Продукция и состав органического вещества циано-бактериальных матов щелочных водных экосистем Забайкалья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат биологических наук Калашникова, Ольга Михайловна

• Калашникова, Ольга Михайловна
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Калашникова, Ольга Михайловна

Введение.

Литературный обзор.

Глава 1. Циано-бактериальные маты.

1.1.Содовые озера и термальные источники - как места формирования циано-бактериальных матов.

1.2. Типы и структура циано-бактериальных матов.

Глава 2. Продукция органического вещества в циано-бактериальных матах.

Глава 3. Химический состав циано-бактериальных матов и микроорганизмов.

3.1. Содержание и состав углеводов.

3.2. Содержание и состав белков.

3.3. Содержание и состав липидов.

3.4. Неорганические вещества.

3.5. Изотопный состав углерода.

Экспериментальная часть.

Глава 4. Объекты и методы исследования.

4.1. Объекты исследования.

4.2. Методы исследования.

4.2.1. Методы отбора проб.

Ш 4.2.2. Методы изучения физико-химических условий среды.

4.2.3. Микробиологические методы.

4.2.4. Методы изучения скорости микробных процессов.

4.2.5. Методы изучения химического состава циано-бактериальных матов.

4.2.6. Методы исследования изотопного состава углерода цианобактериальных матов.

Глава 5. Результаты и их обсуждение.

5.1. Экологические условия развития циано-бактериальных матов

5.2. Структура циано-бактериальных матов.

5.3. Разнообразие продуцентов циано-бактериальных матов.

5.4. Продукция органического вещества в циано-бактериальных матах.

5.5. Содержание органического вещества и минеральных соединений в циано-бактериальных матах.

5.6. Аминокислотный состав циано-бактериальных матов.

5.7. Углеводный состав циано-бактериальных матов.

5.8. Изотопный состав углерода циано-бактериальных матов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Продукция и состав органического вещества циано-бактериальных матов щелочных водных экосистем Забайкалья»

Актуальность проблемы. Изучение циано-бактериальных матов обусловлено их важной ролью в эволюции биосферы на Земле. Накопление кислорода в древней атмосфере и образование строматолитов связано с развитием докембрийских циано-бактерильных сообществ (Заварзин, 1993; Герасименко, 2002; Орлеанский, 2002).

Современные циано-бактериальные маты встречаются в экстремальных водных экосистемах (Brock, 1978; Заварзин и др., 1989; Герасименко и др., 1989). На территории Забайкалья циано-бактериальные маты распространены в содовых озерах и термальных источниках. В циано-бактериальных матах сформирована устойчивая трофическая сеть, представленная функционально различными группами продуцентов и деструкторов. Основными продуцентами органического вещества (ОВ) микробных матов являются цианобактерии, развивающиеся в верхних слоях сообщества, а также фототрофные и литотрофные бактерии (Герасименко, Заварзин, 1993). Циано-бактериальные маты могут представлять собой природные модели для изучения закономерностей образования, захоронения и диагенеза ОВ.

В настоящее время изучены структура и функциональные группы микроорганизмов циано-бактериальных матов, участвующих в круговороте углерода и его соединений. Проведены исследования скорости продукционных и деструкционных процессов в циано-бактериальных матах (Brock, 1978; Горленко и др., 1986; Герасименко и др., 2002; Брянская, 2002; Намсараев, 2003). Однако химический состав ОВ и минеральных солей в циано-бактериальных матах практически не изучен.

Целью работы являлось изучение продукционных процессов и определение содержания и состава ОВ циано-бактериальных матов щелочных водных экосистем Забайкалья.

Задачи исследования: 1. Сравнить структуру и видовой состав циано-бактериальных матов из различных мест обитания.

2. Определить скорости образования ОВ в циано-бактериальных матах.

3. Определить содержание ОВ (углеводов, белков, липидов) и неорганических соединений в циано-бактериальных матах.

4. Изучить углеводный и аминокислотный состав циано-бактериальных матов.

5. Изучить изотопный состав углерода ОВ циано-бактериальных матов.

Научная новизна

Впервые проведено исследование химического состава циано-бактериальных матов, где основными продуцентами ОВ являются нитчатые цианобактерии. Большая часть ОВ матов представлена углеводами, которые выполняют формообразующую и защитную роль в циано-бактериальном мате.

Впервые исследован углеводный и аминокислотный состав матов. В микробных сообществах идентифицированы дисахарид - целлобиоза и простые сахара - глюкоза, манноза, галактоза, рамноза, ксилоза, рибоза, фруктоза и арабиноза (фукоза).

В составе белков циано-бактериальных матов определены 20 аминокислот. Во всех образцах обнаружена диаминопимелиновая кислота -структурный компонент пептидогликана. Показано, что аминокислотный состав циано-бактериальных матов изученных экосистем схож, а по содержанию Сахаров маты отличаются.

Впервые изучен изотопный состав углерода ОВ и минеральных солей циано-бактериальных матов. Показано, что цианобактерии матов содовых озер для синтеза ОВ используют углекислоту биогенного происхождения. Продуценты щелочных гидротерм фиксируют атмосферную и вулканогенную углекислоту. В образовании ОВ микробных матов метанового источника Сухая участвуют бактерии цикла метана, в результате чего биомасса наиболее обеднена изотопом |3С относительно состава ОВ матов гидротерм.

Практическая значимость

Результаты диссертации расширяют представления о структуре и составе ОВ циано-бактериальных матов содовых озер и термальных источников. Результаты исследований могут быть использованы в биотехнологии для получения микробных биополимеров, бальнеологических исследованиях, учебном процессе при изучении курсов микробиологии и биохимии.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Экология», Калашникова, Ольга Михайловна

1. в содово-соленых озерах и гидротермах развиваются циано бактериальные маты, различающиеся по структуре, видовому составу и

содержанию ОВ и минеральных веществ. 2. Циано-бактериальные маты являются высокопродуктивными

системами. Наиболее интенсивно продукционные процессы протекают

в циано-бактериальных матах гидротерм, в которых максимальное

содержание Сорг достигает 30%. Показано, что при температуре более

50^С скорость продукции ОВ в матах гидротерм уменьшается. 3. Циано-бактериальные маты содовых озер и гидротерм близки по

аминокислотному составу. В циано-бактериальных матах преобладают

глутаминовая и аспараги1ювая кислоты, лейцин и аланин. Аминокислотный состав определяется доминирующими

микроорганизмами. 4. В составе углеводов циано-бактериальных матов преобладают глюкоза

и галактоза. В матах содовых озер отмечены более высокие мольные

соотношения галактозы и арабинозы (фукозы), в матах термальных

источников - ксилозы. 5. Показано, что цианобактерии матов содовых озер для синтеза ОВ

используют углекислоту биогенного происхождения, фототрофы

щелочных гидротерм фиксируют атмосферную и вулканогенную

углекислоту. Выявлена прямая зависимость изотопного состава

углерода ОВ матов гидротерм от содержания углеводов.