Почвенные алкалофильные и ацидофильные актиномицеты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.07, кандидат биологических наук Селянин, Вадим Валерьевич

• Селянин, Вадим Валерьевич
• кандидат биологических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Селянин, Вадим Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Почвенная кислотность как средообразующий фактор для микроорганизмов.

1.2 Алкалофилия и ацидофилия - свойства микроорганизмов.

1.3 Экологическая ниша актиномицетов.

1.4 Ацидофильные актиномицеты.

1.4.1 Распространение и численность ацидофильных актиномицетов почвах.

1.4.2 Таксономическое разнообразие ацидофильных актиномицетов.

1.5 Особенности ацидофильных актиномицетов по сравнению с нейтрофи льными.

1.5.1 Изучение рН-требований ацидофильных актиномицетов.

1.5.2 Морфологические признаки ацидофильных актиномицетов.

1.5.3 Физиологические признаки ацидофильных актиномицетов.

1.5.4 Генетические отличия ацидофильных актиномицетов.

1.5.5 Антибиотическая активность ацидофильных актиномицетов.

1.6 Термофилия и ацидофилия у прокариот.

1.7 Алкал офильные актиномицеты.

1.7.1 Выделение алкалофильных актиномицетов из почв, их таксономическая принадлежность.

1.7.2 Алкалофильные актиномицеты как продуценты ферментов и метаболитов.

1.7.3 Место ацидофильных и алкалофильных актиномицетов в системе современных научных знаний.

Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования.

2.2 Методы исследования.

Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Численность актиномицетов в различных почвах при выделении на кислых, щелочных и нейтральных средах.

3.2 Таксономическая принадлежность актиномицетов, выделенных из различных почв на кислых, щелочных и нейтральных средах.

3.3 Сравнительное исследование актиномицетных комплексов низинной торфяной почвы и пирогенных образований, формирующихся при пожарах на торфянниках.

3.4 Диапазон значений рН, пригодных для роста стрептомицетов, выделенных из почвы на средах с различными значениями рН.

3.5 Особенности морфологической дифференцировки мицелия алкало- и нейтрофильных стрептомицетов.

ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Почвенные алкалофильные и ацидофильные актиномицеты»

Почвенная кислотность является важным физико-химическим показателем свойств почв и зависит от многих факторов. Она может влиять на почвенные микроорганизмы двояко: или непосредственно на внутреннюю среду клетки, или косвенно, путем изменений во внешней среде. Разграничить эти две формы влияния удается редко. Долгое время полагали (Стейниер и др., 1979), что из основных групп почвенных микробов устойчивостью по отношению к кислотности обладают грибы, в то время как большинство бактерий и актиномицетов неустойчивы(Alexander, 1964).

В 70-е годы группе американских исследователей удалось выделить и изучить коллекцию культур актиномицетов, способных расти в кислой среде.

В настоящее время возможность существования актиномицетов, способных расти в кислой или щелочной среде, уже не вызывает сомнений, изучены их свойства и особенности, однако об экологии этих мицелиальных прокариот по-прежнему известно немного.

Вопрос о месте и роли актиномицетов в почве весьма актуален. Изучение почв на территории России (многие из которых по естественным или антропогенным причинам являются кислыми или щелочными) должно предполагать рассмотрение характерных представителей микробоценоза данных местообитаний.

С другой стороны, изучение почвенных ацидофильных и алкалофильных актиномицетов несомненно представляет интерес для биотехнологии. Поиск продуцентов новых антибиотиков и ферментов с особыми рН-оптимумами действия, применение популяций актиномицетов для биоконтроля и биоремедиации, борьба с фитопатогенными грибами-практические задачи, для решения которых знания об ацидофильных и алкалофильных актиномицетах могут быть весьма ценными.

Целью работы явилось исследование экологических особенностей ацидофильных и алкалофильных актиномицетов и их места в комплексе почвенных мицелиальных. Задачи исследования

1. Разработка селективных методов выделения и учета ацидофильных и алкалофильных актиномицетов из кислых, щелочных и нейтральных почв.

2. Сравнительный анализ актиномицетных комплексов, выявляемых на подкисленных, нейтральных и подщелаченных средах из почв и антропогенных субстратов с разной актуальной кислотностью.

3. Оценка радиальной скорости роста выделенных из почв ацидофильных, нейтрофильных и алкалофильных актиномицетов при различных значениях рН среды и построение на основе данных о радиальной скорости роста кривых толерантности исследуемых культур актиномицетов в отношении кислотности среды.

4. Изучение особенностей дифференцировки мицелия нейтрофильных и алкалофильных актиномицетов на нейтральных и щелочных средах.

Научная новизна. Впервые установлено распространение алкалофильных актиномицетов в широком ряду почв и определена таксономическая структура их комплексов. Отмечена приуроченность алкалофильных актиномицетов к щелочным почвам, подтверждена установленная ранее приуроченность ацидофильных актиномицетов к кислым почвам.

Впервые рассмотрены особенности жизненного цикла алкалофильных актиномицетов на щелочной среде:

-высокая скорость освоения субстрата (высокая радиальная скорость роста) наряду с ускоренным спорообразованием,

-уменьшение значения рН среды культурой алкалофильного актиномицета до нейтрального при росте на щелочной среде.

Практическая значимость. Установление экологической ниши алкалофильных актиномицетов важно для расширения наших представлений о биоразнообразии микробного комплекса почв.

Знания об особенностях распространения и жизнедеятельности алкалофильных актиномицетов могут представлять существенный интерес для биотехнологии и сельскохозяйственной микробиологии.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проекту 03-0448324

Апробация работы. Основные положения работы доложены на пяти конференциях, в том числе двух международных, на заседании кафедры биологии почв совместно заседанием ВОП (Всероссийского Общества Почвоведов)

Публикации. Материалы проведенных исследований изложены в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав экспериментальной части, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 108 страницах текста, содержит 28 иллюстраций, 10 таблиц. Список литературы включает 111 наименований, в том числе 73 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Микробиология», Селянин, Вадим Валерьевич

выводы

1. Впервые установлено присутствие специфического комплекса почвенных алкалофильных актиномицетов, доминирующих в щелочных почвах.

2. Подтверждено, что в актиномицетном комплексе кислых почв доминируют ацидофильные актиномицеты.

3. Установлено, что видовой состав нейтрофильного стрептомицетного комплекса специфичен для различных почв. Видовой состав алкалофильного стрептомицетного комплекса во всех почвах представлен в основном видами секции Cinereus.

4. Установлена корреляция между значениями рН, оптимальными для роста актиномицетов, рН среды выделения и рН исходного субстрата.

5. Особенностями роста алкалофильных актиномицетов на щелочной среде по сравнению с нейтральной и кислой средами являются наибольшая скорость освоения субстрата и ускоренное наступление репродуктивной стадии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Селянин, Вадим Валерьевич, 2005 год

1. Агре Н. С. Систематика термофильных актиномицетов. — Пущино. 1986. 126 с.

2. Броун И. И., Р.Р.Иишухаметов, СТ.Каракис, Д.И.Погорелов, Ю.Л. Чабан Особенности адаптации к щелочной среде цианобактерий из различных гидроценозов. // Экология моря. 2001. Вып.55. С.53-58

3. Буга С. Ф., Ушкевич Л.А., Боярчук В.Е., Лобань С.В., Радына А.А. Видовой состав грибов рода Fusarium, встречающихся в агрофитоценозах озимых зерновых культур.// Весщ акадэми навук Беларуси Серыя б'шлапчных навук. 1996. №2. С.76-79.

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

5. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. М. Академия. 2003. 464 с.

6. Жизнь микробов в экстремальных условиях/ Под ред. Д. Кашнера. М. Изд-во Мир. 1981.520 с.

7. Заварзин Г. А. Становление биосферы// Вестник Российской Академии наук. 2001. Т. 7. №11.

8. Зайдельман Ф.Р.,Банников М.В.,Шваров А.П. Структура и экологическая оценка пироге иных образований на сгоревших осушенных торфяных почвах// Вестник Московского университета. 1998. № 2. С.26-31.

9. Закалюкина Ю. В. Почвенные ацидофильные актиномицеты.//Автореф. дисс. канд. биол. наук М. МГУ 2003.С. 14

10. Ю.Закалюкина Ю. В., Зенова Г. М., Звягинцев Д. Г. Почвенные ацидофильные актиномицеты// Микробиология. 2002. №3 С. 399-403

11. Закалюкина Ю. В., Зенова Г. М, Звягинцев Д. Г. Особенности роста и морфологической дифференцировки мицелия ацидофильных актиномицетов// Микробиология 2004. Т. 73 №1 С.89-93

12. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. М. Геос. 2001.256с.

13. Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г. Экологический статус актиномицетов рода Micromonospora.!I Почвоведение. 1997. №3. С. 376-383.

14. Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г. Разнообразие актиномицетов в наземных экосистемах. М. Изд-во МГУ. 2002. 131с.

15. Калакуцкий JI.B., Агре Н.С. Развитие актиномицетов, М. Наука. 1977. 450с.

16. Калакуцкий Л.В., Зенова Г.М. Экология актиномицетов.// Успехи микробиологии. 1984. Т.19. С.203-223.

17. Красильников Н.А. Лучистые грибки. М. Наука. 1970. 780с.

18. Ъ.Кожевин П.А. Микробные популяции в природе. М. Изд-во МГУ. 1989. 173с.

19. Лихачев АЛ. Грибы рода Botrytis Micheli автореферат дисс. док. биол. наук. М. МГУ им. М.В. Ломоносова. 2000. 38 с.

20. Методы общей бактериологии/ под ред. Ф. Герхарда и др. в 3-х т. М. Мир. 1983. 535 с.

21. Минеев В.Г. Агрохимия. М. Изд-во МГУ. 1990. 600 с.2А.Нестеренко О.А., Квасников Е.И., Ногина Т.М. Нокардиоформные и нокардиоподобные бактерии. Киев. Наукова думка. 1985. 334 с.

22. Одум Ю. Экология. М. Мир. 1986. Т.1. 326 с.26,Определитель бактерий Берджи/ под ред. Дж.Хоула и др. в 2-ух т. М. Мир. 1997. 800 с.

23. Биогеосистемы лесов и вод России. Новосибирск. Наука. 1993. 344с. ЪХ.Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрем Дж. Мир микробов в 3-х томах. М. Мир. 1979.

24. Ъ2.Терехоеа JIJI. Таксономия актиномицетов и поиск продуцентов новыхантибиотиков автореферат дисс. док. биол. наук. М. РАМН. 1992. 45 с. 33Abd-Allah Е. F. Streptomyces plicatus as a model biocontrol agent.// Folia

25. Bockle, В., В. Galunsky, and R. Muller. Characterization of a keratinolytic serine proteinase from Streptomyces pactum DSM 40530. //Appl. Environ. Microbiol. 1995. 61 P. 3705-3710

26. Brown /./., Fadeyev S.I. Light-dependent D m Na+-generation and utilization in the marine cyanobacterium Oscilatoria brevis // FEBS Lett.1990. 270. P. 203 -206.

27. Cross T. Aquatic actinomycetes.// Journal of Applied Bacteriology. 1981. V.50. P.397-423.

28. Dobrovolskaya Т., Lysak L., Evtushenko L. И ISBA'94 :Int. Symp. Biol. Actinomycetes, Moscow, July 20-25,1994

29. Damude, H. G., N. R. Gilkes, D. G. Kilburn, R. C. Miller, R. Antony, J. Warren. Endoglucanase CasA from alkalophilic Streptomyces strain KSM-9 is a typical member of family В of B-l,4-glucanases.// Gene 1993.123 P. 105-107

30. Els on MK., Kelly J.F., Nair M.G. Influence of antifungal compounds from a soil-borne actinomycete on Fusarium spp. in asparagus.// Journal of chemical ecology. 1994. V.20. P.2835-2846.

31. Ensign J.C., Normand P., Burden J.P., Yallop C.A. Physiology of some actinomycete genera.// Research in microbiology. 1993. Oct. 144(8). P. 657-660.

32. Goodfellow M., Mordarski M., Williams S.^.//Actinomycetes in biotechnology. SanDiego. 1988. P. 340-341.

33. Goodfellow M., Lacey J., Todd C. Numerical classification of thermophilic Streptomyces.il Journal of General Microbiology. 1987. V.133. P. 3135-3149.

34. Goodfellow M., Williams S.T. Ecology of actinomycetes.// Annual reviews of microbiology. 1983. V. 37. P.189-216.

35. Groth I, Schumann P, Rajney FA, Martin K, Schuetze B, Augsten K. Bogoriella caseilytica gen. nov., sp. nov., a new alkaliphilic actinomycete from a soda lake in Africa.// Int J Syst Bacteriol. 1997 Jul;47(3) P.788-794.

36. Sb.Hagedorn C. Influence of soil acidity in Streptomyces populations inhabiting forest soil.// Appl. Environ. Microbiology. 1976. V.32. P.368-375.

37. Hasegawa Т., Takizawa M., Takida S. A rapid analysis for chemical grouping of aerobic actinomycetes II Journal General Applied Microbiology. 1983.V29. P. 319322

38. Hiroshi T, Kubota Т., Yamamoto M., Miyamoto K., Inamori Y. Characterization of Chitinase Genes from an Alkaliphilic Actinomycete, Nocardiopsis prasina OPC131 //Applied and Environmental Microbiology, February 2003, Vol. 69. No. 2. P. 894-900

39. Horikoshi K. Alkaliphiles: Some applications of their products for biotechnology // Microbiology and Molecular Biology Reviews, December 1999.63.4. P. 735-750

40. Jiang, C. L. Xu . Actinomycetes of lakes on the Yunnan Plateau. The Actinomycetes, 1985/6 19 P. 211-222

41. Jiang C., Xu L. Actinomycetes diversity in unusual habitats// Actinomycetes. 1993. V.4. №2. P. 47-57.

42. Kim S.B., Goodfellow M. Streptomyces thermospinisporus sp. nov., a moderately thermophilic carboxydotrophic streptomycete isolated from soil.// International

43. Journal of Systematic Evolutionary Microbiology. 2002. July. 52(Pt 4). P. 12251228.

44. Lechevalier M. P., Lechevalier H. A. Chemical composition as a criterion in the classification of aerobic actinomycetes. Internation Journal of Systematic Bacteriology 1970 20, P. 435-443.

45. Loc/cwood J.L. Streptomyces spp. as a cause of natural fungitoxicity in soils// Phytopathology. 1959. V. 49. P. 327-331.

46. Lonsdale J. Aspects of biology of acidophilic actinomycetes/ Ph.D. Thesis. University of Newcastle upon Tyne. 1985.48 p.

47. McCarthy A.J., Cross T. A taxonomic study of Thermomonospora and other monosporic actinomycetes.// Journal of General Microbiology. 1984. V. 130. P.525.

48. Mikami Y., Miyashita K., Arai T. Alkalophilic actinomycetes.// Actinomycetes. 1986. V.19. P. 176-191.

49. Ming-Gang Li, Wen-Jun Li, Ping Xu, Xiao-Long Cui, Li-Hua Xu Cheng-Lin Jian Nocardiopsis xinjiangensis sp. nov., a halophilic actinomycete isolated from a saline soil sample in China // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2003. V. 53. P. 317-321

50. Nioh I., Osada M., Yamamura Г., Muramatsu K. Acidophilic and acid-tolerant actinomycetes in a acid tea field soil.// Journal of General and Applied Microbiology. 1995. V.41. Iss.2. P.175-180.

51. Park J.O., El-Tarabily K.A., Ghisalberti E.L., Sivasithamparam K. Pathogenesis of Streptoverticillium albireticuli on Caenorhabditis elegans and its antagonism to soil-borne fungal pathogens.// Lett Applied Microbiology. 2002.V.35. P.361-365.

52. Park J. S.f Horinouchi S., Beppu T. Characterization of leader peptide of an endo-type cellulase produced by an alkalophilic Streptomyces strain. //Agric. Biol. Chem. 1991. 55 P. 1745-1750

53. Prauser H. New nocardioform organisms and their relationship. Actinomycetes: boundary microorganisms, Edited by T. Arai. Tokyo: Toppan Co. 1976. P. 193-207

54. Sato, M, Т. Beppu, K. Arima. Properties and structure of a novel peptide antibiotic no. 1970. //Agric. Biol. Chem. 1980.44 P. 3037-3040

55. Skulachev V.P. Chemiosmotic systems and the basic principles of cell energetics // Molecular Mechanisms in Bioenergetics. Amsterdam: Elsevir. 1992. P. 37 - 73.

56. Stackebrandt E., Rainey F.A., Ward-Rainey N.L. Proposal for a new hierarchic classification system, Actinobacteria classic nov.// International journal of systematic bacteriology. 1997. V.47. N.2. P .479-491.

57. Taher W.A. Identification of alkaline-dependent Streptomyces as Streptomyces caeruleus Baldacci and characterizatoin of the species under controlled conditions.// Canadian Journal of Microbiology. 1959. V.5. P. 335-344.

58. Taber W.A. Evidence for the existence of acid sensitive actinomycetes in soil.// Canadian Journal of Microbiology. 1960. V.6. P.503-509.

59. Tandeau de Marsac N., Houmard J. Complementary chromatic adaptation: physiological conditions and action spectra // Methods in Enzymology. Packer L., Glazer N, edit. - San Diego: Acad. Press. 1988. - P. 318 - 328.

60. Tsujibo, H., T. Sato, M. Inui, H. Yamamoto, and Y. Inamori. Intracellular accumulation of phenazine antibiotics production by an alkalophilic actinomycete// Agric. Biol. Chem. 1988. 52 . P. 301-306.

61. Tsujibo, H., Y. Yoshida, К. Miyamoto, Т. Hasegawa,Y. Inamori. Purification and properties of two types of chitinases produced by an alkalophilic actinomycete. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1992. 56. P. 1304-1305

62. Tsuchiya, К., I. Ikeda, T. Tsuchiya, and T. Kimura Cloning and expression of an intracellular alkaline protease gene from alkalophilic Thermoactinomyces sp. HS682. //Biosci. Biotechnol. Biochem. 1997.61. P. 298-303

63. Waksman S.A. The actinomycetes. Classification, identificatoin and description of genera and species. Vol.2. The Williams & Wilkins Co. Baltimore. 1961. 363 p.

64. Wang Laiju, Ruan Ji-Sheng Classification of actinomycetes isolated from saline-alkali soils// ISBA 94: Int. Symp. Biol. Actinomycet., Moscow, July 10-15, 1994. Thes.-M. 1994.238

65. Waldon C.R., Eveleigh D.E. Saccharification of cellulosics by Microbispora bispora.4 Applied Microbiological Biotechnology. 1986. V.24. P.487^92.

66. Ward A.C., Nam C., Goodfellow M., Seong C.N, Hah Y.C. Numerical classification of acidophilic actinomycetes isolated from acid soil in Korea.// Korean Journal of Microbiology. 1993. Oct. V.31(5). P.355-363.

67. Williams S.T., Davies F.L., Mayfield СЛ., Khan M.R. Studies on the ecology of actinomyces in soils.II. The pH-equirenments of streptomyces from two acid soils// Soil Biology and Biochemistry 1971. V.3. P. 187-199.

68. Williams S.T., Goodfellow M., Alderson G., Wellington E.M., Sneath P.H., Sackin M.J. Numerial classification of Streptomyces and related genera.// Journal of General Microbiology. 1983. June. V.129. P. 1743-1813.

69. Yallop С. A, Edwards С, Williams S.T. Isolation and growth physiology of novel thermoactinomycetes// Journal of Applied Microbiology. 1997. Dec. 83(6). P. 685692.

70. Yang, L.L., Haug A. Purification and partial characterization of a procaryotic glycoprotein from the plasma membrane of Thermoplasma acidophilum// Biochim. Biophys. Acta 1979. 556.265-277.

71. Yoshida K., Iguchi A., Mukaisaka M., Aoki H., Imanaka H. Japan patent 151196, November 28.

72. Yuan W.M., Crawford D.L. Characterization of Streptomyces lydicus WYEC108 as a potential biocontrol agent against fungal root and seed rots 7/ Applied Environmental Microbiology. 1995. Aug. V.61.P. 3119-3128.

73. Yum, D. Y, N. C. Chung, D. N. Bai, D. N. OK and J. N. Yu. Purification and characterization of alkaline serine protease from an alkalophilic Streptomyces sp. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1994. 58 P. 470-474