Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Условия азотфиксации у цианобактерий Plectonema Boryanum и Gloeothece sp.

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Нгуен Тхань Хоа, 0

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общая характеристика вданобактерий.

1.2. Азотфиксация у цианобактерий.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования.

2.2. Культивирование

2.3. Постановка опытов

2.4. Методы анализа.

ГЛАВА 3. АЗОТФИКСАВДЯ 7 РгесЛопбггьа ^оЛ^агьоипъ.

3.1. Синтез нитрогеназы клетками ftetiorttnba, -бог^апит./^

3.2. Активность нитрогеназы у P. $оъц.а,гиигг%

ГЛАВА 4. АЗОТФИКСАВДЯ У G((<)6oihM sp.

4.1. Синтез нитрогеназы клетками (jCocoiktct sp. . • •

4.2. Активность нитрогеназы у клеток вг&соЬкесб Sp.

ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.Юз

Введение Диссертация по биологии, на тему "Условия азотфиксации у цианобактерий Plectonema Boryanum и Gloeothece sp."

Фиксация молекулярного азота является уникальной способностью, свойственной только некоторым прокариотам. Детальное изучение этого процесса открывает широкие возможности для получения связанных форм азота, от обеспечения которыми зависит плодородие почв и,в конечном счете, полноценное питание человека.

Микроорганизмы, способные к фиксации молекулярного азота, принадлежат к различным таксономическим группам. Среди азотфик-саторов встречаются строгие анаэробные, аэробные и факультативно аэробные виды.

В последнее время большое внимание уделяли изучению азотфик-сации у фототрофных бактерий, у которых процесс ассимиляции молекулярного азота может происходить за счет использования энергии света. К их числу относятся пурпурные и зеленые бактерии, а также ряд цианобактерий. Наиболее интересными в практическом отношении являются цианобактерии, которые, подобно растениям, используют воду в качестве донора электронов при фотосинтезе.

Процесс азотфиксации более детально исследован у цианобактерий, имеющих гетероцисты, в которых осуществляется в основном азотфиксация.

Но наряду с такими микроорганизмами азотфиксирующие формы обнаружены и среди цианобактерий, не образующих гетероцист, которые также широко распространены в природе.

Поэтому представлялось важным выяснение, в каких условиях цианобактерии, не имеющие гетероцист , способны фиксировать молекулярный азот. В качестве объектов исследования были выбраны нитчатая цианобактерия ?1шогьспъа 4ciyctn,um цв5 и одноклеточная цианобактерия (kiototktcc sj>. 6501, которые по имеющимся дан

-л ным могут фиксировать молекулярный азот.

Задачи работы состояли в следующем : I) в каких условиях указанные выше цианобактерии могут синтезировать нитрогеназу и соответственно фиксировать N^; 2) определить,от каких факторов среды зависит активность нитрогеназы как у R , так и у (х-Соео-ъРьесе ер. .

- 5

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Нгуен Тхань Хоа, 0

выводы

1. Синтез нитрогеназы у Рt&ctontrrbcx {foujaruLm д (xfoeo-thtcz Sp. зависит от наличия света, но небольшой интенсивности в особенности в случае Р.#о%уа>гилт (порядка 200-1200 лк). В тех не условиях освещения проявляется активность нитрогеназы обеих цианобактерий. Ингибирующее действие света высокой интенсивности на синтез и активность нитрогеназы ?. 4оъу<хггипъ снимается дихлор-метилмочевиной, подавляющей потовыделение кислорода.

2. Для синтеза и проявления активности нитрогеназы у Р.^огдл-гист требуются экзогенные органические субстраты: фруктоза, глюкоза, рибоза или лактат. У CcCototPicce 5р. нитрогеназа синтезируется и активна в фотоавтотрофных условиях.

3. У Р синтез нитрогеназы происходит только в анаэробных или микроаэробных условиях. Синтез нитрогеназы Сг-toco--btiszcz sp возможен и в аэробных условиях.

4. У обеих цианобактерий нитрогеназная активность проявляется не только при освещении, но и в темноте при наличии в среде молекулярного кислорода, обеспечивающего получение клетками энергии в результате аэробного дыхания.

5. Синтез нитрогеназы у обеих цианобактерий репрессируется . аммонием и нитратом. Метионинсульфоксимин - ингибитор глутамин-синтетазы - снимает действие аммония, но не нитрата.

6. На активность нитрогеназы исследуемых цианобактерий ни аммоний, ни другие соединения азота действия не оказывают.

- 104

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Нгуен Тхань Хоа, 0, Москва

1. Громов Б.В. "Ультраструктура синезеленых водорослей", Наука, М., 1976, 93 с.

2. Громов Б.В., Козьков С.Я., Мамкаева К.А., Гаевская Е.И. Электронно-микроскопическое изучение развития цианофага A-I (I) в клетках синезеленой водоросли АпаЪаепа variabilis.

3. Извест. АН.СССР, сер. биологии, 1974, №2, с. 286-289. .

4. Гнускин Ю.А., Гусев М.В., Юнусова Л.С. Некоторые данные о дыхании ктето к синезеленой водоросли Anacystis nidulans, различающихся по хроматическим характеристикам. Физиол. расстений, 1971, т. 18, с. 299-305. .

5. Гусев М.В., Никитина К.А. "Цианобактерии". Наука, М., 1979. 227 с.

6. Гусев М.В., Никитина К.А., Корженевская Т.Т. Адаптированное к темноте и послесветовое поглощение облигатно фототроф-ными синезелеными водорослями. Микробиология, 1971, т.40, с. 956- . .

7. Гусев М.В., Никитина К.А., Ушакова Н.А. О фенилаланингидрок-силазной активности в экстрактах клеток синезеленой водоросли Anabaena variabilis . Микробиология, 1972, т. 41, с. 959.963. .

8. Ермаков Л.Р., Никитина К.А., Гусев М.В. Возрастные измененияультраструктуры клеток АпаЪаепа variabilis • Микробиология, 1977, т. 46, с. 324-328.

9. Калининская Т.А., .Панкратова. В.М. Усвоение молекулярного азота цианобактериями, не образующими гетероцист. Микробиология, 1981, т. 50, с. 550-555.

10. Красновский А.А. §отохимя хлорофилла. Бк?*"Проблемы биофо-. тохимии". Наука, М., 1973, с. 29-36.

11. Литвин Беляева О.Б., Гуляев Б.А., Синещеков В.А. Организация пигментной системы фотосинтезирующих организмов .и ее связь с первичными.процессами. В кн. "Проблемы бйофото-химии", Наука, М., 1973,.с. 132-147. . .

12. Морозова Р.С., Томина Ж.Б., Федоров.В.Д. Ультратонкое изучение парахромотофора синезеленых водорослей Anacystisnidulans .- Микробиологии, 1967, т. 36, с. 471 .

13. Панкратова Е.М. Роль азотфиксирующих синезеленых. водорослей (цианобактерий) в-накоплении азота и повышении плодородияпочв. Дисс. докт., 1980,.Киров. . .

14. Харди Р., Боттомли §., Берне Р. "Проблемы фиксации азота", Мир, М., 1982, ЗД с.

15. Andrews T.J., Abel К.М., Menzel D., Badger M.R. Molecular weight and quaternary structure of ribulose-I,5-bisphosphate carboxylase from the cyanobacterium Synechococcus sp. Arch. Microbiol., 1981, v.130, p.344-348.

16. Allen M.M. Photosynthetic membrane system in Anacystis nidulans.- J. Bacterid., 1968, v.96, p.836-842

17. Apte S.K., Howell P., Stewart W.D.P. Electron donation to feredoxin in heterocysts of the Ng-fixing algae Anabaena cylindrica.- Proc. R. Soc. London, Ser.B, 1978, v.200,p.1-25

18. Apte S.K., Thomas J. Effect of sodium on nitrogen fixationin Anabaena torulosa and Pieсtonema boryanum.- J. Gen. Microbiol. , 1984, v.I30, p.1161-1168,

19. Beauclerk A.A., Smith A.J. Transport of d-glucose and 3-0-methyl-glucose in the cyanobacteria Aphanocapsa 6714 and- io6

20. Nostoc sp. MAC.- Eur. J. Biochem., 1978, v.82, p.187-197.

21. Biggins J. Photosynthetic reactions by lysed protoplasts and particle preparations from the blue-green alga Phormidium . luridum.- Plant Physiol., 1967, v.42, p.1447-1456.

22. Both H., Loos E. Effect of far red light and inhibitors on nitrogen fixation and photosynthesis in the blue-green alga Anabaena cylindrica.- Arch. Microbiol., 1972, v.86, p.24I

23. Bothe H., Neuer G., Kalbe I., Eisbrenner G. Electron donors and hydrogenase in nitrogen fixing microorganisms.- In: Nitrogen fixation. Stewart W.D.P., Gallon J.R. (eds.). Academic press, 1980, London, p.83-112.

24. Boussiba S., Resch G.M., Gibson J. Ammonia uptake and retention in some cyanobacteria.- Arch. Microbiol., I984,v*I38,p.287-290.

25. Bryant D., Glazer A., Eiserling P. Characterization and structural properties of the major biliproteins of Anabaena sp. -Arch. Microbiol., 1976, v.IIO, p.61.

26. Burris R.H., Arp D.J., Hageman R.V., Houchin J.P., Sweet W.S., Tso M.Y.-Mechanism of nitrogenase action.-In: Curr. perspect. Nitrogen fixat. Amsterdam, 1981, p.56-66.

27. Cardemil L., Wolk L.P. Isolate heterocysts of Anabaena variabilis synthesise envelope polisaccharide.- Biochem. Biophys. acta, 1981, v.647, p.265-276.

28. Carpenter E.J., Prise C.C. Marine Oscillatoria (Trichodesmium): explanation for aerobic nitrogen fixation without heterocysts Science, 1976, v.191, p.1247-1280.- 107

29. Сагг N.G., Hallaway M.J. Reduction of fenolindo-2,6-dichloro-phenol in dark and light by blue-green alga Anabaena variabil lis.- J. Gen. Microbiol., 1965, v.39, p.335.

30. Carr N.G., Exell G., Plynn V., Hallaway M., Talukdar S. Minor quinones of some Myxophyceae.- Arch. Biochem. and Biophis., 1967, v.I20, p.503-507.

31. Carr N.G., Whitton B.g.- In: The biology of cyanobacteria, Blackwell, Oxford, 1982, 688p.34» Chapman D.J. In: The biology of blue-green algae. Botanical monographs. Oxford, 1973»

32. Cheung W.I., Gibbs M. Dark and photometabolism of sugars by a blue-green alga Tolypothric tenuis.- Plant Phisiol., 1966, v.4I, P.731-737.

33. Codd G.A., Sallal A.E.L. Glycollate oxydation by thylakoids of the cyanobacteria Anabaena cylindrica, Nostoc muscorum, Chlo-rogloea fritschii.- Planta, 1978, Bd.I39. s.I77.

34. Codd G.A., Stewart W.D.P. In: Proc. II Intern, symp. Photo-synthetic Prokaryotes, Dundee, 1976, p.196.

35. Codd G.A., Stewart W.D.P. D-ribulose-I,5-diphosphate carboxylase from the blue-green alga Aphanocapsa 6308.- Arch. Microbi ol., 1977, V.II3, p.105-110.

36. Cohen-Bazire G., Bryant D.A. Phycobilisomes; coposition and structure. In: The biology of cyanobacteria. Carr N.G., Whitton B.G. (eds), Oxford, 1982, p.143-191.

37. Cox R.M., Pay M., Pogg G.E. Nitrogen fixation and photosynthesis in a subsellular fraction of the blue-green alga Anabaena cylindrica.- Biochem. et Biophys. acta, 1964, v.88, p.208-210.

38. Dalton N., Postgate I.H. Effect of oxygen on growth of Azoto-bacter chroococcum in batch and continuous cultures.- J. Gen. Microbiol., 1969, v.54, p.463.

39. Everton M., Lords J.L. Respiration and photosynthesis in thermophilic blue-green alga Schizothrix calcicola.- Proc. Utah. Acad. Sci. Arts Lett., 1967, v.44, p.416.

40. Pay P. Photostimulation of nitrogen fixation in Anabaena cylind-rica.- Biochem. et Biophys. acta, 1970, v.216, p.353-356»47» Fay P. -Inj The biology of blue-green algae. Botanical monographs / Ed. by N.G. Carr, B.A. Y/hitton. Oxford etc., 1973, p.9-34

41. Fay P., de Vasconselos L. Nitrogen metabolism and untrastruc-ture in Anabaena cylindrica. II. The effect of molibdeum and vanadium.- Arch. Microbiol., 1974, v.99, p.221-230.

42. Findley D.L., Walne P.L., Holton R.Y/. The effects of light intensity on the untrastructure of Chorogloea fritschii Mitra growth at hight temperatures.- J. Phycol., 1970, v.6, p.182-188.

43. Fogg (t.E. , Stewart W.D.P., Fay P., Walsby A.E. The blue-green algae.- London edst., 1973, 459p«

44. French C., Brown J., Allen M., Ellicott R. -In: Carnegie Inst. Wshington: Year Book, 1959, v.58, p.#237-244

45. Gallon G.R., Hamadi A.E. Studies on the effects of oxygen on the acetylene reduction in Gloeothece sp. ATCC 27152 (CCAP 1430/3).- J. Gen. Microbiol., 1984, v.I30, p.495-503.

46. Hamadi A.P., Gallon J.R. Calcium ions, and acetylene reduction in the unicellular cyanobacterium Gloeocapsa sp. 1430/3» J. Gen. Microbiol., 1981, v.125, p.391-398.

47. Haury Y.J., Spiller H. Fructose uptake and influence on growth and nitogen fixation by АпаЪаепа variabilis.- J. Bacteriol., 1981, v.147, p.227-235.

48. Haury Y.J., Wolk C.P. Classes of АпаЪаепа variabilis muibants with oxygen-sensitive nitrogenase activity.- J. Bacteriol., 1978, v.136, p.688-692.

49. Hertzberg S., Liaaen-2iensen S., Siegelraal H.W. The carotenoids of the blue—green algae.— Photochemistry, 1971, v.XO, p.3X21— 3127

50. Ingram L.O., Pisher W.D. Novel mutant impaired in divisions evidence for a positive regulating factor.- J. Bacteriol., 1977, v.113, p.999-1005.

51. Jackson W.S., Volk R.J. Photorespiration.- Ann. Rev. PI. Physiol., 1977, v.2I, p.385-432.

52. Jones L.W., Myers J. Enhancement in the blue-green alga Anacys-tis nidulans.- Plant physiol., 1964» v.39» p.938-946.

53. Jost M. Die ultrastruktur von Oscillatoria rubescens D.C.-Arch. Microbiol., 1965» v.50, p.211-245.

54. Kleiner D., Alef K., Hartmann A. Uptake of methionine sulfoxi-mine by some fixing bacteria, and its effect on ammonium transport.- PEBS Letters , 1963, v.164, p.121-123.

55. Klugsist J., Haaker H. Inhibition of nitrogenase activity by ammonium chloride in Azotobacter vinelandii.- J. Bacteriol., 1984, v.I57, p.148-151.

56. Krogmann D.W.- In: The biology of blue-green algae. Botanical monographs / Ed. by N.G. Carr, B.A. Whitfcon, Oxford etc., 1973» P.80.- Ill

57. Laane C., Krone W., Konings W., Haaker H., Veeger C. Short-term effect of ammonium chloride on nitrogen fixation by A. vinelandii and by bacteroids of R. leguminosanum. Eur. J. Biochem., 1984, v. 103, P« 39-46.

58. Lambert G.R., Smith G.D. The hydrogen metabolism of cyanobacteria ( blue-green algae ). Biol. Rev., 1981, v. 56, p. 589660.

59. Leach O.K., Carr N.G. Oxidative phosphorylation in an extract of Anabaena variabilis. Biochem. J., 1969, v. 112, p. 125126.

60. Lex M., Carr N.G. The metabolism of glucose by heterocystsand vegetative cells of Anabaena variabilis. Arch. Microbiol. 1974, v. 101, p. I6I-I67.

61. Lex M., Silvester W., Stewart W.D.P. Photorespiration and ni-trogenase activity in the blue-green alga Anabaena cylindrica. Proc. R. Soc., 1972, B. 180, p. 87-102.

62. Ley S.H., Wang Y., Ну S. Agents protecting nitrogenase from oxygen in blue-green algae. In s Gibson A.H., Newton W.F. ( Eds ). Curr. perspect. Nitrogen Pixat. Proc. 4 Int. Symp. Nitrogen Pixat., Amsterdam e. a., 1981, p. 451.

63. Lockau W. Evidence for a dual role of cytochrome с553 and plas-tocyanin in photosynthesis and respiration of the cyanobacteria Anabaena variabilis. Arch. Microbiol., 1982, v. 128,p. 336-340.

64. Michalski W.P., Nicholas D.J.D., Vignais P.M. C-labelling of glutamine synthetase end Pe-protein of nitrogenase in toluene-treated cells of Rhodopseudomonas capsulata. Biochem. et Biophys. acta, 1983, v. 743, p. i36-i48.

65. Mullineaux P.M., Gallon J.R., Chaplin A.E. Nitrogen fixation in cultures of the cyanobacterium Gloeocapsa ( Gloeothece ) sp. 1430/3 incubated in the dark. J. Gen. Microbiol., 1981, v. 124, p. 141-146.

66. Murrel J.C., Dalton H. Nitrogen fixation in obligate raetha-notrophs. J. Gen. Microbiol., 1983, v. 129, p. 348i-3486.87* Murrey R.G.E. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology.

67. Ed. by J.H. Holt, v. I Williams and Wilkins, Baltimore /1.ndon, 1984, PP. 964, p. 31-34. X

68. Padan E., Schuldiner Б. Energy transduction in the photosyn91.