Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Взаимодействие актиномицетов и водорослей в альгобактериальных ценозах на выходах карбонатных пород

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Взаимодействие актиномицетов и водорослей в альгобактериальных ценозах на выходах карбонатных пород"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

Калакуцкая Анна Николаевна

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АКТШОМИЦЕТОВ И ВОДОРОСЛЕЙ В АЛЬГОБДКТЕРИАЛЬШХ ЦЕНОЗАХ НА ВЫХОДАХ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

МОСКВА-1992

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель -

кандидат биологических наук доцент Г.М. Зенова

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук В.Ы. Горленко,

кандидат биологических наук Л.П. Терехова

Ведущая организация -

Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязев!

Зав'дта диссертации состоится " airP6Jlii_ 1992 в

" " часов на заседании Специализированного совета К. 053.05.86, Москва, II9899, Ленгоры, 'МГУ, факультет •почвоведения, учёный совет.'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "Ifl " маРта_.1992 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета, а отзывы на автореферат .■рионлать s 2х экземплярах.

;'49hu.í секретарь Специализированного совэта -доцент • ¿sf-'ttt'"^;? к.д. вабьева

• %'2/fttdt,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Водоросли, являясь первопоселенцами на минеральных породах и составляя начало трофических цепэй, формируют альгобактериальные ценозы, играющие важную роль в первичном почвообразовании.

Если "цветение" почвы в настоящее , время привлекает интенсивное внимание исследователей, то альгобактериальные ценозы на выходах ка Сонатных пород менее изучены, особенно с точки зрения гетеротрофного компонента Штина, IS84; Дедыш, 1990]. Серия работ Фридмана [Priedmann, 1971, 1982, 1988J затрагивает в большей степени вопросы исследования альгокомпонентов ценозов арктических пустынь. В то же время водорослевые ценозы на выходах карбонатных пород, благоприятных по своему составу и кислотности для развития актиномицетов, являются тем своеобразным местом обитания, .где доля актиномицетов в составе ценоза может быть значительной, и соответсвенно, их . влияние' на автогрофный и гетеротрофный компонент ценоза может проявляться особенно сильно»

В почвенных экосистемах, в зонах, где идем' первичный почвообразовательный процесс, велика роль лишайников. Монет ли шщелиалышй компонент лишайника 'быть тредставлен не гриб av., а актиномицетом?

В лаборатории удаётся сконструировать ассоциацию, состоящую из актиномицетй и водоросли, формой развития напоминающую таллом лишайника [Зенова и др., 1980; tazo, 1964]. Исследование ассоциаций типа актинолишайникв проливает свет на функциональную роль актиномицетов в альгобакториальных ценозах на выходах • карбонатных пород.

Цель работы: сравнительное исследование альгобактериальных ценозов на выходах карбонатных пород разных географических

регионов для выяснения функциональной роли актиномицетного компоннета в их формировании.

Задачи. I. Определение численности и таксономического состава микроорганизмов - компонентов ЛБЦ. 2. Исследование влияния актгаокицета на автотрофный компонент ценоза в составе .экспериментально сконструированной ассоциации типа актинолишайника. 3. Изучение некоторых особенностей углеродного и азотного обмена экспериментальной ассоциации типа актинолишайника. 4. Электронно-микроскопическое исследование таллома экспериментально сконструированной ассоциации типа актинолишайника. „

Научная новизна. I. Впервые показано, что альгобактериальныо ценозы, сформированные на карбонатных породах в разных географических регионах, сходны по составу альго- и бактериальных компонентов, характеризуются доминированием "альгокомпонента в бисяассэ ценоза и актиномицетного мицелия в' биомассе гетеротрофного компонента ценоза. 2. Установлено, что актиномицеты наряду с водорослями, оСеснечизают устойчивость, микробной системы альгобакториальных цанозов на выходах карбонатных пород. 3. Впервые обнаружено нарушение карбонатного равновесия в системе о экспериментальной ассоциацией типа актинолишайника, происходящее ■ вследствие • выделения фотосинтетических продуктов водорослью под влиянием актиномицета. Выявлена стимуляция азотфиксирующей активности бактериального ¿вена в ассоциации . типа ■ актинолишайника под влиянием антиношцета. 4. В ассоциации типа актинолишайника в зоно контакта гиф акташомкцата и клеток'' водоросли шлечено наличие фибриллярных тлгёеИ и изменение клеточных стенок водоросли. Иржткчэм.^ч зло1йучет,ие взаимодействия водорослей

- э -

актиномицетов важно для решения как теоретических вопросов микробиологии и экологии, гак и практических задач биотехнологии и охрани окружающей среды. Водоросли - простейшая модель растений, поэтому установление закономерностей функционирования актшомицэтов в альгобактериалышх. ценозах может быть использовано при решении проблем взаимодействия высших растений с актиномицетами - эндофитами, образующими клубеньки на корнях и обеспечивйющж iE растения азотом. Результаты исследования ассоциаций актиномицетов и водорослей включены б методическое руководство "Почвенные актиномицеты" [Зенова, 1992]. Апробация работы. Материалы работы были доложены на I Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы современной альгологии" (Черкассы, 1987 г. ), на 29 Международной конференции "Структура и функции сообществ почвенных микроорганизмов..." (Чешские Будейвицы, Т990), на IV Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пущино, 1992) и на заседании кафедры биологии почв факультета Почвоведения МГУ (1991). . '

Дубликации. Материалы диссертации изложены в 7 работах. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения и ' выводов, списка цитируемой литературы. Работа содержит XII страниц текста, иллюстрирована 19 рисунками и 2 таблицами. Список литературы содержит 165 наименований из них 75 зарубежных авторов.

Автор выражает глубокую признательность д.б.н. профессору Д.Г. Звягинцеву, д.б.н. Н.С. Панникову, д.б.н. профессору Э.А. Штиной, к.б.н. B.C. Соиной и к.б.н. Т.Г. Добровольской за консультации и помощь при проведении работы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовались образцы минеральных, пород, основным! критериями отбора которых служили водорослевые разрастания нг поверхности или по микротрещинам образца, а также наличие карбонатов в составе породы. Исследования проводились с образцами, собранными в горах Тянь-Шаня, Дальнего Востока I; известняками, отобранными на стенках выработанных карьеров е района г. Подольска.

В работе используются следующие термины. Алъгобактершмьтй ценоз (АБЦ) на выходах известняков - природный комплекс микроорганизмов, автоторофный компонент которого включает различные группировки водорослей; гетеротрофный компонент -бактерии-спутники водо^эслей, актиномицеты. АльгоОактерисиьная ассоциация (АБА) - альгологически чистая культура водоросли с бактериями-спутниками, выделенная из АБЦ в лабораторных условиях. МтхмолишхОник - экспериментально сконструированная ассоциация актиномицета и водоросли с бактериями-спутниками.

Определение численности и биомассы микроорганизмов-компонентов АБЦ проводилось с использованием прямых микроскопических методов к лотода посева из разведений на агаризованные среды. Для учета численности и биомассы водорослей препараты готовились из поверхностного соскоба порода (разведение -1:100) и просматривались в лшмнисцентном микроскопе без дополнительного окрашивани: [Доирач^ва и др., 1386}. "Численность и биомасса бактерий учитывалась с помощью' .лкшнисценгной микроскопии на препаратах, приготовленных из поверхностного соскобе пород традиционным методом [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1391]. Для подсчёта длины актшошцетного 'мицелия- суспензия измельч8н"ой породы концентрировалась на ядерных фильтрах с

диаметром пор 0,2 мкм [Князева и др., 1985].

Биомасса микроорганизмов-компонентов АБЦ рассчитывалась с использованием усреднённых значений пэресчЭтных коэффициентов от численности к биомассе почвенных микроорганизмов. Биомассу водорослей рассчитывали по данным прямой микроскопии, определяя средний размер клеток для каждого конкретного образца. Численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий и актиномицетов учитывали методом посева на МПА (1:10) и казеин-глицериновом trape (КГА).

Для характеристики альгологического состава' АБЦ использовалось микроскопирование суспензии измельченной породы в оптическом микроскопе, метод посева рассыпкой на плотные питательные среди, метод водных культур, выделение альгологически чистых культур водорослей [Зенова, Штина, 1990]. Определение принадлежности водорослей к конкретным порядкам провгдилось на основании результатов анализа накопительных и альгологически чистых культур, по ключам, приведенным в пособиях и определителях [Масюк, Топачевский, 1984; Зенова, Штина, 1990].

Дифференцированный учет различных групп бактерий в АБЦ проводился с использованием метода разделения бактерий на грамположитэльные и грамотрицательные путем тестирования бактериальной биомассы с щёлочью (КОН) [Susiofro et al., 1902], микроскопирования колоний, выросших на питательной среде КГА и МПА (1:10), наблюдения за жизненным циклом бактерий, выделенных в чистую культуру.

Для более полного выявления представителей порядка Actlncmy-cetalea из АБЦ использовался ряд методических приемов: прогревание суспензии образцов при 70°С 10 мин перед посевом (для

выявления и учёта представителей рода Uteготопозрога), высев на

ряд селективных сред [The Prokaryotee...... 1981 ].■ Родовая

идентификация актиномицетов проводилась по определителю Берги [Bergey' в Manual, 1989], видовая - по ключу Гаузе с сотрудниками [Гау'зе и др., 1983]. Использовались морфологические и хемотаксономические признаки актиномицетов.

Электронно-микроскопическое исследование минеральных пород с водорослевыми разрастаниями проводилось в сканирующем микроскопе JSM-2 (инструментальное увеличение 3000, 10000) и Hi-taohi (инструментальное увеличение 3000, 10000, 16000, 30000).

При коструировании ассоциации типа актинолишайника использовались альгологически чистая культура зелёной одноклеточной водоросли Chlorella ваасЬпгорЫНа (Kroger) Higula и культура актшоыицэта Streptomycea filamentosua, выделенные из альгобактериального ценоза на выходах известняка.

. Для опредзления таксономического состава бактериального компонента ассоциаций высев производился на богатую органическую среду^ "Rioíi" [Jamada,- Komagata, 1972] и безазотистую среду Фвдоровой-Калиншской [Калининская, IS67]. Родовая идентификация бактерий, выделенных из АБА и актинолишайника, проводилась по морфологическим, культуралышм и физиолого-биохимическим признакам, руководствуясь определителем "Bergey'в Manual" [1989] ч руководством ''Иге Prokai-yoteo..[1S81].

Содорхаше хлорофилла "а" в клетках водоросли определялось "пею ^офатоыетрпчегашм' методам [Фёдоров, 1.79].

Для исследования функциональных асобешшстей ассоциаичи типа ектакшшйккка измерялась дгчешка газообаона cov кокдг вктагодвшайишеой, либо чистой кулы'угроп ¡гшшоьшцета, либо акьгобоккетжолыюй ассоциацией к вчкосферой в . коктрасташх

условиях освещения. Концентрация со2 в вентилируемом воздухе определялась на газовом хроматографе "Chrom-2" с катарометром в качестве детектора.

Активность азотфшссации определялась ацетиленовым методом на газовом хроматографе "Chrom-4.1" с пламенно-ионизационным детектором.

Ультратонмэ срезы таллома актинолишайника просматривались в электронном ?лкроскопе ли-юоо, инструментальное увеличение 15000, зоооо, боооо.

Полученные результаты по численности микроорганизмов обрабатывались на ЭВМ MERä. 125 (СМ-4А) с помощью программы stat и DNG Real ИЗ Пакета программ IEDOCLASS.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ-Характеристика водорослевого и бактериального компонентов ценозов на выходах карбонатных пород. Применение метода сканирующей электронной микроскопии позволило установить присутствие в АБЦ клеток зелёных, синезел5ных и диатомовых водорослей,актиномицетного мицелия и спор, клеток водорослей, оплетённых мицелием актинсчицета.

Водоросли доминировали в ценозе, их биомасса, определенная методом люминисцентной микроскопии, составляла. 96-98% общей биомассы ценоза. Исследование таксономического состава альгокомпонента ценоза показало, что входящие в него водоросли представлены порядками Chloroooccalea, GhlomydomonaOaleo, Eoatocalea, Osclllatorlalea, Chroooocoolea, ВшрЫтиЛеа.

Актиномицеты были единственным мицелиальным компонентом АБЦ. При исследовании поверхности камня, занятой интенсивными разрастаниями водорослей, мицелия грибов обнаружено не было.

- В -

Исследование бактериального компонента ценозов показало, что общая численность бактерий, определённая методом посева, составляет Ю'-Ю" КОЕ/г поверхностного соскоба породы и в два раза превышает численность бактерий в контрольных образцах без, водорослей, что может быть обусловлено наличием легкодоступных органических соединений, освобождающихся при делении и лизисе водорослевых клеток, разложении некромассы водорослей и в виде их прижизненных выделений.

Соотношение разных груш бактерий в гетеротрофном компонент ценоза распределялось таким образом, что доля актиномицетов составляла свыше 60% от общей численности бактерий в большинстве исследованных образцов. Другие грамполокительные бактерии, представленные коринеформами, составляли 10-15%. Доля грамотрицательных бактерий превышала 30% (рис. I). Образцы без водорослей отличались доминированием коринеподобных бактерий и меньшим процентным содержанием актиномицетов. Таким образом, особенностью качественного состава бактериального компонента АБЦ было довольно высокое процентное содержание актиномицетов и грамотрицательных бактерий, последние обнаружены Почти во'всех исследованных образцах и представлены родами РХаиоЪааеПт, Раеийототюз, Хсптомзтюа и олиготрофными бактериями. Грамполокительные бактерии представлены коринеформами родов Исгососсиа, АгЪКгоЬаоХег, ¡ОюЛососсиз и актиномицетами. Доминирование актиномицетов среди других бактерий.очевидно,связано с присутствием карбонатов, в составе породы, делакщфл её более благоприятной для их развития.

Сравнивая с плёнками "цветения" почвы, отм' тим, что в АБЦ на . карбонатных породах постоянно выделялись-, бактерии рода Шсгоооссиз. характерные для' лишайников [Добровольская, 1972],

Рас.1. Соотнопеяне численности разных груш бактерий в альгобахтериалънкх ценозах на Еьссодах карбонатных пород. А - актизоинцеты ; КБ - коринеподобные бактерии; С -споровые бактерии ; Г— гра?,¡отрицательные бактерии. Шуры' обозначают номера образцов. К'; Кл- контроль / без водоросли /.

- ю -

отсутствующие в плйнках ''цветения" почвы [Дедыш, 1990].

Биомасса актиномицетов составляла свыше 50% от общей биомассы бактерий (рис. 2), что свидетельствует о присутствии актиномицетов в ценозе в активном состоянии. Сравнение с пленками "цветения" почвы показывает, что биомасса -ктиномицетов в них значительно ниже, чем в разрастаниях водорослей на выходах карбонатных пород [Дедыш, 1990].

В исследованных образцах АБЦ актиномицеты были представлены родами Streptcmyaea, Utcromgnospora, GeoderratophUua. Численность стрептомицетов в исследованных образцах превышала чис„.знность других родов на 3-4 порядка (рис. 3). Аналогичная структура комплекса актиномицетов с ограниченным по сравнению с зональными почвами роевым спектром, в котором численно преобладают стрептомицеты, была обнаружена в разрастаниях водорослей на неосвоенных выработанных торфянниках [Дедыш, 1990] и в песках под водорослевыми синузиями [Андреюк и др., 1989]. Подобный актяномицетный комплекс обусловлен, очевидно, влиянием массового . развития водорослей, проявляющимся в бедных органическим веществом субстратах.

'Заслуживает внимания тот факт, что представители рода • Geodermatophilue выделялись из образцов породы с водорослевыми разрастаниями, в то время как из образцов породы без водорослей их выделить,не удавалось. Представители рода Sicromonospora отмечены во всех исслрцованных образцах на уровне IOs-IO* КОЕ/г.

"трептсмицэты в ценозах представлены•ограни генным набором ' видов, принадлежащие к секциям лхъиа, Heluo-Flavue, Cinerlus, Rasern. Наиболее распространена вида секции Helvo-Flauus, itössus

Для сравнения спектра' видов, мирики представлены стрептоглицеты в образцах АБЦ кэ выходах карбонатных пород

■ %

100 80 60 40

20

о/ 100 80 60 40 20

1, 9± I 0, 9±1 ,г/ \2, Ш

■ЩЖу-

'ИФ

А:

п

0,6±0,Е

2 '

3'

О.Щ.у"

К' № образца

/ 3,9±2,1/ 8,6±1Д/ [,9±1, ь/

/ / л X \

* 12,4±Х,4

1, • У/'; У

2'

й образца

Рис. 2. Соотношение биомассы бактерий и актиномицетол в АБЦ на выходах карбонатных пород Дальнего Востока < I э,

Подольска с.Ц;э. Цифрами обозначена биомасса микроорганизмов: О- бактерии, □ -актиномицеты х Ю"1 мкг/породы.

I

5

1С

Рис. 3. Численность представителей порядка 4сПпдаусе1аХеэ в ольг^бвктериальных ценозах на выходах карбонатных пород. Район взятия образцов: X - Подольск, II - Дальний Восток Номера образцов: 1', '¿', V, К', 1", £", 3", К" Рода актииоиицетов: 1 - Э^ерЮТусез, г - 1/Л^готопоэрога, 3 - веоОвгтагорхИиа

различных регионов был проведён кластерный анализ. Все исследованные образцы пород были разделены на три больших кластера, близ^.лх по значению уровней сходства, причём в один кластер попадают образцы, собранные в разных регионах. Это, свидетельствует о том, что состав актиномицетного комплекса АБЦ не зависит от геогрфического положения места взятия образца и определяется соче^нием двух факторов: наличием карбонатной породы и произрастанием на ней водорослей.

Таким образом, налицо существование специфической экониши, в которой стрептомицеты наряду с водорослью могут играть роль ценозообразователей. Пути воздействия стрептомицетов на микробиоту могут быть различны: конкурентная боьба за субстрат, которым служат экскретируемые' водорослью продукты фотосинтеза, органические вещества, выделяющиеся при размножении и лизисе водорослевых клеток, некромасса водоросли, а также образование антибиотиков и летучих токсичных веществ, являющихся вместе с водорослевыми антимикробными веществами фактором "отбора" гетеротрофного компонента АБЦ.

Влияние, актиномицета на рост водоросли и состав бактериального компонента ассоциации типа актинолишайника.

Выяснение влияния актиномицета на динамику численности и накопления хлорофилла водоросли,, а так же на формирование, бактериального компонента ценоза проводилось на примере экспериментальной ассоциации типа актинолишайника, сформированной из актиномицета Streptomycea ftlamentoans и водоросли Chlorella saacharophtlla. В качестве контроля использовали альгологически чистую культуру водоросли С. aaochdropMlla с бактериями-спутниками (АБА) в оптимальных условиях культивирования на гшдкой минерал-ной среде и АБА, помещённую в условия песчаной

культуры.

В оптимальных для водоросли условиях культивирования период максимального развития бактерий совпадает с двукратным увеличением численности и содержания хлорофилла водоросли (рис. 4 ■А). Бактериальный компонент АБА в атом варианте опыта характеризовался увеличением суммарной численности бактерий на 1,6 порядка к 12 суткам опыта (рис. 4А), более менее, равномерным распределением процентного соотношения численности между различными родами бактерий с преобладанием грамотрицательных форм.и отсутствием абсолютного доминирования какого-либо одного рода бактерий, что характеризует АБА в оптимальных условиях как устойчивое микробное сообщество.

Иная картина наблюдалась в опыте с АБА, помещенной в условия песчаной культуры: содержание хлорофилла в клетках водоросли плавно снижалось на протяжении всего опыта, а численность водоросли резко сокращалась к 9 суткам опыта (рис. 4 Б), что характеризует условия песчаной культуры как явно неблагоприятные для водоросли. В то же время аналогичное оптимальному варианту опыта в нулевой точке бактериальное сообщество к 9 суткам опыта полностью уступало место сообществу бактерий родов Р1ыоЪас1ег1ит, Рэеийотопаз, БагсЬпа. Суммарная численность бактерий снижалась на порядок- к 6 суткам опыте, что}вероятна связано с элиминированием популяций экристотрофов и переходом бактериального сообщества с потребления легкодоступных продуктов экскреции водоросли на утилизацию продуктов автолиза водорослевых клеток. Вероятно, с отмиранием и освобождением органического вещества в результате начавшегося автолиза водорослевых клеток связан выход в доминанты таких г-стратегов как' FlavoЪaaterilш и Рзеиаотопаз.

Рис. 4. Динамика- роста АБА - в • оптимальных условиях культивирования (А), в условиях песчаной' культуры (Б) и в иктпно.чнтайникэ (В); 1 - численность водоросли, а - содержание хлорофилла, з - численность бактерий на среде Фбдоровой-1Салш1К!!С1:ой, ^ - численность бактерий на среде "Шои". .

В случае экспериментально сформированной в условиях песчаной культуры ассоциации типа актинолишайника, бактериальное сообщество становилось резистентным к неблагоприятным воздействиям среды. На протяжении ■ всего опыта происходила незначительная перегруппировка основных родов бактерий. Численность бактерий снижалась на 0,6 порядка, достигая к 6 суткам опыта своего минимального значения, затем увеличивалась на порядок и выходила на стационарный уровень к 18 суткам опыта. Содержание хлорофилла в клетках зодоросли увеличивалось и стабилизировалось на достаточно высоком уровне до конца опыта, численность водоросли снижалась на' 0,5 порядка и стабилизировалась на этом уровне (рис. 4 В). Таким образом, в ассоциации типа актинолишайника микробное сообщество представляло устойчивую, сбалансированную систему, не подвергающуюся деградации в неблагоприятных условиях песчаной культуры.

Полученные результаты позволяют высказать предположение о ценозообразующей роли актиномицета, проявляющейся в регуляции численности водоросли, стимуляции образования хлорофилла и стабилизации бактериального звена ценоза. .

Некоторые особенности углеродного и азотного обмена ассоциации типа актинолишайника.

Для изучения влияния актиномицета на процессы углеродного и азотного обмена альгобактериального ценоза было проведено исследование динамики газообмена со, и азотфиксирующей активности экспериментальной ассоциации типа актинолишайника.

Экспериментально полученная динамическая картина газообмена со3 актинолишайника и атмосферы характеризовалась следующими особенностями (рис. 5): в темноте концентрация соа стабилизировалась на определенном уровне, обусловленном окислением

эндогенных субстратов. Включение света нарушало динамическое равновесие в системе: в первые 10 мин происходило резкое снижение концентрации со, в вентилируемом воздухе в результате начала фотосинтетической деятельности водоросли, в следующие 5 мин наблюдался пик выброса соа, после чего его концентрация постепенно снижалась, достигая стационарного уровня к концу первого часа световой инкубации объекта. После затемнения наблюдалась вспышка выделения со2, интерпретируемая в ряде работ как мера активности гетеротрофов в предшествующий световой период [Паников и др., 1989; Дедыш, 1990].

Следует отметить, что в перечисленных работах, где исследовался характер газообмена со, для "цветущей" почвы и АБА, экспериментаторы обнаруживали только два локальных экстремума: первый - на 5-150й мин освещения объекта концентрация соя достигала минимума, а затем возрастала с переходом на стационарный уровень. Это обусловлено' тем, что .фотоассимиляция водорослей запускается мгновенно, а дыхание бактерий-спутников возрастает постепенно по мере накопления в среде экзометаболитов водорослей. После выключения света наблюдался локальный максимум, который обусловлен тем,"что фотоассимиляция прекращается мгновенно, а дыхательная активность гетеротрофов некоторое время сохраняется на более высоком по сравнению с "базовым" уровнем за счбт окисления накопленных.на свету экзометаболитов [Дедыш, 1990]. Аналогичный характер газообмена соя наблюдался в контрольном варианте - АБА в условиях песчаной культуры (рис. 5).

В опыте с актннолишайником на кривой динашг'и газообмена соа вктинолишайника и атмосферы отмечено появление .дополнительного локального экстремума - концентрация соа достигала максимума на 10-15 мин световой инкубации объекта. Известно, что в составе

условиях песчаной культуры (г) и чистой культуры актиномицета (31 в вентилируемой системе при изменении режима 'освещения; 4 -средний уровень входной концентрации соа.

Рис. 6. Интенсивность азотфкксации актинолишайника (1), АБА в условиях посчаной культур» (я) и чистой культуры актиномицэта О) на ситу (/.) и в темноте ('>;.

внеклеточных выделений водорослей присутствуют органические кислоты: гликолевая [Jones, 1982], фумаровая, яблочная, молочная, янтарная [Дедыг, 1990]. Вероятно, под действием актикомицета происходит массированный выброс одной или нескольких из етих органических кислот, что приводит к подкислению среды и связанному с этим смещением карбонатного равновесия в сторону выделения со2. Часть зкскретировг шого органического вещества может быстро утилизироваться бактериями спутниками водоросли и актиномицетом, а выделившийся при этом соя дополнительно увеличивает его концентрацию в системе.

Можно предполагать с достаточной степенью вероятности, что выделение кислоты водорослью под влиянием актиномицета экологически значимо в условиях карбонатного субстрата, из которого изолированы компоненты ассоциации.

В опыте с диуроном - ингибитором фотосинтеза, было показано, что кислота экскретируемая водорослью. на свету под действием актиномицета, является результатом фотосинтеза и синтезируется de novo. Так введение в систему диурона в концентрации ЗхЮ~вМ в момент включения света вызывало полное ингибирование фотосинтеза и последующее отсутствие локального максимума на 10-15 мин освещения объекта. Этот факт является подтверждением того, что выброс со2 является результатом фотосинтетической деятельности водоросли и не связан с влиянием актиномицета на''бактериальный компонент ценоза.

Исследование азатфяксирующей активности актинолишайника показато её оипчптельнов усиление на свету и. в темнота по сравпеппю с АБА Спя сктппомицета (рис. 6). '

Дктпполншайяик и . ЛБА проявляли ацатленрэдуцпруиицув гжговпгсть, которой полностью подавлялась введением в систему rtonot» 'ü:.;. что дне» право говорить ■ о возможности протекания

процесса азотфиксации [Гоготов, 1987].

В варианте с актинолишайником, в качестве протектора бактериальной нитрогеназы от кислорода, возможно, выступает значительная биомасса актиномицета, использующего кислород для дыхания, а -выделяемый актиномицетом соа, в свою очередь, активирует процесс фотосинтеза водоросли. Кроме того,под влиянием актиномицета возрастает интенсивность экскреции продуктов фотосинтеза водоросли, которые могут быть использованы бактериями-спутниками водоросли в качестве энергетического субстрата при азотфиксации.

Таким образом показано, что при введении актиномицвтного компонента в АБА, т.е. при создании актинолишайника, система приобретает большую стабильность, её функциональная устойчивость возрастает.

Электронно-микроскопическое исследование таллома

а ктинолшайника

Изучение ультратонкого строения таллома экспериментальной ассоциации типа актинолишайника показало наличие тесного контакта актиномицета и водоросли. В местах плотного' прилегания гиф актиномицета к клеткам водоросли в зоне контакта образуется фибриллярный слой, хорошо просматривающийся в электронном микроскопе. Происхождение и назначение этого слоя не выяснено, однако можно провести аналогию с лишайниками, где между клетками водорослей и гифами грибов выявлено существование фибриллярного слоя, по которому идет обмен продуктами метаболизма между партнерами [Braoker, bittlefield, 1973].

Клетки , водоросли в актинолшайнике претерпевают ряд изменений: внутри клеток водоросли происходит' образование широкого периплазматического пространства между клеточной стенкой

и протопластом. Клеточная стенка водоросли слущивается и её отрезки замыкаются в петли, внутри которых просматриваются прорастающие клетки актиномицета. Нередко петли заполнены матриксом, представляющим, по-видимому, одну из стадий деградации клетки водоросли, в некоторых случаях сохранившей остаток хлоропласта.

Фотосинтетичес :ий аппарат водоросли находится в активном состоянии' о чём свидетельствует упорядоченное расположение фотосинтетических мембран. Хлоропласт водоросли, находящейся в талломе зктинолишайника занимает большую часть объёма клетки.

Аналогичные особенности клеток фикобионта отмечены и для лишайниковых водорослей. 1973; РеуеПг^, 1973; ВаЬг1о et а1., 1982]. Хлоропласт в лишайниковой водоросли занимал большую часть объёма клетки, в то время как у культивируемой водоросли он был существенно меньше.

Таким образом, изменения в ультратонком строении водоросли в актинолишайшшэ обнару¡кивают значительное сходство с такоьым в лишайнике с грибом в качестве мицелиального компонента.

Изменений в гифах актиномицета не обнаружено.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Проведённые исследования выявили существование специфической вкологической нпши - альгобактериальных ценозов на выходах-карбонатных.пород, характеризующихся сходством таксономического' состава автотрофного и гетеротрофного компонента в разных географических регионах.' Автотрофный компонент ценозов представлен зелёными, синезелёными и диатомовыми водорослями; гетеротрофный - нешщелиалышми бактериями и актиномицетами, о преобладанием ак'гинсмицэтного мицелия в биомассе гетеротрофного коепоиента ценоза. Высокий уровень; содержания мицелия

актиномицетов в ценозе предполагает наличие определенной функциональной роли в формировании этого ценоза.

В лабораторном вксперименте на примере ассоциации типа актинолишайника была продемонстрирована ценозообразующая роль актиномицета, проявляющаяся в регулировании численности водоросли, стимуляции процесса . образования хлорофилла, стабилизации бактериального звена системы. Экстраполируя данные лабораторных экспериментов на природное микробное сообщество, можно сказать, что в альгобактериальных ценозах на выходах карбонатных пород актиномицеты, наряду с водорослями, играют роль цэнозообразователей, воздействуя ка основные физиологические функции водоросли (размножение, накопление хлорофилла, экскрецию фотосинтетических продуктов) и опосредовано влияя на бактериальное сообщество.

Впервые продемонстрированное в лабораторном эксперименте усиление экскреции фотосинтата водорослью под воздействием актиномицета и кислотный характер экскретированных продуктов, может иметь экологическое значение в условиях карбонатного субстрата, из которого выделены компоненты ассоциации. Под воздействием кислоты, выделяемой водорослью, может происходить разложение карбонатов, сопровождающееся выделением соя, который, в свою очередь, способствует интенсификации процесса фотосинтеза. В результате разрушения карбонатов, в породе создаются дополнительные пустоты и трещины, которые могут вновь заселяться водорослями и сопутствующими им микроорганизмами. Нередко карбонатные породы покрыты коркой карбонатов, переотложенных в гипергенных условиях. Под этой • коркой обнаруживаются разрастания водорослей. Формирующиеся вокруг них альгобактериальные ценозы играют, по-видимому, не последнюю роль

в процессе выноса и переотложения карбонатов.

В ассоциации типа актинолишайника, экспериментально сконструированной из компонентов, выделенных из альгобактериаль-ных ценозов на выходах карбонатных пород, с помощью трансмиссионной микроскопии обнаружен контакт между гифами актиномицета и клетками водоросли, образование фибриллярных тяжей, ряд изменений в клетках водоросли. Аналогичные особенности ультратонкого строения таллома отмечены и для природных лишайников, мицелиальным компонентом которых является гриб [0а1ип ег а!., 19711. Обилие актиномицетов в альгобактериальных ценозах, продемонстрированное с помощью сканирующей микроскопии сплетение клеток водоросли мицелием актиномицета, наличие тесного контакта актиномицета и водоросли в экспериментальной ассоциации, воздействие актиномицета на водоросль, выражающееся . в регулировании её численности, стимуляции накопления хлорофилла и изменении процесса экскреции фотосинтетических продуктов, все эти факты позволяют признать экологическую значимость актинолишайника - ■ симбиотической ассоциации в которой фикобионт представлен зеленой водорослью, а мицэлиальный компонент -актиномицетом. .' . ■

ВЫВОДЫ

I. Лльгобактериалыше ценозы, сформированные на карбонатных породах, подобны в разных, географических регионах по

N ...

таксономическому составу■альго- и бактериальных компонентов и характеризуются доминированием альгокомпонента в биомассе ценоза н актнношщотного гтацелпя в биомассе гетеротрофного, компонента

ценоза.

й. Тзясономпчвцспй состав альгокошонентов водорослевых ценозов

на карбонатных породах характеризуется доминированием одноклеточных зелёных и нитчатых синезелёных водорослей. В гетеротрофном компоненте доминируют стрептомицеты.

3. Сравнение динамики популяций бактерий в экспериментах с АБА в различных условиях культивирования и в актинолишайнике показало, что в АБА в неблагоприятных условиях культивирования происходит деградация бактериального компонента, снижение численности и содержания хлорофилла у водоросли, в то время как в актинолишайнике в адекватных условиях отмечена стабилизация бактериального звена, стимуляция образования хлорофилла и регуляция численности водоросли.

4. Впервые показано, нарушение карбонатного равновесия в система с модельной ассоциацией типа актинолишайника, происходящее вследствие выделения фотосинтетических продуктов водорослью.

5. Выявлена стимуляция азотфиксирующёй активности бактериального звена ассоциации типа актинолишайника под влиянием актиномицета

6. Обилие актиномицетного мицелия в водорослевых ценозах на выходах карбонатных пород, стабилизация актиномицетом бактериального и водорослевого кошонентов, стимуляция азотфиксирующёй активности бактериального звена актинолишайника свидетельствует о ценозообразующей роли актиномицета в природных АБЦ на выходах карбонатных пород. ,

7. В ассоциации типа актинолишайника в зоне контакта гиф актиномицета и клеток водоросли отмечено наличие фибриллярных тяжей и изменений в клетках водоросли: образование широкого периплазматического пространства, слущивания клеточной стенки водоросли.

Материалы диссертации опубликованы в работах: . особенности бактериального компонента: ал^гобактериальных энозов на выходах карбонатных пород (в соавт. с Г.М. Зеновой и .А. Лихачевой) Вестн. Моск. ун-та, сер. почвоведение, 1988, N7, . 44 - 48.

. Ассоциация актиномицетов и водорослей в местах первичного очвообразования (ч соавт. с Г.М. Зеновой и Т.А. Грачёвой) rooeedings from the International Conferenoe "Structure and unotion of Soil Organisms Communities with the Influenae of ntropogenous Factors" Cesoe Budejoviee, 1990. . Взаимодействие водорослей и 'стрвптошщетов (в соавт. с .А. Лихачевой, Г.М. Зеновой). В сб., Актуальные проблемы, овременной альгологии.' Тез. докл. I Всесоюзной конференции, иев, Наукова Думка, 1987, о. 24.

. Альгобактериальные ценозы на выходах карбонатных пород. В сб. якроорганизмы в сельском хозяйстве. Тез. докл. IV Всесоюзной [аучной конференции. Пущина, 1992, о. 78.

i. Характеристика водорослевого и бактериального компонентов 1льгобактериальных ценозов на выходах карбонатных пород (в :оавт. с Г.М. Зеновой). Микробиология, 1992, в печати. >. Влияние актиномицета на состав бактериального компонента в юсоциации типа актшолишайника , (в осавт. с Г.М. Зеновой).. 1икробиология, 1992, в печати.

'. Некоторые особенности углеродного и азотного обмена ассоциации гша актинолшайшка .(в роавт. с Г.М. .Зеновой). Микробиология, 1992, .в печати. .