Басс1шготусе$).

4. Относительное обилие доминирующих видов существенно изменяется в течение года, при этом характер динамики для каждого вида уникален, что иллюстрирует правило экологической индивидуальности.

5. По видовому составу дрожжевых грибов сфагновые мхи ближе к болотным сосудистым растениям, чем к лесным и луговым травам.

6. Влияние биотопических факторов (лес - болото) на дрожжевое сообщество сфагновых мхов проявляется, как в изменении численности, так и в некоторых перестройках видовой структуры.

7. Сфагновые мхи и болотные сосудистые растения представляют перспективный объект для изучения природного разнообразия дрожжей. В ходе работы было выделено 16 новых для науки видов дрожжей.

8. Факторами, определяющими формирование особого эпифитного дрожжевого сообщества сфагновых мхов, являются пониженная температура и комплекс трофических факторов: олиготрофные условия, присутствие в качестве доступных форм углерода преимущественно органических кислот и ароматических соединений.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Экспериментальные статьи

1. Качалкин A.B., Глушакова A.M., Юрков A.M., Чернов И.Ю. Особенности дрожжевых группировок в филлосфере сфагновых мхов // Микробиология. 2008. Т. 77. №4. с. 533-541.

2. Исаева О.В., Глушакова A.M., Гарбуз С.А., Качалкин A.B., Чернов И.Ю. Эндофитные дрожжевые грибы в запасающих тканях растений // Известия РАН. Серия биологическая. 2010. № 1. с. 34-43.

3. Glushakova A., Maximova /., Kachalkin A., Yurkov A. Ogataea cecidiorum sp. nov., a methanol-assimilating yeast isolated from galls on willow leaves // Antonie van Leeuwenhoek. 2010. V. 98(1). P. 93 - 101.

4. Качалкин A.B. Новые данные о распространении некоторых психро-фильных дрожжевых грибов в Московской области // Микробиология. 2010. (в печати).

Тезисы, труды конференций, сборники

1. Качачкин A.B., Чернов И.Ю., Семёнова Т.А., Головченко A.B. Характеристика таксономического состава микромицетных и дрожжевых сообществ в торфяных почвах разного генезиса. Болота и биосфера. Материалы четвертой научной школы. Томск. 2005. 298 с.

2. Качалкин A.B., Глушакова A.M. Дрожжевое сообщество сфагновых мхов. Болота и биосфера. Материалы пятой научной школы. Томск. 2006. 302 с.

3. Качалкин A.B., Глушакова A.M., Юрков A.M., Чернов И.Ю. Особенности дрожжевых группировок в филлосфере сфагновых мхов. Современная микология в России. Том 2. Материалы 2-го Съезда микологов России. М.: Национальная академия микологии. 2008. 548 с.

4. Kachalkin A.V. Yeasts in Sphagnum mosses. 12th International Congress on Yeasts. Kyiv. 2008. 370p.

5. Качалкин A.B. Глушакова A.M. Чернов И.Ю. Специфичность эпифит-ных дрожжевых сообществ торфяно-болотных почв. Роль почв в биосфере: Труды Института экологического почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова / Под ред. Г.В. Добровольского и Г.С. Куста. Вып. 9. М.: МАКС Пресс, 2009. Экология почв. Почвенные ресурсы. 279 с.

6. Качалкин A.B. Особенности дрожжевого сообщества филлосферы сфагновых мхов в сравнении с сосудистыми болотными растениями. Проблемы лесной фитопатологии и микологии: сборник материалов VII Междунар. Конференции. Пермь, 2009, 219 с.

Заказ № 06-а/09/10 Подписано в печать 01.09.2010 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Качалкин, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Эпифитные дрожжевые грибы.

Филлосфера как среда обитания дрожжевых грибов.

Таксономический состав дрожжей в филлосфере.

Противомикробное действие растений.

Особенности сфагновых мхов.

Химические особенности и противомикробное действие.

Олиготрофия.

Гидротермические условия.

Условия обитания микроорганизмов на поверхности болотных сосудистых растений.

Дрожжевые сообщества сфагновых мхов.

Проблемы систематики и экологических исследований дрожжевых грибов.

ОБЪЕКТЫ.

МЕТОДЫ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.

Общая численность дрожжевых грибов.

Куровское верховое болото.

Болотный массив «Мухрино».

ЦЛГПБЗ.

Сравнение динамик численности дрожжей разных групп растений.

Таксономический состав и видовое разнообразие.

Общая таксономическая структура.

Филогенетическое положение и особенности распределения дрожжевых грибов.

Базидиомицеты.

Agaricomycotina.

Filobasi diales.

Tremellales.

Cystofilobasidiales.

Trichosporonales.

Pucciniomycotina.

Erythrobasidiales.

Microbotryales.

Sporidiobolales.

Ustilaginomycotina.

Аскомицеты.

Saccharomycotina.

Pezizomycotina.

Структура сообщества дрожжевых грибов болотных фитоценозов.

Куровское верховое болото.

Сфагновые мхи.

Chamaedaphrte calyculata.

Car ex limosa.

Oxycoccus palustris.

Drosera rotundifolia.

Сравнение сфагновых мхов и сосудистых растений.

ЦЛГПБЗ.

Болотный массив «Мухрино».

Влияние трофических условий на развитие дрожжевых грибов.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Качалкин, Алексей Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное нами исследование показало, что дрожжевые сообщества сфагновых мхов существенно отличаются от болотных, лесных и луговых сосудистых растений. Удалось показать различия, как между разными видами болотных растений, так и в целом болотного фитоценоза от других типов растительных сообществ. Выполненная работа была основана на применении современных методов идентификации дрожжевых грибов. Однако полученные различия группировок дрожжей, формирующихся в разных биогеоценозах, не могут объясняться только разными подходами к идентификации, т.к., при сходном количестве выделяемых видов в разных фитоценозах, характер динамики численности и сезонное соотношение крупных таксономических групп принципиально различны. Уникальность болотного дрожжевого сообщества определяется особыми условиями: сильной эдификаторной ролью сфагновых мхов и, как следствие формирование специфической среды, в том числе, и для роста специфической сосудистой болотной растительности, ксерофитные особенности которой отличают её от растений в других биогеоценозах.

В толще сфагновой дернины так же, как и на поверхности сосудистых растений, дрожжевые грибы существуют в основном как копиотрофы, т.е. за счет потребления легкодоступных соединений углерода. Набор этих легкодоступных соединений у сосудистых растений и у мхов принципиально различен и смещен на сфагнуме в сторону органических кислот, значительная часть которых представлена рядом ароматических форм. В функциональном отношении дрожжи в сфагновой дернине можно рассматривать не только как копио-трофов, но и в качестве первичных сапротрофов, принимающих активное участие на начальных этапах разложения органического вещества при процессе торфообразования. На дальнейших этапах сукцессии главная роль принадлежит уже мицелиальным грибам с активной гидролитической активностью, а дрожжевые грибы функционируют как микрофлора рассеяния за счет роста на вторичных продуктах метаболизма мицелиальных грибов.

Выполненная работа также может помочь дать ответы на сложные вопросы, касающиеся проблемы распределения микроорганизмов: зависят ли они от климатических условий или от типов растительности? Существуют ли ареалы распространения для определённых видов или «всё есть всюду, но среда отбирает», а встречаемость дрожжевых грибов сводится только к наличию тех или иных условий? Например, в результате нашего исследования прежние выделения Rh. psychrophenolica как «альпийского» вида (Margesin et al., 2007; Turchetti et al., 2008), A. pullulans var. subglaciale как «арктического» вида (Zalar et al., 2008), C. bracarensis как «клинического» вида (Concia et al., 2006) дополняются выделениями этих видов дрожжевых грибов с растений из средней полосы России. Также была получена новая информация о распространении целого ряда других видов дрожжей. Таким образом, проблемы распределения и экологическая характеристика многих видов дрожжевых грибов связаны сейчас только с малой изученностью природных биотопов и недостаточностью выборок изучения при сравнениях схожих местообитаний.

Показано, что применение стандартной среды для культивирования позволяет проводить выделение большого набора видов дрожжевых грибов, в том числе и тех видов, выделение которых прежде проводилось только на селективных средах (Golubcv, Sampaio, 2009; Golubev, Scorzetti, 2009).

Любые экологические работы имеют большое значение и для таксономии, т.к. связаны с выделением новых видов, фенотипических и генетических разновидностей. Со сфагновых мхов и болотных сосудистых растений при проведении работы было выделено 16 новых и пока неописанных видов и несколько неизвестных гаплотипов, которые помогают в разработке концепции геновида, как это было продемонстрировано на примерах с видами Cr. podzolicus и Сг. victoriae.

Проведенная работа ещё раз продемонстрировала правило, что микробные сообщества необходимо изучать в годовой (сезонной) динамике, чтобы верно оценивать все изменения его структуры.