Характеристика симбиотических связей микроорганизмов в альгобактериальных сообществах природных водоемов

Игнатенко, Марина Евгеньевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Характеристика симбиотических связей микроорганизмов в альгобактериальных сообществах природных водоемов
ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Характеристика симбиотических связей микроорганизмов в альгобактериальных сообществах природных водоемов"

На правах рукописи

Игнагенко Марина Евгеньевна

ХАРАКТЕРИСТИКА СИМБИОТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ МИКРООРГАНИЗМОВ В АЛЬГОБАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВАХ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ

03.00 07 - «Микробиология» 03 00 16 - «Экология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Оренбург - 2008

003166115

Работа выполнена в ГУ Институте клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор медицинских наук,

профессор Немцева Наталия Вячеславовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, Заслуженный работник высшей школы РФ, профессор, зав кафедрой биологии ГОУ ВПО Оренбургской государственной медицинской академии Росздрава РФ

доктор биологических наук, ведущий доцент кафедры экологии и генетики ГОУ ВПО Тюменского государственного университета Федерального агентства по образованию

Соловых Галина Николаевна

Петухова Галина Александровна

Ведущая организация

ГУ Институт экологии Волжского бассейна РАН

Защита состоится «/h>onf&M- 2008 года в{0С0часов на заседании диссертационного совета Д 208 066 03 при ГОУ ВПО Оренбургской государственной медицинской академии (460000, г Оренбург, ул Советская, 6 Тел (3532) 77-59-95, факс (3532) 77-24-59, e-mail orgma@esoo ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Оренбург ской государственной медицинской академии Росздрава РФ

Автореферат разослан «В » 2008 г

Ученый секретарь л /)

диссертационного совета Немцева Н В

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Среди известных в природе симбиозов наиболее древними и экологически значимыми считаются симбиотические ассоциации водорослей с гетеротрофными микроорганизмами (Зенова Г М идр,1995) Основными представителями гетеротрофных симбионтов водорослей в водных и почвенных экосистемах являются бактерии, видовой состав которых крайне разнообразен и зависит от различных факторов абиотической и биотической природы (Борисова Е В , Ногина Т М , 1997, Горобец ОБ и др , 2001)

Анализ механизмов взаимной регуляции водорослей и бактерий в альго-бактериальных ассоциациях создали представление о них как о сложно организованных системах, в которых водоросли как фототрофные микроорганизмы выполняют ценозообразующую функцию (Вольберг М М, 1988, Заварзин ГА, 2003)

Особое внимание при исследовании альгобактериальных ассоциаций уделяют метаболитам, выделяемым водорослями и бактериями-спутниками в процессе жизнедеятельности, поскольку они участвуют в формировании альго-бактериального сообщества и регулировании взаимоотношений между его членами (Зенова Г М и др , 1995, Сакевич А И , 1998, НиББ V А Я , 1999) Среди экзометаболитов водорослей описаны вещества различной химической природы, в том числе лизоцим, перекись водорода и др (Батовская Л О и др , 1988, Бухарин О В и др , 1997, Сиренко Л А , Сагш!сИае1 XV , 1999, Клоченко П Д, 1999) В альгобактериапьном сообществе обнаружена и описана функциональная система «лизоцим - антилизоцим», принимающая участие в его формировании и регуляции (Бухарин О В , Литвин В Ю 1997) Известно несколько вариантов лизоцим - антилизоцимных взаимодействий в альгобактериальных ассоциациях лизоцимактивный фототрофный компонент с антилизоцимактивным гетеротрофным партнером и наоборот Однако до сих пор не рассматривался вариант взаимодействия в системе «водоросль-бактерия», представленной только антилизоцимактивными партнерами

Ранее Саранговой А Б идр (1999) высказано предположение о наличии в микробных биоценозах системы «перекись водорода - каталазная активность» Однако не изучено участие этой системы в формировании и регулировании симбиотических связей в альгобактериальном сообществе

Все вышеизложенное определило цель и задачи данного исследования Цель работы Изучить разнообразие альгобактериальных сообществ природных водоемов и определить роль системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» в ряду других биотических факторов в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях Основные задачи •

1 На основе результатов анализа видового состава фитопланктона выделить доминирующие виды водорослей и определить их бактериальных ассоци-антов,

2 Выявить связь уровня продукции каталазы с выживаемостью бактерий-симбионтов в ассоциации с водорослью,

3 Определить роль функциональных систем «лизоцим - антилизоцим», «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» в формировании симбиотических связей альгобактериального сообщества,

4 Разработать модель, позволяющую дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную по уровню катд-лазной активности

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Качественные и количественные показатели развития альгобактерио-планктона пойменных озер реки Урал обусловлены гидрохимическими и экологическими условиями Информативные параметры биотической и абиотической природы позволяют оценить экологическое состояние водоемов

2 Система «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» является одним из механизмов регуляции симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях Каталазная активность симбионтов пригодна для дифференциации транзиторной и резидентной бактериофлоры водорослей, а также определения доминантных бактерий-спутников в альгобактериальных ассоциациях

Научная новизна. На основании исследования планктонных сообществ пойменных озер Беленовское и Рудничное (Оренбургский район, Оренбургская область), различающихся по уровню антропогенной нагрузки, определен класс качества воды и трофический статус водоемов Выявлены доминирующие комплексы водорослей в каждом озере характерные для определенного биологиче -ского сезона Впервые для исследуемых водоемов оценена структура и динамика численности бактериопланктона Установлены различия в видовом разнообразии водорослей, количественных показателях развития фито- и бактериопланктона, интенсивности продукционно-деструкционных процессов анализируемых озер

Показано, что наряду с лизоцим - антилизоцимными взаимодействиями в жизнедеятельности альгобактериального сообщества принимает участие и функциональная система «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий», где перекись водорода водорослей, обладая способностью к окислительным реакциям, может инициировать гибель клеток, а также принимать участие в процессах самоочищения водоемов, а каталазная активность обеспечивает выживание микроорганизмов, участвуя в процессах регуляции взаимоотношений симбионтов Отмечено, что высокий уровень каталазной активности прокариот в ассоциации с водорослью позволяет бактериям-спутникам доминировать в альгобактериальном сообществе

Разработаны уравнения регрессии, позволяющие по уровню каталазной активности микроорганизмов дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную

Теоретическая и практическая значимость работы Получены новые сведения, имеющие теоретическое значение для понимания закономерностей формирования и регуляции взаимоотношений микроорганизмов в альгобактериальных сообществах Систему «перекись водорода водорослей - каталазная

активность бактерий» предложено рассматривать в качестве одного из механизмов регуляции симбиотических взаимодействий водорослей и бактерий

Практический аспект работы заключается в разработке алгоритма, позволяющего дифференцировать по уровню каталазной активности сопутствующую бакгериофлору в альгобактериальной ассоциации на транзиторную и резидентную

Выделены и поддерживаются в чистой культуре 10 штаммов хлорококко-вых микроводорослей, которые включены в коллекцию культур микроорганизмов лаборатории природных микробиоценозов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (Акт № 16379-1255-104 от 29 05 2007) Культуры Monoraphidium arcuatum (Korsch) Hind и Scenedesmus mangus var. mangus Mey-en из данной коллекции используются в качестве тест-объектов при определении влияния поллютантов на фотосинтетическую активность растений на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Оренбургского государственного университета (Акт внедрения от 08 Об 2007) Апробация работы

Основные результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на III Международной конференции «Актуальные проблемы современной альгологии» (Харьков, 2005), IX школе диатомологов России и стран СНГ «Морфология, систематика, онтогенез, экология и биогеография диатомовых водорослей» (пос Борок, Ярославской области, 2005), III Международной научной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006), научной конференции с международным участием «Водные ресурсы и организмы - 8» (Москва, 2006), IX Съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006), V Российской конференции «Перси-стенция микроорганизмов» (Оренбург, 2006), Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006), 2-м Байкальском Микробиологическом Симпозиуме с международным участием «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2007), III Международной научной конференции «Озерные экосистемы биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск, 2007), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2007) Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ Объем и структура диссертационной работы

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследования, две главы собственных исследований, заключение, выводы, приложение на 10 страницах Библиографический указатель содержит 170 источников литературы, из них 136 отечественных и 34 зарубежных Текст иллюстрирован 11 таблицами и 38 рисунками, включая оригинальные микрофотографии

Связь работы с научными программами

Диссертационное исследование является фрагментом работы, проводимой в рамках научно-исследовательской темы открытого плана НИР ИКВС УрО РАН «Механизмы взаимодействий симбионтов в природных ассоциациях водных микроорганизмов» (№ гос регистрации 01 20 02 16537), программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России» (проект № БР-9-040)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объект и методы исследования. Материалом для работы послужили микроорганизмы — водоросли и бактерии, выделенные из пойменных озер Беленовское и Рудничное Оренбургского района, Оренбургской области Выбранные водоемы имеют одинаковое происхождение, характеризуются сходными морфометрическими и гидрохимическими показателями, но отличаются интенсивностью антропогенной нагрузки Озеро Рудничное не имеет хозяйственного назначения, тогда как на берегу озера Беленовское, располагаются два населенных пункта и фермерские хозяйства

Отбор планктонных проб воды проводили в течение 2004 — 2006 гг. Всего исследовано 155 проб воды, из них 125 количественных и 30 качественных

Альгологические пробы обрабатывали общепринятыми методами (Вассер СП и др , 1989) Водоросли изучали в живом и фиксированном состоянии под световым микроскопом марки "Axiostar plus" (Carl Zeiss) Структуру фито-планктонных сообществ оценивали по показателям видового состава, численности и биомассы Идентификацию водорослей проводили по морфологическим признакам в соответствии с определителями серии «Определитель пресноводных водорослей СССР» Т I-XIV (1951-1986), а также по О А Коршико-ву (1953), 3 I Асаул (1975), П M Царенко (1990), Komarek J , Anagnostidis К (1999) Подсчет численности водорослей проводили в камере Нажотта, объемом 0,01 мм3, определение биомассы фитопланктона осуществляли счетно-объемным методом Для характеристики ведущих комплексов водорослей и выявления доминирующих видов использовали индекс доминирования (ИД) (Шитиков и др , 2003) Оценку степени флористического сходства альгофлоры исследуемых водоемов рассчитывали согласно коэффициенту общности видового состава Серенсена (Садчиков А П , 2003) Микрофотографии водорослей выполнены с использованием цифровой фотокамеры Canon Shot G5 при увеличении от 400 до 1000

Альгологически чистые культуры водорослей (монокультуры) выделяли из накопительных культур фитопланктона методом агаровых пластинок (Андреева В M и др , 1983) и/или пипеточным методом (Садчиков А П , 2003) Ак-сеничные культуры водорослей (бактериально чистые) получали путем обработки суспензии альгологических культур смесью антибиотиков Для культивирования и коллекционного хранения микроводорослей использовали питательные среды Кнопа, Прата, Тамия, Кольквитца, Дрю и т п , приготовленные

на основе стерильной безбактериальной природной воды (Вассер СП и др, 1989, Царенко ПМ, 1990)

Пробы бактериопланктона обрабатывали в соответствии со стандартными методиками (Кузнецов С И , Дубинина Г А , 1989) Чистые культуры бактерий получали бактериологическим методом с использованием элективных сред Идентификацию выделенных микроорганизмов проводили на основании морфологических, тинкториальных, культуральных и биохимических свойств согласно определителю бактерий Берджи (1997)

Интенсивность продукционно-деструкционных процессов в исследуемых водоемах определяли скляночным методом в кислородной модификации (Винберг, 1960)

Лизоцимную и антилизоцимную активность микроорганизмов оценивали чашечным и фотометрическим методами (Бухарин О В , 1999) Продукцию перекиси водорода водорослей оценивали по методу Хайруллина Р М, Ахмето-вой И Э (2001) на кафедре фармацевтической и общей химии ГОУ ВПО Оренбургской государственной медицинской академии (зав кафедрой д м н, профессор Красиков СИ) Каталазную активность бактерий-спутников определяли качественным (Вейант Р и др ,1999) и количественным (Бухарина О В идр, 2000) методами

Экспериментальные исследования проводили с использованием коллекционных штаммов микроводорослей и бактерий, культивируемых in vitro в лаборатории природных микробиоценозов ИКВС УрО РАН и дериватов от К12 Escherichia coli, различающиеся по наличию гена, кодирующего каталазную активность (штаммы Um 1 (Cat Lac") и CSH 7 (Cat +, Lac") из коллекции P Loewen, любезно предоставленные д б н О H Октябрским (Институт генетики и экологии микроорганизмов УрО РАН, г Пермь)

Результаты натурных и экспериментальных исследований были подвергнуты статистической обработке с использованием пакета программ Exel 2003 и Statistika 6,0 for Windows ХР

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Эколого-трофическая характеристика альгологических и бактериальных ценозов природных водоемов За исследуемый период в планктоне пойменных озер Беленовское и Рудничное обнаружено 202 вида, разновидностей и форм водорослей (148 и 169, соответственно) из 7 отделов (табл 1)

В каждом из исследуемых водоемов по числу видов и разновидностей преобладает отдел зеленые водоросли (Chlorophyta) Второе ранговое место по видовому разнообразию занимают эвгленовые (Euglenophyta) Синезеленые водоросли (Cyanophyta), представленные в каждом из исследуемых водоемов 14 таксонами рангом ниже рода, занимают третье место Другие отделы представлены меньшим числом видов, разновидностей и форм водорослей

Табл. 1 - Таксономический состав фитопланктона исследуемых водоемов

Отдел водорослей— ____Иееледуемый водоем Беленовское Рудничное

абс % абс %

Chlorophyta 88 58,6 99 58,2

Euglenophyta 15 10,0 22 12,9

Cyanophyta 14 9,3 14 8,3

Chrysophyta 10 6,7 13 7,6

Xanthophyta 9 6,0 10 5,9

Bacillanophyta 9 6,0 7 4,2

Dinophyta 5 3,4 5 2,9

ИТОГО 150 100 170 100

Анализ коэффициентов общности таксономического состава альгофлоры исследуемых водоемов выявил высокую степень флористического сходства (среднее значение коэффициента Серенсена 0,65±0,007), что обусловлено сходным происхождением озер, морфометрической и гидрологической близостью, а также их расположением в одной климатической зоне

В развитии фитопланктона озер выявлена сезонная сукцессия Согласно ИД, в каждом водоеме определены доминирующие комплексы водорослей, характерные для определенного биологического сезона Установлено, что в зимний и ранне-весенний периоды в планктоне исследуемых озер преобладают золотистые, динофитовые и диатомовые водоросли Доминирующий комплекс фитопланктона в озере Беленовское в этот период представлен следующими видами водорослей - Ochromonas mutabilis, Chrysococcus triporus, Dinobryon divergens var divergens, Aulacoseira granulata f granulata, Gyrosigma acuminatum var acuminatum, Synedra acus var acus, в озере Рудничное - видами Peridmium cmctum, Chrysococcus triporus, Dinobryon divergens var divergens, Pseudokephy-non schillen, Kephyrion sp В летний период и период ранней осени доминирующий комплекс фитопланктона представлен зелеными, синезелеными и эвг-леновыми водорослями Основу комплекса доминирующих видов фитопланктона озера Беленовское в летне-осенний период образуют Gomphosphaerm lacustris f lacustns, Microcystis pulverea f pulverea, Snowella rosea, Crucigema tetrapedia, С apiculata, Scenedesmus quadricauda var quadncauda, Coelastrum sphaericum, С microporum, Pediastrum simplex, Phacotus lenticularis, Trachelomo nas volvocinopsis, в озере Рудничное - Aphanizomenon flos-aquae f flos-aquae, Anabaena spiroides f spiroides, A scheremetievi f scheremetievi, Scenedesmus. quadncauda var quadricauda, S bijugatus var bijugatus, S obhquus var obliquus f obhquus, Dictyosphaerium pulchellum var pulcheilum, Tetraedron minimum var minimum, Pandorina charkoviensis, Oocystis lacustris, О parva, Crucigema tetrapedia, Didymocystis planctónica, Trachelomonas volvocinopsis

Анализ сезонных и среднегодовых значений численности и видового разнообразия водорослей исследуемых водоемов выявил различия между озерами, что может свидетельствовать о разном уровне их трофности Показано, что фи-

топланктон озера Беленовское характеризуется высокими количественными показателями, но низким видовым разнообразием, тогда как водорослевые сообщества озера Рудничное, напротив, отличаются большим разнообразием, но малой численностью

Различия между исследуемыми водоемами также были отмечены в качественном и количественном развитии бактериопланктона В озере Рудничное выявлена четкая связь между численностью бактерий, в том числе и сапрофитной микрофлоры, и развитием звена продуцентов (фитопланктона), тогда как в озере Беленовское подобная зависимость отсутствовала, что свидетельствует о высоком содержании в водоеме органического вещества как аутохтонного, так и аллохтонного происхождения (рис 1)

Исследование интенсивности продукционно-деструкционных процессов, играющих ключевую роль в трофической классификации вод и являющихся частью мониторинга водных экосистем, позволило оценить трофический статус исследуемых водоемов

В озере Беленовское независимо от вертикального распределения фитопланктона максимальные значения фотосинтеза были зарегистрированы в поверхностном горизонте (до глубины 1 м), что обусловлено, прежде всего, низкой прозрачностью водоема, 50 см по диску Секки Сопоставление значений валовой продукции и деструкции органического вещества показало, что и образование чистой первичной продукции в этом водоеме происходило исключительно в верхних слоях воды Озеро Рудничное отличалось относительно высокой прозрачностью воды (до 150 см по диску Секки), поэтому распределение величин фотосинтеза по вертикали в этом водоеме в большей мере зависело от состава и распределения водорослей Максимальные значения чистой первичной продукции не превышали 3,59 мг 02/л в сутки в озере Рудничное и 2,92 мг 02/л в сутки в озере Беленовское

На основании величин первичной продукции и деструкции органического вещества, а также видового разнообразия и количественного развития фитопланктона, численности и соотношения гетеро- и олиготрофного бактериопланктона, озеро Рудничное было классифицировано как мезотрофный водоемов, а озеро Беленовское - как эвтрофный

Исходя из того, что существующие методы определения трофического статуса водоемов крайне трудоемки и требуют обработки большого количества фактического материала (Унифицированные методы , 1983, Оксиюк О П и др , 1993, Моисеенко Т И и др , 2006), была предпринята попытка выделить информативные параметры, которые могут быть использованы при оценке трофического статуса водоемов (озер)

На основании корреляционного анализа данных многолетних наблюдений за динамикой численности фитопланктона и характером его развития в ответ на воздействие окружающей среды были отобраны три биотических («Сга-cigenia tetrapedia», «Scenedesmus quadncauda var quadricauda», «Trachelomonas volvocinopsis») и три абиотических параметра («Среднедекадная температура воздуха», «Количество осадков за декаду» и «Прозрачность»)

5 -г 4,5 -4 ■■

I 3-5'"

О 3 -■ а

2,5 ■•

5 5

£ 2" 5 1,5-1 -0,5 -0--

Рис. 1 - Годовая динамика общей численности фито- и бактериопланктона исследуемых водоемов (2005 г) I I динамика численности бактериопланктона --- динамика численности фитопланктона

А - озеро Беленовское, Б - озеро Рудничное

Выбранные параметры могут быть использованы в качестве предикторов при дальнейшей разработке уравнения, которое бы описывало трофическое со стояние анализируемого водоема, что в конечном итоге может способствовать значительному упрощению существующих методов оценки трофического статуса водоемов.

На основании оценки качественного и количественного развития фито- и бактериопланктона, эколого-географического и сапробиологического анализов, интенсивности продукционно-деструкционных процессов в соответствии с общепринятой классификацией (Руководство ..., 1992), воды исследуемых озер были классифицированы как умеренно загрязненные, относящиеся к третьему классу качества.

Таким образом, несмотря на долю флористического сходства фитопланктона исследуемых водоемов, обусловленную единым происхождением озер, морфологической и гидрохимической близостью, их расположением в одной климатической зоне, выявлены значительные различия между сравниваемыми водоемами, состоящие в качественном и количественном развитии фито- и бактериопланктона, интенсивности продукционно-деструкционных процессов, трофическом статусе, что в свою очередь связано с интенсивностью антропогенной нагрузки на водоемы.

*У

и:

■6 « -а

5 ~

-4 |

-з |

■2

• 1 - о

13< н о а

ее

~ 2.

5 -.5 -■

4 -,5 -3 -,5 -2 + ,5 •

1 -

5 +

О -

| И-н

* # / *

Механизмы взаимодействий водорослей и бактерий-спутников в альгобактериальных сообществах На следующем этапе работы была предпринята попытка оценить роль некоторых механизмов, участвующих в формировании взаимоотношений микроорганизмов в альгобактериальных ассоциациях, таких как функциональные системы «лизоцим-антилизоцим» и «перекись водорода - каталаза»

Исследование механизмов взаимодействия микроорганизмов в альгобактериальных сообществах проводили на модели четырех ассоциаций, представленных широко распространенными в исследуемых природных водоемах видами водорослей Это альгобактериальные ассоциации Coelastrum microporum Nag, Scenedesmus obhquus (Тиф) Kutz var obliquus f obliquus, Chlamydomonas reinhardu Dang , Chlorococcum infusionum (Schrank) Menegh с сопутствующими им бактериями Всего из исследуемых альгобактериальных ассоциаций выделено 44 штамма бактерий-спутников

В результате сравнения и анализа динамики роста водорослей и бактерий в моно- и смешанных культурах отмечено, что рост ассоциативных культур всегда опережал рост монокультур, что, согласно данным ряда исследователей (Штина Э А , Панкратова Е М, 1974, Андреюк Е И и др , 1990, Глаголева О Б , Зенова Г М , 1991, Зенова Г М и др , 1995), обусловлено рост-стимулирующим влиянием компонентов альгобактериальной ассоциации друг на друга и также их взаимной регуляцией (рис 2)

В качестве одного из механизмов регуляции взаимодействий водорослей и бактерий в альгобактериальных сообществах рассматривается функциональная система «лизоцим - антилизоцим» (Бухарин О В , Немцева Н В , 2002) А Б

Рис. 2 - Динамика численности Сое1а.Мгит гтсгорогит и ее бактериальных спутников в моно- и смешанной культурах

А - динамика численности Сое1аз1гиш гтсгорогит ( ■ ■ ~ рост аксеничной культуры водоросли, тыс кл/л, •■• ■ рост ассоциативной культуры водоросли, тыс кл/л), Б - динамика численности бактериальных спутников ( — — численность бактерий в монокультуре, 1§ КОЕ/мл, численность бактерий, ассоциированных с водо-

рослью, КОЕ/мл)

Ранее в работах H В Немцевой и Г П Алехиной (1996, 1997) были рассмотрены два типа альгобактериальных ассоциаций, выделенные из природных водоемов К первому типу отнесены ассоциации, в которых автотрофный компонент представлен лизоцимактивной (JIA) водорослью, а гетеротрофный - ан-тилизоцимактивными (AJIA) бактериями, ко второму типу - ассоциации анти-лизоцимактивной водоросли с лизоцимактивными бактериями

В лабораторных условиях был получен третий тип альгобактериальных ассоциаций, в которых присутствовали антилизоцимактивные водоросли и ан-тилизоцимактивные бактерии Лизоцимная активность оказалась не характерной для компонентов данных ассоциаций Так, в альгобактериальной ассоциации Coelastrum microporum (АЛА до 8 мкг/мл) выделены 12 штаммов бактерий, из них 5 штаммов обладали АЛА от 4 до 6 мкг/мл В альгобактериальной ассоциации Chlorococcum infusionum (АЛА 7 мкг/мл) вьивлено 13 штаммов бактерий-спутников, из которых 9 обладали АЛА от 4 до 8 мкг/мл В ассоциации Scenedesmus obliquus (АЛА 1 мкг/мл) гетеротрофный компонент представлен 13 штаммами бактерий, 5 штаммов из 13 выделенных обладали АЛА (от 3 до 8 мкг/мл)

По результатам проведенного исследования, можно предположить, что антилизоцимактивные бактериии-симбионты, взаимодействуя с антилизоци-мактивной водорослью, могут поддерживать ее преобладание в альгоценозе Однако, вполне вероятно, что исследуемые ассоциации, выделенные нами из природных водоемов и поддерживаемые в лабораторных условиях, в водоеме могут быть дополнены лизоцимактивным компонентом

От исследования функциональной системы «лизоцим - антилизоцим>> мы перешли к изучению роли системы «перекись водорода водорослей — ката-лазная активность бактерий» в формировании и регуляции симбиотических связей апьгобактериального сообщества

Известно, что водоросли являются продуцентами перекиси водорода, которая поступает во внешнюю среду в процессе фотосинтеза (Штамм Е В , Ба-товская Л 0, 1988). В ходе проведенного анализа установлено, что количество пероксида водорода (при пересчете на 1 мкг/л биомассы водорослей) в культу-ральной среде Coelastrum microporum составило 2,6* 1С)"5 М/л, Scenedesmus obliquus - 7,3*10"5 М/л, Chlorococcum infusionum - 5,8x10"5 М/л, Chlamydomo-nas reinhardu - 1,2* 10^ М/л

В детоксикации перекиси водорода принимает участие каталаза (Шахматова О А , Парчевская Д С , 2000; Дубинина Е Е , 2006) Каталазная активность бактерий - спутников Coelastrum microporum варьировала в диапазоне от 0,98 до 5,92 уел ед (уел ед = мкМ/минхОД), у бактерий - спутников Scenedesmus obliquus - 0,69 - 6,19 уел ед , бактерий, выделенных из ассоциации Chlorococcum infusionum - 2,2 - 6,5 уел ед, каталазная активность бактерий ассоциантов Chlamydomonas reinhardu варьировала от 3,8 до 4,0 уел ед

Опираясь на данные Сгибнева А В (2002), показавшего на примере нор мофлоры человека, что распространенность и выраженность способности инги бировать бактериальную каталазу выше у представителей нормофлоры, чем у

аллохтонных микроорганизмов, при чем среди представителей нормофлоры преобладают штаммы с высоким и средним уровнем исследуемого признака Нами, по аналогии, было сделано предположение, что штаммы бактерий-ассоциантов водорослей с высоким и средним уровнем каталазной активности могут выступать в роли основных симбионтов в альгобактериапьной ассоциации, тогда как остальные могут рассматриваться в качестве случайной (транзи-торной) бактериофлоры

Для оценки роли каталазной активности бактерий-спутников в формировании альгобактериальных ассоциаций было проведено лабораторное со-культивирование хлорококковой водоросли Coelastrum microporum Nag с дериватами от К12 Escherichia coli, различающимися по наличию гена, кодирующего каталазную активность (штаммы Um 1 (Cat -, Lac-) и CSH 7 (Cat +, Lac-) из коллекции Р Loewen, любезно предоставленные д б н ОН Октябрским, Институт генетики и экологии микроорганизмов УрО РАН, г Пермь)

По результатам проведенного исследования отмечено, что в ассоциации с водорослью катапазопозитивный штамм кишечной палочки (Е coll Cat +) характеризовался большей устойчивостью и более выраженным ростом, по сравнению с катазалонегативным штаммов эшерихий (Е coll Cat (рис 3)

сутки

Рис. 3 - Динамика численности Escherichia coli (Cat+ и Cat-) в монокультуре и при сокультивировании с Coelastrum microporum

1 - Е coli (Cat") в ассоциации с водорослью, 2-Е coli (СаГ) в ассоциации с водорослью, 3-Е coll (Cat") в монокультуре, 4 - Е coli (СаО в монокультуре

При сокультивировании каталазонегативного штамма Е coli с Coelastrum microporum уже на 3 сутки эксперимента отмечалось снижение численности эшерихий, а на 7 сутки эксперимента кишечная палочка (Cat") перестала высеваться При этом в контроле (без водоросли) на 7 сутки численность Е coli Cat' была высока При сокультивировании каталазопозитивного штамма кишечной палочки с водорослью также отмечалось подавление его роста по сравнению с контролем Штамм Е coli Cat+ переставал высеваться на 10 сутки, проявляя большую устойчивость по сравнению с генетически модифицированным штаммом кишечной палочки (Е coli Cat')

Полученные данные свидетельствуют о том, что каталазную активность микроорганизмов вероятно можно рассматривать как один из факторов, обеспечивающий выживание прокариот в ассоциации с водорослью

В результате сокультивирования хлорококковой водоросли Scenedesmus obliquus (Turp ) Kutz var obhquus f obliquus, и ассоциированных с ней бактерий (Acetobacter sp (штамм №1, КА = 0,69 уел ед), Microbactenum sp (№2, К \ = 6,19 уел ед), Pseudomonas sp (№3, КА = 3,93 уел ед), Pseudomonas alcaligenes (№4, КА = 4,66 уел ед), Arthrobacter sp (№5, КА = 2,89 уел ед), обнаружена зависимость между уровнем каталазной активности и выживаемостью бактерий-симбионтов (рис 4)

17,5

§ 7

«6,5

~ 6 •а

0 5,5

я 5 я J

§4,5 §5 4

3,5 3

сутки

Рис. 4 - Динамика численности бактерий-симбионтов с различным уровнем каталазной активности, ассоциированных с водорослью БсепесЬзтиз оЫщиия 1 - рост штамма №1 (КА = 0,69 уел ед), 2 - рост штамма №5 (КА = 2,89 уел ед), 3 -рост штамма №3 (КА = 3,93 уел ед ), 4 - рост штамма №4 (КА = 4,66 уел ед ), 5 - росл штамма №2 (КА = 6,19 уел ед)

Так, численность штамма №2, обладающего максимальным уровнем ка-талазной активности (6,19 уел ед), быстро нарастала Также высокой численностью по сравнению с остальными симбионтами отличался и штамм №4, ката-лазная активность которого составила 4,66 уел ед При совместном культивировании водоросли и штамма №1, обладающего низкой каталазной активностью (0,69 уел ед ), напротив, наблюдалось угнетение развития бактерий Колебание численности двух других штаммов (№3 и №5), каталазная активность которых составила 3,93 и 2,89 уел ед, соответственно, при сокультивировании с водорослью были менее выражены Однако более лучшим развитием из них характеризовался штамм №3, у которого каталазная активность была на уровне 3,93 уел ед

Таким образом, полученные данные позволили предположить, что высокий уровень каталазной активности позволяет бактериям-спутникам доминировать в гетеротрофном компоненте альгобактериального сообщества

На основании статистической и математической обработки экспериментальных данных по сокультивированию водорослей с бактериями-симбионтами были получены линейные уравнения, позволяющие определить пограничное значение каталазной активности ассоциативных бактерий и дифференцировать сопутствующую бактериофлору в альгобактериальных ассоциациях на транзи-торную и резидентную (*), а также выделить в группе последних доминантных спутников (**)

" У = - 0,006 + 1,023*Х,

где У - искомое пограничное значение уровня каталазной активности резидентной бактериофлоры,

X-уровень каталазной активности бактерий-ассоциантов

"У, = - 0,0006 + 1,393*Х,

где У; - искомое пограничное значение уровня каталазной активности доминантных бактерий-симбионтов,

X-уровень каталазной активности бактерий-ассоциантов

По результатам проведенных расчетов на моделях исследуемых ассоциаций установлено, что уровень каталазной активности бактерий равный 3,5 уел ед является пограничным значением, позволяющим дифференцировать сопутствующую бактериофлору в альгобактериальной ассоциации на резидентную и транзиторную (случайную) К числу доминантных симбионтов отнесены бактерии-спутники, обладающие каталазной активностью не ниже 5 уел ед

Таким образом, на основе проведенных исследований выявлено, что функциональная система «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» может регулировать количество и численность компонентов альгобактериальной ассоциации, каталазная активность бактерий-спутников является одним из факторов выживания микроорганизмов в ассоциации с водорослью, а высокий уровень каталазной активности бактерий-симбионтов дает им возможность доминировать в альгобактериальном сообществе Представ-

ленные данные позволяют выделить из множества бактериальных спутников основных симбионтов водоросли, что имеет теоретическое значение при изучении механизмов симбиотических взаимодействий в альгобактериальных ассоциациях, а также практическое - для разделения альгобактериальной ассоциации на отдельные компоненты

Оценивая результаты работы в целом, следует отметить, что на основании анализа качественного и количественного развития фитопланктона пойменных водоемов выделена группа информативных параметров биотической и абиотической природы, которые могут быть использованы при оценке трофического статуса водоемов Функциональные системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий», «лизоцим - антилизоцим» наряду с другими биотическими факторами способствуют выживанию симбионтов и участвуют в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях

ВЫВОДЫ

1 На основании анализа видового разнообразия фитопланктона пойменных озер реки Урал, выявлена высокая степень флористического сходства альгоф-лоры исследуемых водоемов (среднее значение индекса Серенсена 0,65±0,007), обусловленная сходным происхождением озер, морфометрической и гидрологической близостью, а также их расположением в одной климатической зоне

2 С использованием оценки качественных и количественных показателей развития фито- и бактериопланктона, параметров интенсивности продукцион-но-деструкционных процессов, а также результатов сапробиологического анализа определен класс качества воды и трофический статус пойменных водоемов озеро Рудничное — мезотрофное, озеро Беленовское - эвтрофное, воды исследуемых водоемов классифицированы как умеренно загрязненные, относящиеся к III классу качества

3 На основании корреляционного и регрессионного анализов определены информативные биотические («С tetrapedia», «S quadncauda var quadricauda», «T volvocinopsis») и абиотические параметры («Среднедекадная температура воздуха», «Количество осадков за декаду» и «Прозрачность»), пригодные для оценки трофности водоемов

4 Выявлены апьгобактериальные ассоциации, в которых автотрофный и гетеротрофный компоненты представлены антилизоцимактивными формами, в которых антилизоцимная активность бактерий-симбионтов способствует доминированию водоросли в альгоценозе

5 В экспериментальных условиях выявлено, что перекись водорода, выделяемая водорослями в процессе жизнедеятельности и каталазная активность сопутствующей бактериофлоры составляют динамическую функциональную систему «перекись водорода - каталазная активность», в которой перекись водорода проявляет антагонистическое действие, а каталазная активность бактерий-спутников обеспечивает их выживание

6 При сокультивировании водорослевой культуры с генно-инженерными штаммами Escherichia coli, различающимися по наличию гена, кодирующего каталазную активность (штаммы Urn l,Cat" и CSH 7, Cat +), установлено, что каталазная активность способствует выживанию бактерий, ассоциированных с водорослями Обнаружена зависимость между уровнем продукции каталазы и выживаемостью бактерий-симбионтов Установлено, что высокий уровень исследуемого признака позволяет бактериям-спутникам доминировать в альгосо-обществе

7 Разработана модель, позволяющая по уровню каталазной активности дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзитор-ную и резидентную, а в группе последних выявить доминантных симбионтов

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Муравьева М.Е. (Игнатенко М.Е.) Взаимоотношения в ассоциативной культуре Chlamydomonas reinhardn Dang / М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), Н В Немцева, Т Н Яценко-Степанова // Материалы III Международной конференции «Актуальные проблемы современной альгологии» — Харьков, 2005 - С 105-106

2 Яценко-Степанова Т Н Структура флоры диатомовых водорослей Оренбургской области / Т Н Яценко-Степанова, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), А О Плотников // Тезисы докладов IX школы диатомологов России и стран СНГ «Морфология, систематика, онтогенез, экология и биогеография диатомовых водорослей» - Борок, 2005 - С 76

3. Яценко-Степанова Т.Н. Эколого-структурный анализ альгофлоры Оренбуржья / Т.Н. Яценко-Степанова, Н.В. Немцева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко) // Вестник ОГУ, 2005. - № 12. - С. 66-71.

4 Яценко-Степанова Т Н Мониторинг динамики фитопланктона пойменных водоемов реки Урал (на примере озера Большое Песчаное) / Т Н Яценко-Степанова, Н В Немцева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), С В Шабанов // Материалы III Международной научной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» - Оренбург, 2006 -С 39-40

5 Муравьева М.Е. (Игнатенко М.Е.) Биологические свойства микроорганизмов и их роль в формировании альгобактериальных ассоциаций / М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко) //Тезисы докладов IX Съезда Гидробиологического общества РАН (том И) - Тольятти ИЭВБ РАН, 2006 - С 48

6 Яценко-Степанова Т Н Мониторинг и биоиндикация некоторых озер степного Приуралья / Т Н Яценко-Степанова, Н В Немцева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко) // Тезисы докладов Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» - СПб , 2006 — С 172-173

7 Муравьева М.Е. (Игнатенко М.Е.) Продукционно-деструкционные процессы в пойменных водоемах р Урал / М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), Т Н Яценко-Степанова, О А Гоголева, Н В Немцева // Материалы 2-го бай-

кальского Микробиологического Симпозиума с международным участием «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек, водохранилищ» — Иркутск, 2007 -С 163

8 Яценко-Степанова Т Н Суточная динамика фитопланктона пойменных озер реки Урал / Т Н Яценко-Степанова, Н В Немцева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко) // Материалы III Международной научной конференции «Озерные экосистемы биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» - Минск-Нарочь, 2007 -С 194-195

9. Яценко-Степанова Т.Н. Экспресс-метод оценки уровня трофносги озер / Т.Н. Яценко-Степанова, Н.В. Немцева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), О.В. Бухарин И Вестник ОГУ, 2007. - № 75. - С. 436-439.

10. Николаев Ю.А. Влияние бактерий-спутников на рост Chlamydomonas reinhardtii в альго-бактериальном сообществе / Ю.А. Николаев, В.К. Плакунов, H.A. Воронина, Н.В. Немцева, А.О. Плотников, O.A. Гоголева, М.Е. Муравьева (М.Е. Игнатенко), Г.В. Овечкина // Микробиология, 2008. - № 1. -Т.77.-С. 89-95.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность к.б.ч., доценту ТН. Яценко-Степановой и к.мн. А.О. Плотникову; кб.н. Н.В. Шараповой и д.м.н. С.И. Красикову (Оренбургская государственная медицинская академия, кафедра медицинской и фармацевтической химии); к.т.н., доценту Ю.А. Хлопко (Отдел биотехнических систем ОНЦ УрО РАН) за помощь при выполнении отдельных фрагментов работы, а также всем сотрудникам Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН, оказавшим моральную и техническую поддержку в процессе диссертационного исследования.

Игнатенко Марина Евгеньевна ХАРАКТЕРИСТИКА СИМБИОТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ МИКРООРГАНИЗМОВ В АЛЬГОБАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВАХ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Оригинал макет подготовлен в программе Word for Windows 2003 Подписано в печать 26 02 2008 Формат 60x84 1/16 Уел печ л 1,0 Печать оперативная, гарнитура Тайме Тираж 100 экз

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Игнатенко, Марина Евгеньевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ И СОПУТСВУЮЩЕЙ ИМ БАКТЕРИ-ОФЛОРЫ В ПРИРОДНЫХ АССОЦИАЦИЯХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1. Водоросли как центры организации альгобактери-альных сообществ.

1.2. Роль бактерий-спутников водорослей в регуляции симбиотических связей в альгобактериальных сообществах.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Физико-географическая, гидрохимическая и морфо-метрическая характеристики исследуемых водоемов.

2.2. Методы оценки общих гидробиологических показателей воды и степени органического загрязнения водоема

2.3. Методы выделения и лабораторного культивирования водорослей.

2.4. Методы выделения, культивирования и идентификации бактерий-ассоциантов.

2.5. Методы определения биологических свойств микроорганизмов альгобактериальных ассоциации.

2.6. Методы сокультивирования водорослей и бактерий.

2.7. Методы статистической обработки полученных результатов.

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-ТРОФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЬ-ГОЛОГИЧЕСКИХ И БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЦЕНОЗОВ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ.

3.1. Таксономический, эколого-географический, сапро-биологический анализ, сезонная динамика видового разнообразия и количественных показателей фитопланктона исследуемых водоемов.

3.2. Характеристика бактериопланктона исследуемых пойменных озер.

3.3 Продукционно-деструкционные процессы в исследуемых пойменных водоемах.

3.4. Информативные параметры для оценки уровня троф-ности природных водоемов.

ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ВОДОРОСЛЕЙ И БАКТЕРИЙ-СПУТНИКОВ В АЛЬ-ГОБАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВАХ.

4.1. Участие антилизоцимной активности микроорганизмов в формировании симбиотических связей в альгобак-териальном сообществе.

4.2. Роль перекиси водорода и каталазной активности в формировании симбиотических связей в альгобактери-альных ассоциациях.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Характеристика симбиотических связей микроорганизмов в альгобактериальных сообществах природных водоемов"

Актуальность работы

Среди известных в природе симбиозов наиболее древними и экологически значимыми считаются симбиотические ассоциации водорослей с гетеротрофными микроорганизмами (Зенова Г.М. и др., 1995). Основными представителями гетеротрофных симбионтов водорослей в водных и почвенных экосистемах являются бактерии, видовой состав которых крайне разнообразен и зависит от различных факторов абиотической и биотической природы (Борисова Е.В., Ногина Т.М., 1997; Горобец О.Б. и др., 2001).

Анализ механизмов взаимной регуляции водорослей и бактерий в альгобактериальных ассоциациях создали представление о них как о сложно организованных системах, в которых водоросли как фототрофные микроорганизмы выполняют ценозообразующую функцию (Вольберг М.М., 1988; Заварзин Г.А., 2003).

Особое внимание при исследовании альгобактериальных ассоциаций уделяют метаболитам, выделяемым водорослями и бактериями-спутниками в процессе жизнедеятельности, поскольку они участвуют в формировании альгобактериального сообщества и регулировании взаимоотношений между его членами (Зенова Г.М. и др., 1995; Сакевич А.И., 1998; Huss V.A.R., 1999). Среди экзометаболитов водорослей описаны вещества различной химической природы, в том числе лизоцим, перекись водорода и др. (Батовская JI.O. и др., 1988; Бухарин О.В. и др., 1997; Си-ренко Л.А., Carmichael W.W., 1999; Клоченко П.Д., 1999). В альгобактери-альном сообществе обнаружена и описана функциональная система «лизоцим - антилизоцим», принимающая участие в его формировании и регуляции (Бухарин О.В., Литвин В.Ю. 1997). Известно несколько вариантов ли-зоцим-антилизоцимных взаимодействий в альгобактериальных ассоциациях: лизоцимактивный фототрофный компонент с антилизоцимактивным гетеротрофным партнером и наоборот. Однако до сих пор не рассматривался вариант взаимодействия в системе «водоросль-бактерия», представленной только антилизоцимактивными партнерами.

Ранее Саранговой А.Б. и др. (1999) высказано предположение о наличии в микробных биоценозах системы «перекись водорода - каталазная активность». Однако не изучено участие этой системы в формировании и регулировании симбиотических связей в альгобактериальном сообществе.

Все вышеизложенное определило цель и задачи данного исследования.

Цель работы:

Изучить разнообразие альгобактериальных сообществ природных водоемов и определить роль системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» в ряду других биотических факторов в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях.

Основные задачи:

1. На основе результатов анализа видового состава фитопланктона выделить доминирующие виды водорослей и определить их бактериальных ассоциантов;

2. Выявить связь уровня продукции каталазы с выживаемостью бактерий-симбионтов в ассоциации с водорослью;

3. Определить роль функциональных систем «лизоцим - антилизо-цим», «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий» в формировании симбиотических связей альгобактериального сообщества;

4. Разработать модель, позволяющую дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную по уровню каталазной активности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Качественные и количественные показатели развития альгобакте-риопланктона озер реки Урал обусловлены гидрохимическими и экологическими условиями. Информативные параметры биотической и абиотической природы позволяют оценить экологическое состояние водоемов.

2. Система «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» является одним из механизмов регуляции симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях. Каталазная активность симбионтов пригодна для дифференциации транзиторной и резидентной бакте-риофлоры водорослей, а также определения доминантных бактерий-спутников в альгобактериальных ассоциациях.

Научная новизна:

На основании исследования планктонных сообществ пойменных озёр Беленовское и Рудничное (Оренбургский район, Оренбургская область), различающихся по уровню антропогенной нагрузки, определен класс качества воды и трофический статус водоемов. Выявлены доминирующие комплексы водорослей в каждом озере, характерные для определенного биологического сезона. Впервые для исследуемых водоемов оценена структура и динамика численности бактериопланктона. Установлены различия в видовом разнообразии водорослей, количественных показателях развития фито- и бактериопланктона, интенсивности продукционно-деструкционных процессов анализируемых озёр.

Показано, что наряду с лизоцим-антилизоцимными взаимодействиями в жизнедеятельности альгобактериального сообщества принимает участие и функциональная система «перекись водорода водорослей — каталазная ативность бактерий», где перекись водорода водорослей, обладая способностью к окислительным реакциям, может инициировать гибель клеток, а также принимать участие в процессах самоочищения водоемов, а каталазная активность обеспечивает выживание микроорганизмов, участвуя в процессах регуляции взаимоотношений симбионтов. Отмечено, что высокий уровень каталазной активности прокариот в ассоциации с водорослью позволяет бактериям-спутникам доминировать в альгобактериальном сообществе.

Разработаны уравнения, позволяющие по уровню каталазной активности микроорганизмов дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Получены новые сведения, имеющие теоретическое значение для понимания закономерностей формирования и регуляции взаимоотношений микроорганизмов в альгобактериальных сообществах. Систему «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий» предложено рассматривать в качестве одного из механизмов регуляции симбиотических взаимодействий водорослей и бактерий.

Практический аспект работы заключается в разработке алгоритма, позволяющего дифференцировать по уровню каталазной активности сопутствующую бактериофлору в альгобактериальной ассоциации на транзиторную и резидентную.

Выделены и поддерживаются в чистой культуре 10 штаммов хлоро-кокковых микроводорослей, которые включены в коллекцию культур микроорганизмов лаборатории природных микробиоценозов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (Акт № 16379-1255-104 от 29.05.2007). Культуры Monoraphidium arcuatum (Korsch.) Hind, и Scenedesmus mangus var. mangus Meyen из данной коллекции используются в качестве тест-объектов при определении влияния поллютантов на фотосинтетическую активность растений на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Оренбургского государственного университета (Акт внедрения . от 08.06.2007).

Апробация работы:

Основные результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на III Международной конференции «Актуальные проблемы современной альгологии» (Харьков, 2005); IX школе диатомологов России и стран СНГ «Морфология, систематика, онтогенез, экология и биогеография диатомовых водорослей» (пос. Борок, Ярославской области, 2005); III Международной научной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006); научной конференции с международным участием «Водные ресурсы и организмы - 8» (Москва, 2006); IX Съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти,

2006); V Российской конференции «Персистенция микроорганизмов» (Оренбург, 2006); Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006); 2-м Байкальском Микробиологическом Симпозиуме с международным участием «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2007); III Международной научной конференции «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск,

2007); III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2007).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Объем и структура диссертационной работы:

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Игнатенко, Марина Евгеньевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время известно, что симбиотические ассоциации представляют собой одну из основных форм существования микроорганизмов (Лобакова Е.С., 2006). Наиболее древними считаются симбиотические ассоциации водорослей с гетеротрофными микроорганизмами (Зенова Г.М. и др., 1995). Изучение альгобактериальных ассоциаций началось во второй половине XX в., основное внимание исследователей было направлено в первую очередь на изучение влияния водорослей как продуцентов органического вещества, а также на функции и видовой состав гетеротрофного компонента сообщества (Домрачева Л.И., Штина Э.А., 1985; Дедыш С.Н. и др., 1992; Борисова Е.В., 1996). Изучение взаимодействий водорослей и бактерий актуально, во-первых, в общебиологическом плане, поскольку изучение механизмов формирования альгобактериальных ассоциаций позволит прогнозировать особенности их функционирования в изменяющихся условиях внешней среды. Во-вторых, в прикладном аспекте, необходимо изучать биологические свойства автотрофного и гетеротрофного компонентов альгобактериальных сообществ, которые определяют их участие в процессах самоочищения природных водоемов.

В настоящей работе предпринята попытка охарактеризовать некоторые механизмы, участвующие в формировании альгобактериальных ассоциаций.

Объектом исследования послужили планктонные альгобактериаль-ные сообщества пойменных озер Беленовское и Рудничное.

При исследовании механизмов формирования и регулирования альгобактериальных ассоциаций были получены фоновые данные по таксономическому составу, качественным и количественным показателям развития альгологических и бактериальных ценозов, с определением доминирующих форм водорослей исследуемых природных водоемов.

За период исследования в фитопланктоне пойменных озер Беленовское и Рудничное обнаружено 202 вида, разновидностей и форм водорослей (150 и 170, соответственно), принадлежащих 7 отделам, наиболее разнообразно из которых были представлены отделы Chlorophyta, Euglenophyta и Cyanophyta. Отмечено, что изменения в структуре водорослевого сообщества носят выраженный сезонный характер и обусловлены климатическими факторами. В зимний и ранне-весенний периоды в планктоне исследуемых озер преобладают золотистые, динофитовые и диатомовые водоросли, тогда как в теплые сезоны (летний и ранне-осенний) доминирующий комплекс фитопланктона представлен зелеными, синезелеными и эвгленовыми водорослями. На основании анализа качественного и количественного развития фитопланктона исследуемых водоемов отмечено, что озеро Беленовское отличается большей степенью трофности, чем озеро Рудничное, что согласуется с данными других исследователей, показавших, что именно эвтрофные водоемы характеризуются количественно богатым фитопланктоном при его низком видовом разнообразии (Вассер С.П. и др., 1989; Трифонова И.С., 1990; Данилов P.A., 2002; Трифонова И.С. и др., 2003; Садчиков А.П., 2003).

Если фитопланктон анализируемых водоемов изучался ранее (Степанова Т.Н., 1988), то бактериопланктон данных пойменных озер был исследован впервые. В трофической структуре и количественном развитии бактериальных ценозов также отмечены значительные трансформации в течение годичного цикла, обусловленные сменой температурного режима, смывами с почв, привносами с паводковыми водами, вегетацией водорослей и т.д. В развитии звена редуцентов озера Рудничное выявлена прямая связь между численностью бактерий, в том числе и сапрофитной микрофлоры, и динамикой развития фитопланктона. В озере Беленовское подобная зависимость отсутствовала, что свидетельствует о поступлении и наличии в водоеме аллохтонного органического вещества.

На основании анализа количественных показателей развития фито- и бактериопланктона, интенсивности продукционно-деструкционных процессов, результатов сапробиологического анализа определен трофических статус исследуемых водоемов: озеро Беленовское - эвтрофное, озеро Рудничное — мезотрофное. Полученные результаты согласуются с данными Т.Н. Степановой (1988, 1989, 1990, 2000). Следует отметить, что за двадцатипятилетний период исследований трофический статус озер не изменился, что может быть связано с вымыванием образующейся органики (донных отложений) и разбавлением воды весенними паводковыми водами, когда пойменные озера и река Урал образуют единый сток (Степанова Т.Н., 1988; Самарина B.C., 1999).

Исследование динамики численности и трофической структуры бактериопланктона в совокупности с показателями качественного и количественного развития фитопланктона позволили более точно и полно охарактеризовать санитарное состояние водоемов, определить класс качества воды и уровень трофности. Мониторинговые исследования, направленные на определение выше перечисленных параметров (трофического статуса водоемов, класса качества воды, оценку функционирования водных экосистем) приобрели в настоящее время особую актуальность, в связи с чрезмерной хозяйственной эксплуатацией природных водоемов и как следствие этого нарастающей антропогенной нагрузкой, и являются важной предпосылкой для принятия своевременных природоохранных мер.

При исследовании механизмов формирования и регулирования сим-биотических взаимодействий в альгобактериальных сообществах мы рассматривали ассоциации водорослей и бактерий как сложно организованные динамические системы, компоненты которых взаимодействуют друг с другом посредством трофических связей, а также способны к взаимной регуляции с участием функциональных систем (Дедыш С.Н. и др., 1992; Зе-нова Г.М. и др., 1995; Немцева Н.В., Алехина Г.П., 1996).

В качестве одного из механизмов регуляции взаимодействий водорослей и бактерий в альгобактериальных сообществах рассматривают функциональную систему «лизоцим - антилизоцим» (Алехина Г.П., 1996; НемцеваН.В., 1998; Бухарин О.В., 1999). В рамках данной системы описаны альгобактериальные ассоциации двух типов: это сообщества лизоци-мактивной водоросли с антилизоцимактивными бактериями и, наоборот, сообщества антилизоцимактивной водоросли с лизоцимактивными бактериями. Полученные нами результаты разошлись с ранее проведенными исследованиями. Нами было обнаружено отсутствие лизоцимактивных форм в анализируемых альгобактериальных ассоциациях, автотрофный и гетеротрофный компоненты данных ассоциаций были представлены антилизоцимактивными микроорганизмами.

Полученные данные позволили предположить, что антилизоцимная активность бактерий-симбионтов в совокупности с антилизоцимной активностью водоросли способствуют доминированию последней в альгоце-нозе. Высказанное предположение не противоречит результатам исследований других авторов (Бухарин О.В. и др., 2001; Шабанов C.B., 2001), показавших, что водоросли, обладающие антилизоцимной активностью, являются видами - виолентами способными к энергичному захвату биотопа, конкурентному подавлению соперников и доминированию в альгоценозе.

В тоже время согласно Штиной Э.А., Панкратовой Е.М. (1974) состав бактериальной микрофлоры лабораторных альгокультур существенно отличается от микрофлоры естественных альгобактериальных ценозов, поэтому, возможно, что в естественных условиях водоема анализируемые нами ассоциации могут дополняться лизоцимактивными формами, что позволяет рассматривать их в рамках функциональной системы «лизоцим -антилизоцим».

Известно, что в процессе фотосинтеза водорослей в качестве промежуточного продукта образуется и выделяется в среду перекись водорода

Батовская Л.О. и др., 1988; Штамм Е.В. и др., 1991; Zepp R.G., 1987), де-токсикацию которой осуществляет каталаза (Winstone G.W., Di-Giulio R.T., 1991). При определении каталазной активности бактерий-симбионтов отмечено, что в модельных альгобактериальных ассоциациях присутствуют штаммы бактерий-спутников с различным уровнем исследуемого признака. Так, каталазная активность бактерий ассоциантов Coelastrum micro-porum Näg. варьировала в диапазоне от 0,98 до 5,92 мкМ/минхОД, у бактерий - спутников Scenedesmus obliquus (Тиф.) Kütz. var. obliquus f. obliquus — 0,69 — 6,19 мкМ/минхОД, каталазная активность бактерий — спутников Chlorococcum infusionum — 2,2 - 6,5 мкМ/минхОД, бактерий, выделенных из ассоциации Chlamydomonas reinhardii варьировала от 3,8 до 4,0 мкМ/минхОД.

Анализ сокультивирования хлорококковой водоросли Coelastrum mi-croporum с дериватами Escherichia coli, различающимися по наличию гена, кодирующего каталазную активность (штаммы Um 1, Cat" и CSH 7, Cat+), выявил, что каталазная активность микроорганизмов способствует выживанию бактерий, ассоциированных с водорослями.

В результате сокультивирования хлорококковой водоросли Scenedesmus obliquus var. obliquus f. obliquus и ассоциированных с ней бактерий (Acetobacter sp., Microbacterium sp., Pseudomonas sp., Pseudomonas alcaligenes, Arthrobacter sp.), обнаружена зависимость между уровнем каталазной активности и выживаемостью бактерий-симбионтов. Отмечено, что высокий уровень продукции исследуемого признака позволяет бактериям-спутникам преобладать в альгосообществе.

Таким образом, установлено, что в формировании симбиотических связей между автотрофным и гетеротрофным компонентом альгобактери-альной ассоциации наряду с другими биотическими факторами принимают участие и функциональные системы «лизоцим-антилизоцим», «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий». Полученные данные представляют интерес в теоретическом аспекте, расширяя представление о механизмах формирования альгобактериальных ассоциаций.

Практический аспект работы заключается в разработке алгоритма, позволяющего по уровню каталазной активности дифференцировать сопутствующую бактериофлору в альгобактериальной ассоциации на тран-зиторную и резидентную. К числу резидентной бактериофлоры с учетом проведенных расчетов были отнесены бактериальные симбионты с высоким уровнем исследуемого признака (свыше 3,5 мкМ/минхОД), тогда как все остальные бактерии-спутники в альгобактериальной ассоциации рассматривались как транзиторная бактериофлора. Сходная тенденция описана в работе Сгибнева A.B. (2002), изучавшего механизмы регуляции активности бактериальной каталазы микроорганизмов тела человека. Им показано, что распространенность и выраженность способности ингибиро-вать бактериальную каталазу выше у резидентной нормофлоры, чем у транзиторных микроорганизмов. Среди представителей нормофлоры преобладают преимущественно штаммы с высоким и средним уровнем исследуемого признака, тогда как транзиторные микроорганизмы характеризуются низким уровнем.

Другой аспект работы состоит в том, что на основании результатов статистического и математического анализа данных многолетних наблюдений за динамикой качественного и количественного развития фитопланктона пойменных озер была выделена группа из шести информативных параметров, которые могут быть использованы при определении трофического статуса водоемов. Среди них параметры биотической (водоросли Crucigenia tetrapedia (Kirchn.) W. Et G.S. West, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. var. quadricauda, Trachelomonas volvocinopsis Swir.) и абиотической (среднедекадная температура воздуха, количество осадков за декаду, прозрачность) природы. Выбор водорослей в качестве информативных биотических параметров при оценке трофности водоема не случаен. Поскольку водоросли составляют основу трофической пирамиды и первыми в трофической цепи реагируют на различные загрязнители, а также все изменения, протекающие в водоемах, в том числе и эвтрофирование (Трифонова И.С., 1990; Баринова С.С. и др., 2006; Бакаева E.H., Никаноров A.M., 2006).

Другим прикладным аспектом работы является активное использование чистых культур хлорококковых микроводорослей, выделенных из природных водоемов и поддерживаемых в лабораторных условиях, при изучении механизмов формирования альгобактериальных ассоциаций.

Установлено, что анализируемые культуры водорослей обладают ан-тилизоцимной и антагонистической активностью. Наличие антилизоцим-ной активности делает исследуемые штаммы перспективными в плане их использования при изучении механизмов симбиотических взаимодействий лизоцимпродуцирующего и антилизоцимактивного компонентов в альго-сообществе и гидробиоценозе. Обладая антагонистической активностью микроводоросли способны подавлять рост «нежелательных» микроорганизмов и регулировать, таким образом, количество и численность гетеротрофного компонента в альгобактериальном ценозе. Кроме того, антагонистическая активность микроводорослей имеет значение в прикладном аспекте, поскольку водоросли, обладающие данным признаком, способны подавлять развитие условно-патогенных и энтеропатогенных санитарно-показательных бактерий, что обуславливает их активное участие в самоочищении природных водоемов.

Все исследуемые штаммы микроводорослей, будучи фототрофны-ми организмами, являются продуцентами перекиси водорода. Обнаруженное свойство делает коллекционные культуры водорослей перспективными как в практическом аспекте - использование водорослей в системе искусственной очистки воды (перекись водорода водорослей способствует переводу примесей в воде в окисленное состояние, активируя процессы самоочищения (Скурлатов Ю.И., 1988; Вассер С.П. и др., 1989), так и в теоретическом - при изучении механизмов взаимодействия водорослей и бактерий в альгобактериальном сообществе, с участием функциональной системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий -симбионтов».

Подводя итог проведенному исследованию, следует отметить два основных момента:

- на основании анализа качественного и количественного развития фитопланктона пойменных водоемов выделена группа информативных параметров биотической и абиотической природы, которые могут быть использованы при оценке трофического статуса водоемов;

- функциональные системы «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий», «лизоцим - антилизоцим» наряду с другими биотическими факторами способствуют выживанию симбионтов и участвуют в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Игнатенко, Марина Евгеньевна, Оренбург

1. Алексахина Т.И. Почвенные водоросли антропогенно нарушенныхлесных экосистем на территории России // Альгология. 1999. Т.9. № 2. 6.

2. Алехина Г.П. Лизоцимная и антилизоцимная активность ал ьго флоры вводных биоценозах: Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Оренбург, 1996. 25.

3. Андреева В.М., Сдобникова Н.В., Чалпыгине О.Я. О почвенных водорослях Оренбургской области // Новости систематики низших растений. Л.: «Наука», 1983. Т. 20. 208 с.

4. Андреюк Е.И., Коптева Ж.П., Занина В.В. Цианобактерии. Киев, Наукова думка, 1990. 200 с.

5. Багнюк В.М. Ноженко Л.С., Закордонец О.А. Литические бактерии вактивном иле станции биохимической очистки сточных вод // Микробиология, 1983. Т. 45. № 2. 15-21.

6. Бакаева Е.Н., Никаноров A.M. Гидробионты в оценке качества вод суши. М.: Наука, 2006. 239 с.

7. Баринова С. Методические аспекты анализа биологического разнообразия водорослей. Водоросли-индикаторы в оценке качества окружающей среды. М., ВНИИПрироды, 2000. 4 - 59.

8. Баринова С, Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей - индикаторов окружающей среды. Тель-Авив, 2006. 498 с.

9. Батовская Л.О., Козлова Н.Б., Штамм Е.В., Скурлатов Ю.И. Роль микроводорослей в регуляции содержания Н2Ог в природных водах // Доклады Академии наук СССР. 1988. Т. 301. № 6. 1513 - 1516.

10. Богданов Н.И. Первичная продукция и микробиология Кай-ракКумского водохранилища. Душанбе: Донищ, 1975. 115 с.

11. Борисова Е.В. Видовой состав бактерий, сопутствующих микроводорослям в культуре (обзор литературы) // Альгология. 1996. Т. 6. №3. 303-313.

12. Борисова Е.В., Ногина Т.М., Ступина В.В. Бактерии, сопутствующиеводоросли Scenedesmus acutus Meyen в лабораторных культурах // Альгология. 1997. Т. 7. № 4. 358 - 364.

13. Борисова Е.В., Ногина Т.М. Бактерии рода Rhodococcus, сопутствующие зеленым водорослям в природе и при лабораторном культивировании // Гидробиологический журнал. 1997. Т.ЗЗ. №3. 44 - 50.

14. Бриттон Г.Н. Биохимия природных пигментов. М., Мир, 1986. с. 425.

15. Брудастов Ю.А., Бачурская Н.С., Петрова Е.В., Брудастов А.Н. Бактерицидные эффекты активных метаболитов кислорода // Вестник ОГУ, 2006. № 12. 27-31.

16. Булгаков Н.Г., Левич А.П. Биогенные элементы в среде и фитопланктон: отношение азота к фосфору как самостоятельный регулирующий фактор // Успехи современной биологии. 1995. Т. 15. Вып.1. 13 - 23.

17. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов.Л.: Наука, 1983. 150 с.

18. Бухарин О.В., Васильев Н.В. Лизоцим и его роль в биологии и медицине. Томск, изд-во Томского ун-та, 1974. 208 с.

19. Бухарин О.В., Васильев Н.В., Усвяцов Б.Я. Лизоцим микроорганизмов.Томск: Томский ун-т, 1985. 215 с.

20. Бухарин О.В., Немцева Н.В., Алехина Г.П. Лизоцимная и антилизоцимная активность альгофлоры // Микробиология, 1997. Т. 66. № 3. 429 - 432.

21. Бухарин О.В., Литвин В.Ю. Патогенные бактерии в природных экосистемах. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. 277 с.

22. Бухарин О.В., Черкасов СВ., Сгибнев А.В., Забирова Т.М., ИвановЮ.Б. Влияние микробных метаболитов на активность каталазы и рост Staphylococcus aureus 6538 P. // Бюлл. эксп. биол. 2000. Т. 130. № 7. 80 -82.

23. Бухарин О.В., Немцева Н.В., Шабанов СВ., Плотников А.О. Антилизоцимная активность как фактор выживания водорослей в водных биоценозах // Экология. 2001. №2. С 109 - 113.

24. Бухарин О.В., Немцева Н.В. Система «лизоцим - антилизоцим» и еероль в обеспечении симбиотических связей гидробионтов // Успехи современной биологии. 2002. Т. 122. № 4. С 326 - 334.

25. Вассер СП., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. Водоросли. Справочник. Киев: Наук, думка, 1989. 608 с.

26. Вейант Р., Мосс У., Уивер Р., Холлис Д., Джордан Дж., Кук Э., Дейншвар М. Определитель нетривиальных патогенных граматрицательных бактерий (аэробных и факультативно анаэробных). Пер. с англ. М.: Мир, 1999.791 с.

27. Винберг Г.Г. Первичная продукция водоемов. Минск, Изд-во Академии Наук БССР, 1960. 329 с.

28. Вода. Санитарные правила, нормы и методы базопасного водопользования населения. Сборник документов. 2-е изд-е. / Ю.А. Рахманин, З.И. Жолдакова, Г.И. Красовский. М.: «Интер СЭН», 2004. 768 с.

29. Водоросли, вызывающие «цветение» водоемов Северо-Запада России.М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. 367 с.

30. Вольберг М.М. Взаимодействие популяций микроводорослей и бактерий в модельной системе. Автореф. дисс. .. канд. биол. наук. Москва, 1988. С 24.

31. Воробьева Л.И. Пропионовокислые бактерии. М., МГУ, 1995. 288 с.

32. Герасименко Л.М., Митюшина Л.Л., Намсараев Б.Б. Маты Microcoleusиз алкалофильных и галофильных сообществ // Микробиология, 2003. 72 (1). 84-92.

33. Герасимова Н.А. Фитопланктон Саратовского и Волгоградского водохранилищ. Тольятти. 1996. 200 с.

34. Глаголева О.Б., Зенова Г.М. Экологическая характеристика бактериального звена альгобактериальных ассоциаций // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение, 1992. № 3. с. 19-25.

35. Глаголева О.Б., Зенова Г.М, Добровольская Т.Г. Взаимодействие водорослей и бактерий-спутников в ассоциативных культурах // Альгология. 1992.Т.2.№2. 57-63.

36. Гланц Медико-биологическая статистика. Пер. англ. М., Практика,1998. 459 с.

37. Гольдин Е.Б., Гольдина В.Г. Антибактериальные свойства метаболитов водорослей в модельных экспериментах// Альгология, 1999. Т. 9. № 2. 34.

38. Горленко В.М., Дубинина Г.А., Кузнецов С И . Экология водных микроорганизмов. М., «Наука», 1977. 289 с.

39. Горобец О.Б., Блинкова Л.П., Батуро А.П. Влияние микроводорослейна жизнеспособность микроорганизмов в естественной и искусственной среде обитания // ЖМЭИ, 2001. № 1. 104-108.

40. Громов Б.В. Цианобактерии в биосфере // Соросовский образовательный журнал, 1996. № 9. С 33-39.

41. Турин И.С., Ажгихин И.С. Биологически активные вещества гидробионтов — источник новых лекарств и препаратов. М., Наука, 1981. 136 с.

42. Давыдова O.K., Дерябин Д.Г., Никиян А.Н., Эль-Регистан Г.И. О механизмах взаимодействия ДНК с химическими аналогами аутоиндукторов анабиоза // Микробиология, 2005. Т. 74. № 5. 616-625.

43. Данилов Р.А. Структура популяций планктонных водорослей и трофность озер: возможность использования экологических индексов при неприрывном мониторинге трофности // Гидробиологический журнал, 2002. Т. 38. №4. 10-14.

44. Дедыш Н., Зенова Г.М., Добровольская Р.Г., Грачева Т.А. Структураальгоценозов, формирующихся в период «цветения» почвы // Альгология, 1992. Т. 2. № 2. 63-69.

45. Диатомовые водоросли СССР. Ископаемые и современные. Л.: 1974.Т. I. 400 с.

46. Диатомовые водоросли России и сопредельных стран: Ископаемые исовременные. Т. II, вып. 3 / Под ред. И.В. Макаровой. СПб.: Изд-во С Петерб. ун-та, 2002. 112 с.

47. Дзержинская И.С. Альго-бактериальные аспекты нтенсификации биогидрохимического круговорота в техногенных экосистемах. — Автореф. дис. .. докт. биол. наук. М., 1993. 51с.

48. Дормачева Л.И., Штина Э.А. Структура группировок водорослей при«цветении» почвы //Бот. журн., 1985. Т.70. № 2. 180 - 187.

49. Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональнойактивности клеток (жизнь и смерть, созидание и разрушение). Физиологические и клинико-биохмические аспекты. СПб.: Издательство Медицинская пресса, 2006. 400 с.

50. Дудниченко Т.И. Изучение взаимоотношений Haematococcus pluvialisFlotow et Wille (Chlorophyta) и сопутствующих бактерий // Альгология, 1999. Т. 9. № 2. 47.

51. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии М.: Наука,2003. 348 с.

52. Зданович В.В., Криксунов Е.А. Гидробиология и общая экология: словарь терминов. М.: Дрофа, 2004. 192 с.

53. Зенова Г.М., Штина Э.А., Дедыш Н., Глаголева О.Б., Лихачева А.А.,Грачева Т.А. Экологические связи водорослей в биоценозах // Микробиология. 1995. Т.64. №2. 149 - 164.

54. Карнаухова И.В. Лизоцимный фактор пресноводного двустворчатогомоллюска Unio pictorum: выделение, характеристика, функции. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Пермь, 2000. 20 с.

55. Каталог культур микроводорослей в коллекциях СССР. М., 1991. 227с.

56. Китаев СП. Экологические основы биопродуктиврости озер разныхприродных зон. М.: Наука, 1984. 207 с.

57. Клоченко П.Д. Водоросли — продуценты биологически активных Nгетероциклических соединений. // Альгология. 1999. т.9. №1. 93 - 99.

58. Клоченко П.Д., Медведев В.А., Борисова Е.В., Царенко П.М. Особенности накопления нитритного азота в культурах хлорококковых (СЫогоcoccales, Chlorophyta) водорослей // Альгология. 2000. Т. 10. № 3. 257 -264.

59. Коршиков О.А. Визначник прюноводних водоростей Украшсько1 РСР.V. Кшв, 1953.439 с.

60. Кузнецов СИ., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. М., Наука, 1989. 288 с.

61. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

62. Ленова Л.И. Исследование взаимоотношений представителей родаChlorella с сопутствующими бактериями. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Киев, 1968.

63. Лобакова Е.С. Ассоциативная симбиология на примере растительныхсимбиозов // Вестник Московского ун-та. Сер. 16. Биология. 2006. № 4. 9-16.

64. Максимова И.В., Сидорова О.А. Светозависимый антибактериальныйэффект водорослей и его экологическое значение (обзор) // Гидробиологический журнал. 1986, 22 (6): 3 - 11.

65. Максимов А.Ю. Генетические эффекты флавоноидов в бактериальныхкультурах. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Пермь, 2004. 24.

66. Матейко Т.Я. Метаболиты высших водных растений и их роль в гидробиоценозах (обзор) // Гидробиологический журнал, 1981. Т. 17. № 4. 5-14.

67. Матишов Г.Г., Фуштей Т.В. К проблеме вредоносных «цветений воды» в Азовском море // Электронный журнал «Исследовано в России», 2003. 213-225. http: // zhurnal. аре. relarn. ш /articles/ 2003/122.pdf.

68. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. 1993. № 4 (113). 442-455.

69. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и жизнедеятельность растений // Соросовский образовательный журнал, 1999. № 9. 20 - 26.

70. Методика изучения биоценозов внутренних водоемов. М., «Наука»,1975.240 с.

71. Микулина А.Е. Культивирование одноклеточных водорослей // электронный журнал «Корма для аквариумных рыб» / aquascope. ш / 2707.2003.

72. Минеева Н.М. Формирование первичной продукции планктона Рыбинского водохранилища в летний период. / В кн. Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993.С. 114-141.

73. Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде Волжских водохранилищ. / М.: Наука, 2004. 156 с.

74. Моисеенко Т.И., Гапеева М.В., Рогов А.В. Оценка биопродуктивностиводоемов с помощью ГИС // Электронный журнал «Сделано в России» http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2006/114.pdfc. 1080- 1085.

75. Музафаров A.M., Таубаев Т.Т. Культивирование и применение микроводорослей. Ташкент, «Фан» УзССР, 1984. 136.

76. Мусатов А.П. Оценка параметров экосистем внутренних водоемов. М:Научный мир, 2001. 192 с.

77. Немцева Н.В., Алехина Г.П. Антилизоцимный признак в микробиологической характеристике речных альгобактериальных сообществ // ЖМЭИ, 1996. № 3. 93 - 96.

78. Немцева Н.В. Микробиологическая характеристика биоценотическихвзаимоотношений гидробионтов и ее значение в санитарной оценке водоемов. Автореф. дисс. .. док. мед. наук. Челябинск, 1998. 38.

79. Немцева Н.В., Селиванова Е.А., Плотников А.О. Роль симбиотическихвзаимодействий в выживании микроорганизмов в гипергалинных водоемах // ЖМЭИ, 2006. № 4. 117 - 120.

80. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Кузьменко М.И. и др. Комплекснаяэкологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал, 1993. Т.29. № 4. 62 — 76.

81. Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Пер. с англ./Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, Уилльямса. М.: Мир, 1997.

82. Определитель пресноводных водорослей СССР. Т.4 / Под ред. М.М.Голлербах. М., 1951. 619 с.

83. Охапкин А.Г., Микульчик И.А., Корнева Л.Г., Минеева Н.М. Фитопланктон Горьковского водохранилища. Тольятти. 1997. 224 с.

84. Пивоваров Ю.П., Королик В.В. Санитарно-значимые микроорганизмы(таксономическая характеристика и дифференциация). М.: Изд-во ИКАР, 2000. 268 с.

85. Пименова М.Н., Пискунова Н.Ф. Метаболизм органических соединений у микроводорослей // Успехи микробиологии, 1977. № 12. 42-57.

86. Полесская О.Г. Растительная клетка т активные формы кислорода. —М., 2007. 140 с.

87. Ремигайло П.В., Габышев В.А. Особенности развития фитопланктонасредней Лены (Россия) // Альгология. 1999. Т.9. № 2. 122 - 123.

88. Романенко В.И. Первичная продукция органического вещества в процессе фотосинтеза в каскаде Волжских водохранилищ / В кн. Биологическая продуктивность и качество воды Волги и ее водохранилищ. М.: Наука, 1984. 4 8 - 6 0 .

89. Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Стольберг Ф.В., Лаврик В.И. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. Киев, Наукова Думка, 1990. 256 с.

90. Романова О.Л. Анализ пространственно-временной изменчивости альгофлоры искусственных водоемов в черте города. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. М., 2006. 22 с.

91. Россолимо Л.Л. Изменение лимнических экосистем под воздействиемантропогенного фактора. М.: Наука, 1977. 120 с.

92. Рощина В.В. Биомедиаторы в растениях. Ацетилхолин и биогенныеамины. Пущине Биологический центр АН СССР, 1991. 192 с.

93. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводныхэкосистем. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 318 с.

94. Садчиков А.П. Методы изучения пресноводного фитопланктона: методическое руководство. М.: «Университет и школа», 2003. 157 с.

95. Сакевич А.И. Экзометаболиты пресноводных водорослей. Киев: Наук.думка. 1985.200 с.

96. Самуилов В.Д. Перекись водорода ингибирует рост цианобактерий //Биохимия. 1999. Т. 64. № 1. 33 - 34.

97. Санитарная микробиология эвтрофных водоемов / Григорьева Л.В.,Касьяненко A.M., Корчак Г.И. и др.; Под. ред. М.Г. Шандалы, Л.В. Григорьевой. К.: Здоров'я, 1985. 224 с.

98. Сафонова Т.А., Ермолаев В.И. Водоросли водоемов системы озера Чаны. Новосибирск: Наука, 1983. 152 с. Ю1.Сгибнев А.В. Регуляция активности бактериальной каталазы в межмикробных взаимодействиях. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Оренбург, 2002. 20 с.

99. Селиванова Е.А. Симбиотические связи микроорганизмов в планктонных сообществах соленых водоемов: Автореф. дис. .. канд. мед. наук. Оренбург, 2007. 23.

100. Середа Т.Н. Формирование структуры сообществ водорослей рекиДесны // Гидробиологический журнал. 1999. Т. 35. № 4. 22 - 32.

101. Сидорова О.А., Максимова И.В. Липиды зеленой водоросли Westellabotrioides и их светозависимая антибактериальная активность // Физиология растений, 1985. № 32 (3). 470 - 475.

102. Синельников В.Е. Откуда в реке перекись // Химия и жизнь, 1980. №12, 60-61. Юб.Сиренко Л.А., Carmichael W.W. Эвтрофирование водоемов и токсичность Cyanophyta. //Альгология, 1999. Т. 9. № 2. 132.

103. Соловых Г.Н. Система «лизоцим - антилзоцим» микроорганизмов вформировании водных сообществ пресноводных водоемов. Автореф. дис. .. докт. биол. наук. Челябинск, 1995. 46 с.

104. Степанова Т.Н. Особенности развития фитопланктона и продуцирования первичного органического вещества в пойменных озерах реки Урал //Автореф. .. канд. биол. наук. Кишинев, 1988. 19 с.

105. Степанова Т.Н. Сапробиологическая характеристика фитопланктонаводоемов поймы реки Урал // Деп. в ВИНИТИ 03.04.90. № 1806. 16 с.

106. Ю.Степанова Т.Н., Шабанов С В . К флоре водорослей Оренбургской области // Вопросы степной биоценологии. Сб. научн. тр. Екатеринбург, РАН, 1995. 3-16.

107. Титова СВ. Культивирование Vibrio cholerae с зелеными водорослямив эксперименте // Микробиология, 2000. № 2. 19 - 22.

108. Толмачев А.И. Введение в географию растений. Л.: Изд-во Ленинград.ун-та, 1974.243 с.

109. Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л.:Наука, 1990. 184 с.

110. П.Трифонова И.С, Воронцова Н.К., Макарцева Е.С., Павлова О.А., Ульянова Д.С, Чеботарев Е.Н. Влияние климатических изменений и эвтрофирования на динамику планктонных популяций мезотрофного озера. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 2003. 125 с.

111. Трифонова И.С. Роль биоиндикации в лимнологическом мониторинге// Сб. тезисов докладов Междунар. конфер. (Санкт-Петербург, 23 - 27 октября 2006 г.). СПб., 2006. 153 с.

112. Унифицированные методы исследования качества вод. М.: СЭВ, 1983.ч.З. 371 с.

113. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. М.: Протектор, 2000. 848 с.

114. Хайруллин P.M., Ахметова И.Э. Хемилюминесцентный анализ быстрой продукции перекиси водорода интактными проростками пшеницы под влиянием хитоолигосахаридов // Биохимия, 2001. Т. 66. Вып. 3. 349-353.

115. Хромов В.М. Продукционно-деструкционные характеристики как показатели качества воды // Материалы международной конференции «Первичная продукция водных экосистем», Борок, Россия, 11 — 16 октября 2004. Ярославль, 2004. 102 -103.

116. Царенко П.М. Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР / АН УССР. Ин-т ботаники им. Н.Г. Холодного; отв. ред. Паламарь-Мордвинцева Г.М. Киев, Наук, думка, 1990. 208 с.

117. Шабанов СВ. Биологическая роль антилизоцимной активности у водорослей. Автореф. дис. .. канд. биол. наук. Оренбург, 2001. 23 с.

118. Шахматова О.А., Парчевская Д.С. Активность каталазы и контролькачества воды // Альгология. 2000. Т. 10. № 3. 355 - 361.

119. Штамм Е.В., Пурмаль А.П., Скурлатов Ю.И. Роль пероксида водородав природной среде // Успехи химии. 1991. Т. 60. Вып. 11. 2373 - 2411.

120. Шитиков В.К., Розенберг Г.С, Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.

121. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения: в 2 кн./ Ин-т экологии Волжс. бассейна. М.: Наука, 2005. Кн. 1. 281 с. Кн. 2. 337 с.

122. Шмидт В.М. Количественные показатели в сравнительной флористике// Ботанический журнал. 1974. Т 59. № 7. 929 - 940.

123. Штина Э.А., Панкратова Е.М. Взаимодействия азотфиксирующих синезеленых водорослей с микроорганизмами-спутниками / Актуальные проблемы биологии синезеленых водорослей. М., «Наука», 1974. 61 78.

124. Экология микроорганизмов: Учеб. для студ вузов / А.И. Нетрусов,Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М. Горленко и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 272 с.

125. Юнг Л.А. Бактерии-спутники почвенных синезеленых водорослей и ихроль в жизни альгобактериального ценоза // Почвы и приемы повышения эффективности их использования: Тр. Кировского с-х ин-та. Пермь, 1975. 113- 124.

126. Яценко-Степанова Т.Н., Немцева Н.В., Шабанов С В . АльгофлораОренбуржья // Екатеринбург. УрО РАН. 2005. 202 с.

127. Яценко-Степанова Т.Н., Шабанов С В . Многолетняя динамика фитопланктона некоторых озер степного Приуралья // Материалы IX Съезда Гидробиологического Общества РАН (18 - 22 сентября 2006г, Тольятти). Т.2. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2006. 259 с.

128. Асаул 3.1. Визначник евгленових водоростей Украшсько1 РСР. Кшв,Наук, думка, 1975. 407 с.

129. Baganz D., Staaks G., Steinberg С Impacts of the Cyanobacteria toxin, Microcystin-LR on behavior of Zebrafish, Danio rerio // Water res. 1998. Vol. 32. № 3 . P. 948-952.

130. Bell W., Mitchell R. Chemotactic and growth responses of marine bacteriato algalextatracellular products // Biol, bull., 1972. 143. № 2. P. 265 - 277.

131. Ben-Amoz A. Dunaliella в-carotene from Science to Commerce // J. Seckbach (ed.) Enigmatic Microorganisms and Life in Extreme Environments. Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherland, 1999. P. 399 - 410.

132. Bergman В., Bergman K., Rasmussen U. Cyanobacteria in symbioses withplants and fungi / J. Seckbach (ed.), Enigmatic Microorganisms and life in Extreme Environments, 1999. P. 615 - 627.

133. Carmichael W.W., Falconer I.R. Diseases related to freshwater blue-greenalga toxins and their control measures // Algal toxins in seafood and drinking water. London: Academic press, 1993. P. 186 - 209.

134. Carmichael W.W. The toxin of cyanobacteria // Sci. Amer. 1994. 270. 1.P.78 - 86.

135. Codd G. Eutrophication, blooms and toxins of cyanobacteria (blue-greenalgae) and health // Proc. fourth disaster prevent, and limit, conference. University of Bradford, 1992. V. 4. P. 33 - 62.

136. Collen J., Del Rio Miguel Jimenez, Garcia-Reina G., Pedersen M. Photosynthetic production of hydrogen peroxide by Ulva rigida C. Ag. (Chlorophyta) // Plant, 1995. № 2 (196). P. 225 - 230.

137. Constandse-Westermann T.S. Coefficient of Biological Distance. N.Y.:Humanities press, 1972. 142 p.

138. Falconer I.R. Mechanism of toxicity of cyclic peptide toxins from bluegreen algae. Algal toxins in seafood and drinking water. London: Academic press, 1993. P. 177-186.

139. Falconar I.R. Potential impact on human health of toxic cyanobacteria //Phycologia. 1996. 35 suppl. P. 6 - 11.

140. Guven K.C., Bora A., Suman G. Hordenine from the alga Phyllophora nervosa//Phytochemistry. 1970. V. 9. P. 1893.

141. Hagmann L., Juttner F. Fischerellin A, a novel photosystem-II-inhibitingallelochmical of the cyanobacterium Fischerella muscicola with antifungal and herbicidal activity // Tetrahedron Lett. 1996. 37, № 36. P. 6539 - 6542.

142. Herbst V., Overbeek J. Metabolic coupling between the alga Oscillatoriaredekei and accompanying bacteria // Naturwissenschaften. 1978. 65, №11. P. 598 - 599.

143. Huss V.A.R. Freshwater algal symbioses in protozoa and invertebrates / J.Seckbach (ed.), Enigmatic Microorganisms and life in Extreme Environments, 1999. P. 641 - 650.

144. Hustedt F. Die Diatomeenflora des flu(3systems der weser im gebiet derhansestadt Bremen. Abhandlungen Naturwissenschaftlicher, Verein, 1957. Bd. 34. S. 181 - 440.

145. Knubel G. Cytotoxic, antiviral indolocarbazoles from a blue-green alga belonging to the Nostocaceae // J. Antibiotics. 1990. № 43. P. 1236 - 1239.

146. Komarek J., Anagnostidis K. Cyanoprocaryota. 1. Teil. Chroococcales //Stisswasserflora Mitteleuropa. 19/1 - Jena: Ficher Verland. 1999. 548 p.

147. Kozubek A., Tyman J.H.P. Resorcinolic lipids, the natural non-isoprenoidphenolic amphiphiles and their biological activity // Chem. Rev. 1999. V. 99. № L P . 1 -31.

148. Krammer K., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Bd. 2/1. Naviculaceae.// SuBwasserflora von Mitteleuropa. Bd. XVI. 1986. S. 1 - 876.

149. Krammer K., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Bd. 2/2. Bacillariaceae,Epithemiaceae, Surirellaceae. // SuBwasserflora von Mitteleuropa. Bd. XI. 1988. S. 1-596.

150. Krammer K., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Bd. 2/3. Centrales,Fragilariaceae, Eunotiaceae. // SuBwasserflora von Mitteleuropa. 1991a. S. 1576.

151. Krammer К., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Bd. 2/4. Achnanthaceae. // Sufiwasserflora von Mitteleuropa. 1991b. S. 1 - 434.

152. Moore R.E., Cheuk Ch., Patterson G.M.L. Hapalindoles: new alkaloidsfrom the blue-green alga Hapalosiphon fontinalis // Ibid. 1984. V. 106. P. 6456 - 6457.

153. Park A., Moore R.E., Patterson G.M.L. Fischerindole L, a new isonitrilefrom the terrestrial blue-green alga Tolypothrix nodosa // J. American Chemistry Society. 1992. V. 114. P. 385 - 387.

154. Shannon C.B. The mathematical theory of communication // The bell system. Techn. J. 1948. V. 27. P. 379 - 423, 623 - 656.

155. Sladecek V. System of water quality from the biological point of view.Arch. Hydrobiol./ Ergebn. LimnoL, 1973. № 7. P. 218.

156. Sommer U. The periodicity of phytoplankton in Lake Constance (Bodensee) in comparison to other deep lakes of central Europe // Hydrobiologia. 1986. Vol. 138. P. 1-7.

157. Spondiewska I. Ecological characteristics of Lakes in northeastern Polandversus their trophic gradient: VI. The phytoplankton of 43 lakes // Ekol. pol., 1983. Vol. 31. № 2. P.353 - 381.

158. Springer M., Franke H., Pulz O. Gamma-Linolenic acid from Spirulinaplatensis - Improvement of product and composition of the lipid extracts // 2nd European Workshop Biotechnology of Microalgae. - 1995. P. 82-85.

159. Watson S., McCauley E., Downing J. Patterns in phytoplankton taxonomiccomposition across temperate lakes of different nutrient status // Limnol. Oceanogr. 1997. 42. P. 487 - 495.

160. Winstone G.W., Di-Giulio R.T. Prooxidant and antioxidant mechanisms inaquatic organisms //Aquatic toxicology. 1991. 19. №2. P. 137 - 161.

161. Zepp R.G., Skurlatov Y.I., Pierce J.T. Algal-induced decay and formationof hydrogen peroxide in water: its possible role in oxidation of anilines by algae // Photochemistry of environmental aquatic systems. 1987. P. 215 - 224. 1." 138 У

Информация о работе

Игнатенко, Марина Евгеньевна
кандидата биологических наук
Оренбург, 2008
ВАК 03.00.07

Диссертация

Характеристика симбиотических связей микроорганизмов в альгобактериальных сообществах природных водоемов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы