Актиномицеты засоленных почв тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.07, кандидат биологических наук Оборотов, Геннадий Вячеславович

• Оборотов, Геннадий Вячеславович
• кандидат биологических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Оборотов, Геннадий Вячеславович

Введение.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Экология актиномицетов.

1.2. Влияние солевого режима почв на развитие актиномицетов.

1.3. Бактериальное население засоленных почв.

1.4. Галофильные бактерии.

1.5. Механизмы адаптации бактерий к высокому содержанию солей.

1.6. Алкалофильные бактерии.

1.7. Механизм адаптации бактерий к высокому значению рН.

1.8. Алкалофильные актиномицеты: выделение из почвы, таксономическое положение и образование биологически активных веществ.

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава 3. Результаты исследований

3.1. Численность и таксономический состав актиномицетных комплексов засоленных почв.

3.2. Диапазоны значений концентраций соли и значений рН, пригодных для роста стрептомицетов, выделенных из засоленных почв.

3.3. Динамики численности и биомассы актиномицетов в ходе сукцессии, инициированной увлажнением засоленной почвы.

3.4. Наблюдение за морфологической дифференцировкой мицелия галоалкалофильного стрептомицета.

Обсуждение.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Актиномицеты засоленных почв»

Актуальность проблемы. Засоленные почвы - это большая группа почв разного генезиса и свойств, объединенных одним диагностическим признаком - наличием в профиле легкорастворимых солей в количестве, ухудшающим плодородие почв и отрицательно влияющим на рост и развитие большинства растений (Засоленные почвы России, 2006). Эти почвы представляют собой своеобразные природные экосистемы, в которых высокие концентрации солей и недостаток влаги создают экстремальные условия для существования живых организмов, здесь формируются специфические микробные сообщества.

В микробиологических исследованиях засоленных почв большое внимание уделялось галофильным, осмотолерантным и алкалотолерантным микроорганизмам. Подробно исследованы разнообразие и функциональные проявления галоалкалофильных и галоалкалотолерантных прокариот (Заварзин и др., 1999). Среди сведений о бактериальном населении засоленных местообитаний находим лишь единичные сведения о мицелиальных бактериях (Калакуцкий, Агре, 1977; Gochnauer et al., 1975; The Prokaryotes, 1991).

Среди актиномицетов обнаружены галофильные формы: Saccharopolyspora halophila (Gochnauuer et al., 1975), Actinopolyspora, Nocardiopsis (AL-Tia and Ruan, 2001), Prauserella halophila и P. alba (Li et al., 2003), способные расти на средах, содержащих 10-20% или даже 15-25% NaCl.

Для засоленных почв нередко характерны высокие значения рН,

2+особенно, если засоление обусловлено содержанием в почве ионов Na , Са и л

СОз *. Поэтому в этих почвах можно ожидать развитие не только галофильных, но и алкалофильных микроорганизмов, в том числе и актиномицетов (Звягинцев, Зенова, 2001).

Целью работы, является экологическая характеристика комплекса актиномицетов в засоленных почвах для расширения представлений о разнообразии микробного мира и выявления культур актиномицетов, перспективных в отношении биотехнологии.

Задачи исследования

1) Разработка и подбор методических приемов для учета и выделения актиномицеов из засоленных почв.

2) Сравнительная характеристика актиномицетных комплексов различных засоленных почв.

3) Оценка радиальной скорости роста галофильных, алкалофильных и галоалкалофильных актиномицетов при различных концентрациях NaCl и значениях рН среды для построения кривых толерантности культур в отношении содержания соли и рН среды.

4) Исследование динамики численности и биомассы актиномицетов в ходе сукцессии, инициированной увлажнением засоленной почвы.

5) Изучение особенностей дифференцировки мицелия галоалкалофильных актиномицетов на средах с различными концентрациями солей и значениями рН.

Научная новизна. Впервые установлены закономерности распространения и таксономическая структура комплексов галофильных, алкалофильных и галоалкалофильных актиномицетов в широком ряду засоленных почв. Установлено, что разнообразие актиномицетного комплекса засоленных почв ограничено присутствием родов Streptomyces и Micromonospora. Установлен диапазон значений концентрации соли (NaCl) и рН среды, пригодных для роста актиномицетов засоленных почв. Выявлены особенности развития мицелия галоалкалофильного стрептомицета на средах с различными значениями рН (7 и 9) и концентрациями солей (0,02% и 5%). Показано увеличение количества выделяемых из засоленных почв актиномицетов при использовании сред с повышенными концентрациями солей и высокими значениями рН. Впервые в засоленных почвах установлено развитие актиномицетного мицелия, длина которого достигает до 140 м/г почвы.

Практическая значимость. Выявлены экологические ниши алкалофильных, галофильных и галоалкалофильных актиномицетов, что важно для расширения наших представлений о биоразнообразии микробного комплекса почв.

Знание об особенностях распространения и жизнедеятельности галофильных, алкалофильных и галоалкалофильных актиномицетов могут представлять существенный интерес для биотехнологии и сельскохозяйственной микробиологии.

Сведения, полученные в диссертационной работе, используются в лекциях по курсу "Биология почв" для студентов факультета почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на заседании Московского общества естествоиспытателей природы (Москва, 2005), на X и XI Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов 2003" (Москва, 2003) и "Ломоносов 2005" (Москва, 2005), на конференции "Биотехнология, экология, охрана окружающей среды" (Москва, 2005), на школе-конференции "Актуальные аспекты современной микробиологии" (Москва, 2005), на Международной научной конференции "Экология и биология почв" (Ростов-на-Дону, 2005), на Международной научной конференции "Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации" (Ростов-на-Дону, 2006), на заседании кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Публикации. Материалы проведенных исследований изложены в 9 печатных работах, в том числе в 3 статьях в реферируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

Заключение диссертации по теме «Микробиология», Оборотов, Геннадий Вячеславович

Выводы

1. Разработаны и подобраны методические приемы для выделения стрептомицетов из засоленных почв, позволяющие увеличить количество изолируемых актиномицетов в 2-10 раз и состоящие в использовании среды с концентрациями солей и значениями рН, соответствующими экологическим условиям местообитания.

2. Установлено, что численность стрептомицетов в засоленных почвах составляет от сотен до тысяч и десятков тысяч КОЕ/г в зависимости от типа почвы и горизонта, что 1-3 порядка меньше, чем в почвах основных типов.

3. Впервые показано увеличение количества выделяемых из засоленных почв стрептомицетов при использовании среды выделения с повышенными концентрациями солей и высокими значениями рН. Выявлено присутствие в засоленных почвах умеренных, слабых галофильных и негалофильных, нейтрофильных, алкалофильных и галоалкалофильных стрептомицетов.

4. Разнообразие актиномицетного комплекса засоленных почв ограниченно присутствием родов Streptomyces и Micromonospora, причем численность стрептомицетов увеличивается с увеличением концентрации соли в среде выделения до 5%, а количество микромоноспор - уменьшается.

5. Установлено, что видовой состав стрептомицетного комплекса засоленных почв ограничен видами, принадлежащими секции Cinereus сериям Chromogenes и Achromogenes, секциям Roseus, Irnperfectus. Доминируют виды, принадлежащие к секции Cinereus серии Chromogenes.

6. Впервые с помощью метода люминесцентной микроскопии установлен рост актиномицетов в засоленных почвах, выявлено присутствие мицелия, длина которого достигает до 140 м/г почвы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Оборотов, Геннадий Вячеславович, 2007 год

1. Агре Н. С. Систематика термофильных актиномицетов. Пущино, 1986. 130с.

2. Бабьева И. П. Зенова. Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ 1989. 336с.

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

4. Гиляров A.M. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ. 1987.319с.

5. Гусев М. В., Минеева J1. А., Микробиология. М.: Изд-во МГУ. 1992. 461с.

6. Джиллер П. Структура сообществ и экологические ниши. М.: «Мир». 1988. 184с.

7. Добровольская Т. Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: "Академкнига". 2002. 281с.

8. Доржготова Д. Почвы Монголии (генезис, систематика, география, ресурсы, использование). Автореф. дисс.д.б.н. Москва. МГУ 1992. 340с.

9. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Под ред. Д. Кашнера М.: Изд-во Мир. 1981. 519с.

10. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука. 2003. 84-86с.

11. Заварзин. Г.А., Жилина Т.Н., Кевбрин В.В. Алкалофильное мткробное сообщество и его функциональное разнообразие// Микробиология, 1999, Т. 68. С.579 599.

12. Звягинцев Д.Г., Зенова Г. М. Экология актиномицетов. М.: ГЕОС, 2001.257с.

13. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М., Судницин И.И., Дорошенко Е.А. Способность почвенных актиномицетов развиваться при экстремально низкой влажности // ДАН. 2005. Т.405. № 5 С. 702 704.

14. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы М.: Издательство московского университета. 1987. 255с.17.3вягинцева И.С. Галобактерии // Успехи микробиологии. 1989. В.23.С. 112-137.

15. Зенова Г. М. Почвенные актиномицеты. М.: Изд-во МГУ. 1992. 78с.

16. Зенова Г.М. Актиномицеты в наземных экосистемах. Автореферат докт. дис. М.: МГУ. 1998. 56 с.

17. Зенова Г. М. Почвенные актиномицеты редких родов. М.: Изд-во МГУ. 2000.81с.

18. Зенова Г.М. Закалюкина. Ю.В. Звягинцев. Д.Г. Ацидотолерантные актиномицеты в почвах.// Почвоведение. 2000. №9. С 1114-1116.

19. Зенова Г.М., Калакуцкая А.Н. Характеристика водорослевого и бактериального комплекса альго-бактериальных ценозов навыходах карбонатных пород. // Микробиология, 1993. Т.62 B.l С.156-162 .

20. Зенова Г.М., Михайлова Н.В., Звягинцев Д.Г. Диагностикапопуляций олигоспоровых актиномицетов в черноземе.// Микробиология. 2000. № 1. С. 127-131.

21. Калакуцкий JI.B., Агре Н.С. Развитие актиномицетов. М.: Наука. 1977. 287с.

22. Калакуцкий JI.B. Зенова Г.М. Экология актиномицетов.// Успехи микробиологии. 1984. В.19. С 203-223.

23. Ковда. В.А. Происхождение и режим засоленных почв. М.: Изд-во АН СССР. Т 1. 1982.403 с.

24. Ковда. В. А. Солончаки и солонцы. М. Изд. АН СССР. 1973. 368с.

25. Ковда. В. А. Розанов. Б.Г. Почвоведение. М.: Т.2 1988. 368 с.

26. Кожевин П. А. Микробные популяции в природе. М.: Изд-во МГУ, 1989. 173с.

27. Красильников Н. А. Лучистые грибки и родственные им организмы. М.: Изд-во АН. 1938.56с.

28. Красильников Н.А. Лучистые грибки. М.: Наука. 1970. 328с.

29. Лихачев А.Н. Грибы рода Botrytis micheli. Автореф. Дисс. д.б.н. М.: МГУ. 2000. 38с.

30. Лихачева. А. А. Михайлова Н. В. Зенова. Г. М.Методы выявления в почвах актиномицетов редких родов // Вестник МГУ. Сер 17 почвоведение. 1998. № 1. С. 44-48.

31. Лысак Л.В., Трошин Д.В., Чернов И.Ю. Бактериальные сообщества солончаков // Микробиология. 1994. В. 4. С. 721-729.

32. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1991. 303с.

33. Михайлова Н.В. Захарова. О.С. Зенова. Г.М. Олигоспоровые актиномицеты в почвах разных типов. Докл. РАСХН.1998. №6. С 13-16.

34. Ногина Н. А. Почвы Забайкалья. М.: Наука, 1964.204-207с.

35. Определитель бактерий Берджи. Под ред. Дж. Хоулта, М. Крига, П. Смита, Дж. Стейли и С. Уилльямса. М. Изд-во Мир, Т. 2 1997. 356 с.

36. Полянская Л.М. Микробная сукцессия в почве. Автореферат диссертации доктора биологических наук. М.: МГУ. 1996. 96с.

37. Преображенская Т. П. Лаврова Н. В. Ухолина Э. С. Нечаева Н. П. Выделение новых видов рода Actinomadura на селективных средах со стрептомицином и бруниомицином//Антибиотики. 1975. Т. 20. С 404-409.

38. Преображенская Т.П., Агре Н.С., Калакуцкий Л.В. Новые формы актиномицетов // Успехи микробиологии. 1978 № 13 С. 432 440.

39. Селянин В.В., Оборотов Г.В., Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г. Почвенные алкалофильные актиномицеты // Микробиология 2005. Т. 74. № 6. С. 838 844.

40. Современная микробиология. Прокариоты. Т.2 / отв. редакторы Й. Ленглер., Г. Дрефе., Г. Шлегель. М.: Мир. 2005. 496с.

41. Терехов А.С. Экологические ниши почвенных актиномицетов. Дис.к.б.н. М.: МГУ. 2003. 126с.

42. Терехова Л. П, Таксономия актиномицетов и поиск продуцентов антибиотиков. Автореф. Дисс. докт.биол.наук. МЛ 992. 45с.

43. Троценко Ю. А., Доронина Н.А., Ли Ц.Д., Решетников А.С. Умеренные галоалкалофильные аэробные метилобактерии // Микробиология. 2007. Т. 76., № 3. С.293.

44. Шлегель. Г. Общая микробиология. М.: Мир. 1987. 566 с.

45. Шишов Л.Л., Пашкова Е.И., Засоленные почвы России. М.: ИКЦ. "Академкнига". 2006. 254с.

46. Al-Tai A.M., Ruan J.S. chemotaxonomy of halophilic actinomycetes // Feb. 2001. №1. P.23 30

47. Aoki H., Sakai H., Kohsaka M., Konomi T, a new monociclic b-laktam antibiotic. I. Discoveri, isolation and characterization. J. Antibiotics. 1979. 29. P.426-500.

48. Gochnauer. M. В., G. G. Leppard, P. Komaratat, Kates, T. Novitski et D. J. Kushner Isolation and characterization of Actinopolispora halophila,gen.et.sp. nov., an extremely halophilic actinomycete// Journal of Microbilogical. 1975. 21. P. 1500-1511.

49. Goodfellow M., Williams S.T. Ecology of actinomycetes // Ann. Rev. Microbiol. 1983. V. 37. P. 189-216.

50. Horikoshi K., Akiba T. Alkalophilic microorganisms. A new micro-bial world. Japan Scientific Frees. Tokyo. Japan. 1982. P 213.

51. Jadd Lez. G. S. Goodfeellow. M. Isolation and characterisation of al-kalophilic actinomycetes.//Actinomycetes. 1990. 1(2). P 60.

52. Korn-Wendish F., Kutzner H.J. The family of Streptomycetaceae.// The Prokaryotes. N.-Y. 1991. P 932-948.

53. Lehman, R.M., Colwell F.S., Ringelberg D.B., White D.C. Combined microbial community-level analyses for quality assurance of terrestrial subsurface cores // Journal of Microbilogical Methods.1995. 22. P. 263-281.

54. Li M.G., Li W.Z., Xu P., Cui X.L., Xu L.H., Jiang C.L., Nocardiohsis xinjiagensis sp. nov., a halophilic actinomycete isolated from a saline soil sample in China. Int. J. Syst. Evol.Microbiol. 2003 b. V. 53. P. 317 321.

55. Li W.J., Zhang Y.G., Zhang Y.Q., Tang S.K., Xu P., Xu L.H., Jang C.L., Streptomyces sodiiphilus s.nov., a novel alkaliphilic actinomycete // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005. V. 55. P. 1329 1333.

56. Minas W., Bailey J. E., Duetz W. Streptomycetes in microcultures; Growth, production of secondary metabolites, and storage and retrieval in the 96-well format.// 2000, Antonie van Leeuwenhoek, V 78, P. 297-305.

57. Mikami. Y. Miyashita. K. Arai. T. Alcalophilic aktinomycetes // Aktinomycetes. 1985-1986. 19(3) P 176-191.

58. Nakanishi Т., Yamamoto T. Action and specificity of a Streptomyces alcalofilic proteinas. Agric. Biol. Chem. 1974. V39. P 2391-2397.

59. Ohta K. Kiyomiya A. The basis of the alkalophilic properti of a species of Bacillus. J. Gen. Microbiol. 1975. V37. P 259-266.

60. Taber W. A. Evidence for the existence of acid-sensitive actinomycetes in soil. Can. J. Microbiol. 1960. V6. P 534-514.

61. Tresner H.D., Hages J.S., Backes E.J., Differential tolerance of streptomycetes to sodium chloride as a taxonomic tool // Microbiol. 1968. V.16. P. 1134- 1136.

62. The Prokaryotes. A Handbook on the Biology of Bacteria. Ecophysiology, Isolation, Identification, Application / Eds. A. Balows, H.G. Truper, M. Dworkin et al. Springer Verlag. N.Y., Berlin ets. 1991. P. 921 - 1157.

63. Ventosa A., Nieto J.J., Oren A. Biology of moderately halophilic aerobic bacteria // Microbiol., Mol. Biol. Rev. 1998. V.62. P. 504 544.

64. Waksman S. A. The actinomyces classification, identification and description of genera and speesies. Vol. 2. The Williams A. Wilkins C. Baltimor 1961.P. 363.

65. Wang. L. Li-Shend. R. Classificashion of actinomycetes isolated from salin-alkali soil // 9-th Symposium of actinomycetes. M. 1994.

66. Williams S. T. Davies F. L. Studies on ecology of actinomycetes in soil// Soil Biology and Biochem. 1971. V3. P 187-195.

67. Sato M., Beppu T. and Arima K. Studies on antibiotics produced at higt alkaline pH // Agric. Biol. Chem. 1983.V.47.P.2019 2027.

68. Yan F., A.B.McBratney, L.Copeland. Functional substrate biodiversity of cultivated and uncultivated A horizons of vertisols in NW New South Wales.// 2000, Geoderma. 2000. V96. P. 321-343.

69. Yoshida K. Iguchi A. Murakami M. Aoki H. Japan Patent 151196. 977. cit Cit. Mikami etal. 1985.